CH639866A5

CH639866A5 - Vorrichtung zum impraegnieren von wasser mit kohlendioxyd.

Info

Publication number: CH639866A5
Application number: CH561079A
Authority: CH
Inventors: Alexander Kueckens
Original assignee: Dagma Gmbh & Co
Priority date: 1978-07-24
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1983-12-15
Also published as: SE439253B; NL186615C; GB2026880A; AU526953B2; GR73525B; FR2433306B1; ATA507279A; US4923644A; AU4968079A; NL186615B; GB2026880B; CA1129334A; SE7906290L; ES482812A1; IT7924562A0; IT1122266B; NL7905324A; AT364690B; IL57772A; YU163579A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxyd gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung von Getränken, welche Kohlendioxyd enthalten, ist die Art und Weise, in der das Wasser mit Kohlendioxydgas imprägniert wird sowie das Ausmass der Kühlung von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Getränkes. Dies gilt insbesondere für solche Getränke, die direkt bei der Ausgabe aus Schankgeräten oder Getränkeautomaten zubereitet werden.

Die Temperatur des Wassers spielt eine gewichtige Rolle bei der Erhaltung einer optimalen Imprägnierung des Wassers mit Kohlendioxydgas. Die volumetrische Aufnahmekapazität des Wassers für Kohlendioxydgas nimmt bekanntlich mit der Abnahme der Wassertemperatur zu. Sie erreicht ein Maximum nahe dem Gefrierpunkt des Wassers. Die Art und Weise, auf die das Kohlendioxydgas in das Wasser eingeführt wird, sowie die Druckverhältnisse, unter denen die Imprägnierung erfolgt, sind ebenfalls von grosser Bedeutung für die optimale Imprägnierung des Wassers. In den meisten Fällen ist es möglich, die Druckbedingungen von aussen ohne Schwierigkeiten zu steuern.

Das Kühlen des Wassers auf die gewünschte niedrige Temperatur, das Aufrechterhalten dieser Temperatur unabhängig von der Art und der Häufigkeit der Entnahme von imprägniertem Wasser und der Zufuhr von Frischwasser sowie die Schaffung identischer Temperaturbedingungen innerhalb der ganzen Wassermenge in dem Druckkessel bereiten jedoch erhebliche Schwierigkeiten, wenn hohe Anforderungen an die Qualität des mit Kohlendioxyd imprägnierten Wassers gestellt werden.

Diese Schwierigkeiten konnten bisher allenfalls durch re-45 lativ komplizierte und aufwendige Einrichtungen überwunden werden, die einen grossen Raum in dem Schankapparat oder dem Getränkeautomat einnehmen. Die komplizierte Ausbildung beruht einerseits auf der Gestaltung der Kühl-einheit, welche eine entsprechend hohe Leistung aufweisen so muss. Auf der anderen Seite beruht diese auf Massnahmen die dazu dienen sollen, einen raschen und angemessenen Wärmetausch zwischen der vorbestimmten Menge an Wasser und der starren oder festen Kühlfläche gewährleisten, die in Kontakt mit dem Wasser steht. Man kann diese Schwie-55 rigkeiten besser verstehen, wenn man berücksichtigt, dass in einem Schankapparat oder einem Getränkeautomaten das häufige Entnehmen von abgemessenen Mengen an Wasser aus dem Druckkessel in extrem weiten Bereichen variieren kann. Es ist deshalb sehr schwierig, eine gleichförmige Qua-60 lität des mit Kohlendioxydgas imprägnierten Wassers zu gewährleisten, welches aus dem System abgezogen wird, wenn der Entnahmevorgang in ausserordentlich rascher und wechselnder Folge geschieht.

Um die Leistung des Kühlaggregats niedrig zu halten, 65 kann es auch notwendig sein, eine Kältereserve im Bereich der Kühlfläche in Form einer Eisbank vorzusehen, deren Dicke der geforderten Kältekapazität entspricht, die benötigt wird, wenn eine hohe Entnahmefrequenz in Kauf ge

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nommen werden muss. Bekanntlich bildet sich die Eisbank zwischen der z. B. der Kühlschlange und dem zu kühlenden Wasser. Da die Eisbank eine Art thermischer Isolator darstellt, ist der Wärmedurchgang vom Wasser zur Kühlschlange beschränkt. Hinzu kommt, dass das Wasser stets nur mit der Eisoberfläche in Kontakt steht, welche Eisoberfläche nur eine Temperatur von etwa 0 °C aufweist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bereits eine gesonderte Kühlfläche z. B. in Form einer Kühlschlange im radialen Abstand von der inneren Wand des Druckkessels angeordnet. Um das Eiswachstum an der Kühlschlange zu steuern hat man auf der einen Seite der in das Wasser eintauchenden Kühlschlange eine Zwangsströmung des Wassers mit grösserer Strömungsgeschwindigkeit als auf der anderen Seite der Kühlschlange erzeugt. Dadurch hatte man es in der Hand, das Eiswachstum auf der der schwächeren Wasserströmung zugewandten Seite der Kühlschlange zu begünstigen und das Eiswachstum auf der anderen Seite der kühlschlage stark zu beschränken, so dass sich auf dieser Seite keine oder nur eine geringe Eisschicht über der Kühlschlange oder dergleichen Aussenfläche des Kühlaggregates bildet. Dadurch ist die wärmeisolierende Eisschicht auf der einen Seite der Kühlschlange nur gering, so dass das mit der stärkeren Strömung fliessenden Wasser einer Kontakttemperatur ausgesetzt wird, die wählbar unter 0 °C liegt.

Die Zwangsströmung wurde mit Hilfe eines Rührflügels erzeugt, der mittig im Bereich eines entsprechend konisch ausgebildeten Boden des Druckkessels unterhalb des unteren Endes der Kühlfläche angeordnet ist. Der Flügel kann direkt oder von der Aussenseite des Druckkessels ohne physikalischen Kontakt angetrieben werden und erzeugt eine radial nach aussen gerichtete, entlang dem Boden fliessende Strömung, die am unteren Ende der Kühlfläche in die innere stärkere und die schwächere äussere Strömung aufgezweigt wird, wobei beide Strömungen sich entlang der Kühlfläche etwa parallel zur Achse des Druckbehälters nach oben fortsetzen. Die Strömungen brechen sich im Bereich der Oberfläche des Wassers unter Bildung von Wirbeln, so dass eine im wesentlichen unregelmässige und unkontrollierbare Gegenströmung etwa in der Mitte der Wassersäule von oben nach unten erzeugt wird. Die häufige Umkehr der Strömung ebenso wie die Brechung der Strömung an der Wasseroberfläche führt zu einer wesentlichen Abbrechung der Strömung und der Bildung von Wirbeln. Dies führt zu einer schlechten Steuerungsmöglichkeit und zu einer verringerten Abkühlungsleistung und Ungleichmässigkeit der Temperatur in der Wassermenge sowie dazu, dass durch die Wirbelbildung im Wasser enthaltendes Kohlendioxydgas wieder in den Kopfraum des Behälters abgeschieden wird. Ausserdem wird eine relativ hohe Antriebsleistung für den Rührflügel benötigt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Kohlendioxydgas unter Druck durch eine Gasleitung zugeführt, die unter dem Wasserspiegel in einem porösen keramischen Stein endet, durch den das Gas in feinsten Bläschen in das Wasser perlt.

Aufgrund der Tatsache, dass der Rührflügel aus Gründen des Antriebes und aus Gründen der Führung der erzeugten Strömung nahe dem Boden des Druckkessels angeordnet werden muss, kann die axiale Höhe der Kühlfläche nur begrenzt sein, da die erzeugte Zwangsströmung durch die Wassersäule nur über eine relativ begrenzt axiale Länge wirksam ist. Anderseits wird die axiale Gesamthöhe der Vorrichtung durch den unterhalb des Behälterbodens erforderlichen Antrieb für den Flügel vergrössert. Durch die nach oben gerichtete Strömung wird das Aufsteigen von Gasblasen in der Wassersäule begünstigt, so dass ein erheblicher Anteil des Gases vom Wasser nicht aufgenommen wird, sondern sich im Kopfraum sammelt. Ausserdem beeinflusst das aufsteigende Gas die erzeugte Zwangsströmung, so dass deren genaue Steuerung beeinträchtigt wird.

Bei Entnahme von karbonisiertem Wasser aus dem Druckbehälter muss Frischwasser zugeführt werden. Zu die-5 sem Zweck wird das Frischwasser unter Druck über eine Düse in den Kopfraum des Druckbehälters eingesprüht. Dadurch soll erreicht werden, dass die Wasserströmung durch das zugeführte Frischwasser nicht noch weiter beeinträchtigt wird. Ausserdem soll durch den Sprühvorgang bereits ein io Teil des sich im Kopfraum sammelnden Gases aufgenommen werden. Es handelt sich hierbei um eine Art Vorimprägnierung des Frischwassers mit Kohlendioxydgas. Das Einsprühen des Wassers in den Kopfraum erfordert einen erhöhten Druck, der durch die Sprühdüse bedingt ist. Es muss 15 also eine Wasserpumpe von höherer Leistung für die Zufuhr des Frischwassers vorgesehen sein. In der Praxis bedeutet dies folgendes:

Wenn der Gasdruck im Kopfraum des Behälters auf z.B. 5 bar eingestellt wird, muss die Pumpe mit wenigstens 5 bar 20 Gegendruck ein statisches Gleichgewicht herstellen, da anderenfalls die Flüssigkeitstandhöhe in dem Druckbehälter nicht vergrössert werden kann. Da die bisherigen Verfahren auf das Einsprühen angewiesen sind, muss die Pumpe neben den Gegendruck von 5 bar zusätzlich noch einen Staudruck 25 von etwa 3 bar überwinden, was bedeutet, dass die Pumpe für die Erzeugung eines Druckes von mindestens 8 bar ausgelegt sein muss. Pumpe und Motorantrieb nehmen daher ein unverhältnismässig hohes Volumen in der Vorrichtung ein. Da sich die Sprühdüsenöffnungen verändern können, 30 kann dieser Druck während des Betriebes sogar noch steigen. Dabei ist zu beachten, dass auch ein erheblicher Aufwand notwendig ist, um die Sprühdüsen mit Schlitzen oder Düsenöffnungen von maximal 0,25 mm Weite herzustellen. 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Schwierigkeiten im wesentlichen zu vermindern und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit ausserordentlich kleinen Bauabmessungen, hoher Wirkungsleistung bei geringem Energieaufwand und geringen Herstellungskosten zu .„ schaffen.

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Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsarten sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 umschrieben.

Vorteilhafterweise sind die Ansaug- und Ausstossöffnun-45 gen der Unterwasserpumpe so angeordnet, dass die Wasserströmung um die vorzugsweise senkrecht angeordnete Achse der Kühlfläche rotiert. Der Wasserströmung wird dabei eine Gasströmung des mittels der Unterwasserpumpe aus der Ansaugleitung angesaugten Kohlendioxydgases überlagert, so die infolge des Auftriebs eine Strömungskomponente aufweist, die parallel zur Rotationsachse nach oben verläuft. Das Eintrittsende der Ansaugleitung ist vorteilhafterweise im Kopfraum des Druckbehälters oberhalb des Wasserspiegels angeordnet. Auf diese Weise wird mit der Unterwas-55 serpumpe einerseits dem Wasser eine Strömung aufgezwungen, welche gleichförmig um die Achse der Kühlfläche rotiert, während anderseits das Kohlendioxydgas gleichzeitig aus dem Kopfraum oberhalb des Wasserspiegels durch die Ansaugleitung angesaugt und in die Saugkammer der Unter-60 wasserpumpe eingeleitet wird. Dort wird das Gas mit dem Wasser unmittelbar und innig vermischt. Das Gas wird dabei direkt in die rotierende Strömung eingeleitet und mit grossem Wirkungsgrad unmittelbar vom Wasser aufgenommen. Ein kleiner Teil des Kohlendioxydgases kann dabei in 65 Form von Blasen einer nach oben gerichteten schraubenförmigen Bahn folgen; das bedeutet, dass selbst grössere Blasen einen langen aufsteigenden Weg innerhalb des Wassers zurücklegen, bis sie an die Wasseroberfläche gelangen, so dass

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die Kontaktzeit zwischen Wasser und Gasbläschen ausserordentlich gross ist.

Die Unterwasserpumpe bildet zweckmässig mit einem vollständig und hermetisch abgekapselten Antriebsmotor eine in das Wasser eingetauchte Pumpenbaueinheit, von der lediglich die wasserdicht isolierten elektrischen Leitungen ausgehen. Der Rotor der Unterwasserpumpe kann in einem Pumpengehäuse angeordnet sein, dessen Ansaug- und Ausstossöffnung nahe der Innenseite der Kühlfläche in entgegengesetzte Umfangsrichtung weisend angeordnet sein können, so dass sowohl die Druckwirkung, als auch die Saugwirkung antreibend auf die rotierende Wassersäule einwirken.

Nach kurzer Anlaufzeit erhält man in der Wassersäule eine gleichförmig rotierende Zwangsströmung von hoher Gleichförmigkeit, die keinerlei Umlenkungen und Brechungen erfährt und daher zur Aufrechterhaltung nur sehr geringe Pumpenenergie bedarf. Die Pumpe kann also sehr schwach ausgelegt werden. In Umfangs- oder Kreisrichtung ist die Strömung praktisch laminar. Da keine Wirbel oder Brechungen oder Umlenkungen stattfinden, besteht auch keine Tendenz Kohlendioxydgas wieder aus dem Wasser herauszuschlagen. Das Kohlendioxydgas wird unmittelbar und sehr innig mit dem Wasser durch die Pumpe gemischt und sofort gleichförmig in der Wassermenge verteilt. Das in die Pumpe eingeleitete Gas wird durch die Wasserströmung sofort an die Kühlfläche herangeführt. Die feinen Gasbläschen kühlen sich ab und nehmen weiter an Durchmesser und Auftriebsvermögen ab. Eines porösen Keramiksteines bedarf es bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Einführen des Kohlendioxydgases nicht mehr. Das Frischgas braucht lediglich noch dem Kopfraum des Behälters zugeführt zu werden, da die Pumpe das Gas bevorzugt aus dem Kopfraum ansaugt. Die Pumpe läuft ständig, so dass auch unabhängig von der Frischzufuhr von Kohlendioxydgas der Vorgang der Imprägnierung innerhalb des Druckkessels kontinuierlich fortläuft, wodurch man eine enorm intensive und rasche Imprägnierung des Wassers mit Kohlendioxydgas erhält.

Vergleichsversuche haben ergeben, dass man einen wesentlich höheren Kohlendioxydgehalt mit der Vorrichtung nach der Erfindung bei wesentlich geringeren Kosten und geringerem Energieaufwand erhält.

Wenn, wie dies bevorzugt wird, die Kühlfläche im radialen Abstand von der Innenseite des Druckbehälters angeordnet wird, überträgt sich die rotierende Bewegung der inneren Wassersäule im verminderten Ausmasse auch auf den die Kühlfläche aussen umgebenden Wassermantel. Die Rotation erfolgt in der gleichen Richtung um die gleiche Achse, jedoch mit wesentlich geringerer Kreisgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann ein unterschiedliches Eiswachstum an der Kühlfläche bewirkt und genau gesteuert werden.

Die Vorrichtung lässt sich mit ausserordentlich geringen Abmessungen herstellen. Durch die rasche Abkühlung und intensive Imprägnierung kann an sich das Fassungsvermögen des Druckbehälters kleiner als bei bekannten Karbonisatoren sein. Hinzu kommt, dass äussere Antriebsvorrichtungen für einen Rührflügel in Fortfall kommen. Der neue Karbonisator eignet sich daher ganz besonders auch für Haushaltsgeräte, die in Einbauküchen zur unmittelbaren Erzeugung von karbonisierten Getränken eingesetzt und eingebaut werden können. Die Vorteile der Erfindung zeigen sich aber auch bei grösseren Vorrichtungen, wie sie bei Schankgeräten oder Getränkeverkaufsautomaten benötigt werden.

Es kann vorteilhaft sein, der rotierenden Wassersäule eine zusätzliche schwache Strömung in axialer Richtung aufzuzwingen. Dies kann in einfacher Weise durch schraubenförmig verlaufende Führungen nahe der Kühlfläche erreicht werden. Wenn die Kühlfläche durch eine Kühlschlange selbst gebildet wird, kann die Oberfläche der Kühlschlangenwindungen selbst als schraubenförmige Führungsfläche herangezogen werden. Es können aber auch zusätzliche Füh-5 rungselemente angeschweisst oder anderweitig befestigt sein. Die Anordnung ist dabei vorzugsweise so getroffen, dass der rotierenden Wasserströmung eine leichte schraubenförmige Zusatzbewegung in axialer Richtung nach unten erteilt wird.

Selbst bei der Notwendigkeit, Frischwasser häufig zuzu-10 führen, erhält man eine zuverlässige und gleichförmige Kühlung des Wassers. Die Wassertemperatur kann mit hoher Genauigkeit eingestellt und auf dem gewünschten Wert genau eingehalten werden. Die zum Kühlen aufzuwendende Energie ist nur gering, da die Kühlfläche auf eine Tempera-i5 tur erheblich unterhalb 0 °C abgekühlt und nahezu in direktem Kontakt mit der rotierenden Wassersäule gehalten werden kann.

Auch der Kohlendioxydgasgehalt des Wassers lässt sich extrem hoch und sehr genau einstellen, und zwar mit hoher 20 Imprägnierungsgeschwindigkeit, selbst dann, wenn karbonisiertes Wasser in rascher Folge entnommen wird. Die innige Vermischung des Gases im Wasser in der Pumpe erzeugt feinste Verteilung des Gases im Wasser und behindert die Ausbildung von grösseren Gasblasen. Eine Vorimprägnie-25 rung der bekannten Art ist bei diesem neuen Karbonisator nicht mehr erforderlich. Es ist daher auch nicht mehr erforderlich, das Wasser in den Kopfraum einzusprühen. Dadurch entfällt auch der im Sprühkopf entstehende Staudruck, so dass das Wasser mit niedrigerem Druck verglichen 30 mit bekannten Vorrichtungen in den Kopfraum eingeleitet werden kann, die Vorrichtung weiter vereinfacht, verbilligt und den Energieaufwand herabsetzt.

Die Unterwasserpumpe kann mit einer niedrigen Leistung von annähernd 5 bis 10 Watt betrieben werden. Die 35 Pumpe kann daher auch ständig laufen, und zwar unabhängig davon, ob karbonisiertes Wasser entnommen wird oder nicht. Das Frischwasser kann in einfachem Strahl über eine Verteilerfläche in den Behälter eingeleitet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer 40 Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäss der Erfindung im senkrechten Schnitt;

45 Fig. 2 ein horizontaler Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. I,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss der Erfindung, welches zugleich die optimalen Verhältnisse innerhalb der neuen Vorrichtung veranschaulicht so und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der in der Vorrichtung zu verwendenden Pumpe.

Die neue Vorrichtung 1 weist einen, vorzugsweise schlanken, Druckbehälter 2 auf, der zweckmässigerweise zylin-55 drisch ausgebildet ist. Der Druckbehälter ist mit einem Dek-kel 2' druckdicht verschliessbar. Im Betrieb ist der Druck im Behälter 2 stets grösser als der Atmosphärendruck. In dem Deckel sind verschiedene Zuführungs- und Messeinrichtungen angeordnet, von denen im dargestellten Beispiel lediglich 60 ein Zuführungsrohr 5 für Druckgas und ein Absaugrohr 4 für das mit Kohlendioxydgas imprägnierte Wasser angedeutet sind. Beide Leitungen sind durch druckdichte Öffnungen 3 im Deckel 2' nach aussen geführt, wobei die Gaszuführungsleitung 5 in Ausnahmefallen, wie im dargestellten Bei-65 spiel in üblicher Weise am unteren Ende in einen porösen Körper mündet, durch den das Druckgas direkt in die Wassermenge in feinster Gasbläschenform eingeleitet wird.

In dem Druckbehälter ist eine vorbestimmte Wassermen-

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ge 7 vorgesehen, deren Wasserspiegel mit 8 bezeichnet ist. Die Füllung ist so vorgesehen, dass ein Kopfraum 6 verbleibt. Es sind nicht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen, um den Wasserspiegel in einem vorbestimmten Höhenstand zu halten, wobei das Frischwasser vorzugsweise in den Kopfraum fein eingenebelt wird.

In dem Druckbehälter 2 ist eine hohlzylindrische Kühlfläche 9 angeordnet. Diese ragt nahezu über den ganzen Höhenstand der Wassermenge 7 und taucht vollständig in dieser Wassermenge ein. Vorzugsweise ist die Kühlfläche mit einem erheblichen radialen Abstand von der Innenfläche des Druckbehälters 2 angeordnet. Im dargestellten Beispiel besteht die Kühlfläche aus einer Kühlschlange, die schraubenförmig in vorbestimmter Steigungsrichtung und mit geringer Steigung gewickelt ist. Es können auch mehrere ineinander angeordnete Kühlschlangen vorgesehen sein. Die Kühlfläche ist an ein ausserhalb des Druckbehälters angeordnetes, nicht dargestelltes, Kühlaggregat angeschlossen.

Die Kühlfläche wird so betrieben, dass sich an dieser ein Eispanzer aufbauen kann, der eine ausreichend grosse Kühlkapazität für den Fall einer raschen Entnahme des gekühlten und imprägnierten Wassers Sorge trägt. Um das Wachstum des Eispanzers zu steuern, können entsprechende Fühler vorgesehen sein, die die Aussenfläche und die Innenfläche des Eispanzers abtasten und das Kühlaggregat entsprechend steuern. Die Kühlfläche ist vorzugsweise mit einer Profilierung ihrer Innenfläche, gegebenenfalls auch ihrer Aussenfläche versehen, wobei die Profilierung durch aufgesetzte Profil-elemente od.dgl. gebildet sein kann. Im dargestellten Beispiel wird die Profilierung durch den schraubenförmigen Verlauf der Kühlschlange gebildet. Diese Profilierung bildet sich entsprechend ab auch an den Innen- und Aussenflächen 11,14 des Eispanzers 13, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Vorzugsweise wird das äussere Wachstum des Eispanzers so begrenzt, dass der Eispanzer nicht die Innenseite der Wandung des Druckbehälters 2 erreicht, sondern einen mit Wasser gefüllten Ringraum 12 begrenzt, der oben und unten mit dem innerhalb der Kühlfläche angeordneten zylindrischen Wasserkörper in Verbindung steht.

Im unteren Bereich des Druckbehälters 2 ist im dargestellten Beispiel eine Unterwasserpumpe 15 angeordnet, deren Ansaugstutzen 18 und Aussaugstutzen 19 radial nach aussen ragen und an ihren freien Enden in entgegengesetzten Umfangsrichtungen abgebogen sind, so dass die Eintrittsmündung 18a in einer Umfangsrichtung und die Austrittsmündung 19a in der entgegengesetzten Umfangsrichtung weisen. Die Wasserpumpe kann eine übliche Unterwasserpumpe sein, wie sie bei grösseren Aquarien verwendet wird. Die Drehachse des Läufers ist mit 16 bezeichnet. Der Antriebsmotor ist vollständig abgekapselt und die zugehörige Speisestromleitung (nicht dargestellt) druckdicht aus dem Behälter nach aussen geführt.

Aufgrund dieser Anordnung wird bei Betrieb der Unterwasserpumpe 15 der innere Wasserkern 25 entsprechend den Pfeilen 20 nach Einschalten der Wasserpumpe allmählich beschleunigend in Rotation versetzt. Nach einer gewissen Anlaufzeit rotiert der innere Wasserkern 25 mit gleichförmiger Geschwindigkeit und mit praktisch keinen Strömungsstörungen um die senkrechte Achse 17 der Kühlfläche. Die Leistung der Unterwasserpumpe braucht nur so ausgelegt zu werden, dass der ruhende Wasserkern bei Inbetriebnahme in Drehung versetzt und der Energieverbrauch durch Reibung durch die Leistung der Pumpe ersetzt werden kann. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass auch die Wassermenge im Ringraum 12 entsprechend den Pfeilen 21 in Rotation versetzt wird, wobei allein schon durch die höhere Reibung in diesem Ringraum die Rotationsgeschwindigkeit in diesem Bereich merklich kleiner als in dem Kernbereich 25 ist, so dass der Eispanzer vornehmlich radial nach aussen von der Kühlfläche anwächst, während die Eisschicht über der Kühlfläche auf der Innenseite der Kühlfläche gering ist. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen Wasser und Kühlfläche sichergestellt und gewährleistet, dass die Kühleinrichtung mit geringer Leistung betrieben werden kann, ohne die Kühlwirkung zu beeinträchtigen.

Das kälter werdende Wasser hat das Bestreben, nach unten abzusinken. Diese Wanderung des kälteren Wassers nach unten kann durch die entsprechende Steigung der Profilierung an den Kühlflächen in Verbindung mit der Drehrichtung der Unterwasserpumpe noch gesteuert unterstützt werden.

Der Ansaugstutzen 18 und der Ausstossstutzen 19 können auch in achsialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sein, um die Antriebsenergie von der Unterwasserpumpe auf einen grösseren achsialen Bereich des Wasserkerns 25 zu verteilen. Zu dem gleichen Zweck können auch mehrere, in achsialer Richtung verteilte Ansaugöffnungen und Ausstossöffnungen einer oder mehrerer Unterwasserpumpen vorgesehen sein. In der Regel genügt jedoch die in den Figuren dargestellte Anordnung, die besonders preiswert in der Herstellung und im Unterhalt ist.

Während angenommen wurde, dass das Kohlendioxydgas über die Leitung 5 in den nicht näher bezeichneten porösen Körper geleitet und von diesem direkt in das Wasser austritt, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verwirbelung des Wassers in der Unterwasserpumpe zur Einführung des Kohlendioxydgases und zur Feinstverteilung des Gases in dem Wasser ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck ist, wie gestrichelt angedeutet, eine Ansaugleitung 26 vorgesehen, deren Austrittsseite 27 im Ansaugbereich der Unterwasserpumpe 15 abgedichtet einmündet. Das angesaugte Kohlendioxydgas wird von dem rotierenden Pumpenorgan erfasst und innig mit dem Wasser unter Verwirbelung vermischt, wobei eine innige Verteilung und Berührung zwischen Gas und Wasser sichergestellt und eine rasche Imprägnierung aufrechterhalten wird. Das mit hoher Konzentration austretende Wasser wird rasch in dem Wasserkern 25 verteilt, so dass kaum eine Gefahr besteht, dass sich feinste Gasbläschen zu grösseren, in den Kopfraum 6 aufsteigenden Gasblasen wieder vereinigen.

Die Leitung 26 kann aus dem Behälter herausgeführt werden. Vorteilhafterweise mündet ihr Eintrittsende 28 jedoch im Kopfraum 6, wobei das Kohlendioxydgas von aussen nur in den Kopfraum eingeführt wird, so dass die Pumpe das Gas aus dem Kopfraum des Behälters absaugt. Die führt zu einer sehr einfachen, jedoch wirkungsvollen Anordnung.

Die neue Vorrichtung führt zu einer hohen Imprägnierungswirkung bei gleichzeitiger billigeren Herstellung und wirtschaftlichem Betrieb, wobei der gesamte Aufbau des Gerätes ausserordentlich preiswert verwirklicht werden kann und gegenüber bekannten Einrichtungen gleicher Kapazität weniger Raum beansprucht. Das Gerät eignet sich also ganz besonders auch für den Einbau in Getränkeautomaten.

Der bei Versuchen festgestellte, überraschend hohe, Gehalt des Wassers an C02 und Kohlensäure beruht offensichtlich auf dem ständigen Umpumpen des C02 durch die Wassermenge, und zwar unabhängig davon, ob aus dem Behälter Wasser entnommen wird oder nicht. Denn auch während der «Ruhezeiten» wird der Umpumpvorgang für das C02 durch das Wasser nicht unterbrochen.

In Fig. 3 ist in vereinfachter Ausführungsform und senkrechtem Schnitt eine bevorzugte Ausbildung der neuen Vorrichtung unter Ausnutzung des zuvor erwähnten Prinzips gezeigt.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 weist einen Druckbehälter 30 mit Deckel 31 auf. In den Druckbehälter ist, vorzugsweise

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mit Abstand von der Innenwand des Behälters, eine entlang eines Hohlzylinders ausgerichtete Kühlfläche 32 beliebiger Art angeordnet, die über Anschlussleitungen 33 mit einem nicht dargezeigten Kühlaggregat verbunden sein kann.

Der Druckbehälter ist unter Bildung eines flüssigkeitsfreien Kopfraum 46 bis zu dem Flüssigkeitsspiegel 36 mit Wasser gefüllt. Das Wasser füllt den äusseren Ringraum 34 ebenso wie den zentralen Raum 35 des Druckbehälters 30 aus.

Durch die Behälterdecke sind die Anschlussleitungen 33 für die Kühlfläche einerseits sowie ein elektrisches Kabel 55 für noch zu erläuternde Zwecke unter druckdichter Abdichtung nach aussen geführt. Im Kopfraum 46 des Behälters münden zwei druckdicht durch den Behälterdeckel geführte Rohrleitungen 37 und 40. Die Rohrleitung 37 ist an eine Frischwasserquelle, zum Beispiel eine Wasserleitung angeschlossen. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen mündet die Leistung 37 im Kopfraum 46 mit freiem Querschnitt, so dass ein einfacher Wasserstrahl austreten kann, das Wasser also nicht versprüht oder vernebelt wird. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung des Druckes, mit dem das Frischwasser in den Druckbehälter 30 eingeführt wird. Um ein direktes Auftreffen des Wasserstrahles auf die Wasseroberfläche 36 zu verhindern, ist im Kopfraum unterhalb der Eintrittsmündung des Rohres 37 ein Prallblech 38 angeordnet, das als Schale oder umgekehrt als Kegel ausgebildet sein kann und den Wasserstrahl als ringförmigen Schleier ausbreitet.

Die Rohrleitung 40 für das Kohlendioxydgas mündet ebenfalls frei in den Kopfraum 46. Der Kopfraum ist also mit Kohlendioxydgas gefüllt.

Zentral bezogen auf die Kühlfläche 32 ist im Behälter 30 entlang der Achse 41 eine Umwälzeinrichtung 42 angeordnet. Die Umwälzeinrichtung hat eine doppelte Funktion. Sie erzeugt mit zwei im axialen Abstand angeordneten Unter-wasser-Pumpaggregaten 43 und 44, deren Kreise durch einen in der Einheit 42 abgekapselt angeordneten Elektromotor mit der Zuleitung 55 angetrieben werden können, einen um die Achse 41 rotierende Wasserströmung entsprechend den Pfeilen 45. Diese Wasserströmung kann sich, wie bei dem zuvor beschriebenen Beispiel auch in den äusseren Ringraum 34, jedoch deutlich verlangsamt, fortsetzen. Die rotierende Wasserströmung entsprechend dem Pfeil 45 wird ständig, also unabhängig von der Entnahme oder der Zufuhr von Wasser aufrechterhalten. (Das Entnahmerohr für mit Kohlendioxyd gesättigtes Wasser ist der Einfachheit halber in Fig. 3 nicht gezeigt).

Die Rotation des Wassers ebenso wie das Umpumpen des Kohlendioxydgases im Kreislauf erfolgen ständig und zwar unabhängig von der Nachdosierung von Kohlendioxydgas und Wasser durch die Leitungen 40 und 37.

Die in Fig. 4 gezeigte Unterwasserpumpe 60 kann anstelle der Pumpe 15 nach Fig. 1 und 2 oder der in Fig. 3 dargestellten Aggregate 43,44 verwendet werden. Der Motor der zentral innerhalb eines Wasserbehälters anzuordnenden Pumpe 60 ist in einem wasserdicht abgedichteten Gehäuse 61 angeordnet. Er treibt einen Rotor oder ein Flügelrad 62 an, das in einem Käfig (cage) 63 angeordnet ist. Durch Fenster 64 des Käfigs 63 wird das Wasser in diesen hinein gesaugt und aus diesem heraus gepumpt, beides in einer Umfangsrichtung. Kohlendioxydgas wird über einen Schlauch 65 in den Käfig 63 geleitet, wo es mit dem Wasser durchmischt wird. Ferner ist eine Zuleitung 66 für den elektrischen Strom 5 vorgesehen.

Die Pumpe 60 ist einfacher und billiger als die in den anderen Figuren gezeigte Pumpe und die Aggregate. Sie ist besonders für einfache, keine besonders hohe Nutzleistung er fordernde Anwendungen (sog. light-duty applications) geeig-io net, beispielsweise kann sie im Haushalt verwendet werden.

Durch das Verrühren des Gases mit dem Wasser durch die Pumpen- oder Kreiselflügel bilden sich unkontrollierte kleinste, kleine, mittlere, grosse und ganz grosse Blasen. Alle Blasen, die zu gross ausfallen und nicht im Wasser gelöst 15 bleiben, werden durch ihren grossen Antrieb in Richtung zur Oberfläche gefördert, wie dies beschrieben wurde und füllen dort das Gasvolumen auf Durch das ständige Umpumpen des Kohlendioxydgases erfolgt eine maximale Anreicherung des Wassers mit Kohlendioxydgas. Wird die Temperatur des 2o Wassers konstant nahe dem Gefrierpunkt gehalten, kann auf diese Weise eine Anreicherung von Kohlendioxydgas in der Grösse von 11g pro Liter und mehr erreicht werden. Durch die Rotation des Wassers wird gleichzeitig eine optimale Kühlung des Wassers auf Temperaturen nahe des Gefrier-25 punktes erreicht.

Dies wird mit ein und derselben Pumpe erreicht, die die horizontale Rotationsbewegung des Wassers und den dazu senkrechten Kreislauf des Gases erzeugt. Die erforderliche Antriebsleistung für die Pumpe beträgt wenige Watt. Das 30 feinporige Eindrücken des Gases durch entsprechend feinporig Steine, die in das Wasser eintauchen, kann entfallen. Dadurch wird die Vorrichtung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Ebenso kann aber auch das Einbüssen oder Vernebeln des Frischwassers in den Kopfraum entfallen, wie es 35 bisher zur Karbonisierung oder zumindest zur Vorkarboni-sierung stets notwendig war. Vielmehr kann das Frischwasser in einfachem Strahl, d.h. mit wesentlich geringeren Druckverlusten in den Kopfraum eingeführt werden. Dadurch wird weiterhin die Anordnung wesentlich vereinfacht, 40 da die Sprüh- oder Vernebelungsdüse für das Wasser einen erheblichen Aufwand und erhebliche Mehrkosten bedeutet. Zugleich werden aber auch die Betriebskosten gesenkt, da der Energieaufwand zur Einführung des Frischwassers durch das Einführen im einfachen Strahl wesentlich verrin-45 gert wird.

Mit dem Ausdruck «Kühlfläche» wird in dieser Anmeldung allgemein der Kontaktbereich zwischen Wasser und einer festen Fläche verstanden, welche die Wärme aus dem Wasser auf eine Kühleinrichtung überträgt. So kann die so Kühlfläche direkt durch die Innenfläche der Wand des Druckbehälters gebildet werden. Die Kühleinrichtung kann z. B. in Form einer Kühlschlange in diesem Falle direkt in die Wand des Behälters eingebaut sein oder diese Wand von aussen umgeben. Es kann aber auch eine gesonderte Kühl-55 fläche vorgesehen sein, z.B. eine Kühlschlange od.dgl. unmittelbar auf der Innenseite der Behälterwand. Bevorzugt ist eine gesonderte Kühlfläche, z.B. in Form einer Kühlschlange im radialen Abstand von der Innenfläche der Behälterwand angeordnet.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxyd in einem eine bestimmte Wassermenge enthaltenden Druckbehälter, mit Vorrichtungen zum Zuführen von Frischwasser und Kohlendioxydgas, einer antreibbaren Einrichtung zum Erzeugen einer Umlaufströmung in der Wassermenge und einer in die Wassermenge eingetauchten, die Bildung eines Eispanzers unterstützenden, lotrecht angeordneten Kühlfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Umlaufströmung durch wenigstens eine in die Wassermenge eingetauchte Unterwasserpumpe (15) mit wenigstens einem Pumpenflügel gebildet ist und dass im Ansaugbereich des Pumpenflügels das Austrittsende (27) einer Ansaugleitung (26) für Kohlendioxydgas angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenflügel mit einem abgekapselten Antriebsmotor eine unter die Wasseroberfläche eingetauchte Pumpenbaueinheit bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsende (28) der Ansaugleitung (26) für Kohlendioxydgas im Kopfraum (6) des Druckbehälters (2) oberhalb des Spiegels (8) der Wassermenge (7) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaug- und Ausstossöffnungen (18a, 19a) der oder jeder Unterwasserpumpe (15) derart angeordnet sind, dass die Umlaufströmung in der Wassermenge in dem Druckbehälter (2) eine im wesentlichen laminare Kreisströmung um eine lotrechte Achse ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (18a) und die Ausstossöffnung (19a) der oder jeder Unterwasserpumpe (15) in entgegengesetzte Umfangsrichtungen weisend im an die Innenfläche

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(14) der hohlzylindrisch ausgebildeten Kühlfläche (9) angrenzenden Bereich der Wassermenge angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (18a) und die Ausstossöffnung s (19a) der oder jeder Unterwasserpumpe (15) in Richtung der Achse (17) der Kühlfläche (9) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei strömungsmässig parallel ar-

io beitende Ansaug- und Ausstossöffnungspaare der Unterwas-. serpumpe oder -pumpen parallel zur Achse (17) der Kühlfläche in einem Abstand bzw. in Abständen voneinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

15 zeichnet, dass die Vorrichtung (40) zum Zuführen von Kohlendioxydgas unmittelbar in den Kopfraum (46) des Druckbehälters (30) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (37) zum Zuführen von Frisch-

20 schschwasser eine direkt in den Kopfraum (46) des Druckbehälters (30) mündende, ungedrosselte Austrittsöffnung aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der ungedrosselten Austrittsöffnung der

25 Vorrichtung (37) zum Zuführen von Frischwasser eine Verteilerplatte (38) zur Überführung des Wasserstrahls in einen Wasserschleier (39) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens entlang der Innenseite der hohlzylin-

30 drisch ausgebildeten Kühlfläche eine schraubenförmige Führung für die Wasserströmung so angeordnet ist, dass die rotierende Wasserströmung eine schraubenförmige Bewegungskomponente nach unten aufweist.