DE102004013001A1 - Anordnung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit - Google Patents
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Abstract
Die Anordnung zum Einbringen von Gas (G) in eine Flüssigkeit (F) weist zwischen einer Flüssigkeitsquelle (3) und einem statischen Mischer (6) eines über eine Zufuhrleitung (11) an eine Zapfstelle (12) angeschlossenen Durchlaufmischers (7) eine Flüssigkeitsleitung (8) mit darin eingegliedertem Rückschlagventil (18) sowie zwischen einer Gasversorgung (1) und dem statischen Mischer (6) eine vor diesem mit der Flüssigkeitsleitung (8) vereinigte Gasleitung (4) auf. In die Gasleitung (4) sind in Reihe ein Blende (14) und ein Rückschlagventil (15) eingegliedert. Sowohl die Flüssigkeitsleitung (8) als auch die Gasleitung (4) sind über einen Differenzdruckregler (5) geführt. Dessen 1. Wirkfläche (22) ist von der Flüssigkeit (F) und seine andere 2. Wirkfläche (23) vom Gas (G) beaufschlagbar. In einen Abschnitt (32) der Flüssigkeitsleitung (8) zwischen dem Differenzdruckregler (5) und dem Rückschlagventil (18) ist ein Strömungswiderstand (17) in Form einer einstellbaren Blende eingegliedert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine derartige Anordnung ist z.B. durch die
DE 199 47 822 A1 bekannt. In diesem Zusammenhang zählt es zum Stand der Technik, dass bei geöffneter Zapfstelle, beispielsweise einem Zapfhahn einer Getränkeschankanlage, Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, durch die Flüssigkeitsleitung in den Durchlaufmischer strömt. Gleichzeitig strömt Gas, wie beispielsweise Kohlendioxid, aus der Gasversorgung in einen mit der Gasversorgung kombinierten Druckregler, der das Gas mit reduziertem Druck über die Gasleitung an den Durchlaufmischer weiterleitet. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit der inneren Oberfläche des statischen Mischers im Durchlaufmischer und insbesondere der Größe der Blende in der Gasleitung ist eine solche Einstellung des Drucks des Druckreglers erforderlich, dass bei gewähltem Volumenstrom dieser einen Druck aufweist, der stets höher ist als der Druck der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung. Hiermit soll gewährleistet werden, dass der Flüssigkeit Gas beigemischt werden kann. - Ist die Zapfstelle geschlossen, stellt sich sowohl in der Flüssigkeitsleitung als auch in der Gasleitung ein statischer Druck ein. Dabei soll der Druck in der Gasleitung immer kleiner als der Druck in der Flüssigkeitsleitung sein. Hiermit wird angestrebt, dass das Rückschlagventil in der Gasleitung schließt und somit die weitere Zufuhr von Gas zum Durchlaufmischer verhindert wird. Gleichzeitig sollen die Rückschlagventile in der Flüssigkeits- und Gasleitung verhindern, dass einerseits Flüssigkeit in die Gasleitung und andererseits Gas in die Flüssigkeitsleitung eindringen kann.
- Die einwandfreie Funktion der bekannten Anordnung hängt von einer Reihe von Faktoren ab, die sich nicht ändern dürfen. Hierzu zählen beispielsweise die Regeleigenschaften des der Gasversorgung zugeordneten Druckreglers, ein dynamischer Druckabfall und Druckschwankungen in der Flüssigkeitsversorgung. Dies kann jedoch dazu führen, dass beim Betrieb der bekannten Anordnung die Flüssigkeit im Durchlaufmischer durch Druckschwankungen in der Flüssigkeitsleitung nicht in dem Umfang mit Gas angereichert wird, wie dies eigentlich erwünscht ist.
- In diesem Zusammenhang ist durch den Vorschlag der
DE 199 47 822 A1 angeregt worden, einen Differenzdruckregler zu verwenden, der in Abhängigkeit vom Druck in der Flüssigkeitsleitung den Gasdruck um einen einstellbaren Differenzbetrag über dem Flüssigkeitsdruck hält. - Aufgrund dieser Konstellation kann zwar den Druckschwankungen in der Flüssigkeitsleitung Rechnung getragen werden. Eine Umkehr der Druckverhältnisse in der Flüssigkeitsleitung einerseits und der Gasleitung andererseits kann indessen nicht mehr stattfinden, wenn die Zapfstelle geschlossen ist. Folglich wird bei geschlossener Zapfstelle weiter Gas, insbesondere in Form einer Gasblase, in den statischen Mischer gedrückt, welches sich dann beim Öffnen der Zapfstelle als störende Gasentladung bemerkbar macht. Dies zeigt sich meistens in einem kurzfristig unterbrochenen Flüssigkeitsstrom mit Spritzen. Darüber hinaus kann eine solche Gasblase auch einen üblicherweise zwischen dem Durchlaufmischer und der Zapfstelle in die Vorleitung eingegliederten Bakterienfilter in seiner Funktion negativ beeinflussen.
- Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit zu schaffen, bei welcher möglichst viele variable Größen in konstante Größen umgewandelt werden können.
- Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
- Die Anordnung umfasst unter anderem einen Differenzdruckregler, der sowohl im dynamischen als auch im statischen Zustand einen Gasdruck gewährleistet, der immer dem Druck der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung entspricht. Dies wird dadurch erreicht, dass im Differenzdruckregler keine zusätzliche Federkraft vorhanden ist, sondern die beiden Wirkflächen ausschließlich einmal mit Flüssigkeit und einmal mit Gas beaufschlagt werden.
- Damit sich nun bei geöffneter Zapfstelle ein höherer Druck in der Gasleitung einstellt als der Druck in der Flüssigkeitsleitung, ist erfindungsgemäß mindestens ein Teil des Abschnitts der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Differenzdruckregler und dem Rückschlagventil als Strömungswiderstand ausgebildet. Dieser Strömungswiderstand bewirkt einen dynamischen Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung mit der Folge, dass der Druck in der Gasleitung höher ist als der Druck in der Flüssigkeitsleitung. Wird danach die Zapfstelle geschlossen, so entspricht theoretisch der Druck in der Gasleitung dem Druck in der Flüssigkeitsleitung. Durch die konstruktive Auslegung des Differenzdruckreglers ist jedoch dafür Sorge getragen, dass dann der Druck der Flüssigkeit den Druck des Gases leicht übersteigt.
- Gas, insbesondere in Form einer Gasblase, kann nicht in den statischen Mischer gelangen und sich dadurch als störende Gasentladung beim Zapfen bemerkbar machen. Auch werden keine negativen Einflüsse mehr auf einen meistens zwischen dem statischen Mischer und der Zapfstelle eingebauten Bakterienfilter ausgeübt.
- Eine denkbare Ausführungsform eines Strömungswiderstands in dem Abschnitt der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Differenzdruckregler und dem Rückschlagventil besteht gemäß Anspruch 2 darin, dass der Strömungswiderstand durch eine Blende gebildet ist. Dies ist ein handelsübliches und damit preisgünstiges Bauteil.
- Diese Blende wird hierbei in bevorzugter Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 3 einstellbar ausgebildet, um den jeweiligen örtlichen Bedingungen gezielt Rechnung tragen zu können.
- In Abhängigkeit von diesen örtlichen Verhältnissen ist es nach den Merkmalen des Anspruchs 4 aber auch möglich, dass der Strömungswiderstand durch die Länge und/oder den Durchmesser des Abschnitts der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Differenzdruckregler und dem Rückschlagventil gebildet ist. Dies kann z.B. die Wendel eines Durchlaufkühlers sein.
- Der Strömungswiderstand kann gemäß Anspruch 5 dem Differenzdruckregler zugeordnet sein. Insbesondere, wenn es sich um eine Blende als ein Bauteil des Differenzdruckreglers handelt, kann aber immer nur ein Durchlaufmischer mit einer Zapfstelle angeschlossen werden.
- Bei einer Ausführungsform entsprechend dem Anspruch 6, wo der Strömungswiderstand dem Durchlaufmischer zugeordnet ist, können vom Differenzdruckregler aus mehrere Zapfstellen gleichzeitig bedient werden. Allerdings gehört zu jeder Zapfstelle ein Durchlaufmischer. Zwischen dem Strömungswiderstand und dem Rückschlagventil wird dann eine ausreichend lange Beruhigungsstrecke vorgesehen.
- Es ist nach der Erfindung denkbar, dass die Wirkflächen im Differenzdruckregler Bestandteil einer Membran bilden. Um jedoch die Problematik der Permeabilität von Elastomeren oder dünnwandigen Kunststoffen auszuschalten, ist es nach den Merkmalen des Anspruchs 7 vorteilhafter, dass die Wirkflächen Bestandteile eines in einem Gehäuse verlagerbaren Reglerkolbens bilden.
- Dieser Reglerkolben ist nicht zusätzlich mit einer Federkraft beaufschlagt, sondern wird ausschließlich mit Flüssigkeit auf der einen Seite und durch Gas auf der anderen Seite belastet.
- Wenn in diesem Zusammenhang gemäß Anspruch 8 die Wirkflächen des Reglerkolbens im Wesentlichen gleich groß bemessen sind, stellt sich bei dieser Ausführungsform eines Differenzdruckreglers immer ein etwas höherer Flüssigkeitsdruck als Gasdruck ein, insbesondere wenn in Form eines Flaschendruckreglers ausgeführt.
- Vorstellbar ist aber auch eine Ausführungsform gemäß Anspruch 9, wonach die von der Flüssigkeit beaufschlagte 1. Wirkfläche des Reglerkolbens kleiner als die vom Gas beaufschlagte 2. Wirkfläche bemessen ist.
- Die Merkmale des Anspruchs 10 tragen dem Umstand Rechnung, dass der Reglerkolben erst dann mit Gas beaufschlagt wird, wenn auf der anderen Seite des Reglerkolbens Flüssigkeit unter Druck ansteht.
- Die Erfindung sieht vor, dass der Druck der Gasversorgung alleine dafür Sorge trägt, um Gas in eine Flüssigkeit einbringen zu können. Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, dass nach Anspruch 11 in die Gasleitung zwischen der Gasversorgung und dem Rückschlagventil ein Druckregler eingegliedert ist. Ein solcher Druckregler wird in der Regel unmittelbar der Gasversorgung, beispielsweise in Form einer Gasflasche, zugeordnet.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 im Schema eine Anordnung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit und -
2 ebenfalls im Schema eine Anordnung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit, gemäß einer weiteren Ausführungsform. - Mit
1 ist in den1 und2 eine Gasversorgung in Form einer Druckgasflasche bezeichnet, die Kohlendioxid enthält. An die Druckversorgung1 ist ein Druckregler2 lösbar angeschlossen. -
3 bezeichnet eine Flüssigkeitsquelle in Form eines Wasserreservoirs. - Mit
4 ist eine Gasleitung bezeichnet, die vom Druckregler2 ausgehend über einen Differenzdruckregler5 ,5a geführt ist und sich vor einem statischen Mischer6 als Bestandteil eines Durchlaufmischers7 mit einer Flüssigkeitsleitung8 vereinigt, die von der Flüssigkeitsquelle3 ausgeht und ebenfalls über den Differenzdruckregler5 ,5a geführt ist. Von der Vereinigungsstelle9 der Gasleitung4 und der Flüssigkeitsleitung8 führt eine gemeinsame Leitung10 zu dem statischen Mischer6 . Dieser ist über eine Zufuhrleitung11 an eine Zapfstelle12 angeschlossen. In die Zufuhrleitung12 ist ein Kompensator13 eingegliedert, über den der Volumenstrom an der Zapfstelle12 individuell eingestellt werden kann. - Zwischen dem Differenzdruckregler
5 ,5a und dem statischen Mischer6 sind in die Gasleitung4 in Reihe eine Blende14 und ein Rückschlagventil15 eingegliedert. Hinter dem Rückschlagventil15 ist an die Gasleitung4 ein Manometer16 angeschlossen. - Die Flüssigkeitsleitung
8 weist zwischen dem Differenzdruckregler5 ,5a und der Vereinigungsstelle9 mit der Gasleitung4 einen Strömungswiderstand17 in Form einer einstellbaren Blende sowie ein Rückschlagventil18 auf. Außerdem ist an die Flüssigkeitsleitung8 zwischen dem Rückschlagventil18 und der Vereinigungsstelle9 ein Manometer19 angeschlossen. - Bei den beiden Ausführungsbeispielen bilden der statische Mischer
6 , die beiden Rückschlagventile15 ,18 , die Blende14 und die Manometer16 ,19 Bestandteile des Durchlaufmischers7 . - Der Differenzdruckregler
5 der1 weist in einem Gehäuse20 einen verlagerbaren Reglerkolben21 auf. Der Reglerkolben21 verfügt über eine 1. Wirkfläche22 , die von der Flüssigkeit F in der Flüssigkeitsleitung8 beaufschlagbar ist, und ferner über eine 2. Wirkfläche23 , die von dem Gas G in der Gasleitung4 beaufschlagbar ist. - Beide Wirkflächen
22 und23 sind im wesentlichen gleich groß bemessen. - Der Reglerkolben
21 ist über einen im Durchmesser kleinen Stößel24 mit einem Verschlussstück25 verbunden, das unter dem Einfluss einer Druckfeder26 gegen einen Dichtsitz27 im Gehäuse20 gepresst wird, wenn die 1. Wirkfläche22 des Reglerkolbens21 nicht von der Flüssigkeit F beaufschlagt ist. - Im Unterschied zu dem Differenzdruckregler
5 der1 weist der Differenzdruckregler5a der2 einen gestuften Reglerkolben28 auf. Die im Durchmesser kleinere 1. Wirkfläche29 ist von der Flüssigkeit F in der Flüssigkeitsleitung8 und die im Durchmesser größere 2. Wirkfläche30 von dem Gas G in der Gasleitung4 beaufschlagbar. Auch der Reglerkolben28 ist über einen Stößel24 mit einem Verschlussstück25 verbunden, das durch eine Druckfeder26 , die sich am Gehäuse31 des Differenzdruckreglers5a abstützt, gegen einen Dichtsitz27 im Gehäuse31 angepresst ist. - Der in dem Abschnitt
32 der Flüssigkeitsleitung8 zwischen dem Differenzdruckregler5 ,5a und dem Rückschlagventil18 eingegliederte Strömungswiderstand17 in Form einer einstellbaren Blende dient dazu, einen höheren Gasdruck pg als Flüssigkeitsdruck pf einzustellen. Hierdurch wird bei geöffneter Zapfstelle12 ein dynamischer Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung8 bewirkt. - Wird hingegen die Zapfstelle
12 geschlossen, so ist zwar theoretisch der Gasdruck pg fast gleich dem Flüssigkeitsdruck pf, indesssen sorgt die Druckreglerbauart für die notwendige Umkehr der Druckverhältnisse im Vergleich zu denjenigen bei geöffneter Zapfstelle12 . - Im Falle der Ausführungsform der
2 wird dieser Sachverhalt durch den gestuften Reglerkolben28 noch verstärkt. - Statt der in den
1 und2 veranschaulichten einstellbaren Blende als Strömungswiderstand17 kann der Abschnitt32 der Flüssigkeitsleitung8 zwischen dem Differenzdruckregler5 ,5a und dem Rückschlagventil18 durch seine Länge und/oder durch seinen Durchmesser so gestaltet sein, dass dieselbe Funktion wie die der einstellbaren Blende gewährleistet wird. - Bei den in den
1 und2 veranschaulichten Ausführungsformen bildet der Strömungswiderstand17 ein Bauteil des Differenzdruckreglers5 ,5a . In diesem Fall kann immer nur ein Durchlaufmischer7 mit nachgeordneter Zapfstelle12 an den Differenzdruckregler5 ,5a angeschlossen werden. - Wird hingegen der Strömungswiderstand
17 einem Durchlaufmischer7 zugeordnet, wie dies in den1 und2 durch strichpunktierte Linienführung veranschaulicht ist, so können von einem Differenzdruckregler5 ,5a mehrere Zapfstellen12 über mehrere Durchlaufmischer7 bedient werden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, über den einstellbaren Strömungswiderstand, z.B. eine Blende, den Anreicherungsgehalt der Flüssigkeit mit Gas zu variieren. -
- 1
- Gasversorgung
- 2
- Druckregler
- 3
- Flüssigkeitsquelle
- 4
- Gasleitung
- 5
- Differenzdruckregler
- 5a
- Differenzdruckregler
- 6
- statischer Mischer
- 7
- Durchlaufmischer
- 8
- Flüssigkeitsleitung
- 9
- Vereinigungsstelle
- 10
- Leitung
zw.
9 u.6 - 11
- Zufuhrleitung
- 12
- Zapfstelle
- 13
- Kompensator
in
11 - 14
- Blende
in
4 - 15
- Rückschlagventil
v.
4 - 16
- Manometer
an
4 - 17
- Strömungswiderstand
in
8 - 18
- Rückschlagventil
in
8 - 19
- Manometer
an
8 - 20
- Gehäuse v.
5 - 21
- Reglerkolben
v.
5 - 22
- 1.
Wirkfläche
v.
21 - 23
- 2.
Wirkfläche
v.
21 - 24
- Stößel
- 25
- Verschlussstück
- 26
- Druckfeder
- 27
- Dichtsitz
- 28
- Reglerkolben
v.
5a - 29
- 1.
Wirkfläche
v.
28 - 30
- 2.
Wirkfläche
v.
28 - 31
- Gehäuse v.
5a - 32
- Abschnitt
v.
8 - F
- Flüssigkeit
- G
- Gas
- pg
- Gasdruck
- pf
- Flüssigkeitsdruck
Claims (11)
- Anordnung zum Einbringen von Gas (G) in eine Flüssigkeit (F), welche zwischen einer Flüssigkeitsquelle (
3 ) und einem statischen Mischer (6 ) eines über eine Zufuhrleitung (11 ) an eine Zapfstelle (12 ) angeschlossenen Durchlaufmischers (7 ) eine Flüssigkeitsleitung (8 ) mit darin eingegliedertem Rückschlagventil (18 ) sowie zwischen einer Gasversorgung (1 ) und dem statischen Mischer (6 ) eine vor dem statischen Mischer (6 ) mit der Flüssigkeitsleitung (8 ) vereinigte Gasleitung (4 ) aufweist, in die in Reihe eine Blende (14 ) und ein Rückschlagventil (15 ) eingegliedert sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Flüssigkeitsleitung (8 ) als auch die Gasleitung (4 ) über einen Differenzdruckregler (5 ,5a ) geführt sind, dessen eine 1. Wirkfläche (22 ,29 ) von der Flüssigkeit (F) und dessen andere 2. Wirkfläche (23 ,30 ) vom Gas (G) beaufschlagbar sind, wobei mindestens ein Teil des Abschnitts (32 ) der Flüssigkeitsleitung (8 ) zwischen dem Differenzdruckregler (5 ,5a ) und dem Rückschlagventil (18 ) als Strömungswiderstand (17 ) ausgebildet ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (
17 ) durch eine Blende gebildet ist. - Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (
17 ) einstellbar ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (
17 ) durch die Länge und/oder den Durchmesser des Abschnitts (32 ) der Flüssigkeitsleitung (8 ) zwischen dem Differenzdruckregler (5 ,5a ) und dem Rückschlagventil (18 ) gebildet ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (
17 ) dem Differenzdruckregler (5 ,5a ) zugeordnet ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (
17 ) dem Durchlaufmischer (7 ) zugeordnet ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (
22 ,23 ;29 ,30 ) Bestandteile eines in einem Gehäuse (20 ,31 ) verlagerbaren Reglerkolbens (21 ,28 ) bilden. - Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (
22 ,23 ) des Reglerkolbens (21 ) im Wesentlichen gleich groß bemessen sind. - Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Flüssigkeit (F) beaufschlagte 1. Wirkfläche (
29 ) des Reglerkolbens (28 ) kleiner als die vom Gas (G) beaufschlagte 2. Wirkfläche (30 ) bemessen ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglerkolben (
21 ,28 ) gasseitig mit einem durch eine Druckfeder (26 ) in Richtung auf einen zwischen dem Reglerkolben (21 ,28 ) und der Gasleitung (4 ) vorgesehenen Dichtsitz (27 ) beaufschlagten Verschlussstück (25 ) verbunden ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gasleitung (
4 ) zwischen der Gasversorgung (1 ) und dem Rückschlagventil (15 ) ein Druckregler (2 ) eingegliedert ist.
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