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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen und Ausgeben von karbonisierten Flüssigkeiten, wie Getränken, unter Mischung einer vorgegebenen Menge gekühlten und Kohlensäure enthaltenden Wassers und einer vorbestimmten Menge eines fliessfähigen Geschmacksstoffes, bei dem man die Geschmackstoffmenge einem Geschmacksstoffvorrat und die vorbestimmte Wassermenge einem gegenüber der Umgebungstemperatur unter erhöhtem Druck stehenden und auf wesentlich niedrigere Temperatur gekühlten Wasservorrat entnimmt, dadurch gekennzeichnet,
dass man die vorbestimmte Wassermenge auf den Umgebungsdruck entspannt und unter diesem Druck in schwacher Strömung durch eine Mischzone zu einem Auslass leitet und die vorbestimmte Menge des Geschmacksstoffes mit einer wesentlich über der Temperatur des Wassers liegenden Temperatur und unter dem statischen Eigendruck in der Mischzone in die Wasserströmung eingebracht wird, und dass durch plötzliche Freigabe eines Teils des in dem Wasser gelösten Kohlendioxyds im Augenblick des Kontaktes zwischen Wasser und Geschmackstoff eine für das homogene Mischen beider Flüssigkeiten ausreichende Turbulenz in der Strömung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser bei einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt mit Kohlendioxydgas bis nahe an die maximale Aufnahmefähigkeit feinimprägniert und der Geschmacksstoff mit einer der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur und einem Zuckergehalt in das Wasser eingeführt ist, der für die Selbstkonservierung des Geschmacksstoffes ausreichend hoch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinimprägnierung des Wassers bis zur maximalen Aufnahmefähigkeit an Kohlendioxydgas bei einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt das Dioxydgas in einen unter Druck stehenden Vorrat an gekühltem Wasser eingeleitet wird, der Vorrat durch eine auf eine Temperatur unterhalb 0 "C gekühlte Fläche unterteilt wird, dass Frischwasser in fein verteilter Form auf die Oberfläche des Wasservorrates gesprüht wird und in dem Wasservorrat eine schwache Konvektionsströmung entlang der einen Seite der Kühlfläche aufrechterhalten wird, wobei das Kohlendioxydgas unter Druck durch einen feinporigen Körper direkt in die Konvektionsströmung in fein verteilter Form eingeleitet wird und das Wasser aus dem Vorrat unter gleichzeitiger Herabsetzung des Druckes auf den Umgebungsdruck in vorbestimmter Menge entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasservorrat auf der Kühlfläche ein Eispanzer erzeugt wird, dessen Dickenwachstum auf der einen Seite der gekühlten Fläche durch die Konvektionsströmung begrenzt wird der Art, dass die Eisdicke zwischen der Konvektionsströmung und der gekühlten Fläche wesentlich kleiner als die Eisdicke auf der anderen Seite der gekühlten Fläche ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der vorbestimmten Menge an karbonisiertem Wasser durch die Mischzone jeweils vor und nach dem Einbringen der vorbestimmten Menge an Geschmacksstoff geleitet wird.
6. Gerät zur Herstellen und Ausgeben von karbonisierten Flüssigkeiten, wie Getränken mit Vorrichtungen zum dosierten Abgeben jeweils aus einem Vorrat von fliessfähigen Geschmacksstoffen bzw. an unter erhöhtem Druck stehenden gekühlten und Kohlendioxyd enthaltenden Wassers und einer Vorrichtung zum Mischen der vorgegebenen Mengen und zum Ausgeben der gemischten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass an den Vorrat (27) an gekühltem und mit Kohlensäure imprägnierten Wassers eine den Druck des Wassers auf den Umgebungsdruck entspannende Einrichtung (34) angeschlossen ist, welche mit dem einen Ende einer gegenüber der horizontalen, schwach geneigten Rinne (38) verbunden ist, die am anderen Ende einen Auslass (40) für die gemischte Flüssigkeit aufweist und die nach oben in freier Druckverbindung mit der Umgebungsatmosphäre steht,
und dass die Vorrichtung (13) zur Abgabe einer dosierten Menge an Geschmacksstoff so oberhalb der Rinne (38) angeordnet ist, dass sie die vorbestimmte Menge an Geschmacksstoff unter dessen eigenem statischen Druck direkt in die Wasserströmung in der Rinne (38) einleitet.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasservorrat in einem druckdichten Behälter (50) eingeschlossen ist, der in seinem Inneren durch ein Kühlelement (57) unterteilt ist, dass eine zwangsweise antreibbare Vorrichtung (61) vorgesehen ist, um entlang der einen Seite des Kühlelementes (52) eine Zwangsströmung zu erzeugen, dass ferner eine Vorrichtung (68) oberhalb des Wasserspiegels (53) zum Einsprühen von Frischwasser und ein in den Wasservorrat und in unmittelbarer Nähe der die Zwangsströmung erzeugenden Einrichtung (61) angeordneter poröser Körper (71) vorgesehen ist, der mit einer Zuführungseinrichtung (70) für das Kohlendioxydgas verbunden ist.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (50) zylindrisch ausgebildet ist und das Kühlelement eine Verdampferschlange (59) ist, welche das Innere des Behälters (50) in zwei konzentrische Bereiche unterteilt, und dass die Vorrichtung (61) zur Erzeugung einer Zwangsströmung in der Behältermitte nahe dem Behälterboden (60) so angeordnet ist, dass die Zwangsströmung im wesentlichen entlang der Innenfläche der Verdampferschlange (59) bzw. der sich auf dieser bildenden Eisschicht strömt.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Fühler (73, 74) beiderseits der Verdampferschlange (59), jedoch in unterschiedlichen Abständen von dieser angeordnet sind und zur Steuerung des Kühlkreises auf das Eiswachstum ansprechen.
10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (61) zur Erzeugung einer Zwangsströmung berührungslos durch eine magnetisch gekuppelte Antriebseinrichtung auf der Aussenseite des Behälters (50) antreibbar ist.
11. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben offene Rinne (38) frei von Misch- oder Rührvorrichtungen oder Einbauten ist.
12. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auslass (40) ein Siebelement zugeordnet ist.
Die Erfindungen betreffen ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen und Ausgeben von karbonisierten Flüssigkeiten, wie Getränken, gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6. Fliessfähige Geschmacksstoffe sind z. B. Sirup oder Konzentrat.
Geschmacks- oder Aromastoffe enthaltende Getränke werden in grossem Umfange fabrikmässig fertig hergestellt und in entsprechende Behälter, wie Dosen, Flaschen od. dgl., verpackt und in grösseren Gebinden zu Verteiler- oder Verkaufsstätten transportiert. Nachteilig ist hierbei der grosse Aufwand an Verpackungsmaterial, Lager- und Transportraum. Nachteilig ist ferner, dass der Endverbraucher mit den Getränken grosse Mengen an Wasser mit nach Hause tragen muss. Nachteilig ist schliesslich auch das Problem der Beseitigung oder aber des Rücktransportes und der Aufbereitung der leeren Verpackungsbehälter.
Es sind auch Ausgabeautomaten bekannt, die, durch Geldeinwurf oder Knopfdruck ausgelöst, in Behälter verpackte Getränke ausgeben. Das Fassungsvolumen derartiger Automaten ist begrenzt und es bleibt das Problem der Beseitigung der lee
ren Verpackungsbehälter und des Abtransportes mit den bekannten Problemen.
Es ist ferner bekannt, in Getränkeautomaten fertige Limonaden oder andere Getränke in grossen Vorratsbehältern unter entsprechender Kühlung bereitzuhalten und aus diesen Behältern durch Geldeinwurf ausgelöst, vorbestimmte Mengen mittels Pumpen oder unter Gasdruck in bereitgestellte Trinkgefässe auszudosieren. Aus hygienischen Gründen müssen solche Geräte vor der Neufüllung gereinigt werden und es muss durch entsprechende Kühl aggregate und/oder chemische Zusätze ein Verderben der Getränke ausgeschlossen werden.
Ähnliche Probleme bestehen aber auch bei solchen automatisch arbeitenden Ausschankgeräten, bei denen in dem Automaten karbonisiertes Wasser einerseits und ein fliessfähiger Geschmacksstoff, wie Sirup oder Konzentrat, getrennt in Vorrat gehalten und durch Geldeinwurf od. dgl. ausgelöst, jeweils portionenweise - gegebenenfalls unter Einschaltung einer Mischzone - in ein Trinkgefäss gleichzeitig eingegeben werden. Bei diesen Ausschankgeräten kommt als Schwierigkeit hinzu, dass die Gleichmässigkeit der Qualität des ausgegebenen Getränkes nicht immer gewährleistet werden kann, die Geschmacksstoffe zum alsbaldigen Gebrauch bestimmt sind und daher die Anforderungen der Hygiene nicht immer garantiert werden können, so dass in den meisten Fällen Konservierungsmittel eingesetzt werden müssen.
Da solche Konservierungsmittel in der Regel auch Geschmacksträger sind, wird dadurch auch der Geschmack des fertigen Getränkes nicht unerheblich beeinflusst. Derartige automatisch arbeitende Ausschankgeräte haben sich daher nur in geringem Umfang praktisch durchsetzen können.
In allen Fällen stellen derartige Getränkeautomaten oder automatisch arbeitende Ausschankgeräte relativ schwere, voluminöse Geräte mit kostspieligem hohem technischen Aufwand dar. Für den Hausgebrauch sind solche Geräte praktisch ungeeignet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät der eingangs näher bezeichneten Art vorzuschlagen, das sich besonders ökonomisch und mit geringem und billigem gerätemässigem Aufwand unmittelbar an jeder Verbrauchsstelle, sei es in Schankstätten, Betrieben, Behörden, einsetzen lässt, zu Getränken besonders hoher und gleichmässiger Qualität führt, alle Anforderungen an Hygiene in vollem Umfang befriedigt und auf geringem Raum eine relativ grosse Auswahl an Getränken verschiedener Geschmacksrichtungen zur Verfügung stellt, wobei das Gerät insbesondere auch für den privaten Haushalt geeignet ist.
Die erfindungsgemässen Lösungen dieser Aufgabe sind Gegenstand der Patentansprüche 1 und 6. Bevorzugte Ausführungsarten sind in den Ansprüchen 2-5 und 7-12 umschrieben.
Beim erfindungsgemässen Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass man die vorbestimmte Menge des Geschmacksstoffes mit einer Temperatur merklich über einer vorbestimmten Temperatur von 5 "C in die CO2-haltige Wasserströmung einbringt, die merklich unter die vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird, dass man gleichzeitig mit der Zugabe der Geschmacksstoffe einen Teil des Kohlendioxyds schlagartig freisetzt und die beiden Komponenten mit Hilfe des freigesetzten Gases gemischt und homogenisiert werden.
Der Geschmacksstoff kann in Form eines Limonadensirups oder eines Fruchtsaftkonzentrats eingesetzt werden. Dabei wird der Geschmacksstoff zweckmässigerweise mit einem für die Selbstkonservierung ausreichend hohen Zuckergehalt bei Umgebungstemperatur in Vorrat gehalten und es wird die vorbestimmte Menge mit der Umgebungstemperatur in die Wasserströmung im Bereich der Mischzone eingebracht.
Die vorbestimmte Menge an kohlensäurehaltigem und gekühltem Wasser kann wie üblich einem Wasserleitungsnetz entnommen werden. Dabei wird zweckmässig das Wasser in der Aufbereitungszone bei einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt mit Kohlendioxyd bis zu etwa der maximalen Löslichkeit feinimprägniert und die vorbestimmte Menge aus der Aufbereitungszone unter Herabsetzung des Druckes auf den Umgebungsdruck in die Mischzone befördert.
Während bisher bei der automatischen Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken, z. B. Getränken des Cola Typs, Orangengetränke, Limonadengetränken od.dgl., das aromatische Geschmacksmittel in flüssiger Form, z. B. als Sirup oder als Konzentrat unter einem bestimmten Druck über ein Abgabedosierventil in das kohlensäurehaltige Wasser eingeleitet wird mit dem Bestreben, aus dem ebenfalls unter Druck stehenden kohlensäurehaltigen Wasser durch Druck der beiden Komponenten einen homogenen Vermischungseffekt auszulösen, geht die Erfindung einen anderen Weg.
In bekannten Fällen wird dementsprechend das kohlensäurehaltige Wasser durch Druckleitungen in den Mischkopf geleitet, wo das Wasser mit der vorgegebenen Menge an unter Druck stehendem Geschmacksmittel gemischt wird, um das fertige Getränk zu bilden, das dann aus dem Mischkopf in ein Trinkgefäss abgegeben wird. In diesem Fall besitzt der Sirup oder das Konzentrat einen relativ hohen Wassergehalt. Dieser Wassergehalt führt zu einer erheblichen Verdünnung des karbonisierten Wassers, so dass schon aufgrund dieser Tatsache der Kohlensäuregehalt des fertigen Getränks begrenzt bleibt.
Hinzu kommt, dass bei der Mischung der beiden unter Druck zugeführten Anteile ein grosser Anteil der Kohlensäure durch zwangsweise bedingte Turbulenzen ungenutzt entweicht, also nicht mehr in dem fertigen Getränk enthalten ist.
Ausserdem muss bei den bekannten Verfahren und Geräten dafür Sorge getragen werden, dass durch entsprechende Ausbildung der Mischzone eine von aussen aufgezwungene, intensive Vermischung erfolgt. Die dabei erwähnte hohe Turbulenz unterstützt das Entweichen nicht nutzbarer Kohlensäure.
Durch den hohen Wassergehalt des Sirups oder des Konzentrats muss zur Erreichung einer gewünschten, relativ niedrigen Trinktemperatur des fertigen Getränkes auch das Konzentrat oder der Sirup in einem erheblichen Masse gekühlt werden, wenn nicht nach dem Mischen die Getränketemperatur zu hoch liegen soll. Um in der Mischzone eine gute Durchmischung der Geschmacksstoffe und des Wassers durch die aufgezwungene Mischung zu erhalten, ging man bisher davon aus, dass die Geschmacksstoffe ausreichend flüssig sein müssen, so dass man auch aus diesem Grunde mit relativ hohem Wassergehalt in den Geschmacksstoffen gearbeitet hat.
Demgegenüber basiert das neue Verfahren auf dem Grundgedanken, die Geschmacksstoffe mit möglichst hoher Konzentration, d. h. mit möglichst geringem Wassergehalt, in eine im wesentlichen ruhig fliessende Strömung des gekühlten und karbonisierten Wassers in eine Zone einzubringen, die ihrerseits mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht, d. h. in der der Atmosphärendruck herrscht. Auf eine aufgezwungene Mischung der Geschmacksstoffe und des Wassers wird bei dem neuen Verfahren ausdrücklich verzichtet.
Stattdessen wird das Wasser zuvor mit Kohlensäure bis zu dem primär durch die Wassertemperatur bestimmten maximal möglichen Sättigungsgrad mit Kohlensäure imprägniert und mit dem gegenüber dem Wasser eine höhere Temperatur aufweisenden Geschmacksstoff so zusammengebracht, dass beim Eintreten der dosierten Geschmacksstoffmenge in einem auf die Einbringungsstelle der Geschmacksstoffe begrenzten Bereich durch das in diesem Bereich plötzlich auftretende Temperaturgefälle eine explosionsartige Freisetzung eines Teils der im Wasser enthaltenen Kohlensäure erfolgt, die in diesem örtlich begrenzten Bereich eine solche Turbulenz erzeugt, dass, wie die Praxis bestätigt hat, eine sofortige intensive Vermischung der Geschmacksstoffe und des Wassers erfolgt.
Dabei bleibt, wie die Praxis ebenfalls zeigt, die Freisetzung von Kohlensäure auf einen solchen Anteil begrenzt, der durch die Steigerung der Wassertemperatur auf die nach der Mischung vorliegende Mischtemperatur bestimmt wird. Das fertige Getränk ist daher aufgrund des neuen Verfahrens mit Kohlensäure bis zu dem durch die Mischtemperatur des Getränkes bestimmten Sättigungsgrad imprägniert. So konnte in der Praxis gezeigt werden, dass trotz der Ausnutzung der Kohlensäure für die Mischung der Geschmacksstoffe und des Wassers der Kohlensäuregehalt des fertigen, in ein Trinkgefäss abgegebenen Getränkes in fast allen Fällen höher als der vergleichbarer Getränke ist, die fabrikmässig vorgemischt und unter Druck in Vorratsbehälter abgefüllt worden sind.
Durch die nach dem neuen Verfahren erfolgende Feinimprägnierung des Wassers mit Kohlensäure ergibt sich zugleich der Vorteil, dass die Kohlensäure in dem im Trinkgefäss enthaltenen fertigen Getränk über längere Standzeiten verbleibt, als dies üblicherweise bei vergleichbaren Getränken der Fall ist. Trotz der Verwendung von Geschmacksstoffen in gegenüber dem üblichen System höherer Konzentration, also mit geringerem Wassergehalt und geringerer Fliessfähigkeit, erfolgt nach dem neuen Verfahren eine vollständige Homogenisierung der Bestandteile bis zur Abgabe in das Trinkgefäss.
Der geringere Wasseranteil in den Geschmacksstoffen führt weiterhin zu einer Vergrösserung des Verhältnisses zwischen karbonisiertem Wasser und Geschmacksstoff im fertigen Getränk, so dass auch dann, wenn die Geschmacksstoffe mit einer der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur in das karbonisierte Wasser eingeleitet werden, die Temperatur des fertigen Getränkes niedriger als bei anderen Getränkeautomaten liegt, bei denen während der Abgabe eine Vermischung der Bestandteile erfolgt.
Der geringere Wasseranteil an den Geschmacksstoffen ermöglicht praktisch erstmals auch die Verwendung eines Sirups mit einem die Selbstkonservierung gewährleistenden hohen Zuckergehalt. Während bei den bekannten Getränkeautomaten der Sirup im allgemeinen mit einem Zuckergehalt maximal bis zu 54% = etwa 54" Brix verwendet werden konnte, kann bei dem neuen Verfahren mit einem selbstkonservierenden Sirup mit einem Brix-Wert von wesentlich mehr als 60, ja bis zu Brix-Werten über 71" gearbeitet werden. Die Selbstkonservierung des Sirups macht den Zusatz von Konservierungsmitteln ebenso wie die Kühlung des Sirupvorrates oder die häufigere Reinigung des Gerätes entbehrlich.
Da auch das kohlensäurehaltige Wasser bei dem Verfahren nach der Erfindung allen hygienischen Anforderungen entspricht, ist eine Reinigung allenfalls der dem Umgebungsdruck ausgesetzten Mischzone notwendig. Dadurch wird sowohl der gerätemässige Aufwand wie auch der Wartungsaufwand des Gerätes erheblich herabgesetzt. Das Verfahren lässt sich also auf erheblich billigerem Wege gerätemässig verwirklichen.
Das karbonisierte Wasser wird in die Mischzone zweck mässigerweise mit einer Temperatur zwischen etwa 0 und 2 "C eingeführt. Im Hinblick auf die im Verhältnis dazu wesentlich geringere Menge an auf einer höheren Temperatur liegenden Geschmacksstoffe führt dies zu einer Getränketemperatur, also zu einer Mischtemperatur, von etwa 5 C.
Da auf eine aufgezwungene Mischung verzichtet werden kann, ist es auch möglich, bei der Herstellung jeweils einer Getränkeportion die Mischzone jeweils vor und nach der Zugabe des Geschmacksstoffes mit reinem Kohlensäure enthaltendem Wasser zu durchspülen, so dass sich in der Mischzone keine Geschmacksstoffrückstände bilden können. Etwaige solche Rückstände besitzen einen so hohen Zuckergehalt, dass solche Rückstände ebenfalls nicht zu hygienischen Nachteilen führen können.
Einen weiteren wesentlichen Faktor für das neue Verfahren bildet die Aufbereitung des Wassers vor dessen portionenweiser Abgabe. Dabei geht man bei dem neuen Verfahren vorteilhafterweise so vor, dass man in eine Aufbereitungszone einen Wasservorrat durch eine auf eine Temperatur unter 0 "C gekühlte Verdampferfläche einschliesst und in dem Wasservorrat eine schwache Konvektionsströmung entlang dieser Fläche zwangsweise aufrechterhält, und dass man weiterhin das Kohlendioxydgas unter Druck durch eine feinporige Fläche in die Konvektionsströmung unter das Frischwasser unter Zerstäubung auf die Oberfläche des Wasservorrates zuführt. Hierdurch wird einmal eine Kühlung des Wassers auf eine Temperatur zwischen 0 und 2 "C gewährleistet.
Ausserdem wird der von Zeit zu Zeit auftretende Nachholbedarf an Frischwasser dadurch gedeckt, dass das Frischwasser in Form eines feinen Nebels oder Sprühregens in den Kopfraum über dem Wasservorrat eingebracht wird, so dass die Wasserzufuhr keinerlei Turbulenz oder Beunruhigung im Wasservorrat erzeugt.
Die Einführung des Kohlendioxydgases unter Druck erfolgt vorzugsweise in einer Weise, die eine Feinstimprägnierung des Wasservorrates bis zu dem durch die Temperatur bedingten, maximalen Sättigungsgrad gewährleistet. Dies erfolgt durch Einführung des Gases in feinsten Bläschen, die von der schwachen und praktisch laminaren Strömung innerhalb des Wasservorrates mitgenommen und in dem Wasservorrat so rasch und gleichmässig verteilt werden, dass sich keine grösseren Blasen bilden können, die zu einem Kohlendioxydverlust führen würden. Die schwache Konvektionsströmung gewährleistet ausserdem eine völlig gleichmässige Kühlung des Wassers auf die gewünschte niedrigere Temperatur.
Es wird hierbei also bei sehr niedriger Temperatur des Wassers gearbeitet und gleichzeitig die Imprägnierung in der Weise vorgenommen, dass das Wasser mit Kohlendioxyd bis zu der der sehr niedrigen Temperatur des Wassers entsprechenden hohen Sättigung imprägniert werden kann. Die Abgabe der dosierten Menge an Wasser erfolgt damit stets aus dem sowohl bezüglich des Kohlendioxydgehalts als auch bezüglich der Temperatur praktisch völlig homogenen Wasservorrat.
Die relativ niedrige Wassertemperatur wird bei dem neuen Verfahren dadurch gewährleistet, dass mit Hilfe der Konvektionsströmung an der der Konvektionsströmung zugewandten Seite der Kühlfläche die Bildung eines Eispanzers von nur geringer Dicke zugelassen wird, so dass man einen direkten Wärmeübergang vom Wasser zur Kühlfläche erhält, der nicht durch den einen Wärmewiderstand bildenden Eispanzer beeinträchtigt wird. Dennoch kann man auch bei dem neuen Verfahren mit einem Eispanzer als Speicher für Kältekalorien arbeiten.
Dies erreicht man durch die entsprechend geführte Konvektionsströmung und durch die entsprechende Anordnung der Kühlfläche in dem Wasservorrat. Nach dem neuen Verfahren kann man in dem Wasservorrat die Konvektionsströmung an der Kühlfläche so entlang führen, dass auf der der Strömung zugewandten Seite der Kühlfläche der Eispanzer stets nur eine sehr geringe, den Wärmeübergang nicht behindernde Stärke annimmt, während man in dem auf der anderen Seite der Kühlfläche befindlichen Anteil des Wasservorrates jede Strömung verhindert respektive so reduziert, dass sich von dem strömenden Wasservorratsanteil aus gesehen hinter der Kühlfläche ein als Speicher für die Kältekalorien dienender Eispanzer genügender Stärke aufbauen kann.
Die sich in geringem Umfang im Karbonisiergerät bildenden grösseren Bläschen an Kohlendioxyd tragen in der aus dem Vorrat abdosierten Wassermenge im Bereich der Mischzone dazu bei, eine bessere Vermischung des Wassers mit den Geschmacksstoffen zu gewährleisten.
Beim erfindungsgemässen Gerät ist der Abgabeeinrichtung für das Wasser vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Feinstimprägnierung des Wassers mit Kohlendioxyd bis zu dem durch die Kühltemperatur bestimmten maximalen Sättigungs grad vorgeschaltet, während der Abgabeeinrichtung für die Geschmacksstoffe eine den Geschmacksstoff auf einer über der Kühltemperatur des Wassers liegenden Temperatur, vorzugsweise auf der Umgebungstemperatur, haltende Vorratseinrichtung zugeordnet ist.
Das Gerät lässt sich leicht so ausbilden, dass dem Strömungskanal für das karbonisierte Wasser ein oder mehrere Vorrats- und Dosiereinrichtungen für verschiedene Geschmacksstoffe zugeordnet sind, so dass mit dem gleichen Gerät lediglich durch Betätigung einer Vorwahleinrichtung Getränke verschiedenster Geschmacksrichtung, wie reines gekühltes, geschmacksfreies karbonisiertes Wasser abgegeben werden können. Das Gerät lässt sich mit geringem baulichem Aufwand und bei geringer Raumbeanspruchung so billig herstellen, dass das Gerät nicht nur für Schankstätten, Betriebe oder Behörden, sondern auch für den privaten Haushalt so eingesetzt werden kann, dass die Getränke billiger als je bisher möglich abgegeben werden können.
Alle Transportprobleme mit Ausnahme des Transports etwa einer Kohlensäureflasche oder von Vorratsbehältern für die Geschmacksstoffe kommen in Fortfall. Ebenso kann ein Haushalt damit von sämtlichen bisherigen Problemen im Zusammenhang mit den Transportbehältern, wie Flaschen, od. dgl., freigehalten werden. Das Gerät arbeitet hygienisch absolut einwandfrei und bedarf nur einer geringen Wartung. Der Energieverbrauch ist kaum anders als bei einem normalen Haushaltskühlschrank.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Gerät zum Ausführen des neuen Verfahrens in Seitenansicht,
Fig. 2 im senkrechten Schnitt ein Karbonisierungsgerät herkömmlicher Bauart,
Fig. 3 im Vergleich dazu ein Karbonisierungsgerät gemäss der Erfindung,
Fig. 4 ein Vorrats- und Dosiergerät für fliessfähige Geschmacksstoffe herkömmlicher Bauart,
Fig. 5 im Vergleich dazu ein Vorrats- und Dosiergerät für Geschmacksstoffe gemäss der Erfindung,
Fig. 6 einen Getränkemischkopf herkömmlicher Bauart während der Abgabe eines Getränkes,
Fig. 7 die Mischzone des Gerätes zum Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar bei Beginn eines Abgabevorgangs,
Fig. 8 und 9 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 7 die Mischzone während und unmittelbar am Ende eines Arbeitsvorgangs,
Fig.
10 eine bevorzugte Ausführungsform im senkrechten Schnitt einer Aufbereitungseinrichtung für das karbonisierte Wasser vor Inbetriebnahme und
Fig. 11 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 10 die Aufberei tungseinrichtung während des normalen Betriebes.
Das in Fig. 1 gezeigte Gerät dient zur wahlweisen Entnahme von Getränken unterschiedlicher Geschmacksrichtung.
Das Gerät weist in einem Gehäuse A eine Batterie von Vorratsbehältern 10a bis 10d für Geschmacksstoffe unterschiedlicher Geschmacksrichtung auf, wobei angenommen ist, dass die Geschmacksstoffe in Form eines Sirups hoher Konzentration, d. h. einer Zahl merklich über 60 Brix, vorliegen.
Aus Fig. 1 erkennt man, dass die Vorratsbehälter 10a bis 10d geschlossene Behälter sind, an deren unteren Enden jeweils eine Dosiereinrichtung 13 angeschlossen ist, die zur dosierten Abgabe einer vorbestimmten Sirupmenge aus dem Sirupvorrat 9 dient. Der Flüssigkeitsstand innerhalb des Vorratsbehälters 10a ist mit 14 bezeichnet, während 15 den über dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Kopfraum angibt.
Die während der Abgabe notwendige Luft wird durch ein Röhrchen 11 wie im dargestellten Beispiel an einer Stelle weit unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 14 und dicht oberhalb der Abgabeeinrichtung 13 eingeleitet. Nähere Einzelheiten werden im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.
In dem Gehäuse A ist weiterhin eine Aufbereitungseinrich tung für das kohlensäurehaltige Wasser angeordnet. Die Aufbereitungseinrichtung weist einen druckdichten Behälter 26 auf, in dem ein Vorrat 27 an gekühltem Wasser aufgenommen ist. Das Frischwasser wird über ein gesteuertes Ventil 30 durch eine Sprüheinrichtung 31 und das Kohlendioxydgas über ein gesteuertes Ventil 28 über einen Verteilerkopf 29 zugeführt, während das karbonisierte, also aufbereitete Wasser über eine Leitung 32 dem Vorrat entnommen und über ein gesteuertes Ventil 33 und eine Druckausgleichseinrichtung 34 einer Mischzone zugeleitet werden kann. Näheres zu der Aufberei tungseinrichtung wird im Zusammenhang mit der Fig. 3 und den Fig. 10 und 11 erläutert.
Das in dem Vorrat 27 unter Druck stehende Wasser tritt aus der Einrichtung 34 unter Druckentspannung in einen Strömungskanal in Form einer Rinne 38 aus. Diese Rinne 38 ist als offene Rinne dargestellt, um damit zu demonstrieren, dass der Strömungskanal in einer einen freien Druckausgleich ermöglichenden Verbindung mit der Umgebungsatmosphäre steht. Selbstverständlich ist der Strömungskanal bzw. die Rinne 38 gegenüber der Umgebungsatmosphäre hygienisch isoliert.
Der Boden der Rinne ist gegenüber der Horizontalen schwach geneigt, und zwar in Richtung auf eine Abgabestellung 40 für das fertige Getränk. Die Einrichtung 34 und die Abgabestelle 40 sind an entgegengesetzten Ende der Rinne angeordnet, so dass das gekühlte und karbonisierte Wasser die Rinne mit schwacher Strömung auf der ganzen Länge durchströmt.
Man erkennt aus Fig. 1, dass unabhängig von der Auswahl des Geschmacksstoffes die dosierte Geschmacksstoffmenge unmittelbar in die die Rinne 38 durchfliessende Wasserströmung eintritt. Die Abgabestelle 40 weist einen relativ breiten Austrittsquerschnitt auf, so dass das fertige Getränk mit relativ niedriger Strömungsgeschwindigkeit und geringer Turbulenz in ein unter der Abgabestelle angeordnetes Gefäss eintreten kann.
Bevor auf die Einrichtungen der Erfindung im einzelnen eingegangen wird, wird jeweils an einem schematischen Beispiel die bisherige Arbeitsweise kurz erläutert.
So zeigt Fig. 2 ein Karbonisierungsgerät herkömmlicher Art. Das Gerät weist einen druckdichten Behälter 16 auf, in dem ein Wasservorrat 17 unter Bildung eines Kopfraumes 16a aufgenommen ist. Dem Wasservorrat wird Kohlendioxydgas aus einer entsprechenden und unter Druck stehenden Quelle über die Leitung 18 und das gesteuerte Ventil 19 sowie das in den Behälter 16 reichende Rohr 20 über eine Düse 21 blasenförmig zugeführt. Das Frischwasser gelangt aus einer Druckwasserquelle über das gesteuerte Ventil 23 und eine Austrittsdüse 22 im Behälter in der in Fig. 2 dargestellten Weise in den Wasservorrat. Eine Mischung des Wasservorrates mit den Kohlendioxydbläschen und dem Frischwasser erfolgt unter Turbulenz, welche einerseits durch das einströmende Wasser und anderseits durch die aufsteigenden Gasblasen erzeugt wird.
Aus dem Vorrat werden dosierte Mengen an karbonisiertem Wasser über die Druckleitung 25 und das gesteuerte Ventil 24 entnommen und einem Mischkopf zugeführt. Das Frischwasser gelangt gekühlt in den Behälter 16. Es ist ersichtlich, dass das Kohlendioxyd in relativ grossen Blasen in den Wasservorrat eintritt, wobei während der Aufsteigbewegung und in Folge der Turbulenz die Blasen sich während des Aufstiegs miteinander vereinigen können. Soweit das Kohlendioxydgas in dem Wasservorrat bleibt, liegt es in relativ groben Bläschen vor. Da das einströmende Frischwasser wesentlich zu dem Mischvorgang beitragen muss, strömt es mit relativ gros ser Geschwindigkeit in den Wasservorrat ein und unterstützt die Turbulenz, die ihrerseits die Bildung grösserer Kohlendioxydbläschen unterstützt und durch relativ hohe Wassertemperaturen eine maximale Imprägnierung nicht zulässt.
Die über die Druckleitung 25 entnommenen dosierten Wassermengen besitzen daher nur einen relativ geringen Kohlendioxyd-Sättigungsgrad.
Bei der Aufbereitungseinrichtung gemäss der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist ebenfalls ein Druckbehälter 26 mit einem Wasservorrat 27 und einem Kopfraum 26a vorgesehen. Das gekühlte Frischwasser wird unter Druck über das Ventil 30 einem Sprühknopf 31 zugeführt und tritt in den Kopfraum 26 als feiner Wassernebel oder Sprühregen ein, der sich langsam und ohne Erzeugung einer Turbulenz auf die Oberfläche des Wasservorrates 27 niederschlägt.
Das Kohlendioxyd wird unter Druck über das gesteuerte Ventil einem porösen Körper 29 zugeführt, der das Gas nur in feinsten Bläschen austreten lässt, die nur einen geringen Auftrieb haben und daher eine wesentlich grössere Verweilzeit in dem Wasservorrat 27 aufweisen als die vergleichsweise grösseren Bläschen in der bekannten Vorrichtung. Die feinsten Bläschen können sich daher wesentlich leichter und vollständiger über den ganzen Querschnitt des Wasservorrates 27 bereits in Höhe des porösen Körpers 29 ausbreiten, so dass der gesamte Wasservorrat 27 wesentlich gleichmässiger und schneller mit dem Kohlendioxydgas imprägniert wird. Die Bläschen haben nur eine geringe Neigung, sich zu vereinigen, da sie ständig und sanft in dem Wasservorrat verteilt werden und da sie daher keiner nennenswerten Turbulenz ausgesetzt sind.
Wenn man annimmt, dass in den beiden zum Vergleich stehenden Vorrichtungen nach Fig. 2 und 3 der Wasservorrat die gleiche Kühltemperatur aufweist, so wird mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung nach Fig. 3 der Wasservorrat 27 mit wesentlich höherem Sättigungsgrad mit Kohlendioxydgas imprägniert. Das durch die Leitung 32 unter Druck entnommene, imprägnierte Wasser hat also einen wesentlich höheren Kohlensäuregehalt als im bekannten Fall. In beiden Fällen wird im dargestellten Beispiel davon ausgegangen, dass im Kopfraum der Behälter ein Überdruck von etwa 6 bars herrscht.
Während im bekannten Fall die entnommene Wassermenge unter Druck dem Mischkopf über den Entspannungskegel zugeführt wird, gelangt bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung das entnommene Wasser über ein gesteuertes Ventil 33 in eine Druckentspannungseinrichtung 34 und ist anschliessend ausschliesslich für den Weitertransport dem Atmosphärendruck ausgesetzt.
In den Fig. 4 und 5 sind jeweils übliche und gemäss der Erfindung ausgebildete Vorrats- und Dosiereinrichtungen für einen sirupartigen Geschmacksstoff dargestellt.
Bei der herkömmlichen Einrichtung nach Fig. 4 befindet sich eine Vorratsmenge 1 des Sirups in einem Vorratsbehälter 2, wobei die Sirupoberfläche mit 8 bezeichnet ist. Der dar überstehende Kopfraum 7 steht über eine Druckleitung 3 und ein Druckventil 4 mit einer unter Druck stehenden Kohlendioxydquelle in Verbindung. Der erhöhte Druck im Kopfraum dient zur Entnahme vorbestimmter Mengen des Sirups über die Steigleitung 6 und über das Dosierventil 5. Es ist ersichtlich, dass der Sirup bei dieser bekannten Vorrichtung eine relativ gute Fliessfähigkeit und damit einen relativ grossen Wassergehalt besitzen muss. In der Praxis wird mit einem Sirup in einer Konzentration von maximal bis zu 54 Beim" gearbeitet.
Das bedeutet, dass der Sirup durch zusätzliche Mittel, durch Kühlung oder durch Konservierungsmittel, haltbar gemacht werden muss. Ausserdem bilden sich an den Innenflächen des Behälters Schlieren und Verkrustungen, welche vor einer Neubefüllung des Behälters 2 eine gründliche Reinigung aus hygienischen Gründen erforderlich machen.
Demgegenüber sieht die Vorratseinrichtung gemäss der Erfindung nach Fig. 5 einen Vorratsbehälter 10 vor, der geschlossen ist und dessen Entnahmeöffnung am Boden angeordnet ist. Dabei ist das Dosierventil 13 unmittelbar an die Abgabeöffnung des Behälters angesetzt. Das Dosierventil weist einen beweglichen Ventilkörper 13 auf, der aus der gezeigten Schliessstellung durch einen Elektromagneten 13a in eine Offenstellung angehoben werden kann. Der Sirup wird aus dem Vorrat 9 also durch Schwerkraft entnommen. Der Kopfraum 15 des Behälters 10 steht weder mit der Atmosphäre noch mit einer Druckgasquelle in direkter Verbindung.
Bei Entnahme einer vorbestimmten Menge an Sirup aus dem Vorratsbehälter entsteht in dem Kopfraum ein relativ niedriger Druck; um bei der Entnahme für einen Druckausgleich zu sorgen, ist in dem Behälter eine Belüftungsstelle bei 12 angedeutet, deren Grenzfläche zwischen Sirup und Luft in erheblichem Abstand unter dem Spiegel 14 des Vorrats 9 liegt und nur einen geringen Abstand von der Abgabeöffnung des Behälters aufweist. I)ie Grenzfläche 12 wird im dargestellten Beispiel durch das untere. Ende eines nach oben durch den Behälter und den Behälterdeckel zur Umgebungsatmosphäre führenden Liiftungsrohres 11 gebildet.
Die unter der Grenzfläche 12 liegende Menge des Sirups steht daher unter einem niedrigen statischen Druck. Entsprechend der Sirupentnahme kann Luft in Form von kleinen Bläschen aus der Grenzfläche 12 durch den Sirupvorrat 9 in den Kopfraum 15 aufsteigen. Selbstverständlich kann das Belüftungsrohr auch am unteren Teil des Behälters 10 angeschlossen sein. Wesentlich ist, dass durch den abgeschlossenen Kopfraum 15 ein Unterdruck entsteht, der es nicht zulässt, dass der Vorrat 9 kommunizierend in die Belüftung eintreten kann.
Auf ihrem Weg durch den Sirupvorrat nehmen die Bläschen erhebliche Feuchtigkeit auf, so dass der Kopfraum 15 mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Das bedeutet, dass sich an den Wänden des Behälters keinerlei Schlieren oder Verkrustungen bilden können.
Mit der neuen Vorrichtung kann also mit wesentlich höherer Konzentration, insbesondere in dem Konzentrationsbereich der Selbstkonservierung, also bei Brix-Werten weit über 60 in der Praxis bis zu 71 - gearbeitet werden, so dass Konservierungsmittel oder eine Kühlung vollständig entbehrlich sind.
Auch sind im Hinblick auf die hohe Sirupkonzentration allen Anforderungen an die Hygiene selbst bei langen Aufbewahrungs-und Betriebszeiten Genüge getan. Nähere Einzelheiten für das neue Verfahren und der dabei verwendeten Vorratsund Dosiereinrichtung können der US-PS 3 258 166 entnommen werden, in der auch die Steuerung der Dosiervorrichtung näher erläutert ist.
Bei bekannten automatisch arbeitenden Getränkeherstellungsgeräten wird das karbonisierte Wasser aus der Steigleitung 25 der Vorrichtung nach Fig. 2 und der Sirup über die Steigleitung 6 der Vorrichtung nach Fig. 4 jeweils unter erhöhtem Druck einem Misch- und Abgabekopf zugeführt, der in Fig. 6 in einer Ausführungsform schematisch angedeutet ist.
Der Misch- und Abgabekopf H nach Fig. 6 weist zwei getrennte Druckleitungen auf, die unmittelbar unterhalb des Kopfes in einer Mischzone in Form von in Austrittsrichtung zueinander konvergierenden Düsen S' für den Sirup und Si' für das karbonisierte Wasser enden. Durch eine nichtdargestellte Steuereinrichtung wird gewährleistet, dass Wasser und Sirup gleichzeitig durch die konvergierenden Düsen unter Druck austreten, so dass die aufeinander treffenden Strahlen eine starke Turbulenz und eine entsprechende Vermischung erzeugen. Das stark beunruhigte Getränk tritt in das unter dem Abgabekopf H angeordnete Trinkgefäss 35, wobei ein grosser Anteil der Kohlensäure unter Bildung von Schaum im Kopfraum 36 entweicht, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist.
Da das Getränk in aller Regel nur grob imprägniert ist, entweicht auch nach der anfänglichen Beruhigung rasch ein Grossteil des noch verbleibenden Kohlendioxydgases, so dass das Getränk schnell an Trinkqualität verliert.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung, das in einer Vorrichtung ausgeführt werden kann, wie sie in den Fig. 7 bis 9 dargestellt ist, tritt das kohlensäurehaltige Wasser unter gleichzeitiger Druckentspannung in der Einrichtung 34 an dem einen Ende der flach geneigten Rinne 38 aus. In dem Wasser etwaig enthaltene grössere Bläschen werden bei der Druckentspannung freigesetzt und können in der in Richtung des Pfeils 38c über den Böden 38b der Rinne fliessenden Wasserströmung aufsteigen. Die mit 38d bezeichnete Wasserströmung füllt auf ihrem Weg praktisch die Rinne über ihre ganze Länge aus und tritt bei 40 aus einem relativ weiten Austritt, also praktisch ohne Düsen- und Strahlenwirkung, entsprechend dem Pfeil 40a in ein Trinkgefäss 42 aus. Der Raum 38a über der Wasserströmung steht in freiem Druckausgleich mit der Umgebungsatmosphäre.
Das bedeutet, dass bei siebartigem Abschluss des Austritts 40 die Rinne hygienisch einwandfrei gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgeschirmt ist. Unmittelbar über der Wasserströmung 38d liegt die Austrittsmündung der Dosiereinrichtung 13 des Vorratsbehälters 10 für den hochkonzentrierten Sirup. Der Sirup weist einen für die Selbstkonservierung ausreichenden Zuckergehalt auf, so dass eine Kühlung des Sirups im Vorratsbehälter 10 weder erforderlich noch erwünscht ist. Der Sirup tritt mit geringem statischem Druck bei Betätigung der Dosiervorrichtung 13 aus deren unteren Mündung aus, wie dies Fig. 8 bei 13a veranschaulicht.
Die dosierte Sirupmenge tropft in die Wasserströmung ein und löst in dieser infolge der starken Temperaturdifferenz zwischen dem Sirup und dem gekühlten kohlensäurehaltigen Wasser eine plötzliche Freisetzung eines Teils der Kohlensäure aus, welche an der mit 39a bezeichneten Eintrittsquelle des Sirups eine explosionsartige Wirkung zeigt, welche den Sirup augenblicklich und trotz seiner hohen Viskosität mit dem Wasser mischt, ohne dass sich der Sirup auf dem flach geneigten Boden 38b der Rinne 38 absetzen kann. Gleichzeitig steigt die Mischtemperatur der Mischung aus Sirup und Wasser z.B.
von einer Temperatur zwischen 0 und 2 "C des gekühlten Wassers auf eine Trinktemperatur von etwa 5 "C des fertigen Getränkes. Da das Wasser durch die niedrige Kühltemperatur mit Kohlensäure bis zum Sättigungsgrad angereichert ist, wird durch den Temperaturanstieg automatisch ein Teil der Kohlensäure freigesetzt, da der Sättigungsgrad bei der höheren Trinktemperatur entsprechend niedriger ist. Die intensive und homogene Mischung von Wasser und Geschmacksstoff wird fast ausschliesslich durch die Freisetzung eines vorbestimmten Anteils der Kohlensäure bewirkt. Da im übrigen das Wasser mit Kohlensäure feinstimprägniert ist, besteht keine Gefahr, dass mehr als der durch den Temperaturanstieg bedingte Anteil an Kohlensäure aus dem Wasser freigesetzt wird.
Das bedeutet, dass das fertige Getränk nahezu den maximal möglichen Sättigungsgrad an Kohlensäure behält, der der Trinktemperatur des Getränks, also etwa der Temperatur von 5 "C, entspricht.
Da das gemischte Getränk aus der Rinne 38 bei 40 durch eine relativ grosse siebartige Öffnung ausströmt, tritt beim Ausströmen nur eine geringe Turbulenz auf. Es wird also nur wenig Kohlensäure beim Ausfliessen freigesetzt. Da das Getränk ausserdem mit Kohlensäure feinstimprägniert und nahezu gesättigt ist, besitzt es auch nach längerer Standzeit noch ausgezeichnete Trinkqualität, auch bedingt durch die relativ niedrige Temperatur. Die relativ niedrige Temperatur ist wiederum die Folge des geringen Wasseranteils im Sirup und damit von relativ geringem Anteil an Sirup im Vergleich zu dem Anteil des karbonisierten und gekühlten Wassers.
Die angegebenen Werte sind selbstverständlich nur Beispiele, die für eine bevorzugte Ausführung des neuen Verfahrens typisch sind. Die in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Mengen an kohlensäurehaltigem Wasser sind selbstverständlich übertrieben dargestellt, um die Darstellung anschaulicher zu machen. In jedem Fall ist es jedoch zweckmässig, die Anordnung bzw. Steuerung der verschiedenen Einrichtungen so zu treffen, dass der Boden 38b der Rinne 38 jeweils vor und nach dem Zuführen des Sirups mit sirupfreiem Wasser bedeckt ist, so dass eine zuverlässige Bespülung des Bodens jeweils mit reinem Wasser gewährleistet ist Die Rinne 38 stellt ohnehin praktisch den einzigen Teil eines gemäss der Erfindung ausgebildeten Gerätes dar, der gelegentlich einer Reinigung unterzogen werden muss. Deswegen ist die Rinne zweckmässigerweise transparent und leicht herausnehmbar ausgebildet.
Ausserdem besteht die Rinne zweckmässigerweise aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, so dass durch Berührung des gekühlten Wassers mit dem wärmeren Boden 38b der Rinne nur eine geringe Aufwärmung des Wassers und damit eine geringere Freisetzung von Kohlensäure eintritt. Sollten sich Sirupreste auf dem Rinnenboden absetzen, so bestehen keine hygienischen Beeinträchtigungen, da der Sirup praktisch wasserfrei und damit selbstkonservierend ist. Bei der beschriebenen explosionsartigen Freisetzung von Kohlensäure an der Eintropfstelle 39a des Sirups werden bei den angegebenen Zahlen etwa 10% des imprägnierten Kohlendioxydgases innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde und begrenzt auf den Eintropfbereich 39a freigesetzt.
Da der Ausgabevorgang für den Sirup und die Mischung praktisch drucklos erfolgen, können breite Austrittsquerschnitte für alle Öffnungen vorgesehen werden, so dass trotz der drucklosen Mischung der Ausgabevorgang rascher als bei unter Druck arbeitenden Systemen vor sich geht. Das zur Ausgabe benötigte Getränkevolumen steht daher in wenigen Sekunden zur Verfügung.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Aufbereitungsgerätes für das Wasser ist in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Dieses Aufbereitungsgerät besteht aus einem druckdichten Behälter 50, in dem ein Wasservolumen 52 aufgenommen ist. Die Höhe des Wasserspiegels 53 in dem Behälter 50 wird durch entsprechende Standhöhenfühler 72 von einem zentralen Steuergerät, das nicht dargestellt ist, gewährleistet. Das Steuergerät steuert ein Solenoid-Ventil 66, über das Wasser unter Druck durch die Leitung 67 in den Kopfraum 51 des Behälters eingeführt wird. Die Einführung erfolgt unter Druck in der Weise, dass das eingeführte Wasser keine Turbulenz erzeugt. Zu diesem Zweck endet das Zuführungsrohr 67 in einem Zerstäubungskopf 68, der das zugeführte Wasser vernebelt, wobei der Nebel oder Sprühregen sich auf die Wasseroberfläche niederschlägt.
Die niedrige Temperatur zwischen 0 und 2 "C, vorzugsweise im Bereich von max. 1 0C des Wasservorrates 52, wird in dem Behälter 50 mit Hilfe eines Kühlaggregates erzielt. Dieses ist in Form einer schraubenförmig gewickelten Verdampferschlange 54 ausgebildet, das über seine beiden Anschlüsse 55 und 56 mit einem ausserhalb liegenden Kälteerzeuger verbunden ist.
Man erkennt aus den Figuren, dass mit zylindrisch gewikkelter Verdampferschlange 54, die praktisch über die ganze Standhöhe des Wasservorrates 52 reicht, das Innere des Behälters in zwei konzentrische Zonen unterteilt ist, und zwar eine Zone 59 innerhalb der Verdampferschlange und eine Ringzone 58 ausserhalb der Verdampferschlange. Auf die Bedeutung dieser Ausbildung wird weiter unten noch näher eingegangen.
Das Innere des Behälters 50 steht unter einem vorbestimmten Druck. Dieser Druck ist auf den Druck des Kohlendioxydgases abgestimmt, das von einer entsprechenden Quelle über ein Solenoid gesteuertes Ventil 69 dem Wasservorrat 52 zugeführt wird. Hierzu dient ein Zuführungsrohr 70, das bis nahe zum Boden 60 des Behälters in den Wasservorrat reicht und an seinem unteren Ende mit einer Keramikkerze 71 oder einem anderen porösen Körper verbunden ist, durch den hindurch das Kohlendioxydgas in feinsten Bläschen in den Wasservorrat 52 ausperlt. Hiermit ist eine wesentliche Voraussetzung für eine Feinstimprägnierung des Wassers mit Kohlensäure geschaffen.
Um zu verhindern, dass sich in dem Wasservorrat wolkenartige Bläschen von Kohlendioxyd ansammeln, die einerseits die Qualität des Sodawassers beeinträchtigen würden und anderseits Anlass zur Bildung von grösseren Bläschen und damit zum erheblichen Verlust von Kohlendioxyd im Wasser sein können, ist eine Einrichtung vorgesehen, um in dem Behälter eine praktisch laminare langsame Konvektionsströmung zwangsweise zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist an der tiefsten Stelle im Boden 60 des Behälters ein Rotor 61 gelagert, der zentral ansaugt und das Wasser in radialer Richtung über den ansteigenden Boden nach aussen drückt. Im dargestellten Beispiel erfolgt der Antrieb von aussen berührungsfrei mit einem ausserhalb drehbar gelagerten Magnetrad 63, das durch den Motor 62 angetrieben wird und den Rotor 61 magnetisch mitnimmt.
Das aufbereitete Wasser kann durch die Leitung 64 über das Solenoid gesteuerte Ventil 65 entnommen und der Mischzone zugeführt werden.
Wenn der Behälter gefüllt ist und die Kühleinrichtung in Betrieb genommen wird, so bildet sich im Bereich der Verdampferschlange 54 eine zunehmende Eisschicht, welche zunächst den Zwischenraum zwischen benachbarten Rohrwindungen überbrückt, so dass die Verdampferschlange 54 zusammen mit dem sich bildenden Eis in dem Behälter praktisch eine etwa zylindrische Trennwand aufbaut, welche das Wasservolumen innerhalb der Verdampferschlange 54 strömungsmässig von dem Wasser in der Ringzone 58 trennt. Dadurch wird die Konvektionsströmung im Wasser, die in Fig. 11 durch Pfeile 78 angedeutet ist, auf das innere Wasservolumen beschränkt. Die Strömung streicht dabei über den Boden 60 des Behälters und dann an der Innenseite der sich bildenden Eiswand nach oben und im oberen Bereich wieder zur Mitte des Wasservorrates hin. Die Konvektionsströmung hat mehrere Zwecke.
Sie dient einmal dazu zu verhindern, dass das Kohlendioxyd in Wolken innerhalb des Wassers vorhanden ist. Es soll weiterhin eine gleichmässige Kühlung des Wasservorrates gewährleisten, also einen gewissen Mischeffekt. Die Konvektionsströmung dient aber gleichzeitig auch zur Steuerung der an der Kühlschlange 54 wachsenden Eiswand, indem auf der nach innen weisenden Eisfläche 8Oc des sich bildenden Eispanzers 80 das strömende Wasser ständig Wärme an den Eispanzer 80 abgibt und damit das Wachstum des Eispanzers radial nach innen begrenzt.
Da in der äusseren Ringzone 58 das Wasser in Ruhe ist, also keine Konvektionsströmung vorliegt, kann hier das Eis in den Ringraum, also radial nach aussen, unbehindert wachsen, so dass sich auf der aussenliegenden Umfangsfläche der Rohrschlange 54 ein dicker Eispanzer 80b bildet, während auf der Innenseite der Rohrschlange nur ein sehr dünner Eispanzer 80a vorliegt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der dicke Eispanzer 80b als Speicher für Kältekalorien dient, während auf der Innenseite die Rohrschlange 54 nur durch eine dünne Eisschicht bedeckt ist, die eine rasche Wärmeabgabe vom Wasser in die Rohrschlange nicht nennenswert behindem kann.
Selbstverständlich muss zur Sparung von Energie und zum Schutz des Behälters das Wachstum des Eispanzers zusätzlich überwacht werden. Hierzu dienen entsprechende Fühler 73, 74, die in dem zentralen Steuerkreis eingeschaltet sind. Dabei kann auch die Verdampferschlange 54 selbst als eine Elektrode herangezogen werden, die mit den beiden anderen Elektroden 73 und 74 jeweils Fühlkreise bildet. Der äussere Fühlkreis mit der Elektrode 73 soll verhindern, dass der Eispanzer bis gegen die Behälterwand wächst und einen unzulässigen Druck auf den Behälter ausüben kann. Der innere Fühlkreis mit der Elektrode 74 steuert zusammen mit der Konvektionsströmung das Wachstum der Eisschicht 80a auf der Innenseite der Kühlschlange.
Auf diese Weise erhält man eine direkte und sehr wirkungsvolle Kühlung des Wassers, wobei das Wasser eine sehr gleichmässige, niedrige Temperatur annimmt.
Trotz direktem Wärmeübergang vom Wasser auf die Kühlschlange braucht bei dieser neuen Anordnung auf die Vorteile eines Eispanzers als Kältespeicher nicht verzichtet zu werden.
Die Anordnung arbeitet ausserordentlich ökonomisch und lässt sich sehr raumsparend aufbauen. Die Anlage arbeitet praktisch wartungsfrei. Das erzeugte Sodawasser ist von stets gleichbleibender höchster Qualität und kann auch ohne Zumischung von Geschmacksstoffen direkt zum Trinken mit einem bisher nicht gekannten hohen CO2-Gehalt entnommen werden.
Wie schon erwähnt, schaffl die neue Ausbildung auch die Möglichkeit, das Getränk durch eine Ausgabeöffnung von grossem Querschnitt abzugeben. Dabei kann die Homogenisierung des Getränkes ohne sonstige Beeinträchtigung mit Vorteil noch dadurch unterstützt werden, dass man der Abgabeöffnung ein Sieb zuordnet, durch das das Getränk austritt. Die Feinheit des Siebes richtet sich u. a. nach der tatsächlichen Grösse der Abgabeöffnung. Sie lässt sich unter Beobachtung des Homognisierungs-Grades des abgegebenen Getränkes leicht empirisch bestimmen.
Das Sieb verhindert zugleich das Eintreten von Fremdstoffen, Ungeziefer od.dgl. in die Abgabeöffnung.
Da die Steuerungen von Automaten als solche bekannt sind und die Steuerfunktionen für den Fachmann aus der vorangehenden Beschreibung deutlich sind, kann auf eine Darstellung und nähere Beschreibung des Steuerkreises verzichtet werden.
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PATENT CLAIMS
1. A method of making and dispensing carbonated liquids, such as beverages, by mixing a predetermined amount of chilled and carbonated water and a predetermined amount of a flowable flavoring agent, in which the amount of flavoring agent is stored in a flavoring agent and the predetermined amount of water is in an elevated pressure and ambient temperature withdraws water supply cooled to a significantly lower temperature, characterized in that
that the predetermined amount of water is released to the ambient pressure and passed under this pressure in a weak flow through a mixing zone to an outlet and the predetermined amount of the flavoring agent is at a temperature substantially above the temperature of the water and under the static pressure in the mixing zone into the water flow is introduced, and that by suddenly releasing a portion of the carbon dioxide dissolved in the water at the moment of contact between the water and the flavor, sufficient turbulence in the flow is generated for the homogeneous mixing of both liquids.
2nd A method according to claim 1, characterized in that the water is finely impregnated with carbon dioxide gas at a temperature near the freezing point to close to the maximum absorption capacity and the flavoring agent is introduced into the water at a temperature corresponding to the ambient temperature and a sugar content which is necessary for the self-preservation of the flavoring agent is sufficiently high.
3rd A method according to claim 2, characterized in that for the fine impregnation of the water up to the maximum absorption capacity of carbon dioxide gas at a temperature near the freezing point, the dioxide gas is introduced into a pressurized supply of cooled water, the supply through a to a temperature below 0 "C. cooled surface is divided, that fresh water is sprayed in finely divided form onto the surface of the water supply and in the water supply a weak convection flow is maintained along one side of the cooling surface, the carbon dioxide gas under pressure through a fine-pored body directly into the convection flow in finely distributed Form is introduced and the water is withdrawn from the stock in a predetermined amount while reducing the pressure to the ambient pressure.
4th A method according to claim 3, characterized in that an ice sheet is generated in the water supply on the cooling surface, the thickness growth on one side of the cooled surface is limited by the convection flow in such a way that the ice thickness between the convection flow and the cooled surface is significantly smaller than the ice thickness is on the other side of the cooled surface.
5. A method according to claim 1, characterized in that a part of the predetermined amount of carbonated water is passed through the mixing zone before and after the introduction of the predetermined amount of flavor.
6. Device for producing and dispensing carbonated liquids, such as beverages, with devices for dispensing in doses, each from a supply of flowable flavors or of cooled and carbon dioxide-containing water under increased pressure and a device for mixing the predetermined quantities and for dispensing the mixed liquid, characterized in that the supply (27) of cooled and carbonated water impairs the pressure of the water to the ambient pressure Relaxing device (34) is connected, which is connected to one end of a horizontal, slightly inclined groove (38) which has an outlet (40) for the mixed liquid at the other end and which is in free pressure connection with the Ambient atmosphere,
and that the device (13) for dispensing a metered amount of flavor is arranged above the channel (38) in such a way that it introduces the predetermined amount of flavor under its own static pressure directly into the water flow in the channel (38).
7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the water supply is enclosed in a pressure-tight container (50) which is divided inside by a cooling element (57), that a positively driven device (61) is provided to move along one side to generate a forced flow of the cooling element (52), furthermore a device (68) above the water level (53) for spraying in fresh water and a porous body (71) arranged in the water reservoir and in the immediate vicinity of the device (61) generating the forced flow is provided, which is connected to a feed device (70) for the carbon dioxide gas.
8th. Apparatus according to claim 7, characterized in that the pressure container (50) is cylindrical and the cooling element is an evaporator coil (59) which divides the interior of the container (50) into two concentric areas, and that the device (61) for generating a forced flow in the middle of the container near the container bottom (60) is arranged such that the forced flow essentially along the inner surface of the evaporator coil (59) or that flows on this layer of ice.
9. Apparatus according to claim 8, characterized in that sensors (73, 74) are arranged on both sides of the evaporator coil (59), but at different distances therefrom and respond to the ice growth to control the cooling circuit.
10th Apparatus according to claim 8, characterized in that the device (61) for generating a forced flow can be driven contactlessly by a magnetically coupled drive device on the outside of the container (50).
11. Apparatus according to claim 6, characterized in that the upwardly open channel (38) is free of mixing or stirring devices or internals.
12. Apparatus according to claim 6, characterized in that a sieve element is assigned to the outlet (40).
The inventions relate to a method and an apparatus for producing and dispensing carbonated liquids, such as beverages, according to the preambles of claims 1 and 6. Flowable flavors are e.g. B. Syrup or concentrate.
Beverages containing flavor or aroma substances are manufactured to a large extent in the factory and placed in appropriate containers such as cans, bottles or. the like , packed and transported in larger containers to distribution or sales outlets. The disadvantage here is the large amount of packaging material, storage and transport space. Another disadvantage is that the end user has to carry large amounts of water home with the drinks. Finally, the problem of disposal or return transport and processing of the empty packaging containers is also disadvantageous.
Dispensing machines are also known, which, triggered by the insertion of money or the push of a button, dispense drinks packed in containers. The capacity of such machines is limited and the problem of removing the lee remains
Ren packaging container and the removal with the known problems.
It is also known to keep ready-made lemonades or other beverages in large storage containers with appropriate cooling and to trigger them from these containers by inserting money, to meter out predetermined amounts by means of pumps or under gas pressure into the drinking vessels provided. For hygienic reasons, such devices must be cleaned before refilling and the spoilage of the beverages must be prevented by appropriate cooling units and / or chemical additives.
However, similar problems also exist with such automatic dispensing devices in which carbonated water on the one hand and a flowable flavoring agent, such as syrup or concentrate, are kept separately in stock in the machine and od or money is inserted. the like triggered, in portions - at the same time, if necessary by switching on a mixing zone - into a drinking vessel simultaneously. A further difficulty with these dispensing devices is that the uniformity of the quality of the dispensed beverage cannot always be guaranteed, the flavors are intended for immediate use and therefore the hygiene requirements cannot always be guaranteed, so that preservatives are used in most cases have to.
Since such preservatives are usually also flavor carriers, the taste of the finished beverage is also influenced to a considerable extent. Automatic dispensing devices of this type have therefore only been able to establish themselves to a limited extent in practice.
In all cases, such vending machines or automatic dispensing devices are relatively heavy, voluminous devices with expensive, high technical outlay. Such devices are practically unsuitable for domestic use.
It is an object of the present invention to propose a method and a device of the type specified in the introduction, which can be used particularly economically and with little and inexpensive device-related effort directly at any point of consumption, be it in bars, companies, authorities, especially for drinks leads to high and uniform quality, fully satisfies all hygiene requirements and provides a relatively large selection of beverages of various flavors in a small space, the device being particularly suitable for private households.
The inventive solutions to this problem are the subject of claims 1 and 6. Preferred embodiments are described in claims 2-5 and 7-12.
In the method according to the invention it is preferably provided that the predetermined amount of the flavoring is introduced into the CO2-containing water flow at a temperature which is markedly above a predetermined temperature of 5 ° C. and which is cooled significantly below the predetermined temperature, that at the same time as the addition of the Flavorings suddenly release part of the carbon dioxide and the two components are mixed and homogenized with the help of the released gas.
The flavoring can be used in the form of a lemonade syrup or a fruit juice concentrate. The flavor is expediently kept in stock with a sugar content that is sufficiently high for self-preservation at ambient temperature and the predetermined amount is introduced into the water flow in the region of the mixing zone with the ambient temperature.
The predetermined amount of carbonated and cooled water can be taken from a water supply network as usual. The water in the treatment zone is expediently impregnated with carbon dioxide at a temperature near the freezing point to about the maximum solubility and the predetermined amount is conveyed from the treatment zone to the mixing zone by reducing the pressure to the ambient pressure.
While previously in the automatic production of carbonated beverages, e.g. B. Cola-type drinks, orange drinks, lemonade drinks or the like , the aromatic flavoring agent in liquid form, e.g. B. The invention takes a different approach as a syrup or as a concentrate under a certain pressure via a dispensing valve into the carbonated water, with the aim of triggering a homogeneous mixing effect from the carbonated water by pressure of the two components.
In known cases, the carbonated water is accordingly passed through pressure lines into the mixing head, where the water is mixed with the predetermined amount of pressurized flavoring agent to form the finished beverage, which is then dispensed from the mixing head into a drinking vessel. In this case, the syrup or concentrate has a relatively high water content. This water content leads to a considerable dilution of the carbonated water, so that the carbon dioxide content of the finished drink is limited due to this fact alone.
In addition, when the two portions supplied under pressure are mixed, a large portion of the carbonic acid escapes unused due to forced turbulence, and is therefore no longer contained in the finished beverage.
In addition, in the known methods and devices, care must be taken to ensure that, by appropriately designing the mixing zone, intensive mixing is imposed from the outside. The high turbulence mentioned supports the escape of unusable carbonic acid.
Due to the high water content of the syrup or the concentrate, the concentrate or the syrup must be cooled to a considerable extent in order to achieve a desired, relatively low drinking temperature of the finished beverage, if the beverage temperature should not be too high after mixing. In order to obtain a good mixing of the flavors and the water in the mixing zone by the imposed mixture, it was previously assumed that the flavors had to be sufficiently liquid, so that for this reason too, the flavors had a relatively high water content.
In contrast, the new process is based on the basic idea that the flavors with the highest possible concentration, i. H. with the lowest possible water content, to be introduced into a substantially calmly flowing flow of the cooled and carbonized water in a zone which in turn is connected to the ambient atmosphere, d. H. in which the atmospheric pressure prevails. The new process expressly dispenses with an imposed mixture of flavors and water.
Instead, the water is previously impregnated with carbonic acid up to the maximum possible degree of saturation, which is primarily determined by the water temperature, and is brought together with the flavoring agent, which has a higher temperature than the water, in such a way that when the metered amount of flavoring agent occurs, it is in a range limited to the point of introduction of the flavoring agents the sudden drop in temperature in this area causes an explosive release of some of the carbonic acid contained in the water, which in such a localized area creates such turbulence that, as practice has confirmed, there is an immediate intensive mixing of the flavors and the water.
As practice also shows, the release of carbonic acid remains limited to a proportion which is determined by the increase in the water temperature to the mixing temperature present after the mixing. The finished beverage is therefore impregnated with carbon dioxide up to the degree of saturation determined by the mixing temperature of the beverage due to the new process. In practice it could be shown that despite the use of carbon dioxide for the mixture of flavors and water, the carbon dioxide content of the finished beverage placed in a drinking vessel is almost always higher than that of comparable beverages, which are pre-mixed in the factory and under pressure in Storage containers have been filled.
The fine impregnation of the water with carbonic acid using the new process also has the advantage that the carbonic acid remains in the finished beverage contained in the drinking vessel over longer standing times than is usually the case with comparable beverages. Despite the use of flavors in a higher concentration than the usual system, i.e. with a lower water content and less flowability, the new process completely homogenizes the components until they are released into the drinking vessel.
The lower water content in the flavors further increases the ratio between carbonated water and flavor in the finished beverage, so that even if the flavors are introduced into the carbonated water at a temperature corresponding to the ambient temperature, the temperature of the finished beverage is lower than other vending machines, which mix the components during dispensing.
The lower water content in the flavors practically makes it possible for the first time to use a syrup with a high sugar content that ensures self-preservation. While in the known vending machines the syrup could generally be used with a maximum sugar content of up to 54% = about 54 "Brix, in the new process with a self-preserving syrup with a Brix value of significantly more than 60, even up to Brix -Values over 71 "can be worked. The self-preservation of the syrup makes it unnecessary to add preservatives as well as to cool the syrup supply or to clean the device more frequently.
Since the carbonated water in the process according to the invention also meets all hygienic requirements, cleaning of the mixing zone exposed to the ambient pressure is necessary at most. As a result, both the device-related effort and the maintenance effort of the device are considerably reduced. The method can thus be implemented in a device that is considerably cheaper.
The carbonated water is advantageously introduced into the mixing zone at a temperature between about 0 and 2 "C. In view of the much smaller amount of flavors lying at a higher temperature, this leads to a beverage temperature, that is to say a mixing temperature, of about 5 C.
Since there is no need for a forced mixture, it is also possible to rinse the mixing zone with pure carbonated water before and after the addition of the flavoring in the preparation of a portion of the beverage, so that no flavoring residues can form in the mixing zone. Any such residues have such a high sugar content that such residues cannot lead to hygienic disadvantages either.
Another important factor for the new process is the treatment of the water before it is dispensed in portions. The new method is advantageously carried out in such a way that a water supply is enclosed in a treatment zone by an evaporator surface cooled to a temperature below 0 ° C. and a weak convection flow along this surface is forcibly maintained in the water supply, and the carbon dioxide gas is still kept in Feeds pressure through a fine-pored surface into the convection flow under the fresh water while atomizing onto the surface of the water supply. This ensures cooling of the water to a temperature between 0 and 2 "C.
In addition, the need to make up fresh water from time to time is met by introducing the fresh water in the form of a fine mist or drizzle into the head space above the water supply, so that the water supply does not create any turbulence or disturbance in the water supply.
The introduction of the carbon dioxide gas under pressure is preferably carried out in a manner which ensures a fine impregnation of the water supply up to the maximum degree of saturation caused by the temperature. This is done by introducing the gas into very fine bubbles, which are carried along by the weak and practically laminar flow within the water supply and distributed so quickly and evenly in the water supply that no larger bubbles can form, which would lead to a loss of carbon dioxide. The weak convection flow also ensures completely uniform cooling of the water to the desired lower temperature.
This means that the water is operated at a very low temperature and at the same time the impregnation is carried out in such a way that the water can be impregnated with carbon dioxide up to the high saturation corresponding to the very low temperature of the water. The metered amount of water is thus always dispensed from the water supply which is practically completely homogeneous both in terms of the carbon dioxide content and in terms of the temperature.
The relatively low water temperature in the new process is ensured by the fact that with the help of the convection flow on the side of the cooling surface facing the convection flow, the formation of an ice sheet of only a small thickness is permitted, so that a direct heat transfer from the water to the cooling surface is obtained, which does not is impaired by the ice sheet forming a thermal resistance. Nevertheless, even with the new process, you can work with an ice sheet as a storage for cold calories.
This is achieved by the correspondingly guided convection flow and by the corresponding arrangement of the cooling surface in the water supply. According to the new method, the convection flow can be guided along the cooling surface in the water supply in such a way that on the side of the cooling surface facing the flow, the ice sheet always assumes only a very small thickness, which does not hinder the heat transfer, while in the one on the other The portion of the water supply located on the cooling surface prevents or reduces any flow so that, viewed from the flowing water supply portion, a sufficient amount of starch can be built up behind the cooling surface to store the cold calories.
The small bubbles of carbon dioxide that form to a small extent in the carbonating device, in the amount of water metered from the supply in the area of the mixing zone, help to ensure better mixing of the water with the flavorings.
In the device according to the invention, the dispensing device for the water is advantageously preceded by a device for the fine impregnation of the water with carbon dioxide up to the maximum degree of saturation determined by the cooling temperature, while the dispensing device for the flavoring agents preferably has the flavoring agent at a temperature above the cooling temperature of the water on the ambient temperature, holding supply device is assigned.
The device can easily be designed in such a way that one or more storage and metering devices for different flavors are assigned to the flow channel for the carbonated water, so that with the same device, beverages of all tastes, such as pure chilled, tasteless carbonated water, can be operated with the same device can be delivered. The device can be manufactured so cheaply with little construction effort and with low space requirements that the device can be used not only for tap rooms, companies or authorities, but also for private households in such a way that drinks can be dispensed cheaper than ever before .
All transport problems, with the exception of the transport of a carbon dioxide bottle or storage containers for the flavorings, are eliminated. Likewise, a household can thus of all previous problems in connection with the transport containers, such as bottles, or. the like , be kept free. The device works absolutely hygienically and requires little maintenance. The energy consumption is hardly different from that of a normal household refrigerator.
The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings using several exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 a device for executing the new method in side view,
Fig. 2 a carbonization device of conventional design in vertical section,
Fig. 3 in comparison, a carbonation device according to the invention,
Fig. 4 a storage and dosing device for flowable flavors of conventional design,
Fig. 5 in comparison, a storage and dosing device for flavorings according to the invention,
Fig. 6 shows a beverage mixing head of conventional design during the delivery of a beverage,
Fig. 7 shows the mixing zone of the device for carrying out the method according to the invention, specifically at the start of a dispensing process,
Fig. 8 and 9 in a similar representation as Fig. 7 the mixing zone during and immediately at the end of a work process,
Fig.
10 shows a preferred embodiment in vertical section of a treatment device for the carbonized water before start-up and
Fig. 11 in a representation similar to FIG. 10 the processing device during normal operation.
The in Fig. 1 shown device is used to selectively remove beverages of different tastes.
The device has in a housing A a battery of storage containers 10a to 10d for flavors of different flavors, it being assumed that the flavors are in the form of a syrup of high concentration, i. H. a number well over 60 Brix.
From Fig. 1 shows that the storage containers 10a to 10d are closed containers, to the lower ends of which a metering device 13 is connected, which serves for the metered delivery of a predetermined amount of syrup from the syrup supply 9. The liquid level within the storage container 10a is designated by 14, while 15 indicates the head space above the liquid level.
The air required during delivery is introduced through a tube 11, as in the example shown, at a location far below the liquid level 14 and just above the delivery device 13. Further details are given in connection with Fig. 5 described.
In the housing A, a Aufaufungseinrich device for the carbonated water is also arranged. The treatment device has a pressure-tight container 26, in which a reservoir 27 of cooled water is received. The fresh water is supplied via a controlled valve 30 by a spray device 31 and the carbon dioxide gas is supplied via a controlled valve 28 via a distributor head 29, while the carbonated, i.e. treated water is taken from the reservoir via a line 32 and via a controlled valve 33 and a pressure compensation device 34 can be fed to a mixing zone. More about the treatment device is in connection with Fig. 3 and the Fig. 10 and 11 explained.
The water under pressure in the reservoir 27 emerges from the device 34 under pressure relief into a flow channel in the form of a channel 38. This channel 38 is shown as an open channel in order to demonstrate that the flow channel is in a connection with the surrounding atmosphere that enables free pressure compensation. Of course, the flow channel or the channel 38 is hygienically isolated from the ambient atmosphere.
The bottom of the trough is slightly inclined with respect to the horizontal, namely in the direction of a delivery position 40 for the finished beverage. The device 34 and the delivery point 40 are arranged at the opposite end of the channel, so that the cooled and carbonized water flows through the channel with a weak flow over its entire length.
One can see from Fig. 1 that regardless of the selection of the flavoring agent, the metered amount of flavoring agent enters directly into the water flow flowing through the channel 38. The dispensing point 40 has a relatively wide outlet cross section, so that the finished beverage can enter a vessel arranged under the dispensing point with a relatively low flow rate and low turbulence.
Before the devices of the invention are discussed in detail, the previous method of operation is briefly explained using a schematic example.
So Fig. 2 a carbonation device of conventional type. The device has a pressure-tight container 16 in which a water supply 17 is accommodated to form a head space 16a. Carbon dioxide gas is supplied to the water supply from a corresponding and pressurized source via the line 18 and the controlled valve 19 as well as the pipe 20 reaching into the container 16 via a nozzle 21. The fresh water comes from a pressurized water source via the controlled valve 23 and an outlet nozzle 22 in the container in the in FIG. 2 shown way in the water supply. A mixture of the water supply with the carbon dioxide bubbles and the fresh water takes place under turbulence, which is generated on the one hand by the inflowing water and on the other hand by the rising gas bubbles.
Metered amounts of carbonated water are removed from the supply via the pressure line 25 and the controlled valve 24 and fed to a mixing head. The fresh water enters the container 16 in a cooled state. It can be seen that the carbon dioxide enters the water supply in relatively large bubbles, the bubbles being able to combine with one another during the ascent and as a result of the turbulence during the ascent. As far as the carbon dioxide gas remains in the water supply, it is in relatively large bubbles. Since the inflowing fresh water has to contribute significantly to the mixing process, it flows into the water supply at a relatively high speed and supports the turbulence, which in turn supports the formation of larger carbon dioxide bubbles and does not allow maximum impregnation due to relatively high water temperatures.
The metered amounts of water withdrawn via the pressure line 25 therefore have only a relatively low degree of carbon dioxide saturation.
In the processing device according to the invention, which is shown in Fig. 3, a pressure vessel 26 with a water reservoir 27 and a head space 26a is also provided. The cooled fresh water is fed under pressure via the valve 30 to a spray button 31 and enters the head space 26 as a fine water mist or drizzle, which is deposited slowly and without generating turbulence on the surface of the water reservoir 27.
The carbon dioxide is fed under pressure via the controlled valve to a porous body 29, which allows the gas to escape only in the finest bubbles, which have only a slight buoyancy and therefore have a considerably longer residence time in the water reservoir 27 than the comparatively larger bubbles in the known one Contraption. The finest bubbles can therefore spread much more easily and completely over the entire cross-section of the water reservoir 27 at the level of the porous body 29, so that the entire water reservoir 27 is impregnated with the carbon dioxide gas in a substantially more uniform and faster manner. The bubbles have little tendency to unite because they are constantly and gently distributed in the water supply and therefore they are not exposed to any significant turbulence.
If one assumes that in the two devices according to FIG. 2 and 3 the water supply has the same cooling temperature, the device according to the invention according to FIG. 3 the water supply 27 with a significantly higher degree of saturation impregnated with carbon dioxide gas. The impregnated water removed under pressure through line 32 thus has a significantly higher carbon dioxide content than in the known case. In both cases it is assumed in the example shown that there is an overpressure of about 6 bars in the head space of the container.
While, in the known case, the amount of water withdrawn is fed under pressure to the mixing head via the expansion cone, in the device according to the invention the withdrawn water reaches a pressure release device 34 via a controlled valve 33 and is then exposed exclusively to atmospheric pressure for further transport.
In the Fig. 4 and 5 each show customary storage and metering devices for a syrup-like flavoring, designed according to the invention.
In the conventional device according to Fig. 4 there is a supply amount 1 of the syrup in a storage container 2, the syrup surface being designated 8. The protruding head space 7 is connected via a pressure line 3 and a pressure valve 4 to a pressurized carbon dioxide source. The increased pressure in the head space serves to remove predetermined amounts of the syrup via the riser 6 and via the metering valve 5. It can be seen that the syrup in this known device must have a relatively good flowability and thus a relatively high water content. In practice, a syrup is used in a concentration of up to 54 bei ".
This means that the syrup must be preserved by additional means, by cooling or by preservatives. In addition, streaks and incrustations form on the inner surfaces of the container, which make thorough cleaning necessary for hygienic reasons before the container 2 is refilled.
In contrast, the storage device according to the invention according to FIG. 5 in front of a storage container 10 which is closed and whose removal opening is arranged on the bottom. The metering valve 13 is attached directly to the discharge opening of the container. The metering valve has a movable valve body 13, which can be raised from the closed position shown by an electromagnet 13a to an open position. The syrup is thus removed from the stock 9 by gravity. The head space 15 of the container 10 is neither directly connected to the atmosphere nor to a compressed gas source.
When a predetermined amount of syrup is removed from the storage container, a relatively low pressure arises in the head space; In order to ensure pressure equalization during removal, a ventilation point is indicated in the container at 12, the interface between syrup and air is located at a considerable distance below the level 14 of the reservoir 9 and is only a short distance from the discharge opening of the container. I) he interface 12 is in the example shown by the lower. End of a lift pipe 11 leading upwards through the container and the container lid to the ambient atmosphere.
The amount of syrup lying below the interface 12 is therefore under a low static pressure. According to the syrup removal, air in the form of small bubbles can rise from the interface 12 through the syrup supply 9 into the head space 15. Of course, the ventilation pipe can also be connected to the lower part of the container 10. It is essential that the closed head space 15 creates a negative pressure which does not allow the supply 9 to enter the ventilation in a communicating manner.
The bubbles absorb considerable moisture on their way through the syrup supply, so that the head space 15 is saturated with moisture. This means that no streaks or incrustations can form on the walls of the container.
With the new device it is therefore possible to work with a significantly higher concentration, in particular in the concentration range of self-preservation, that is to say with Brix values of well over 60 in practice up to 71, so that preservatives or cooling are completely unnecessary.
With regard to the high syrup concentration, all hygiene requirements are met even with long storage and operating times. Further details for the new method and the storage and metering device used can be found in US Pat. No. 3,258,166, in which the control of the metering device is also explained in more detail.
In known automatically operating beverage production devices, the carbonated water from the riser 25 of the device according to FIG. 2 and the syrup via the riser 6 of the device according to FIG. 4 each fed to a mixing and dispensing head under increased pressure, which is shown in FIG. 6 is indicated schematically in one embodiment.
The mixing and dispensing head H according to Fig. 6 has two separate pressure lines which end immediately below the head in a mixing zone in the form of nozzles S 'converging in the exit direction for the syrup and Si' for the carbonated water. A control device (not shown) ensures that water and syrup emerge under pressure through the converging nozzles at the same time, so that the jets which strike one another generate strong turbulence and a corresponding mixing. The highly disturbed drink enters the drinking vessel 35 arranged under the dispensing head H, a large proportion of the carbon dioxide escaping to form foam in the head space 36, as indicated by the arrow.
Since the drink is generally only roughly impregnated, a large part of the remaining carbon dioxide gas quickly escapes even after the initial calming down, so that the drink quickly loses its drinking quality.
In the method according to the invention, which can be carried out in a device as shown in FIGS. 7 to 9, the carbonated water emerges from the device 34 at the one end of the gently inclined channel 38 while relieving pressure. Any larger bubbles contained in the water are released when the pressure is released and can rise in the water flow flowing in the direction of arrow 38c over the bottoms 38b of the channel. The water flow designated 38d practically fills the channel over its entire length on its way and exits at 40 from a relatively wide outlet, that is to say practically without nozzle and jet action, into a drinking vessel 42 according to arrow 40a. The space 38a above the water flow is in free pressure equalization with the surrounding atmosphere.
This means that when the outlet 40 is closed, the channel is screened hygienically from the ambient atmosphere. The outlet mouth of the metering device 13 of the storage container 10 for the highly concentrated syrup lies directly above the water flow 38d. The syrup has a sugar content sufficient for self-preservation, so that cooling the syrup in the storage container 10 is neither necessary nor desirable. The syrup emerges at a low static pressure when the metering device 13 is actuated from its lower mouth, as shown in FIG. 8 illustrated at 13a.
The metered amount of syrup drips into the water flow and, due to the large temperature difference between the syrup and the cooled carbonated water, triggers a sudden release of some of the carbon dioxide, which has an explosive effect on the entry source of the syrup, designated 39a, which shows the syrup mixes with the water instantly and despite its high viscosity, without the syrup being able to settle on the gently sloping bottom 38b of the channel 38. At the same time, the mixing temperature of the mixture of syrup and water increases, for. B.
from a temperature between 0 and 2 "C of the chilled water to a drinking temperature of about 5" C of the finished beverage. Since the water is enriched with carbonic acid to the degree of saturation due to the low cooling temperature, part of the carbonic acid is automatically released by the rise in temperature, since the degree of saturation is correspondingly lower at the higher drinking temperature. The intensive and homogeneous mixture of water and flavor is almost exclusively caused by the release of a predetermined proportion of carbon dioxide. Since, moreover, the water is impregnated with carbon dioxide, there is no danger that more than the proportion of carbon dioxide caused by the rise in temperature will be released from the water.
This means that the finished beverage almost maintains the maximum possible degree of saturation of carbon dioxide, which corresponds to the drinking temperature of the beverage, that is, approximately the temperature of 5 "C.
Since the mixed beverage flows out of the channel 38 at 40 through a relatively large sieve-like opening, only a slight turbulence occurs when it flows out. So only a little carbon dioxide is released when it flows out. Since the drink is also impregnated with carbon dioxide and almost saturated, it is still of excellent drinking quality even after a long period of inactivity, also due to the relatively low temperature. The relatively low temperature is in turn the result of the low proportion of water in the syrup and thus of a relatively low proportion of syrup compared to the proportion of carbonated and cooled water.
The values given are of course only examples that are typical of a preferred embodiment of the new method. The in the Fig. Figures 7 to 9 of carbonated water are, of course, exaggerated to make the illustration clearer. In any case, however, it is advisable to Control of the various devices in such a way that the bottom 38b of the channel 38 is covered with syrup-free water before and after the supply of the syrup, so that a reliable flushing of the bottom with clean water is ensured in each case. The channel 38 is practically the only one anyway Part of a device designed according to the invention, which occasionally has to be subjected to cleaning. For this reason, the channel is expediently designed to be transparent and easily removable.
In addition, the channel is expediently made of a material with low thermal conductivity, so that when the cooled water comes into contact with the warmer bottom 38b of the channel, only a slight warm-up of the water and thus a lower release of carbon dioxide occurs. If syrup residues settle on the channel bottom, there are no hygienic impairments, since the syrup is practically water-free and therefore self-preserving. In the described explosive release of carbonic acid at the dropping point 39a of the syrup, about 10% of the impregnated carbon dioxide gas is released within a fraction of a second and limited to the dropping-in area 39a given the numbers given.
Since the dispensing process for the syrup and the mixture are practically pressure-free, wide outlet cross sections can be provided for all openings, so that despite the pressure-free mixing, the dispensing process is faster than with systems working under pressure. The beverage volume required for dispensing is therefore available in a few seconds.
A preferred embodiment of the water treatment device is shown in FIGS. 10 and 11. This treatment device consists of a pressure-tight container 50, in which a volume of water 52 is received. The height of the water level 53 in the container 50 is ensured by appropriate level sensors 72 from a central control device, which is not shown. The controller controls a solenoid valve 66 through which water under pressure is introduced through line 67 into the headspace 51 of the container. The introduction takes place under pressure in such a way that the water introduced does not generate turbulence. For this purpose, the feed pipe 67 ends in an atomizing head 68, which atomizes the supplied water, the mist or drizzle being deposited on the water surface.
The low temperature between 0 and 2 "C, preferably in the range of max. 1 0C of the water supply 52, is achieved in the container 50 with the aid of a cooling unit. This is in the form of a helically coiled evaporator coil 54, which is connected via its two connections 55 and 56 to an external cooling generator.
It can be seen from the figures that with a cylindrical coiled evaporator coil 54, which extends practically over the entire standing height of the water supply 52, the interior of the container is divided into two concentric zones, namely a zone 59 inside the evaporator coil and a ring zone 58 outside the evaporator coil . The importance of this training is discussed in more detail below.
The inside of the container 50 is under a predetermined pressure. This pressure is matched to the pressure of the carbon dioxide gas which is supplied to the water supply 52 from a corresponding source via a solenoid-controlled valve 69. A feed pipe 70 is used for this purpose, which extends into the water reservoir close to the bottom 60 of the container and is connected at its lower end to a ceramic candle 71 or another porous body, through which the carbon dioxide gas bubbles out into the water reservoir 52 in very fine bubbles. This creates an essential prerequisite for fine impregnation of the water with carbon dioxide.
In order to prevent cloud-like bubbles of carbon dioxide from accumulating in the water supply, which on the one hand would impair the quality of the soda water and on the other hand could cause larger bubbles and thus considerable loss of carbon dioxide in the water, a device is provided for in to force the container to produce a practically laminar slow convection flow. For this purpose, a rotor 61 is mounted at the deepest point in the bottom 60 of the container, which sucks in centrally and presses the water outward in the radial direction over the rising bottom. In the example shown, the drive takes place from the outside in a contact-free manner with an externally rotatable magnetic wheel 63, which is driven by the motor 62 and magnetically entrains the rotor 61.
The treated water can be withdrawn through line 64 via solenoid-controlled valve 65 and fed to the mixing zone.
When the container is filled and the cooling device is put into operation, an increasing layer of ice forms in the area of the evaporator coil 54, which initially bridges the gap between adjacent pipe windings, so that the evaporator coil 54 together with the ice that forms in the container is practically one builds up approximately cylindrical partition, which separates the volume of water within the evaporator coil 54 in terms of flow from the water in the ring zone 58. As a result, the convection flow in the water, which is shown in Fig. 11 is indicated by arrows 78, limited to the inner water volume. The flow sweeps over the bottom 60 of the container and then upwards on the inside of the ice wall that forms and in the upper region again towards the center of the water supply. The convection flow has several purposes.
On the one hand, it serves to prevent the carbon dioxide from being present in clouds within the water. It is also intended to ensure uniform cooling of the water supply, that is to say a certain mixing effect. However, the convection flow also serves to control the ice wall growing on the cooling coil 54, in that the flowing water continuously emits heat to the ice sheet 80 on the ice sheet 80c of the ice sheet 80 that forms, thus limiting the growth of the ice sheet radially inward.
Since the water in the outer ring zone 58 is at rest, i.e. there is no convection flow, the ice in the ring space, i.e. radially outwards, can grow freely here, so that a thick ice sheet 80b forms on the outer circumferential surface of the pipe coil 54, while there is only a very thin ice sheet 80a on the inside of the coil. This results in the advantage that the thick ice sheet 80b serves as a storage for cold calories, while on the inside the tube coil 54 is only covered by a thin layer of ice, which cannot significantly hinder a rapid heat release from the water into the tube coil.
Of course, the growth of the ice sheet must be monitored to save energy and protect the container. Corresponding sensors 73, 74, which are switched on in the central control circuit, serve this purpose. In this case, the evaporator coil 54 itself can also be used as an electrode, which in each case forms sensing circles with the two other electrodes 73 and 74. The outer sensing circuit with the electrode 73 is intended to prevent the ice sheet from growing against the container wall and from exerting an impermissible pressure on the container. The inner sensing circuit with the electrode 74, together with the convection flow, controls the growth of the ice layer 80a on the inside of the cooling coil.
In this way, direct and very effective cooling of the water is obtained, the water assuming a very uniform, low temperature.
Despite the direct heat transfer from the water to the cooling coil, the advantages of an ice sheet as a cold store need not be foregone with this new arrangement.
The arrangement works extremely economically and can be built up very space-saving. The system works practically maintenance-free. The soda water produced is of consistently high quality and can be removed directly for drinking with an unprecedented high CO2 content even without the addition of flavors.
As already mentioned, the new training also creates the possibility of dispensing the beverage through a large-diameter dispensing opening. The homogenization of the beverage can be advantageously supported without any other impairment by assigning a sieve to the dispensing opening through which the beverage exits. The fineness of the sieve depends on a. according to the actual size of the delivery opening. It can easily be determined empirically by observing the degree of homogenization of the dispensed beverage.
The sieve also prevents the entry of foreign matter, vermin or. the like into the delivery opening.
Since the controls of automatic machines are known as such and the control functions for the person skilled in the art are clear from the preceding description, it is possible to dispense with an illustration and a more detailed description of the control circuit.