Verfahren und Vorrichtung zur Lösung von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Herstellung imprägnierter Getränke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lösung von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Herstellung imprägnierter Getränke, und besteht darin, dass die mit Gasblasen durchsetzte Flüssigkeit Schallschwingungen ausgesetzt wird, nachdem sie einem Gasdruck unterworfen ist, der mindestens um die negative Druckweblle der Schwingungen höher ist als der Sättigungsdruck.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine die Flüssigkeit durch eine Düse und ein Beschallungsgerät fördernde Druckerhöhungspumpe.
Bekannt ist die Anwendung von Ultraschall zur Entgasung von Flüssigkeiten. Untersuchungen über die dabei ablaufenden Vorgänge haben gezeigt, dass dabei die Geschwindigkeit der Gasentbindung ausserordentlich stark erhöht wird.
Ultraschall verursacht in Flüssigkeiten Druckwellen mit einer positiven Komponente (=Druckerhöhung) und einer negativen Komponente (=Druckabsenkung bis zu Zugspannungen in Verband der Flüssigkeitsmoleküle). Durch die Anwendung von Gegendruck (=Erhöhung des Aussendruckes über den Sättigungsdruck der Flüssigkeit) wird die Entgasung gashaltiger Flüssigkeiten immer langsamer. Bei weiterer Erhöhung des Gegendruckes tritt schliesslich eine Umkehrung des Effektes ein, und es wird die Geschwindigkeit der Gaslösung stark gesteigert. Der dabei angewendete Gegendruck richtet sich nach der eingesetzten Ultraschallintensität. Er muss so hoch gewählt werden, dass auch während der negativen Komponente der Druckwelle (Zugspannung) der Gesamtdruck in der Flüssigkeit noch über dem Sättigungsdruck verbleibt.
Versuche haben gezeigt, dass dieser Effekt bereits bei einem Gegendruck von 2-5 atü erreicht wird.
Die durch Ultraschall aufgebauten Schwingungen in der Flüssigkeit unterscheiden sich nicht grundsätzlich von Schwingungen, die durch hörbaren Schall hervorgerufen werden. Die gleiche Beschleunigung des Gaslösungsvorganges kann daher auch durch Anwendung von Schwingungen im Bereich des hörbaren Schalles erzielt werden, z. B. durch einen Vibrator mit 50 Hz.
Der optimale Effekt wird erzielt, wenn die Grösse der in der Flüssigkeit vorher suspendierten Gasblasen etwa der den Schwingungen entsprechenden Resonanzgrösse gleichkommt.
Das Verfahren und die Anlage zur Durchführung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Darstellung des Druckverlaufs,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Imprägnierung von Getränken.
In Fig. 1 wird die Höhe des Sättigungsdruckes durch die Linie P dargestellt. Vor der Begasung wird die Flüssigkeit einem Gegendruck P6 ausgesetzt und dann den Schallschwingungen S unterworfen. Dabei liegt das Druckminimum noch über dem Sättigungsdruck P,.
Der Aufbau einer Anlage für die Durchführung der Imprägnierung von Flüssigkeiten ist der Fig. 2 zu entnehmen. Die Flüssigkeit läuft aus dem Wasservorlaufgefäss 1 der Druckerhöhungspumpe 2 zu, welche die Flüssigkeit durch die Düse 3 zur Einführung des Gases in Form feinster Bläschen und das Gerät 4 zur Beschallung von Flüssigkeiten im Durchfluss drückt.
Die Flüssigkeit strömt dann in ein Gefäss 5 zur Aufnahme der begasten Flüssigkeit, von dem aus die Weiterleitung 6 zum Füller erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE
I. Verfahren zur Lösung von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Herstellung imprägnierter Getränke, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Gasblasen durchsetzte Flüssigkeit Schallschwingungen ausgesetzt wird, nachdem sie einem Gegendruck unterworfen ist, der mindestens um die negative Druckwelle der Schwingungen höher als der Sättigungsdruck ist.
II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine die Flüssigkeit durch eine Düse und ein Beschallungsgerät fördernde Druckerhöhungspumpe.
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Method and device for dissolving gases in liquids, in particular for producing impregnated beverages
The invention relates to a method for dissolving gases in liquids, in particular for the production of impregnated beverages, and consists in that the liquid interspersed with gas bubbles is exposed to sound vibrations after it has been subjected to a gas pressure which is higher than at least by the negative pressure wave of the vibrations the saturation pressure.
The device for carrying out the method according to the invention is characterized by a pressure-increasing pump conveying the liquid through a nozzle and a sonication device.
The use of ultrasound for degassing liquids is known. Investigations into the processes involved have shown that the rate of gas release is increased extremely strongly.
Ultrasound causes pressure waves in liquids with a positive component (= pressure increase) and a negative component (= pressure reduction up to tensile stresses in the association of the liquid molecules). By using back pressure (= increase of the external pressure above the saturation pressure of the liquid) the degassing of liquids containing gas becomes slower and slower. If the counterpressure is increased further, the effect is reversed and the speed of the gas solution is greatly increased. The counter pressure applied depends on the ultrasonic intensity used. It must be selected so high that the total pressure in the liquid remains above the saturation pressure even during the negative component of the pressure wave (tensile stress).
Tests have shown that this effect is achieved at a back pressure of 2-5 atmospheres.
The vibrations built up in the liquid by ultrasound do not fundamentally differ from vibrations that are caused by audible sound. The same acceleration of the gas dissolution process can therefore also be achieved by using vibrations in the range of audible sound, e.g. B. by a vibrator with 50 Hz.
The optimum effect is achieved when the size of the gas bubbles previously suspended in the liquid is approximately equal to the resonance size corresponding to the vibrations.
The process and the system for carrying it out are explained using the drawing. It shows:
1 shows the pressure curve,
Fig. 2 is a schematic representation of a system for impregnating beverages.
The level of the saturation pressure is represented by the line P in FIG. Before the gassing, the liquid is exposed to a back pressure P6 and then subjected to the sound oscillations S. The pressure minimum is still above the saturation pressure P i.
The structure of a system for carrying out the impregnation of liquids can be seen in FIG. The liquid flows from the water supply vessel 1 to the pressure booster pump 2, which pushes the liquid through the nozzle 3 to introduce the gas in the form of very fine bubbles and the device 4 for sonication of liquids in the flow.
The liquid then flows into a vessel 5 for receiving the gassed liquid, from which it is forwarded 6 to the filler.
PATENT CLAIMS
I. A method for dissolving gases in liquids, in particular for the production of impregnated beverages, characterized in that the liquid interspersed with gas bubbles is exposed to sound vibrations after it has been subjected to a counter pressure which is at least the negative pressure wave of the vibrations higher than the saturation pressure.
II. Device for carrying out the method according to claim I, characterized by a pressure-increasing pump conveying the liquid through a nozzle and a sonication device.
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