DE2023010A1

DE2023010A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer mit Gas angereicherten Fluessigkeit

Info

Publication number: DE2023010A1
Application number: DE19702023010
Authority: DE
Inventors: Colomina Theodore Samuel
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1971-03-18
Also published as: CA921396A; FR2057663A5; GB1274363A

Description

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BESCHREIBUNG

zu der Patentanmeldung ·

EATON YALB & TOWNE INC, · 100 Eriview Plaza

Cleveland, Ohio 44114, U.S.A.

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zu» Herstellen einer alt Gas angereicherten Flüssigkeit

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung sum Hereteilen einer Bit Gae angereicherten Flüssigkeit* beispielsweise zu» Herstellen eines kohlensäurehaltigen Getränks.

Vorrichtungen dieser Art au» Mischen τοπ Gas und Flüssigkeit sind bekannt. Sie werden la allgemeinen Saturationsapparate genannt. I* alIge«einen umfassen die bekannten Vorrichtungen einen Mischbehälter, eine daait rerbundene Flüssigkeitszelle, eine daait in Verbindung und unter Druck stehende Gasquelle, ein EntlUftungssjetea, Torrichtungen sua Mischen der Flüssigkeit und des Gases aovie Einrichtungen sub Absieben der geaisohten Flüssigkeit aus ₍dea Behälter. Sine Schwierigkeit aur Realisierung billig arbeitender Vorrichtungen dieser Art liegt bei den Einrichtungen sua Füllen des Mischbehälter* ait Flüssigkeit. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art werden »eist FlUssigkeitspuapen benutst, die Wasser in den Behälter gegen den Gasdruck innerhalb des Behälters fördern. Solche Puapen aussen deshalb geeignet sein, einen hohen Flüssigkeitsdruck su erzeugen.

Is sind auch schon Vorrichtungen dieser Art bekauüt, bei denen solche Puapen sua Einleiten von Wasser unter Druck in den Mischbehälter überflüssig sind (US-Platentsohrlften 1 434 574 und 2 782 016). Bei

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diesen bekannten Vorrichtungen sind dafür aber wieder gesonderte Behälter zum unter Druck setzen des Wassers und sum Mischen des Wassers mit des Gas erforderlich. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird das Wasser dem zusätzlichen Behälter zua unter !Druck setzen des Wassers zugeführt, wobei der Flüssigkeitsspiegel ein Ventil betätigt, welches der Gasquelle zugeordnet ist. Das Wasser in dem ersten Behälter wird damit durch den Gasdruok unter Druck gesetzt und später der eigentlichen Mischkammer zugeführt, in weloher das Wasser mit des Gas, beispielsweise Kohlendioxyd, gemischt und dadurch angereichert wird.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung dieser Art (US-Patentschrift 3 225 965) ist ein einziger Misch- und Speicherbehälter sowie eine Fliissigkeitszufuhrleitung alt einem solenoidbetätigten Ventil zum Steuern des Flüssigkeitseintrittea in den Behälter vorgesehen. Bin sohwimmerbetätigter Schalter in dem Behälter dient zur Steuerung des Solenoidventils und öffnet die Flüssigkeitszufuhr bis die Flüssigkeit einen vorbestimmten Pegel erreioht, woraufhin dann das Solenoidventil geschlossen wird. Bie Gasquelle steht in ständiger Verbindung alt dea Behälter und ist so ausgebildet, daß sie die Aufwirbelung des Wassers in dem Behälter unterstützt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine einfachere Vorrichtung zum Herstellen einer mit Gas angereicherten flüssigkeit su schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß sunäohst in einen unter relativ geringem Innendruck stehenden Behälter Flüssigkeit eingeleitet wird, nach lärreiohen eines vorbestimmten Flüssigkeit*- spiegele im Behälter anschließend Gas unter relativ höheres Druck tugeführt und der Innendruck des Behälters damit erhöht wird, dann die Flüssigkeitszufuhr in Abhängigkeit von diesem erhöhten Innendruck unterbrochen wird und schließlich die Flüssigkeit alt d·» Gas ia Behälter geaisoht wird.

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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, vor allem auch Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aueführen eines solchen Verfahrens ergeben sich aus den Unteranaprüchen und der nachfolgenden Beschreibung*

.Das erfindungageciäße Verfahren ist sehr einfach und billig ausführbar, vor allem, da die Flüssigkeit unter relativ niedrigem Druck in den Mischbehälter eingeführt werden kann. Die Flüssigkeit vird in den Mischbehälter nämlich zu einer Zeit eingeführt, in welcher im Behälter Atmosphärendruck herrscht. Erst nach der Flüssigkeitszufuhr vird das Innere des Behälters unter Druck gesetzt und die Flüssigkeit mit Gas angereichert. Der Behälter bleibt dann unter Druck bia der ,Flüssigkeitsspiegel wieder unterhalb eines vorbestimmten Wertes abfällt und die Flüssigkeitsabgabe aus dem Behälter beendet ist. Erst danach wird wieder der Druck im Behälter abgebaut und kann dann wieder mit Flüssigkeit aus einer Niederdruckleitung gefüllt werden. Daoit werden die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden, bei denen wegen des Vorhandenseins des unter hohem Druck stehenden Kohlendioxydes im Behälter relativ komplizierte Einrichtungen sub Zuführen der Flüssigkeit in den Behälter erforderlich sind. Diese relativ teuren und komplizierten Flüssigkeitspumpen und andere bekannten Einrichtungen wie gesonderte Druckkammern für die Flüssigkeit und dgl. werden damit überflüssig. Gemäß der Erfindung wird außerdem automatisch nach dem Absinken des Flüssigkeitsspiegel ein neuer Anreicherungsvorgang eingeleitet. Der Druck der Gasquelle dient außerdem susa Anheben dee Druckes der anzureichernden Flüssigkeit.

Die Erfindung wird ±m folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Aueführungebeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt scheoatisoh eine erfindungsgemäße Vorrichtung zua Anreichern einer Flüssigkeit mit Gas.

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Fig. 2 zeigt la Detail die Ausbildung des MiBchbehälters.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausfiihrungebeispie 1 einer erfindungsgeaäßen Vorrichtung und Fig. 4 zeigt wieder Einzelheiten des Miachbehälters dieser Vorrichtung nach Fig. 3·

Der erfindungageaäße Saturationsapparat für Kohlendioxyd uafaßt einen Mischbehälter Bit Vorrichtungen sum Zuführen von Flüssigkeit unter Ataosphärendruck und sua anschließenden Einleiten von unter Druck stehende« Kohlendioxyd in den Mischbehälter zun Mischen alt Flüssigkeit. Der Mischvorgang wird erst eingeleitet, nachdem sowohl das Gas als auch die Flüssigkeit ia Behälter vorhanden ist.

Fig. 1 zeigt diesen Mischbehälter 10 alt den Wassereinlaß 11. In die Waesersufuhrleitung ist ein Rückschlagventil 12 angeordnet, das einen Rückfluß aus dea Behälter verhindert.

In dea Mischbehälter 10 ist außerdea ein Entlüftungerohr 13 vorgesehen, dessen oberes Ende 14 sich bis Über den Flüssigkeitsspiegel 35 la Behälter 10 erstreckt und über den unteren rechtwinklig angeordneten Kinlaßabechnitt 15 sur Ataosphäre entlüftet ist.

Zwischen dea oberen Ende 14 dea EntIUftungsrohree und dea Entlüftungseinlaß 15 ist ein Ventil 16 angeordnet, durch welches das EntlUftungsrohr 13 entweder sua EntlUftungeeinlaß I5 oder sua EinIaB für Kohlendloxyd uasohaltbar iat.

Eine Kohlendloxyd enthaltende Bruokflasche 18 ist voa Regelventil 20 über eine Leitung 19 alt dea Einlaß 17 des Ventils 16 verbunden. Wenn das Ventil in seiner einen Schalteteilung eioh befindet« 1st da· Intlttftungsrohr 13 alt da« BntlUftungseinlaß I5 verbunden und in dar anderen Schaltetellung de» Ventils 16 1st dieaee BntlUftuagarohr 13 alt dar Leitung 19 und daait direkt alt dar unter Sraok Steheaden

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Kohlendioxyd enthaltenden Druckflaache verbunden.

Die Betätigung des Ventils 16 wird durch einen sohwisnerbetätigten Schalter 21 gesteuert. Dieser Schalter 21 ist auf einer Pührungsstange 22 angeordnet, die bei 25 aa oberen Wandabsohnitt 24 dee Mischbehälter 10 befestigt ist. Wenn der Plüesigkeitsapiegel innerhalb des Behälters sich ändert, wird auch der Schwisaer 21 nach oben oder unten verschoben und durch diesen ein Magnetschalter 25 betätigt. Dieser Schalter 25 ist von bekannter Art und es können die verschiedenartigsten Schaltertypen hierfür verwendet werden. Beim Betätigen des Schalters 25 wird ein Schaltkreis zwischen der Oberspannungsseite des Netzes 26 (110 V Wechselspannung) über diesen Schalter 25 und einer zur VentilbetaVtigungsseinrichtung 28 führenden Leitung 27 und zur (ick sur Masse über die Leitung 29 geschlossen. Die Betätigungseinrichtung 2Θ kann ein Solenoid oder dgl. sein, durch welche der eine oder andere Einlaß des Ventile 16 geöffnet oder geschlossen werden kann je nach de·, wie dies für den Betrieb der Vorrichtung gerade nötig ist.

Der Wassereinlaß 11 und das BntlUftungerohe 13 bilden in ihre« funktioneilen Zusaaoenwirken eine Einrichtung sowohl sun Einführen von Wasser als auch sua Einleiten von unter Druck stehende« Gas in den Mischbehälter 10. Dies wird aufeinanderfolgend durch das Betätigen des Sohwiaaers 21 und des sugeordneten Schalters 25 erreicht. Angenommen, der Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Mischbehälterβ 10 let anfänglich relativ niedrig, so wird zunächst Wasser über den Einlaß 11 in den Behälter einfließen. Der Behälter wird während dies·· Vorgangs auf Ataosphärendruok gehalten, denn der Sohvieaer 21 befindet eich in einer unteren Stellung, in welcher der Sahalter 25 geöffnet let. Bei offene« Schalter 25 i«t aber das Eatlttftungsrohr 13 über den Einlaß 15 sur Atmosphäre off·».

Wenn der Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Behälters 10 den gewassert?,-ten Wert erreicht, so wird über dan «it nach obea bewegten Schwieeer

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der Schalter 25 geschlossen. Durch das Schließen des Schalters 25 wird die Speisespannung an das Solenoid 28 angelegt, durch welches das Ventil 16 betätigt und d&s zu· Entlüftungerohr 13 führende Einlaß 15 geschlossen sowie der EislaS für Kohlsndioxydgae zua Rohr 15 geöffnet wird. Hierdurch wird Kohlendioxyd aus der Druckflasche in den Mischbehälter 13 eingeleitet.

Innerhalb des Behälters 10 ist noch eine Torrichtung zum Mischen . des Wassers Torgesehen. In dem gezeigtem AusfUhrungsbeispiel besteht diese Mischeinrichtung aus einer Pumpe 30, die durch einen Elektromotor 31 angetrieben ist. Die Pumpe nimmt Wasser aus dem unteren Teil 32 dee Behälters 10 auf und drückt dieses Wasser mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohr 33 und aus der Suse 34 heraus auf die Ober-' fläche 35 der Flüssigkeit. Durch diese Bewegung des Wassers mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohr 33 und auf die Oberfläche 35 der flüssigkeit wird das Köhlandioxydgas im Behälter 10 mit dem turbulenten Strahl geaiecht.

Die Pumpe 30 wird durch den Schalter 25 gleichseitig mit der Betätigung des Ventils 16 durch das Solenoid eingeschaltet. Beim Schließen des Schalters 25 wird das Nets 26 aber den Schalter 25 und eine Leitung 36 mit einem Zeitsteuersohalter 37 verbunden. Dieser Zeitsteuersohalter ist Über die Leitungen 33 und 39 geerdet.

Wenn der Zeltsteuereehalter 37 betätigt wirft, wird ein Steuerkreis für den Motor 31 aber die Leitungen 40 und 4I geechlosein. Die Leitung

41 1st unmittelbar geerdet und die lsi tang 40 lest' User" einen Schalter

42 nrA die Leitung 43 mit der Qberefttsi@.@ageeeita des lietaee ^verbunden. Bi® Itaer der Biesohfeltemg dee® Zaitatoasreetaltars felaft 701 Kanlandiosydeaaec in Behälter afe«, B®i «ines liegt &i& Siasohftltdfis®? is d@r

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Bas kohlensäureangereicherte Wasser wird über die Leitung 43 einea Abgabeventil 44 zugeführt. Aus einea Behälter 47 kann über die Leitung 46 Slyrup zugesetzt «erden. '

Dae Misch- und Abgabeventil 44 ist von bekannter Bauart und er-Qöglioht das Mischen des Sodawassers aus der Leitung 45 ait des Syrup aus der Leitung 46 und die unmittelbare Abgabe einer Kohlensäure-Qetränkeaischung Über den Auslaß 48. Miachventile dieäer Art sind in den verschiedenartige ten Aus fiihrungsfomen bekannt.

Durch das Abgabeventil 44 wird der Schalter 42 betätigt. Es ist wünschenswert, daß das Entliiftungsrohr 13 nicht aur Itaosphäre geöffnet wird, wahrend das Getränk Über das Ventil 44 ausgegeben wird. Wenn das Belüftungsrohr 15 sur Atmosphäre entlüftet wäre, so würde

Kohlensäure aus dea Getränk verlorengehen und das Getränk schal ν ΤΙ

den. Bs ist auch wünschenswert, daß die Flüssigkeit innerhalb des Behälter· 10 während de· Kisckvorganges nicht bewegt wird, da der Druck ia Behälter unterhalb de· Wertes gesenkt werden kann, bei welchen geaischt wurde, und eine Bewegung das Kohlendioxyd freigeben würde, das in der Flüssigkeit gebunden ist.

Der Schalter 42 eraöglicht daher sweierlei Dinge. Zum ersten stellt der Schalter 42 eine Verbindung zwischen der Oberapannungsseite 43 ait der direkt sur Ventilbetätigungeeinrichtung 28 de· Ventils 16 führenden Leitung 19 her. Hierdurch wird an die Betätigungseinrichtung 28 Spannung angelegt und das Ventil 16 für da· Druckgas offengehalten und. dar Bütlüftungseinlaft I5 geschlossen gehalten. Zua »weiten trennt 4er Sohaltar 42 die Verbindung »wischen der Oberspannung«leitung ua4 der Leitoag 40, doroh welche 4er Elektromotor 31 voa Hets abge-•oäaltet viri «b4 vodaroa ein Kleeaen aolange unterbunden wird, als 4M Veatil 44 betätigt «1*4. Das Aagabeveatil 44 vir4 derch einen ■abgriff 50 betätigt, evrek aeesea fiederdrfiokea die Leitungen 45

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und 46 geöffnet und gleichseitig der Schalter 42 ia obigen Sinne betitigt werden.

Bei« erfindungsgeaäßen Gyβte« wird also Wasser bei Atnosphärendruok in den Behälter 10 eingeführt, Kohlendioxyd, in dee Behälter unter seinem eigenen Behälterdruck eingeleitet und das Nischen der Bestandteile durch die Mischeinrichtung 30 erreicht. Das Abgabeventil ist ferner alt einest Ausschalter versehen, der «in Entlüften dee Behälters 10 und ein Betätigen der Mischeinrichtung während α des Abgebens des Getränkes verhindert. Beide Funktionen sind wünschenswert uo ein Verdünnen des Kohlensäuregetränkes während des Abgebens über das Auslaßventil au verhindern.

Bei des Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 4 ist wieder ein sohwiaaerbetätigter Schalter 25 vorgesehen, der bein Ansteigen des Pliissigkeitsspiegels ia Behälter 10 das Nets alt eines Solenoidventil §1 verbindet, durch welches ein Einlaßventil 52 geschlossen wird. Dieses Einlaßventil 52 unterbricht die Verbindung des Entlüftungsrohres 13 ait dem Ateosphäroneinlafl 53.

Gleichseitig ait dea Schließen des Entlüftungsrohree 13 wird über das Solenoid 54 ein Ventil 55 geöffnet und Kohlendioxyd kann von φ der Flasche 1Θ über eine Einlaßleitung 56 in den Behälter 10 strttaen. Die Einlaßleitung 56 setst sieh in einer ü-föraigen AusIaSleitung fort, durch welche Flüssigkeit ait hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche 35 i" Behälter 10 geleitet wird.

Abweichend von dea Ausführungseeispiel nach Fig. 1 und 2 wird bei dea AttsfUhrungsbeispiel naoh Fig. 5 und 4 der Bruok des Kohlendloxvdgaaee la der Flasche 18 dasu benutst, ua Flüssigkeit su fordern «ad die fvrhulens su ersengen, die sua Mischen swischea der Flüssigkeit und dea 0*s erforderlich ist.

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GoaäS Fig. 4 wird das Kohlendioxydgas aus der EinlaBleitung 56 über ein Rohret lick 58 in den Behälter eingeleitet. Dieses BohrstQck 59 steht mit einen weiteren Rohretuck 59 in Verbindung, das einen verbreiterten trichterartigen Einlaß 60 zum Ansaugen von Flüssigkeit aue dem Behälter 10 durch das Rohrstück 59 und Über den U-föreigen Düsenabschnitt 57 heraus aufweist. Hierdurch wird die gewünschte Turbulenz sum Mischen des Wassers mit den Kohlendioxydgas erzeugt. Das Ende des Rohrsttteka 58 ist zu einer Düse verengt und gegenüber de« Trichter 60 angeordnet.

Der Behälter 10 wird während der Abgabe des Getränkes über den Auelafi 48 nicht entlüftet. Dies wird wieder durch den Schalter 42 erreicht, der einen Steuerkreis über die Leitungen 61 und GZ schliest. Die Leitung 62 steht unmittelbar «it der Oberspannungs« seite 26 des Reises in Verbindung und die Leitung 61 führt unmittelbar zusM Solenoid 5t· £a& Entlüftungsventil 52 wird daher geschlossen und amr Behälter 10 solange nicht entlüftet, als der Handhebel 50 de· Ventile 44 gedrückt wird. Seia Schließen des Schalters 42 wird jedoch auch die Oberspannungeseite alt des Solenoid 54 verbanden! wodurch das Ventil 55 offengehalten und der Xohlendioxyddruck Ib Behälter 10 aufrechterhalten wird. Der Druck innerhalb des Behälters 10 bei geschlossenes Entlüftungerohr blockiert auch die Wasserzufuhr au· dea Einlad 12 und hält dae.it auch die Kohleneäure-Getränke-Kieohuag auf einen hohen Kohlensäuregehalt.

Bei beiden Au«führung*baispielen der Erfindung sind Einrichtungen sue Einführen von Fltteeifkelt In dan !fUehbehälter bei niedrige« Bruok» nlalioh At«o«phär«ndmok» vorgesehen, vthr«nd die aneohlieftende 2ud·» l£l«ehf<M·· Wi seinaa eifesen flaiohendruck erfol«i. ' vird entweder duroh tint f#«ottd#rt· Mieolipuape

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Bsteatanspriiche

1. Verfahren sun Hareteile» eis©? ait ß&B angereicherten Flüssigkeit, d & d u r ο h gekennzeichnet, daß in einen umter relativ g»v±ng®m Innendruck stehenden Behälter Flüssigkeit eingeleitet wird, sash Erreichen eines ▼orb@0tiaaten Flüssigkeitsspiegel* ia den Behälter Gas unter relativ isSkeree Druck zugeführt and der Innendruck des Beh&lters srhuht wird, dann die Flüssigkeitssufuhr in Abhängigkeit von dieses erhöhtes Innendruck unterbrochen wird und schließlich die Flüssigkeit sdt des Gas innerhalb des Behälter β getischt vird. * ·. '

2. ¥erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi suH Verhindern einer weiteren FlüMigkeitssui&hr der Innendruck ist Behülter wührend des Absiehens der gasangereioherten Flüssigkeit oberhalb des anfänglichen relativ geringen Innendrucks gehalten wird.

3· Vorrichtung sua Ausführen eiaes Yerfshrens nach Anspruch' 1 oder 2, nit eine· Behälter» einer iaetit verbundenen überdruck-Oaoquell·^ einer in den BehKlter fSi&readen FlÜssigkeitssufuhrleitung, einer MsoheiiariQ^tiiBs im B®hllt®r sowie einen AbgabeTentil, gefceaag®i® Iss t t '-ia rc a ein »wischen Csssquelie (I8):«sad A&m Bilsäit®r^T {4Qi) neteis ®v»%«m Stester^eatil (t€₉ Wi''35% eis® des BeMltmrm füteasiä©
»weiten St®n®irt«»til

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4· «Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η xeichnet, daß des Abgabeventil (44) «in Steuerechalter (42} zugeordnet ist, welcher derart in den Steuerkreis fur die beiden Ventile eingeschaltet ist, daß während der Flüssigkeitsentnahae das erste Steuerventil offen und das zweite Steuerventil geschlossen bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 4t dadurch g β kenn χ ei cha et, daß auch die Sinechalteinrichtung der Mischeinrichtung (30) derart la Steuerkreis der Ventile angeordnet tat, daS wahrend der FlusslgkeitsentnahBe* aus dea Behälter ein Mischvorgang unterbleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 hie 5» dadurch gekennzeichnet» daß die Mischeinrichtung eine ΛΜ einest Funkt oberhalb des FlüasigkeitespiegelB (35) führen de Leitung (33· 57) sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen eines FlUssigkeitsstroaes in dieser Leitung uafa&t, so daß der aus dea Lsitungsende (54) in Am oberen Teil des Behalters (1O) austretende nüssigkeltsstrahl sich ait den dort zugefOhrten unter Druck stehenden Gas veraischt.

7. Vorrichtung sack Anspruch 6, dadurch g e k e η η seichnet, daß der Flttssigkeitsstro« in der Leitung (33) aittelß einer Bwpe (30) erzeugt wird (Fig. 1 und 2).

6. Vorrichtung nach Anspruch 7· dadurch gekennselohnet. daß die Fuape eine in der Oassufuhr leitung (56) eingebaute, Flüssigkeit aus dea Behälter ansaugende Strahlpuape alt einer GasdOse (58) und eine· aa Leitungsanfang ausgebildeten Trichter (60) 1st (Flg. 3 und 4).

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9· Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8# dadurch gekennzeichnet _f daß in der Flüssigkeitsaufuhrleitung (11) ein auf den Behälterinnendruck ansprechendes Ventil (12) angeordnet ist.

10. Vorrichtung naoh Anspruch 3 "bis 9» dadurch gekennseichnet, daß das erste und zweite Steuerventil zu einem in die GaszufuhrIeitung eingeschalteten und zur Atmosphäre schaltbaren Umschaltventil (16) vereinigt sind.

11. Vorrichtung n&öii Anspruch 3 his 1O₉ dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinrichtung für den. Flüssigkeitsspiegel durch eisen Im oberen Teil des Behalters (1O) angeordneten Sctaiesersclisltex· (25) gebildet ist.

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