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Einrichtung zur Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser
Die Erfindung bezieht sich auf die Getränkeindustrie und ihr Hauptzweck ist die Schaffung von Mitteln, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser ermöglichen, während ein sehr hoher Grad der ursprünglichen Kohlensäureanreicherung in der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (Karbonator) aufrecht erhalten bleibt.
Ein solches Mittel ist die Anwendung sehr kleiner Kapillarspalte, durch welche das kohlensäurehaltige Wasser bei seinem Weg zur Ausgabestelle durchzufliessen gezwungen wird, wobei sich diese Spalte in der Grössenordnung von 0-05 mm bewegen.
Ein anderes Mittel betrifft eine Kapillardüse von der sogenannten"Rillentype", welche eine Verbesserung des erstgenannten Mittels darstellt. Es wurde nämlich gefunden, dass es möglich ist, durch Anwendung von rillenförmigen Durchgängen die Grösse der Durchgangswege von 0-05 auf 0. 25 mm zu erhöhen. Diese Vergrösserung der Durchgangswege hat sich vom betriebstechnischen Standpunkt aus als sehr vorteilhaft erwiesen, obgleich es sich gezeigt hat, dass eine weitergehende Vergrösserung der Durchgangswege noch zweckmässiger wäre. Die vorliegende Erfindung betrifft nun auch Mittel, um dieses Ziel zu erreichen.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kapillardüse, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser mit einem Minimum von Verlusten an Kohlensäure zwischen dem Karbonator und dem Austrittsende der Düse gewährleistet.
Andere Zwecke bestehen darin, eine solche Düse zu schaffen, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser mit einem Minimum von Schaumbildung gestattet, eine billige Konstruktion besitzt, einen wirtschaftlichen Betrieb mit einer Mindestanzahl von Arbeitsteilen in der Kapillardüse ergibt, sich auch bei der Anwesenheit von Fremdkörpern im Wasser nicht verstopft und die leicht gereinigt werden kann.
Diese und andere Zwecke bzw. Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mehrgängiger, schraubenförmiger Kapillardüsen und durch die Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine er- findungsgemässe Düse in Verbindung mit einer das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (Karbonator) darstellt, Fig. 2 in einem gleichen Schnitt wie Fig. 1 die Düse bei durchfliessendem Wasser zeigt und Fig. 3 in einem teilweisen Längsschnitt in vergrössertem Massstab das Prinzip der Düse mit den Schraubengängen an sich veranschaulicht.
Das der Kapillardüse gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, dass ihre Durchgangswege eine Gestaltung besitzen, bei welcher im wesentlichen die ganze Druckenergie der durch die Düse strömenden Flüssigkeit durch Reibung verbraucht wird, während der Stromlinienfluss in der Flüssigkeit aufrecht erhalten bleibt. Das Mass, in welchem die Druckenergie der Flüssigkeit aufgezehrt wird, ändert sich direkt mit der Lange des kapillaren Durchgangsweges und ist verkehrt proportional'zur vierten Potenz des Durchmessers des Kapillardurchganges.
Hieraus ergibt sich, dass es mathematischen Erwägungen entsprechend moglich wäre, ohne Änderung des Verlustes an Druckenergie der Flüssigkeit den Durchmesser des Durchgangsweges zu vergrössern, wenn in Kompensation auch die Länge des Durchganges
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vierten Potenz des Durchmessers ändert und direkt proportional zur Länge steht, eine grosse Zunahme der Länge notwendig ist, um eine kleine Zunahme des Durchmessers zu erlauben.
Zum Beispiel, wenn ein zweimal so grosser Durchmesser erwünscht ist, so ist es zur Kompensation notwendig, die Länge sechzehnmal zu vergrössern. Dies wurde bisher wegen der beschränkten Raumverhältnisse für undurchführbar angesehen, doch überwindet die vorliegende Erfindung auch diese Schwierigkeiten und ermöglicht den Gebrauch langer Kapillarwege in einem verhältnismässig kleinen Raum.
In Fig. 1 der Zeichnung ist 10 ein mit unter Druck stehendem kohlensäurchaltigem Wasser gefüllter Behälter (Karbonator), und 11 ein mit Gewinde versehener Bodenstutzen des Karbonators, der eine die Flüssigkeit führende
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Bohrung 12 und einen Ventilsitz 13 besitzt.
14 ist eine Muffe und 15 der Kapillarzapfen, auf dessen Umfläche mehrere V-förmige, nach
Schraubenlinien verlaufende Kapillarwege 16 angeordnet sind. Der Zapfen 15 ist zweckmässig mit Schrumpfpassung in die Muffe 14 ein- gesetzt und kann nach Durchführung der
Schrumpfverbindung in der gezeichneten Lage ständig verbleiben.
17 ist ein Ventil an dem Ende einer Ventil- stange 18, die samt dem Ventil durch eine Ventil- feder 19 nach oben gegen den Ventilsitz 13 gedrückt wird. 20 ist ein Mundstück, das an das untere Ende der Ventilstange 18 aufgeschraubt ist.
Bei der Betätigung des Ventiles wirkt der nach unten gerichtete Druck auf die obere Seite des Mundstückes 20 und bewegt dieses nach unten. Die Ventilstange 18 und das Ventil 17 werden gleichzeitig entgegen dem Druck der
Feder 19 nach unten gezogen und der Ventil- sitz 13 wird frei, so dass das kohlensäurehaltige
Wasser aus dem Karbonator 10 durch die
Bohrung 12 in die Kammer 21 einströmen kann.
Von der Kammer 21 bewegt sich das Wasser durch die V-förmigen, nach Schraubenlinien verlaufenden, also stetig ihre Richtung ändernden,
Kapillarkanäle 16. Zufolge der Flüssigkeits- reibung in diesen Kanälen 16 und der durch die schraubenförmige Gestaltung des Düsenteiles erzwungenen Änderung der Strömungsrichtung wird die Druckenergie der Flüssigkeit im wesent- lichen aufgebraucht und das kohlensäurehaltige
Wasser tritt am unteren Ende der schrauben- förmigen Kapillarkanäle ungefähr mit Atmo- sphärendruck und mit verhältnismässig kleiner
Geschwindigkeit aus.
Demzufolge besteht nur eine geringe Neigung, das im Wasser befindliche
Kohlensäuregas aufzurühren, so dass das Wasser einen grossen Prozentsatz jener Kohlensäurc- anreicherung beibehält, die es ursprünglich im
Karbonator 10 aufgewiesen hat.
Vom Austrittsende der schraubenförmigen
Kapillardurchgänge weg fliesst das Wasser durch das Mundstück 20 und dann in ein darunter befindliches Glas oder ein anderes geeignetes
Gefäss.
Es ist klar, dass die Anordnung von Kapillar- durchgängen in Schraubenform gegenüber den eingangs erwähnten Einrichtungen einen unter- schiedlichen und neuen Vorteil gewährleistet.
Der Hauptvorteil der Anordnung von mehr- gängigen Kapillardurchgängen ist, die potentielle Flüssigkeitsenergie durch Reibung aufzubrauchen und so weit als möglich die Umwandlung dieser potentiellen Energie in Geschwindigkeit zu ver- hindern. Durch die Ausbildung der Kapillar- durchgänge in Schraubenform wird das kohlensäurehaltige Wasser beim Durchgang gezwungen, sich in einer Schraubenlinie zu bewegen, woraus sich eine konstante und wesentliche Änderung der Strömungerichltung der durchströmenden Flüssigkeit ergibt. Diese Geschwindigkeits- änderung kann nur durch Aufwand an Energie erreicht werden und so wird ein sehr beträchtlicher Anteil an Energie der Flüssigkeit zur kontinuierlichen Änderung ihrer Strömungsrichtung aufgebraucht.
Zusätzlich zu dem Energieverbrauch durch Flüssigkeitsreibung in den Kapillarkanälen wird auch noch eine wesentliche Menge Energie durch die inhärente Form der Kanäle verbraucht.
Wie bereits ausgeführt, wurde es früher bei Kapillardüsen als unbedingt notwendig erachtet, sehr kleine Durchgänge anzuwenden, um eine genügend grosse Reibung zur vollständigen Ver- nichtung der verfügbaren Energie zu erzielen. Die vorliegende Erfindung verbraucht bereits einen wesentlichen Teil dieser Energie durch die Wirkung der schraubenförmigen Gestalt der Durchgangswege ; es verbleibt daher weniger Energie zur Vernichtung durch Reibung, so dass es möglich ist, den lichten Querschnitt des Kapillardurchganges zu vergrössern und trotzdem gleichzeitig optimale Ergebnisse in bezug auf die Aufrechterhaltung einer hohen Kohlensäureanreicherung und hinsichtlich der Beseitigung des Schäumens an der Düse zu erreichen.
Diese Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes ist praktisch von grösster Wichtigkeit, da, je grosser der Durchgang ist, um so geringer die Gefahr einer Verstopfung durch im Wasser befindliche Fremdkörper ist, um so leichter die Düse zu reinigen ist und um so rascher die Einrichtung in wirtschaftlicher Weise erzeugt werden kann.
Wie vorstehend ausgeführt, verwenden die Kapillardüsen nach einem der eingangs erwähnten Vorschläge, die nicht auf dem Prinzip der schrau- benförmigen Durchgangswege beruhen, Durchgänge mit einer Weite in der Grössenordnung von 0-05 mm. Eine Verbesserung dieser Kapillar- düsen m der Form der sogenannten"Rillentype", wie sie der eingangs an zweiter Stelle angeführte
Vorschlag betrifft, macht es möglich, Durchgänge mit der Weite von 0-25 mm anzuwenden. Bei der vorliegenden schraubenförmigen Kapillardüse wurde es für praktisch gefunden, die Durchgänge auf 1 mm zu vergrössern, was einen wesentlichen
Fortschritt gegenüber den anderen Ausführungen sowohl vom Standpunkt der Herstellung, als auch dem des Betriebes darstellt.
Es ist klar, dass die genauen Abmessungen der
Kapillardurchgänge, die Zahl der Windungen, deren Durchmesser u. dgl., von den der praktischen
Ausführung zugrunde liegenden Bedingungen ab- hängig sind. So ist z. B. bei den typischen Soda- fontänen, bei welchen der Betriebsdruck des
Karbonators bis zu 10 kg pro cm2 betragen kann, eine etwas andere Kapillarausbildung angezeigt als z.
B. bei den Verkaufsautomaten für Getränke, bei welchen der Arbeitsdruck des Karbonators etwa
4 kg pro cm2 beträgt. Um ein praktisches Beispiel von der Art und Grösse dieser Kapillardurchgänge zu geben, sei ausgeführt, dass für einen Verkaufs- automaten eine Kapillardüse zweckmässig ist mit drei parallelen Gängen, einem Steigungswinkel von 60 , einer Tiefe von 1 mm und einer grössten
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Breite der V-Form von 1. 6 mm. Die Gänge sind auf der Aussenseite eines Zylinders von etwa 25 bis 12 mm und das ganze Kapillarstück hat eine wirkliche Länge von zirka 20 mm.
Bei der vergrösserten Ausführung nach Fig. 3 ist das Ventil gemäss den Fig. 1 und 2 weggelassen, um den grundlegenden Aufbau der Düse klar zum Ausdruck zu bringen. In der Flüssigkeitsleitung 12 oder an einer anderen Stelle können Absperrmittel zur Regelung des Durchganges der Flüssigkeit durch die Düse angeordnet sein, eine Anordnung, wie sie bei gewissen Ausführungen bevorzugt wird.
Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, dass die Erfindung allgemein in der Anordnung eines Kapillarweges zwischen der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung und der Ausgabestelle für das kohlensäurehaltige Wasser, und im besonderen in einer neuen und vorteilhaften mehrgängige Schrauben-Kapillardüse besteht, welche die potentielle Energie von kohlensäurehaltigem Wasser durch Reibung vernichtet und im hohen Grade die Umwandung dieser potentiellen Energie vermeidet, mit dem Ergebnis, dass unerwünschte Schaumbildung und Verluste an Kohlensäure nicht eintreten. Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist von einfacher Bauart, einfach in der Herstellung, sicher im Betrieb und durchaus vorteilhaft für die beabsichtigten Zwecke.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Wege von der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (10) zur Ausgabestelle ein den Ausfluss des Wassers regelndes Ventil und ein oder mehrere kapillare Durchgänge für das Wasser vorgesehen sind.
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Device for dispensing carbonated water
This invention relates to the beverage industry and its main purpose is to provide a means of enabling the dispensing of carbonated water while maintaining a very high level of original carbonation in the carbonated water supply device (carbonator).
One such means is the use of very small capillary gaps through which the carbonated water is forced to flow on its way to the dispensing point, these gaps being in the range of 0-05 mm.
Another means relates to a capillary nozzle of the so-called "groove type" which is an improvement on the former means. It has been found that it is possible to increase the size of the passageways from 0-05 to 0.25 mm by using groove-shaped passages. This enlargement of the passageways has proven to be very advantageous from an operational point of view, although it has been shown that a further enlargement of the passageways would be even more useful. The present invention now also relates to means for achieving this goal.
It is an object of the present invention to provide a capillary nozzle which ensures the delivery of carbonated water with a minimum of carbonate losses between the carbonator and the exit end of the nozzle.
Other purposes are to provide such a nozzle which allows the discharge of carbonated water with a minimum of foaming, has an inexpensive construction, economic operation with a minimum number of working parts in the capillary nozzle results even in the presence of foreign bodies in the Water not clogged and which can be cleaned easily.
These and other purposes and advantages emerge from the following description of exemplary embodiments of multi-thread, helical capillary nozzles and by referring to the drawing, in which FIG. 1 shows a vertical longitudinal section through a nozzle according to the invention in connection with a device supplying the carbonated water (Carbonator), Fig. 2 shows the same section as Fig. 1, the nozzle with water flowing through and Fig. 3 illustrates the principle of the nozzle with the screw threads in a partial longitudinal section on an enlarged scale.
The principle on which the capillary nozzle according to the preferred embodiment of the invention is based is that its passageways have a design in which essentially all of the pressure energy of the liquid flowing through the nozzle is consumed by friction, while the streamlined flow in the liquid is maintained. The extent to which the pressure energy of the liquid is consumed changes directly with the length of the capillary passage and is inversely proportional to the fourth power of the diameter of the capillary passage.
It follows from this that, according to mathematical considerations, it would be possible to increase the diameter of the passage without changing the loss of pressure energy in the liquid, if the length of the passage is also used in compensation
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fourth power of the diameter changes and is directly proportional to the length, a large increase in length is necessary to allow a small increase in diameter.
For example, if a diameter that is twice as large is desired, it is necessary to increase the length sixteen times to compensate. This was previously considered impracticable because of the limited space available, but the present invention overcomes these difficulties and enables the use of long capillary paths in a relatively small space.
In Fig. 1 of the drawings, 10 is a container (carbonator) filled with pressurized carbonated water, and 11 is a threaded bottom connector of the carbonator which is a liquid-carrying
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Bore 12 and a valve seat 13 has.
14 is a sleeve and 15 is the capillary plug, on the surface of which there are several V-shaped ones
Helical capillary paths 16 are arranged. The pin 15 is expediently inserted into the sleeve 14 with a shrink fit and, after the
Always remain shrink connection in the position shown.
17 is a valve at the end of a valve rod 18 which, together with the valve, is pressed upward against the valve seat 13 by a valve spring 19. 20 is a mouthpiece which is screwed onto the lower end of the valve rod 18.
When the valve is operated, the downward pressure acts on the upper side of the mouthpiece 20 and moves it downward. The valve rod 18 and the valve 17 are simultaneously against the pressure of
Spring 19 is pulled down and the valve seat 13 is free, so that the carbonated
Water from the carbonator 10 through the
Bore 12 can flow into the chamber 21.
From the chamber 21 the water moves through the V-shaped, helical lines, that is, constantly changing direction,
Capillary channels 16. As a result of the fluid friction in these channels 16 and the change in the direction of flow forced by the helical design of the nozzle part, the pressure energy of the fluid is essentially used up, and the carbonated one
Water enters the lower end of the screw-shaped capillary channels at approximately atmospheric pressure and at a relatively smaller rate
Speed off.
As a result, there is little tendency to use what is in the water
Stir carbonic acid gas so that the water retains a large percentage of the carbonic acid enrichment it originally had in the
Has carbonator 10.
From the exit end of the helical
Capillary passages away, the water flows through the mouthpiece 20 and then into a glass or other suitable glass underneath
Vessel.
It is clear that the arrangement of capillary passages in screw form ensures a different and new advantage over the devices mentioned at the beginning.
The main advantage of arranging multiple capillary passages is to use up the potential liquid energy by friction and to prevent as far as possible the conversion of this potential energy into speed. By designing the capillary passages in helical form, the carbonated water is forced to move in a helical line as it passes through, which results in a constant and substantial change in the direction of flow of the liquid flowing through. This change in speed can only be achieved by using energy and so a very considerable amount of energy in the liquid is used to continuously change its direction of flow.
In addition to the energy consumed by fluid friction in the capillary channels, a significant amount of energy is also consumed by the inherent shape of the channels.
As already stated, it was previously considered absolutely necessary for capillary nozzles to use very small passages in order to achieve a sufficiently high friction to completely destroy the available energy. The present invention already consumes a substantial part of this energy through the action of the helical shape of the passageways; there is therefore less energy left for destruction by friction, so that it is possible to enlarge the clear cross-section of the capillary passage and at the same time to achieve optimal results in terms of maintaining a high level of carbonation and in terms of eliminating foaming at the nozzle.
This enlargement of the passage cross-section is practically of the greatest importance, since the larger the passage, the lower the risk of clogging by foreign bodies in the water, the easier the nozzle is to clean and the faster the device can be produced in an economical manner can be.
As stated above, according to one of the proposals mentioned at the beginning, which are not based on the principle of screw-shaped passages, the capillary nozzles use passages with a width in the order of magnitude of 0-05 mm. An improvement of these capillary nozzles in the form of the so-called "groove type", as mentioned in the second place at the beginning
Proposal makes it possible to use passages with the width of 0-25 mm. In the present helical capillary nozzle, it has been found practical to enlarge the passages to 1 mm, which is an essential
This represents progress over the other versions, both from the point of view of manufacture and operation.
It is clear that the exact dimensions of the
Capillary passages, the number of turns, their diameter and. like., of the practical
Execution of the underlying conditions. So is z. B. with the typical soda fountains, where the operating pressure of the
Carbonator can be up to 10 kg per cm2, a slightly different capillary formation than z.
B. in the vending machines for drinks, in which the working pressure of the carbonator about
4 kg per cm2. To give a practical example of the type and size of these capillary passages, let it be stated that a capillary nozzle with three parallel passages, a slope angle of 60, a depth of 1 mm and a largest one is appropriate for a vending machine
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Width of the V-shape of 1.6 mm. The ducts are about 25 to 12 mm on the outside of a cylinder and the entire capillary piece has an actual length of about 20 mm.
In the enlarged version according to FIG. 3, the valve according to FIGS. 1 and 2 is omitted in order to clearly express the basic structure of the nozzle. Shut-off means for regulating the passage of the liquid through the nozzle can be arranged in the liquid line 12 or at another point, an arrangement which is preferred in certain embodiments.
From the above it follows that the invention generally consists in the arrangement of a capillary path between the device supplying the carbonated water and the dispensing point for the carbonated water, and in particular in a new and advantageous multi-thread screw capillary nozzle, which the potential energy of carbonated water is destroyed by friction and avoids the conversion of this potential energy to a high degree, with the result that undesired foaming and loss of carbonic acid do not occur. The device according to the invention is of simple construction, simple to manufacture, safe to operate and quite advantageous for the intended purposes.
PATENT CLAIMS:
1. Device for dispensing carbonated water, characterized in that a valve regulating the outflow of the water and one or more capillary passages for the water are provided on the way from the device (10) supplying the carbonated water to the dispensing point.