DE102018009440A1

DE102018009440A1 - Vorrichtung für eine Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas

Info

Publication number: DE102018009440A1
Application number: DE102018009440.6A
Authority: DE
Inventors: Max Taha
Original assignee: DINGER WERKZEUGBAU GmbH
Current assignee: BUSE KSW GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2018-12-01
Filing date: 2018-12-01
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit der Gas einem Flüssigkeitsstrom zugeführt wird. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Misch- und Verwirbelungskammer in der das Gas im Flüssigkeitsstrom verteilt wird. Mit der Neuerung soll eine kompaktere Bauart geschaffen werden, mit der ausreichend viel Gas im Flüssigkeitsstrom angelagert werden kann.Erzielt wird dies dadurch, dass die Misch- und Verwirbelungskammer rohrartig ausgebildet ist und dass der Misch- und Verwirbelungskammer der Flüssigkeitsstrom in einer annähernd laminaren Strömung zugeführt wird und dass nachfolgend dem Flüssigkeitsstrom außenumfangsseitig Gas zugeführt wird und dass der Gas/Flüssigkeitsstrom die Misch- und Verwirbelungskammer durch eine verengte Durchgangsöffnung in einen Beruhigungs- und Vorratsraum verlässt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Patentschrift DE 976486 ist eine Vorrichtung zum Sättigen von Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere von Wasser mit Kohlensäure, bekannt. In einer Mischvorrichtung werden Wasser und Kohlensäure zusammengeführt. In einem sich anschließenden Ringraum erfolgt eine Nachsättigung. Im Bereich der Nachsättigungskammer ist die Entnahme des mit Kohlensäure angereicherten Wassers über einen Abflussstopfen vorgesehen. Von Nachteil ist jedoch dabei, dass die Vorrichtung ein Schwimmerventil mit umfasst. Das hat den Nachteil, dass das Schwimmerventil auf Grund der unruhigen Wasseroberfläche der Flüssigkeiten nicht regelmäßig arbeitet.
Ferner ist aus der EP 1926548 eine Vorrichtung für die Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Mischkammer, der Trinkwasser und das Gas konstant zugeführt werden. Erzielt wird dies dadurch, dass in der Zuführleitung für das Trinkwasser Vorrichtungen eingesetzt sind, die die Durchflussmenge und den Druck regeln, abhängig von dem Druck in der Trinkwasserzuführleitung zur Mischkammer wird mittels eines Differenzdruckreglers der entsprechende Gasdruck eingestellt und der Mischkammer zugeführt. Damit bei einer Entnahme des mit Gas angereicherten Trinkwassers keine die Produktqualität beeinflussende Druckdifferenz entsteht ist in der von der Mischkammer abgehenden Zapfleitung ein weiterer Durchflussmengenregler vorgesehen. Durch den Einsatz in der Zuführ- und Zapfleitung vorgesehenen Baueinheiten ist sichergestellt, dass während des Zapfvorgangs kein schlagartiger Druckabfall entsteht durch den Gas aus dem Trinkwasser überproportional entweichen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte, einfachere Vorrichtung zu schaffen, mit der wartungsfrei Gas in einen Flüssigkeitsstrom gleichmäßig verteilt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass es sich um eine kleine kompakte Baueinheit mit geringem Volumen handelt, die ohne verschleißbehaftete Bauteile auskommt. Die Querschnittsflächen, der Betriebsdruck des zugeführten Flüssigkeitsstroms sind so bemessen, dass im Zuführbereich einer Misch- und Verwirbelungskammer eine annähernd laminare Strömung vorliegt. Unmittelbar nach dem Eintritt des Flüssigkeitsstroms in die Misch- und Verwirbelungskammer wird dem Außenmantel des Flüssigkeitsstroms ein Gas zugeführt. Der Gasdruck ist geringfügig höher als der Druck des zugeführten Flüssigkeitsstroms. Am Ende der rohrförmigen Misch- und Verwirbelungskammer weist diese eine Austrittsöffnung auf. Die Austrittsöffnung ist im Querschnitt deutlich geringer als die Querschnittsfläche der Misch- und Verwirbelungskammer. Durch das Austreten der Flüssigkeit von der Misch- und Verwirbelungskammer in die sich darunter befindliche Beruhigungs- und Vorratskammer erfolgt durch die turbulente Strömung eine gleichmäßige Vermengung des am Außenmantel anhaftenden Gasstroms mit dem Flüssigkeitsstrom. Auf Grund der aufeinander abgestimmten Durchflussmengen sowohl in der Zuführung der Flüssigkeit und der Zuführung des Gases als auch in der Zapfleitung ist sichergestellt, dass durch die Entnahme der mit Gas angereicherten Flüssigkeit keine übermäßige Entgasung der Flüssigkeit während des Zapfens und im Zapfgefäß stattfindet.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung für eine Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms, z. B. Trinkwasser, mit einem Gas, z. B. Kohlendioxid, schematisch dargestellt.
Eine Vorrichtung 1 umfasst einen Druckbehälter 2 mit einem Anschluss 3, 4 für Trinkwasser und Kohlendioxid sowie einen Zapfanschluss 5 zur Entnahme des im Durchlaufverfahren erstellten karbonisierten Trinkwassers. An dem Trinkwasseranschluss 3 schließt sich ein in den Druckbehälter 2 hineinerstreckende rohrartig ausgebildete Misch- und Verwirbelungskammer 6 an. Die Misch- und Verwirbelungskammer 6 wird von einem Ringraum 7 umgeben. In den Ringraum 7 mündet der Anschluss 4 einer Gaszuführleitung, z. B. von einer Kohlensäurequelle. Die Misch- und Verwirbelungskammer 6 weist eine, mindestens eine oder mehrere Verbindungsbohrungen 8 auf, durch die das Gas dem Flüssigkeitsstrom außen umfangsseitig zugeführt wird. Die Misch- und Verwirbelungskammer 6 umfasst stromab der Gaszuführbohrungen 8 eine Durchgangsöffnung 9 zu einem Beruhigungs- und Vorratskammer des Druckbehälters 2 auf. Die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 9 von der Misch- und Verwirbelungskammer 6 in die Beruhigungs- und Vorratskammer 10 ist kleiner als die Querschnittsfläche der Misch- und Verwirbelungskammer 6 stromauf der Durchgangsöffnung 9.
Von der Beruhigungs- und Vorratskammer 10 ist das karbonisierte Trinkwasser über den Zapfanschluss 5 einem Zapfventil 11 zuführbar.
In der am Trinkwasseranschluss 3 mündenden Trinkwasserleitung sind nicht näher dargestellte Einrichtungen vorgesehen, mit denen gewährleistet ist, dass der Trinkwasserstrom von stets gleicher Größe ist. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, dass in der Trinkwasserzuführleitung ein Wasserdruckregler oder eine hilfskraftbetriebene Pumpe, z. B. eine Druckerhöhungspumpe vorgesehen ist. Das Fördervolumen in der Trinkwasserzuführleitung ist derart bemessen, das in der Misch- und Verwirbelungskammer 9 in Bereich der Verbindungsbohrung 8 eine annähernd laminare Strömung gegeben ist. Durch die umfangsseitig unter Vermittlung eines Abstands angeordneten Verbindungsbohrungen 8 wird der Trinkwasserstrom außenumfangsseitig mit Gas, z. B. Kohlendioxid beaufschlagt. Der Gasdruck ist z. B. um 0,20 bar größer als der Förderdruck des Trinkwassers in der Trinkwasserzuführleitung.
Der mit Kohlendioxid ummantelte Flüssigkeitsstrom wird beim Durchströmen der Durchgangsöffnung 9 stark verwirbelt so dass das außenumfangsseitig zugeführte Gas im gesamten Flüssigkeitsstrom verteilt wird. Die gezielt herbeigeführte turbulente Strömung führt zu einer erwünschten verstärkten Durchmischung von Gas und Flüssigkeit so dass weitgehendste das gesamte zu dem Flüssigkeitsstrom zugeführte Gas im Flüssigkeitsstrom eingelagert wird, bedingt durch die Wahl der Bohrungsdruckmesser beim Wasserstrom in Relation zu den Bohrungsdurchmessern bei den Gasströmen
Auf Grund des erhöhten Gasdrucks erfolgt auch keine Entmischung während einer Nichtentnahme von Flüssigkeit aus der Beruhigungs- und Vorratskammer 10. Durch einen in der Zapfleitung integrierten, ggf. auch einstellbaren Durchflussmengenreglers 12 wird sichergestellt, dass das entnehmbare Zapfvolumen nicht größer ist als das Trinkwasserzuführvolumen. Durch diese Maßnahme wird ein vorzeitiges Entgasen während des Zapfvorgangs unterbunden.
In einer weitergehenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die Misch- und Verwirbelungskammer innenumfangsseitig im Bereich der Verbindungsbohrung 8 eine umlaufende Nut auf. Die Nutz wird mit Gas gefüllt, sodass der Flüssigkeitsstrom mit Gas ummantelt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 976486 [0002]
EP 1926548 [0003]

Claims

Vorrichtung für eine Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas, umfassend: eine Misch- und Verwirbelungskammer, eine Beruhigungs- und Vorratskammer, von der eine Zapfleitung mit integriertem Ventil abführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Verwirbelungskammer (6) rohrartig ausgebildet ist und mindestens eine Verbindungsbohrung (8) zur Zuführung von Gas umfasst, die Misch- und Verwirbelungskammer (6) von einem Ringraum (7) umgeben ist und das vom Ringraum (7) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (9) in die Misch- und Verwirbelungskammer (10) führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrungen (8) zur Zuführung des Gases zum Flüssigkeitsstrom am Umfang der Misch- und Verwirbelungskammer (6) gleichmäßig verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Verwirbelungskammer (6) im Bereich der Verbindungsbohrung (8) für das Gas innenumfangsseitig eine umlaufende, mit der Bohrung korrespondierende Nut aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartige Misch- und Verwirbelungskammer (6) auf der, der Zuführung abgewandten Seite eine Querschnittseinengung aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsquerschnitt für die Verbindungsbohrung (8) in der Misch- und Verwirbelungskammer (6) kleiner ist als der Leitungsquerschnitt für den zugeführten Flüssigkeitsstrom.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Verbindungsbohrung (8) bzw. -bohrungen (8) 5- bis 7-fach kleiner sind als der Leitungsquerschnitt für den Flüssigkeitsstrom.