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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen kohlensäurehaltiger
Getränke Bekannte Verfahren zur Herstellung kohlensäurehaltiger Getränke, insbesondere
von Sprudel, beruhen im wesentlichen darauf, daß mit möglichst großer Oberfläche
und für eine möglichst lange Dauer Wasser od. dgl. mit unter Druck stehender Kohlensäure
in Berührung gebracht wird. Dafür sind bereits verschiedene Geräte vorgeschlagen
worden. Bei ihnen ist zum Einspritzen und zur Entnahme jeweils eine gewisse Reserve-
oder Puffermenge an kohlensäurehaltiger Flüssigkeit vorhanden. Das Einspritzen des
Frischwassers erfolgt über eine motorbetriebene Kolbenpumpe, die durch eine Einrichtung
gesteuert wird, die in Abhängigkeit von einem bestimmten Höchst- und Tiefststand
der Flüssigkeit schaltet. Die Zapf- und Einspritzvorgänge erfolgen unabhängig voneinander
mit der Maßgabe, daß das Einspritzen mindestens der Entnahme beim Zapfen entsprechen
muß.
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Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung kohlensäurehaltiger
Getränke bekanntgeworden, bei welchem der im wesentlichen stets gleich hohen Wasserfüllung
eines ständig unter dem Druck der zugeleiteten Kohlensäure stehenden Behälters oben
Frischwasser zugeführt wird, und zwar jeweils nach Maßgabe der Abzapfung vom Getränk
aus einer von dem Frischwasserzutritt möglichst weit entfernten Stelle des Behälters,
und bei welchem durch Ablassen von Kohlensäure aus dem Gaspolster über der Wasserfüllung
das Nachströmen von Kohlensäure in den unteren Bereich der Wasserfüllung in der
zur Anreicherung des Frischwassers erforderlichen Menge bewirkt wird. Zum Ablassen
der Kohlensäure aus dem Gaspolster dient bei dem bekannten Anreicherungsl>ehälter
ein Auslaßventil, das immer dann von Hand geöffnet werden muß, wenn man beim Abzapfen
von Getränk bemerkt, daß sein Kohlensäuregehalt unzulässig tief abgesunken ist.
Eine solche Methode hat aber den wesentlichen Nachteil, daß es dem Zapfer und seiner
mehr oder weniger großen Geschicklichkeit, Aufmerksamkeit und Sorgfalt überlassen
bleibt, für einigermaßen gleichbleibenden Kohlensäuregehalt des Zapfgetränkes durch
gelegentliches Betätigen des Ablaßventils zu sorgen. Abgesehen davon, daß eine zuverlässige
Beurteilung des Kohlensäuregehaltes lediglich durch visuelle Beobachtung ohnehin
nicht möglich ist, versagt ein solches Verfahren gänzlich in all jenen Fällen, in
denen das Gerät als Automat, also zur Eigenbedienung Verwendung finden soll. Der
Benutzer kann dann nämlich nie im voraus wissen, ob der Zustand im Anreicherungsbehälter
einer Betätigung des Ablaßventils für die Kohlensäure bedarf. Er bemerkt dies vielmehr
erst, nachdem er das abgezapfte Getränk zu sich genommen hat.
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Im Gegensatz zur vorerwähnten Zubereitung kohlensäurehaltiger Getränke
geht es bei der vorliegenden Erfindung darum, ein Verfahren zu schaffen, das unter
allen Umständen und unabhängig von der Beurteilung des jeweiligen Kohlensäuregehaltes
durch den Zapfer eine stets gleichbleibende Durchsättigung des Wassers mit Kohlensäure
gewährleistet. Das wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß die
Abzapfung von Getränk und das Ablassen von Kohlensäure in zwanghäufiger Abhängigkeit
voneinander vorgenommen werden. Vorteilhaft findet dabei das Ablassen von Kohlensäure
gleichzeitig mit der Abzapfung von Getränk statt. Da entsprechend der abgezapften
Getränkemenge nicht nur - wie es an sich bekannt ist - eine bestimmte Frischwassermenge,
sondern zugleich auch durch das Ablassen eines entsprechenden Teiles der Kohlensäure
die zur Anreicherung des Frischwassers erforderliche Menge an frischer Kohlensäure
in den Anreicherungsbehälter nachströmen kann, ergibt sich ein kontinuierliches
Herstellungsverfahren, das eine praktisch laufende Entnahme von stets einen durchschnittlich
gleichbleibenden Kohlensäureanteil enthaltendem Getränk ermöglicht.
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Die Erfindung ist auch auf eine zur Durchführung des neuen Verfahrens
geeignete Vorrichtung gerichtet,
die - wie bekannt - ans einem Behälter
mit einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen gleichbleibenden
Flüssigkeitsspiegels besteht, einen porösen Verteiler für Kohlensäure im unteren
Behälterteil sowie ein Gasablaßventil im oberen Behälterteil und ein Zapfventil
für Getränk aufweist.
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Das wesentlich Neue besteht bei einer solchen Vorrichtung gemäß der
Erfindung darin, daß das Zapfventil und das Gasablaßventil miteinander gekuppelt
sind.
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Für den Fall, daß nur Frischwasser zur Verfügung steht, das einen
geringeren Druck als den im Zubereitungsgefäß herrschenden besitzt, weist letzteres
einen Hilfsbehälter mit Frischwasserzuleitung über ein Rückschlagventil auf, der
gleichsam als Pumpe für den Hauptbehälter dient und über ein zweites Rückschlagventil
mit dem Hauptbehälter verbunden ist sowie einen schwimmergesteuerten Auslaß aufweist,
der durch einen mit dem Zapfhahn gekuppelten Schalthahn entweder mit dem Gaspolster
im Hauptbehälter verbunden oder unter Schließung zum Gaspolster nach außen geöffnet
werden kann. Die Vorteile einer so ausgebildeten Vorrichtung bestehen im wesentlichen
darin, daß hierbei keine als Puffer dienende Reservemenge kohlensäurehaltigen Wassers
erforderlich ist, ferner die Zuführung des Frischwassers keinen besonderen Antriebsmotor
sowie keine Ein- und Ausschaltvorrichtungen dafür benötigt und daß schließlich die
Zapf- und Frischwasserzulaufvorgänge eng miteinander gekuppelt sind. Sie entspricht
daher vollkommen den Erfordernissen, wie sie bei der praktischen Benutzung von Apparaten
dieser Art vorliegen, beispielsweise bei der Einzelabfüllung von Flaschen oder beim
Ausschank in Gaststätten, wo das kohlensäurehaltige Getränk unmittelbar in Gläser
abgefüllt wird. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung
besteht aber vor allem darin, daß die gesamte, in dem Zubereitungs-bzw. Anreicherergefäß
befindliche Wassermenge sich ständig im Anreicherungs-Prozeß befindet, da bei ieder
Entnahme neue Kohlensäure nachströmen kann.
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Sofern Frischwasser von höherem als dem im Zubereitungsbehälter herrschenden
Druck zur Verfügung steht, ist es zweckmäßig, das Ablaßventil für Kohlensäure aus
dem Gaspolster unmittelbar nach außen münden zu lassen und es mit dem Zapfhahn derart
zu kuppeln, daß beide gleichzeitig entweder offen oder geschlossen sind. In diesem
Falle erübrigt sich ein besonderer Hilfsbehälter. Letzterer wird vielmehr durch
einen schwimmergesteuerten Frischwassereinlaß ersetzt, wie er bei solchen Zubereitungsbehältern
an sich bekannt ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der Zeichnungen
beschrieben, in denen mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter
Vorrichtungen dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform in
senkrechtem Schnitt, Fig. 2 und 3 je eine Abart der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,
ebenfalls in senkrechtem Längsschnitt, jedoch in verschiedenen Maßstäben und Fig.
4 eine die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Einrichtungen erläuterndes
Schema; Fig. 5 stellt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform dar.
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Der in Fig. 1 dargestellte Apparat besteht im wesentlichen aus dem
Zubereitungs- bzw. Anreicherungsbehälter 1, der eine ausreichende Druckdichtig leit
und möglichst eine große Höhe L besitzen soll,
damit die die Wassersäule durchperlenden
Kohlensäurebläschen einen vergleichsweise langen Weg zu durchlaufen haben. Am Boden
des Gefäßes 1 ist ein poröser Körper 2 angeordnet, durch den die unter dem Druck
P1 über die Zuleitung 3 zugeführte Kohlensäure in feinverteilter Form dem unteren
Teil der Wassermasse4 zugeführt wird. Hierin löst sich die Kohlensäure, bis ihr
Druck sich im Gleichgewicht mit dem Druck P2 befindet, der in dem Druckraum 5 des
Apparates herrscht, wobei der durch das Durchdringen der porösen Zwischenschicht
entstehende Druckverlust zu berücksichtigen ist. Oberhalb des Druckraumes 5 ist
aus Sicherheitsgründen ein überdruckventil 6 angeordnet.
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Das mit Kohlensäure anzureichernde Frischwasser, das durch den Kanal
7 zufließt, steht unter einem Druck, der niedriger ist als der im Behälter herrschende
Drucks2. Dieses Wasser wird mittels einer Pumpe 8 mit veränderlicher Fördermenge
in das Gefäß 1 gepumpt. Die Pumpe 8 ist als Kammer ausgebildet, an deren unterem
Teil der Frischwassereinlaß 9 mit einem Rückschlagventil 10 angeschlossen ist. Dieses
Ventil verhindert ein Rückströmen des Frischwassers zum Kanal 7. In dem zum Gefäß
1 führenden Teil der Frischwasserzuleitung ist ein weiteres Rückschlagventil 10
angeordnet.
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Der Frischwasserdruck kann verhältnismäßig gering sein. Wie Versuche
gezeigt haben, genügt ein tberdruck von 1 m Wassersäule, um die erforderliche Wassermenge
zuzuführen. Ein einfaches Mittel zur Erzielung des nötigen Wasserdruckes zum Füllen
der Pumpenkammer 8 besteht darin, über dem Gefäß 1 in entsprechender Höhe einen
Behälter mit ungefähr konstantem Flüssigkeitsstand vorzusehen, der mit dem Zulauf
7 in Verbindung steht. Auch kann der gewünschte Druck für das Zulaufwasser erforderlichenfalls
durch einen in die Zuleitung eingebauten Druckregler 11 hergestellt werden.
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Beim Eintritt in den Pumpenkörper 8 verdrängt das Wasser daraus die
Kohlensäure durch eine Leitung 12, sofern diese Leitung über den Dreiweghahn 13
mit der nach außen führenden Leitung 14 verbunden ist. Der Dreiweghahn 13 erlaubt
es außerdem, die Kammer 8 über die Leitung 15 mit dem Druckraum 5 des Behälters
1 in Verbindung zu bringen. Ein schwimmerbetätigtes Ventil 16, das in der Kammer
der Pumpe 8 vorgesehen ist, schließt bei gefüllter Pumpe die Leitung 12. Es bewirkt
somit die selbsttätige Unterbrechung der Wasserzufuhr. Kehrt man die Stellung des
Hahnes 13 um, so daß der Druckraum 5 des Behälters 1 mit der Pumpe in Verbindung
gebracht wird (Fig. 1), so tritt das in der Pumpe befindliche Wasser mindestens
teilweise in den Behälter 1 hinüber, da es relativ zu dem im Druckraum 5 herrschenden
Druck unter einem der Höhe Zz' entsprechenden Überdruck steht. Wird danach der Hahn
13 wieder umgestellt, so dringt erneut Wasser in die Pumpe ein, und der Vorgang
setzt wiederum ein, wobei der Flüssigkeitsstand im Behälter 1 die Höhe nicht iiberschreiten
kann, die dem Höchstdruck in der Pumpe entspricht.
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Das Abzapfen des mit Kohlensäure angereicherten Wassers geschieht
durch eine Zapfleitung 17, deren im Inneren des Behälters 1 liegende Öffnung sich
an einer der Zulaufstelle des Frischwassers gegenüberliegenden Stelle befindet,
bei der gezeichneten Ausführung also im unteren Teil des Gehäuses 1. Zum Zapfen
wird der in der Leitung 17 befindliche Hahn 18 geöffnet, so daß das kohlensäurehaltige
Wasser des Druckes P2 im Druckraum 5 in das Gefäß R fließt.
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Beim Abzapfen sinkt der Spiegel des Frischwassers im Behälter 1.
Dabei wird das Frischwasser ständig von kleinen Kohlensäurebläschen durchsetzt,
wodurch es vor Austritt in die Leitung 17 eine intensive Anreicherung an Kohlensäure
erfährt. Um diese Wirkung noch zu steigern, kann man den Lauf des anzureichernden
Wassers im Inneren der Apparatur auch noch durch in dem Behälter 1 vorzusehende
Leitwände verlängern, so wie es beispielsweise die Fig. 2 und 3 schematisch zeigen.
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Um die Bedienung der Vorrichtung möglichst ein fach zu gestalten,
sind die Hähne 13 und 18 miteinander gekuppelt, und zwar derart, daß, wenn der Hahn
18 für eine Entnahme geöffnet ist, der Hahn 13 sich in der Stellung befindet, in
der das Wasser von der Pumpe 8 zum Anreicherer 1 fließt (Fig. 1). Wenn zum Schluß
der Entnahme der Hahn 18 geschlossen wird, so kommt der Hahn 13 in eine Stellung,
in der die Pumpe 8 mit der äußeren Luft in Verbindung steht, so daß die Pumpe sich
mit Frischwasser zu füllen beginnt. Die vorher in die Pumpe eingeströmte Kohlen
säure entweicht dabei nach außen. Die Kopplung der Hähne 13 und 18 kann auch in
umgekehrter Weise vorgenommen werden, derart also, daß der Hahn 18 geöffnet ist,
wenn der Hahn 13 die Pumpenkammer 8 mit der Außenluft verbindet, die Pumpe also
gewissermaßen »ansaugt«. Zweckmäßig sind die beiden Hähne 13 und 18 so miteinander
gekuppelt, daß sie durch einen gemeinsamen Handverstellhebel zu betätigen sind.
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Die kolbenlose Pumpe 8 bewirkt also nicht nur das selbsttätige Zuführen
einer veränderlichen. den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Frischwassermenge
in den Anreichererl, sondern gewährleistet darüber hinaus auch automatisch den Zustrom
der C O.2-Menge, die für das Anreichern der zugeführten Wassermenge erforderlich
ist. Die Erfahrung zeigt, daß tatsächlich mit einer angemessenen Menge Kohlensäure
im Druckraum, einem geeigneten porösen Körper und einer Wassersäulenhöhe von etwa
60cm der Druckabfall, der durch das Arbeiten der Pumpe entsteht, eine solche Zirkulation
von C O2 gewährleistet, daß die Anreicherung des zugeführten Frischwassers von hoher
Güte ist. Man kann darüber hinaus noch einen toten oder schädlichen Raum der Pumpe
vorsehen, derart, daß die entweichende Menge C O3 großer ist als die Menge des zugeführten
Wassers, wodurch das Durchzirkulieren der C O2 und somit der Anreicherungsgrad noch
weiter erhöht wird.
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Wie aus dem Schema der Fig. 4 hervorgeht, wird infolge der erfindungsgemäßen
Anordnung der Gleichgewichtsstand hL, aus den sich die Flüssigkeit im Anreicherer
1 nach einer gewissen Anzahl von Zapfungen einstellt, deren jede einer Höhe h2 entsprechen
möge, so sein, daß die Höhe 113 im Pumpenbehälter der jeweils abgezapften Menge
entspricht. Die Höchstmenge, die man dabei regelmäßig in einem Arbeitsgang entnehmen
kann, entspricht der Höhe h4. Durch entsprechende Gestaltung des Pumpenbehälters
kann dessen der Höhe h4 entsprechende Maximalleistung natürlich in weiten Grenzen
verändert werden. Selbst wenn zufälligerweise eine größere Menge abgezapft wird,
kann keine Störung in der Arbeitsweise der N7orrichtung auftreten, da im Verlauf
der weiteren Entnahmen die zuviel entnommene Menge durch den Überhang der Höhe h4
in bezug auf h3 wieder ausgeglichen wird. Auch kann man einen konstanten Flüssigkeitsstand
im Behälter 1 unmittelbar mittels einer Schwimmer- od. dgl. Einrichtung aufrechterhalten,
die auf ein Organ wirkt, das das von der Pumpe
kommende Wasser absperrt. Eine solche
Anordnung gestattet einerseits die Anwendung eines hohen Druckes des die Pumpe speisenden
Wassers und andererseits eine höhere statische Belastung der Pumpe in bezug auf
den Wasserspiegel im Apparat, wodurch im Bedarfsfall der Zufluß des Frischwassers
sowohl zur Pumpe8 als auch zum Behälter 1 beschleunigt werden kann.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung handelt es sich um ein
Ausführungsbeispiel, das dann mit Vorteil zu verwenden ist, wenn das dem Behälter
1 zuzuführende Frischwasser unter höherem als dem im Behälter herrschenden Druck
steht. Auch hier besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus dem Zubereitungsgefäß
bzw. Anreicherergefäß 1, einem porösen Körper 2, der hier als im Abstand über dem
Behälterboden angeordnete Zwischenwand 2' ausgebildet ist, unter der die Kohlensäure
durch das Rohr 3' zuströmt, einem Sicherheitsventil 6 und einem Zapfrohr 17 mit
Zapfhahn 18. Das Frischwasser wird unmittelbar über die Leitung 7' zugeführt, die
über ein in Abhängigkeit von einem bestimmten Flüssigkeitsstand im Behälter 1 ansprechendes
Ventil 20, das beispielsweise von einem Schwimmer 19 betätigt wird, absperrbar ist.
Da der Druck des Frischwassers in diesem Falle immer höher ist als der im Anreicherer
herrschende, wird der Flüssigkeitsstand während der Zapfungen immer gleichgehalten.
Die Bedingung, wonach bei jedem Zapfen eine bestimmte Menge C O2 entsprechend der
abgezapften Wassermenge entnommen werden soll, ist hier auf folgende Weise verwirklicht:
Der Zapfhahn 18 ist mechanisch mit einem Auslaßventil 21 gekuppelt, das den die
Kohlensäure enthaltenden Druckraum mit der Außenluft in Verbindung zu bringen erlaubt.
Auf diese Weise kann durch entsprechende Einstellung des Auslaßventiles 21 eine
der jeweils abgezapften Flüssigkeitsmenge entsprechende Kohlensäuremenge abgelassen
werden, wodurch sich das Nachströmen neuer Kohlensäure durch den Körper 2' zur Erzielung
eines bestimmten Anreicherungsgrades beliebig einregeln läßt.
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Die Entnahme von Kohlensäure zwecks Schaffung eines Druckabfalles
von bestimmter Größe in dem Druckraum 5 des Behälters 1 kann auch mittels einer
Ableiteinrichtung erzielt werden, die bei Öffnen des Zapfhahnes 18 eingeschaltet
und nach Erreichen des beabsichtigten Druckabfalles durch letzteren außer Wirkung
gesetzt wird, wobei der Druckabfall auf ein lDifferentialmanometer wirkt, das das
Schließen des Kohlensäureauslaßventiles hervorruft.