DE2336877A1

DE2336877A1 - Verfahren und vorrichtung zum versetzen von wasser mit kohlendioxid

Info

Publication number: DE2336877A1
Application number: DE19732336877
Authority: DE
Inventors: Marshall Cowles Strenger
Original assignee: STRENGER ASSOCIATES
Current assignee: STRENGER ASSOCIATES
Priority date: 1972-07-20
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1974-01-31
Also published as: NL7308839A; CH575343A5; BR7305464D0; BE801399A; AT338605B; IT985709B; ES415500A1; JPS4950172A; ATA626673A; FR2193791A1; SU617002A3; GB1441658A; CA1007156A; AR200653A1; ZA733022B; AU5784073A; FR2193791B1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen, die es ermöglichen, nach Bedarf einen kontinuierlichen Strom von mit Kohlendioxid versetztem Wasser zu erzeugen. Insbesondere ist durch die Erfindung eine derartige Vorrichtung geschaffen worden, bei der zwei Stufen vorhanden sind, die in schneller Folge zur Wirkung kommen, um im Bedarfsfall im wesentlichen augenblicklich erzeugtes, mit Kohlendioxid versetztes Wasser abzugeben.

Beim Erzeugen von mit Kohlendioxid versetztem Wasser ist man bestrebt, eine Gas-Wasser-Lösung herzustellen, in der das Kohlendioxid in dem Wasser vollständig absorbiert ist. Bei Fachleuten auf dem Gebiet der Chemie besteht keine Übereinstimmung bezüglich des Prozentsatzes des Kohlendioxids, das mit dem Wasser reagiert hat, um Kohlensäure zu bilden, sowie bezüglich des Prozentsatzes, der durch physikalische Absorption als Kohlendioxid, das nicht an einer Reaktion teilgenommen hat, in stabilem, mit Kohlendioxid versetztem V/asser in Lösung gehalten wird. Im Hinblick hierauf werden in der folgenden Beschreibung sowie

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in den Ansprüchen die Ausdrücke "Absorption", "Lösung" und "vollständiges Versetzen ^m^ Kohlendioxid" ohne .Rücksicht auf die jeweiligen Prozentsätze sowohl im physikalischen als auch im chemischen Sinne verwendet, doch ist hierbei an eine gesättigte Lösung nur in den Fällen gedacht, in denen hierauf ausdrücklich hingewiesen wird. Die Ausdrücke "teilweise Absorption" und "teilweise Lösung" werden verwendet, wenn der Prozeß noch nicht vollständig abgelaufen ist, d.h. wenn freie Gasmoleküle vorhanden sind, die nicht absorbiert worden sind.

Mit Kohlendioxid versetztes warser zur Verwendung als Getränk wird gewöhnlich mit Hilfe komplizierter Einrichtungen erzeugt, bei denen häufig mit einer ständigen Umwälzung von V/asser und Kohlendioxid während einer erheblichen Zeitspanne gearbeitet wird, und bei denen man viele Minuten oder sogar Stunden benötigt, um eine ausreichende Sättigung des Wassers mit Kohlendioxid zu erzielen, derartige Einrichtungen sind z.B. in der U.S.A.-Patentschrift 3 162 32J beschrieben. Als erheblich ältere Beispiele für bekannte Einrichtungen dieser Art seien diejenigen genannt, welche in der U.S.A.-Patentschrift 1 611 321 sowie in den Deutschen Patents hriften 280 997 und 288 219 beschrieben sind.

Zwar wird ein relativ hoher jiohlendioxidgehalt des Wassers angestrebt, doch haben Versuche gezeigt, daß eine vollständig gesättigte Lösung bei relativ niedrigen \Yassertemperaturen und einem über dem Druck der Atmosphäre liegenden Druck unerwünscht ist, da eine vollständig gesättigte Lösung beim Abfüllen in ein Glas, wobei der Druck auf den Umgebungsdruck herabgesetzt wird, in hohem Maße unstabil ist, so daß ein Verspritzen des ^etränks nicht vermieden werden kann. Wird das mit Kohlendioxid versetzte Wasser ständig umgewälzt, nachdem der gewünschte Kohlendioxidgehalt erreicht worden ist, hat das Wasser die Tendenz, sich vollständig zu sättigen, und daher ergeben sich bei mit ständiger Umwälzung arbeitenden Einrichtungen

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weitere Schwierigkeiten, die auf das Entstehen eines zu hohen Kohlendioxidgehalts zurückzuführen sind.

Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung von mit Kohlendioxid versetztem Wasser sind seit langem bestrebt, vereinfachte Vorrichtungen zu schaffen, die es ermöglichen, Wasser kontinuierlich und im wesentlichen augenblicklich mit Kohlendioxid zu versetzen, und zwar aus Gründen der Qualitätskontrolle, der Bequemlichkeit sowie zur Vermeidung der Notwendigkeit, einen Vorrat an mit Kohlendioxid versetztem, unter Druck stehendem Wasser bereitzuhalten. Im Laufe der ^eit wurden in dem Bestreben, dieses Ziel zu erreichen, verschiedene sogenannte Kohlendioxidbeigabehähne oder Einrichtungen zum augenblicklichen Versetzen von Wasser mit kohlendioxid vorgeschlagen. Bekannte Vorrichtungen, von denen behauptet wurde, sie ermöglichten ein augenblickliches ^ersetzen von wasser mit Kohlendioxid, sind z.B. in den U.S.A.-Patentschriften 1 067 021, 1 856 329 und 2 229 441 beschrieben. Soweit bekannt, hat sich jedoch keine dieser Vorrichtungen in der Praxis bewährt. Auch wenn ^man von der Frage der praktischen Brauchbarkeit absieht, ist, soweit bekannt, bis jetzt keine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der zur Erzielung einer im wesentlichen augenblicklichen Versetzung von Wasser mit Kohlendioxid eine Kombination von Bauteilen vorhanden ist, wie sie durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird·

Praktisch arbeiten alle bis jetzt bekannten Vorrichtungen zum Herstellen von kohlendioxidhaltigem Wasser nach dem Prinzip des Linleitens von unter einem relativ hohen Druck stehendem Kohlendioxid in unter einem niedrigeren Druck stehendes Wasser, wie es z.B. in der U.S.A.-Patentschrift 3 256 802 beschrieben ist, oder nach dem alternativen Prinzip des Üinspritzens von Wasser in eine Kohlendioxidatmosphäre, wie es z.B. in der schon genannten U.S.A.-Patentschrift 3 162 323 beschrieben ist. Hierbei scheint es sich um naheliegende Alternativen zu handeln, da das Kohlendioxid in dem Wasser gelöst werden

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Im Gegensatz zu allen bis jetzt bekannten Vorrichtungen ist es gemäß der Erfindung möglich, ein im wesentlichen vollständiges, genau geregeltes Versetzen von Wasser mit Kohlendioxid mit Hilfe einer Vorrichtung zu erzielen, die im wesentlichen nach einem zweistufigen Verfahren arbeitet. Sobald die Vorrichtung durch Offnen eines Ventils oder Hahns in Betrieb gesetzt wird, strömt frisches Wasser in eine erste Stufe der Vorrichtung ein, bei der mit einer Ansaugwirkung gearbeitet wird, so daß der Wasserstrom Kohlendioxid veranlaßt, aus einer unter einem niedrigeren Druck stehenden Quelle auszutreten, um eine teilweise Absorption von Kohlendioxid durch das Wasser zu bewirken. Sofort danach wird die Teillösung durch eine zweite Stufe geleitet, die dazu dient, eine äußerst starke Turbulenz zu erzeugen, den statischen Druck zu senken und die freie Oberfläche des Wassers zu vergrößern, um das Wasser zu veranlassen, alles vorhandene, noch nicht absorbierte Kohlendioxid aufzunehmen, doch ist diese zweite Stufe so ausgebildet, daß sie die Bewegung des gesamten Stroms nicht übermäßig behindert. Die als Strömungsbeschleuniger ausgebildete zweite . Stufe bewirkt eine erhebliche Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit der Teillösung, wodurch die Ansaugwirkung in der Strömungsrichtung vor der zweiten Stufe erhöht wird, und wodurch im wesentlichen die gesamte angesaugte Gasmenge zwangsläufig in Lösung in dem ftasser gebracht wird. Das auf diese "Weise augenblicklich mit Kohlendioxid versetzte Wasser wird dann zum sofortigen Verbrauch in ein Glas oder dergleichen abgefüllt, Gegebenenfalls kann das mit Kohlendioxid versetzte Wasser jedoch auch in ilaschen oder andere Behälter abgefüllt werden, um einer späteren Verwendung zugeführt zu werden. Solange das erwähnte Ventil geöffnet bleibt, wird kontinuierlich ein Wasserstrom mit Kohlendioxid versetzt.

Zwar ergeben sich etwas andere Probleme, wenn man versucht, andere Gase mit Wasser oder anderen flüssigkeiten

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zu mischen, da eine in weiten Grenzen variierende Löslichkeit zu "berücksichtigen ist, doch sind auch auf dem allgemeinen Gebiet des Versetzens von Flüssigkeiten mit Gasen alle Versuche, Gase im wesentlichen augenblicklich mit . Flüssigkeiten zu vereinigen, im wesentlichen erfolglos geblieben. Wenn die angestrebte wirkung in erster Linie darin besteht, eine teilweise Absorption eines Gases durch eine Flüssigkeit herbeizuführen, z.B. wenn Wasser zum Zweck der Reinigung mit Ozon versetzt werden soll, wird das Gas, d.h. im vorliegenden Fall das Ozon, in manchen Fällen unter einem niedrigeren Druck gehalten als das Wasser, und es wird mit Hilfe eines Ansaugvorgangs mit dem Wasser gemischt. "Vorrichtungen, bei denen Ozon zum Zweck des Mischens mit Wasser angesaugt wird, sind z.B. in den U.S.A.-Patentschriften 1 090 044, 1 430 303, 1 831 131 und 1 L39 952 beschrieben. Eine weitere ältere Vorrichtung, bei der ein Ansaugvorgang dazu dient, eine nicht genannte Flüssigkeit mit einem ebenfalls nicht genannten Gas zu versetzen, ist in der U.S.A.-Patentschrift 538 086 beschrieben. Soweit bekannt, wird Jedoch bei allen diesen bekannten Vorrichtungen nach dem Ansaugen die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischstroms herabgesetzt, um das Sammeln des Erzeugnisses in einem Lagerbehälter oder das Transportieren durch Verbindungsleitungen zu ermöglichen. Diese Arbeitsweise steht in direktem Gegensatz zu der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispiel an erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung zum Versetzen von Wasser mit Kohlendioxid, zu der eine oder mehrere Vorrichtungen zum augenblicklichen Versetzen von »'asser mit Kohlendioxid gehören;

Fig. 2 einen im Vergleich zur natürlichen Größe in einem größeren Maßstab gezeichneten Längsschnitt durch.

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eine der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtungen längs der Linie 2-2 in Fig. 3;

Fig. 3 einen '-¹-eil schnitt längs der Linie 3-3 in Hg. 2;

Fig. 4 einen in einem erheblich größeren L.aßstab gezeichneten I'eilschnitt längs der .achse der Ansaug- und .beschl eunigungs stufen der Vorrichtung nach iig. 2 und 3; und

Fig. 5 eine schematische Barstellung einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zum Versetzen von nasser mit Kohlendioxid, die mit einer Vorrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist.

Zu der in Fig. 1 dargestellten, insgesamt mit 10 bezeichneten Einrichtung zum ^ersetzen von »»esser mit Kohlendioxid gehören ein leil 12 zum Umwälzen und Kühlen von Wasser, ein ^'eil 14 zum Zuführen von Kohlendioxid sowie eine oder mehrere Vorrichtungen 16 zum augenblicklichen ^ersetzen von Wasser mit Kohlendioxid.

Zu dem Wasserumwälz- und Kühlteil 12 gehören ein Wasservorratsbehälter 18, eine für den Lauerbetrieb geeignete Pumpe 20 und eine w'asserkühleinrichtung 22. Der Wasservorratsbehälter 18 ist mit der baugseite der Pumpe 20 durch eine Leitung 24 verbunden, und die Pörderseite der Pumpe ist über eine Leitung 26 an den Einlaß der Kühleinrichtung 22 angeschlossen. Lit dem .auslaß der Kühleinrichtung 22 ist eine »Vssserumwälzleitung 28 verbunden, die sich aus einem Zuführungsteil 30» einem .^bgabeteil 32 und einem Rücklauf teil 34 zusammensetzt. Der rücklaufteil 34- ist an ein Lruckregelventil 36 angeschlossen, das unmittelbar vor dem Äasservorratsbehälter 18 angeordnet und mit dessen Einlaß verbunden ist.

Durch die Pumpe 20 wird frisches ..e.ss;;r ständig in dem geschlossenen Kreis umgewälzt, der durch die zeitung 26, die Kühleinrichtung 22, die ümwälsleitung 28, das Lruck-

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regelventil 36, den Vorratsbehälter 18 und die Leitung gebildet wird. Das aerelventil 56 dient dazu, in der «»asserumwälzleitung 28 Gegenüber dem Atmosphärendruck einen vorbestimmten Überdruck aufrechtzuerhalten, solange sich die lumpe 20 in betrieb befindet, beispielsweise kann das Druckrerelventil 56 so eingestellt sein, daß es vor seinem Einlaß einen .Druck von etwa 6,2 bis 6,5 "bar aufrechterhält, der zum ^weck des ^versetzens von wasser mit Kohlendioxid auf ideale Weise geeignet ist. Am Auslaß des Druckregelventils 56 wird der Überdruck "bis auf den Druck der Atmosphäre entspannt, damit das Wasser in dem "Vorratsbehälter 18 anstelle des höheren χ-rucks in der Umwälzleitung auf dem Umgebungsdruck gehalten werden kann. Gegebenenfalls kann die Pumpe 20 in der Strömungsrichtung hinter der Kühleinrichtung 22 angeordnet sein, oder die ivühleinrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie das Wasser kühlt, während es sich in dem Vorratsbehälter 18 befindet, so daß nur das in der ümwälzleitung 28 enthaltene »»asser unter dem höheren Druck gehalten zu werden braucht.

Der Umwälz- und Kühlteil 12 der Einrichtung 10 ist zv/eckmäßig isoliert, um das Eindringen von wärme möglichst zu verhindern, und die Kühleinrichtung 22 ist so ausgebildet, daß sie in dem Abgabeteil 52 des Umwälzkreises eine hinreichend niedrige wassertemperatur aufrechterhält, die zum einwandfreien "Versetzen von Wasser mit Kohlendioxid geeignet ist; diese 'lemperatur liegt ζ.Ξ. unter etwa 4,45 C, jedoch über dem Gefrierpunkt und vorzugsweise bei etwa 1,1° C.Die Kühleinrichtung kann von beliebiger Konstruktion sein und mechanisch oder auf andere »»eise so arbeiten, daß sie die erforderliche niedrige Wassertemperatur aufrechterhält und den hygienischen Vorschriften entspricht, die für Einrichtungen zum Abgeben von Trinkwasser gelten. Lie verschiedenen weiteren Elemente des ümwälz- und Kühlteils 12 können auf beliebige bekannte .»eise ausgebildet sein, doch muß ihre Leistung ausreichen, um die genannten Wassertemperaturen und Wasserdrücke

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aufrechtzuerhalten, und um eine Wasserzufuhr zu ermöglichen, die dem Bedarf der noch zu beschreibenden Vorrichtungen 16 zum "Versetzen von Wasser mit Kohlendioxid entspricht .

Zu dem Kohlendioxidteil 14 der Begasungseinrichtung 10 gehören eine Quelle 38 für unter Druck stehendes Kohlendioxid und ein an diese Quelle angeschlossenes Druckregelventil 40 zum Herabsetzen des Drucks in einer Kohlendioxid-Zuführungsleitung 42, die sich von dem Druckregelventil zu den Schnellbegasungsvorrichtungen 16 erstreckt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Druck des den Schnellbegasungsvorrichtungen 16 zugeführten Kohlendioxids auf einem Wert gehalten, der etwas niedriger ist als der Druck des Wassers in der Umwälzleitung 28. Beispielsweise hält das Druckre^elventil 40 den Druck des Kohlendioxids auf einem Wert, der um etwa 0,14 bis 0,35 bar niedriger ist als der Druck des wassers. Wird der "Wasserdruck in der Umwälzleitung 28 z.B. auf etwa 6,2 bar geßialten, wird somit der Druck des Kohlendioxids in der Zuführungsleitung 42 zwischen etwa 5*85 und etwa 6,06 bar gehalten. Das Wasserdruckregelventil 36 und das Gasdruckregelventil arbeiten auf beliebige bekannte, hier nicht dargestellte Weise so zusammen, daß der Druckunterschied von etwa 0,14 bis 0,35 bar auch bei begrenzten Schwankungen des Wasserdrucks und/ oder des Gasdrucks aufrechterhalten wird.

Die Wasserbegasungseinrichtung 10 wird durch eine Wassernachfülleitung 44 vervollständigt, die an eine belitebige Quelle für frisches wasser, z.B. ein städtisches ■Wasserversorgungsnetz, angeschlossen ist und zu dem Einlaß eines Ventils 46 führt, mittels dessen die Zufuhr von Ergänzungswasser zu dem Vorratsbehälter 18 geregelt wird, um das von den Schnellbegasungsvorrichtungen 16 verbrauchte wasser zu ersetzen. Das Ventil 46 kann von beliebiger bekannter Konstruktion sein und durch eine beliebige, nicht dargestellte Einrichtung gesteuert werden, um in dem Vorratsbehälter 18 eine relativ konstante Standhöhe des

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Wassers aufrechtzuerhalten«.

Sämtliche 'l'eile der -°egasungseinrichtunp; 10 bestehen aus Werkstoffen, z.B. Metallen oder .kunststoffen, die den in irage kommenden -^rücken und 'iemperaturen standhalten .und erforderlichenfalls isoliert sind. Natürlich müssen sämtliche Teile der Einrichtung den einschlägigen hygienischen Vorschriften entsprechen.

Mit dem Abgabeteil 32 der Umwälzleitung 28 sind durch Zuleitungen 48 eine oder mehrere Schnellbegasungsvorrichtungen 16 nach der Erfindung verbunden. Eine dieser Schnellbegasungsvorrichtungen ist in i'ig. 2, 3 und 4 mit weiteren Einzelheiten dargestellte Zu der Begasungsvorrichtung 16 gehört ein allgemein zylindrisches Gehäuseteil 50, das aus einem beliebigen starren Werkstoff hergestellt sein kann, der den auftretenden Drücken standhält und außerdem den hygienischen Vorschriften entspricht, die für Einrichtungen zum Abgeben von mit Kohlensäure versetztem Wasser gelten. Als Werkstoffe kommen z.B. nichtrostender Stahl oder Kunststoff (wie dargestellt) in irage, die sich gegenüber "Wasser, Kohlendioxid und Kohlensäure chemisch neutral verhalten. Gemäß 3?ig. 2 kann sich das Gehäuse 50 zur Vereinfachung seiner herstellung aus mehreren Einzelteilen zusammensetzen«, Hie verschiedenen Einzelteile "werden auf beliebige Weise miteinander verbunden, z.B. mit Hilfe eines hinreichend festen Klebstoffs, der sich ebenfalls gegenüber 'wasser, Kohlendioxid und Kohlensäure chemisch neutral verhält. Die Rohrleitung 48 steht in btrömungsverbindung mit einem an einem xjnde des Gehäuses 50 ausgebildeten 3rischwassereinlaß 52 und ist mit des: gehäuse auf beliebige V»eise verbunden, E.h. mittels einer in das Gehäuse eingeschraubten "Verschraubung· 54.

Am entgegengesetzten inde des gehäuses 50 der öchnellbepasungsvorrichtung 16 ist ein Auslaß 56 für mit kohlendioxid versetztes wasser ausgebildet, undjenseits dieses Auslasses ist mit dem Gehäuse 50 eine Abgabeleitung 58 die in Strömungsverbindung mit dem Auslaß stent, mit hilfe einer Verschraubung 60 verbunden, die in das -ehäuse

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in der aus Fig. 2 ersichtlichen 'weise eingeschraubt ist.

Der Schnellbegasungsvorrichtung 16 kann mit x.ohlendioxid versetztes Wasser auf beliebige »»eise entnommen werden, z.B. gemäß ilg. 1 über ein mittels eines uruckiaiopfes betätigbares Ventil 62, das auf normale »Veise geschlossen ist und auf bekannte Weise durch Niederdrücken eines Lnopfes 64· betätigt werden kann, wenn mit Kohlendioxid versetztes Wasser über eine Düse 66 entnommen werden soll. Das Ventil 62 mit der Düse 66 laut sich leicht als fester Bestandteil mit dem Gehäuse 50 der Begasungsvorrichtung 16 verbinden.

Damit dem Gehäuse 50 gasförmiges Kohlendioxid zugeführt werden kann, weist das Gehäuse 50 einen radial verlaufenden Gaseinlaß 66 auf, der in Btrömungsverbindung mit der Leitung 42 zum Zuführen von Kohlendioxid steht. Die Leitung 42 kann an dem Gehäuse 50 auf beliebige Weise befestigt sein, z.B. mittels einer Verschraubung 70, die in einen den Gaseinlaß 68 abgrenzenden Ansatz 71 des Gehäuses eingeschraubt ist.

Damit das ständig umgewälzte gekühlte Frischwasser möglichst nahe an die Düsen 66 herangeführt v/erden kann, kann der Abgabeteil 32 direkt mit den einlassen 52 der Begasungsvorrichtungen 16 verbunden sein, und Teile des Abgabeteils, die sich zu den Begasungsvorrichtungen bzw. von ihnen weg erstrecken, können nebeneinander angeordnet und aneinander befstigt oder auf bekannte "»/eise in -orm zweier Lanäle in einer einzigen flexiblen Leitung bzw. einem Doppelschiauch ausgebildet sein. Auch -eile der r^ohlendioxid-Zuführunpsleitung 42, die den verschiedenen Begasungsvorrichtungen 16 benachbart sind, Kennen einen weiteren --anal der gleichen flexiblen Leitunr bilden, so daß der Benetzer jeder -erasun-:-svorrichtur.i· zusammen mit der. daran angebrachten Ventil 62 mit einer K&nd handhaben, bewegen und betätigen kann.

Das Versetzen des von dem Irischv;assereinlaß 52 zu dem Auslaß 56 strömer.den "..sssers mit ilohlendioxid spielt

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sich in zwei Abschnitten oder Stufen der Bepasungsvorrichtung 1b ab, und zwar in einer Ansaugstufe 72 und einer i-eschleünigungsstufe 74, welch letztere in der Strömungsrichtunp unmittelbar auf die Ansaugstufe 72 folgt.

Zu der ioisaugstufe 72 gehört eine scheibenähnliche ötrömungsre_::relplatte 76» die gemäß iig. 2 und 5 mehrere in ümfangsabständen verteilte, axial verlaufende 'wasserströmungskanäle 78 aufweist, von denen jeder in Verbindung mit einem zugehörigen radialen Gasansaugkanal 50 steht« Die radialen Kanäle 80 stehen an ihren inneren Enden in Verbindung mit einer inneren Gaskammer 82, die an jedem ihrer axialen x>nden durch eine Platte 64 abgeschlossen ist, welche gasdicht an der betreifenden btirnflache der Strömungsre .elplatte 76 befestigt ist. Gemäß Fig. 4 weist jede der Abschlußplatten 84 Kanäle 86 auf, deren Anzahl der Anzahl der axialen »»asserkanäle 78 der ^trömungsregelplatte 76 entspricht, und die jeweils axiale "Verlängerungen der !(»asserströmungskanäle 78 bilden. Die innere Gaskammer 82 ist mit einer ringförmigen äußeren Gaskammer 88 durch mehrere radiale Gaszuführungskanäle 90 verbunden, die in der Strömungsrefelplatte 76 in gleicher Anzahl wie die radialen Gasansaugkanäle 80 ausgebildet und jeweils zwischen benachbarten Gasansaugkanälen angeordnet sind, wie es aus Fig. 2 und 5 ersichtlich ist. Die Gasansaugkanäle 80 stehen ebenfalls an ihren radial weiter außen liegenden Enden in Verbindung mit der äußeren Gaskammer 68, die ihrerseits an den Gaseinlaßkanal 68 angeschlossen ist. öomit wird das Kohlendioxidgas radial von außen nach innen den Wasserkanälen 78 von der äußeren Gaskammer 88 aus direkt über die äußeren Abschnitte der C-asansaugkanäle 80 zugeführt, und außerdem wird gasförmiges ^kohlendioxid radial von innen nach außen den 'Wasserkanalen 78 von der inneren Gaskammer 82 über die inneren Abschnitte der Gasansaugkanäle 80 zugeführt.

Die Beschleunigungsstufe 74 kann als kegelförmige Kammer ausgebildet sein, deren wand 92 gemäß Fig. 2 und 4 in der strömungsrichtung konvergiert und in einen Düsen—

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abschnitt 94 von kleinerem Durchmesser übergeht«

In Fig. 4 sind die Ansaugstufe 72 und die Besch}.eunigungsstufe 7^ in einem sehr großen Maßstab dargestellt, um das im wesentlichen augenblicklich erfolgende Versetzen des Wassers mit Kohlendioxid zu veranschaulichen, das sich abspielt, wenn das Wasser die beiden Stufen mit hoher Geschwindigkeit durchströmt. Wird das zugehörige Ventil 62 nach Fig. 1 geöffnet, strömt frisches Wasser von dem Frischwassereinlaß 52 aus mit einer erhöhten Geschwindigkeit durch die wasserkanäle 78, da der Querschnitt des Einlasses 52 erheblich größer ist als die gesamte Querschnittsfläche der wasserkanäle 78. Während das V/asser die Kanäle 78 durchströmt, saugt es gasförmiges Ilohlendioxid in radialer Richtung von außen nach innen sowie von innen nach außen über die beiden zugehörigen Abschnitte der Gaszuführungskanäle 80 an. Mit anderen Worten, wenn das Wasser mit hoher Geschwindigkeit an den Gasansaugkanälen 80 vorbeiströmt, werden Gasmoleküle von dem Wasser mitgerissen und durch benachbarte Gasmoleküle ersetzt, so daß das Gas zusammen mit dem Wasser weiterströmt. Dieses Mitreißen von Gasmolekülen führt außerdem zum Entstehen einer Turbulenz in dem Wasserstrom, die bewirkt, daß ein !eil der Gasmoleküle von dem Wasser absorbiert wird. Somit ist das Wasser in dem Zeitpunkt, in dem es die Beschleuniguhgsstufe 74· erreicht, bereits teilweise mit Kohlendioxid versetzt.

Das Wasser wird dann von den verschiedenen Wasserkanälen 78 in Form getrennter Ströme ausgestoßen, und jeder dieser Ströme trifft auf die konische Wand 92 der Beschleunigungsstufe 74. Da die konische Wand 92 in der Strömungsrichtung konvergiert, bewegen sich auch die von den Kanälen 78 abgegebenen Ströme längs konvergierender Bahnen, so daß sie sich schließlich vereinigen. Der Querschnitt der Düse 94 ist erheblich kleiner als die gesamte Querschnittsfläche der Wasserkanäle 78, so daß der aus den einzelnen Strömen gebildete Strom auf eine sogar noch höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird, während er sich der Düse nähert, während

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dieser beschleunigung des Gesamtstroms wird eine zusätzliche Turbulenz erzeugt. Die Steigerung der Geschwindigkeit in der zweiten Stufe führt zu einer Verstärkung der Ansaugwirkung in der Strömungsrichtung hinter dieser Stufe, doch wird die gesamte Durchsatzmenge der ^egasungsvorrichtung durch die Düse nicht übermäßig verringert. Gleichzeitig erzwingen die Senkung des statischen Drucks, die außerordentlich starke. Turbulenz und die Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen dem Wasser und dem Kohlendioxidgas eine im wesentlichen vollständige Absorption des gesamten angesaugten Kohlendioxidgases in dem Wasser bis zu dem Zeitpunkt, in dem das wasser zu der Düse 94 gelangt, durch welche es nach dem Versetzen mit Kohlendioxid zu einer Sammelkammer 96 geleitet wird.

Somit wird in dem sehr kurzen Abschnitt der Schnellbegasungsvorrichtung 16, der durch die Ansaugstufe 72 und die Beschieunigungsstufe 74 gebildet wird, Kohlendioxidgas von dem Wasserstrom angesaugt und mitgerissen, und hierdurch wird bewirkt, daß das Kohlendioxid im wesentlichen vollständig von dem W&sser absorbiert wird, so daß man mit Kohlendioxid versetztes Wasser erhält, das in der gewünschten Weise einen hohen und genau geregelten Gehalt an Kohlendioxid aufweist. Der Absorptionsvorgang spielt sich kontinuierlich und im wesentlichen augenblicklich ab, während das Wasser die Ansaugstufe und die ^eschleunigungsstufe durchströmt.

Um ein deutlicheres Bild bon den Abmessungen und der Wirkungsweise der Schnellbegasungsvorrichtung nach iig. 2 bis 4 zu geben, sei erwähnt, daß das Gehäuse 50 eine Länge von etwa 70 mm und einen Durchmesser von etwa 25₅4 mm haben kann. Wenn mit Kohlendioxid versetztes Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 c^/sec abgegeben und ein genau geregelter Begasungsgrad erzielt werden soll, sind je acht Wasserkanäle 78 und entsprechende Kanäle 86 in der Ansaugstufe 72 vorhanden, und jeder dieser Kanäle hat einen Durchmesser von etwa 1,0 mm. Die radialen. G-asan-

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saugkanäle 80 und die u-aszuführungskanäle 90 der iinsaugstufe haben den gleichen Durchmesser. Der i-egelwinkel der konischen Wand 92 des Beschleunigungsabschnitts 74 ist vorzugsweise kleiner als 45° und beträgt etwa 20°. Die iJüse bzw. der Durchlaß 94 am in die Strömungsricntung weisenden Ende des Beschleunigungsabschnitts 74- hat einen Durchmesser von etwa 2,06 mm, so daß ihre Querschnittsflache annähernd halb so groß ist wie die gesamte Querschnittsfläche der acht ϊ/asserkanäle 78· Daher ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Düse 94 etwa doppelt so hoch wie die geschwindigkeit, mit der.das Wasser die Kanäle 78 durchströmt. Bei den genannten Abmessungen der Vorrichtung, wenn die !wassertemperatur etwa 1,1° C beträgt und das wasser am Linlaß einen Druck von etwa 6,2 bis 6,55 bar hat, während der Druck des Kohlendioxids am Einlaß um etwa 0,14 bis 0,35 bar niedriger ist als der Wasserdruck, die die Schnellbegasungsvorrichtung 16 mit kohlendioxid versetztes wasser ab, bei dem etwa 4,4 bis 4,5 Raumteile Kohlendioxidgas mit jedem Baumteil Wasser vereinigt sind.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Grundgedanken der Erfindung läßt sich die Lenge des Kohlendioxids, die von dem Wasser mitgerissen und damit vereinigt wird, sehr genau regeln. Durch Ändern der I'orm des Ansaugabschnitts 72 kann man die bei einem gegebenen Wasserdurchsatz angesaugte Gasmenge variieren. Zu diesem Zweck kann man z.B. die Querschnitte der V/asserkanäle 78 oder der Gasansaugkanäle 80 oder die Querschnitte beider Arten von ^analen vergrößern oder verkleinern, oder aber eine größere Anzahl von Gasansuagkanälen 80 vorsehen, die an jeden der Wasserkanäle 78 angeschlossen sind.

Ferner kann man den Begasungsgrad dadurch variieren, daß man die lorm der -°es chi eunigungs stufe 74 verändert, z.B. durch Ändern des Kegelwinkels oder durch Ändern der Querschnittsfläche der Düse 94, Jede Verkleinerung des Kegelwinkels oder aes Düsenquerschnitts führt zu einer stärkeren Drosselung des Stroms derart, daß sich

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die Kaummenge des mit kohlendioxid versetzten Wassers, die sich der Legasungsvorriehtung 16 je Zeiteinheit entnehmen läßt, verringern. Lan kann diese Verringerung z.B. dadurch ausgleichen, daß man den ^anal 56 zum Abgeben, des kohlendioxidhaltigen wassers etwas erweitert und andere Abmessungen proportional dazu vergrößert.

Durch Andern der Form der Ansaugstufe 72 und/oder der üeschleunigungsstufe 74 ist es möglich, den gesamten ^egasungsgrad bei der ^egasungsvorrichtung 16, d.h. die Anzahl der ^.ohlendioxidraumteile, die gezwungen werden, eine chemische verbindung mit einem Haumteil wasser einzugehen, genau zu regeln und nach 'Wunsch zu ändern. V*enn die Wassertemperatur, der Druck des «assers und der Druck des Kohlendioxids genau geregelt werden, liefert jedoch die üchnellbegasungsvorrichtung nach der Erfindung Vi/asser, bei dem von jedem -ttaumteil !«asser eine im wesentlichen konstante kenge an Kohlendioxidgas absorbiert worden ist.

Bei der erfindungsgemäßen bchnellbegasungsvmrrichtung kommt der Regelung es Drucks des Kohlendioxids im vergleich zum Druck des "»assers am Einlaß eine kritische Bedeutung zu. Der Druck des Kohlendioxids soll stets etwas niedriger sein als eer Druck des wassers, doch soll er sich dem wasserdruck so weit annähern, wie dies in der rraxis möglich ist. Geht der Druck des j^oi.lendioxids gegenüber dem Druck des Hassers am Einlaß um mehr als etwa 0,35 bar zurück, verringert sich der Wirkungsgrad des Ansaugvorgangs. Nähert sich dagegen der Druck des Kohlendioxids dem Druck des wassers am Einlaß bis auf weniger als etwa 0,14 bar, reagiert die "Vorrichtung mit einer hohen Empfindlichkeit, und sobald der Druck des Kohlendioxids den Wasserdruck überschreitet, wird das Strömen des Wassers weitgehend verhindert.

Soll jedoch in bestimmten Fällen ein niedrigerer Begasungsgrad des Wassers erzielt werden, läßt sich eine genaue Regelung eines gerigeren Kohlendioxidgehalts dadurch erreichen, daß man den Druck des Kohlendioxids

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absichtlich auf einen vorbestimmten v*ert herabsetzt, der ur. mehr als etwa G, 35 bar niedriger ist als der Wasserdruck. Liese maßnahme führt zwar zu einer verringerung der von dem 'nasser aufgenommenen uasmenge, doch bewirken die beiden btufen der Vorrichtunr immer noch eine im wesentlichen vollständige Absorption des angesaugten v^ses durch das »nsser. Gegebenenfalls kann man den Unterschied zwischen dem Gasdruck und dem Wasserdruck bei einer bestimmten jiinricr-tung eichen, so daß eine sehr genau arbeitende -einrichtung zur Verfügung steht, die es ermöglicht, be-gastes wasser abzugeben, das unterschiedliche mengen von Kohlendioxid enthält, wie es zur Verwendung in "Verbindung mit verschiedenen Arten von Syrup oder zur Anpassung an einen bestimmten ^ue£chmack erwünscht ist.

bolange der wirkungsgrad der Ansaugstufe und derjenige der ^eschleunigungsstufe in der vorstehend beschriebenen »»eise aufrechterhalten wird, ist die ochnellbegasungsvorrichtung nach der Erfindung für begrenzte Änderungen des »vasserdurchsatzes relativ unempfindlich. iDomit kann man mit hilfe der Vor.vichtunp- je Zeiteinheit auch größere ...engen an mit hohlenaioxid versetztem ϊ/asser abgeben, solange die temperatur, der 'wasserdruck undder Druck des .Kohlendioxids im verhältnis zum wasserdruck sowie das Durchsatzverhältnis zwischen der Ansaugstufe und der .ceschleunigungsstufe aufrechterhalten v/erden.

He Schnellbegasungsvorrichtungen 16 kennen auch unabhängig von der in Ug. 1 dargestellten begasungseinrichtung benutzt werden, beispielsweise könnte man eine ^egasungsvorrichtung 16 in einen Kahn einbauen, der an einen kühlschrank bekannter Art angeschlossen ist, und man könnte unter I/ruck stehendes gekühltes wasser dadurch bereitstellen, daß man gewöhnliches Leitungswasser einer Rohrschlange zuführt, die in dem iaihlschrank oder gegebenenfalls in einer gekühlten »o:d des Kühlschranks angeordnet ist. boll te der .»ruck des Leitungswassers nicht ausreichen, könnte man eine einfac: e nilfspumpe benutzen, um den Lruck des .jf-ssers so weit zu erhöhen, ciaJB das

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Wasser mit kohlendioxid versetzt werden kann, wenn eine (C₀UeIIe für Kohlendioxidgas zur Verfügung steht, das einem Druck ausgesetzt ist, welcher etwas niedriger ist als der Viasserdruck, könnte eine Dchnellbegasungsvorrichtunp nach der Erfindung jeweils in einem -inzelhaushalt mit der gleichen Bequemlichkeit, mit der frisches .ueitungswasser verfügbar ist, mit .kohlendioxid versetztes wasser liefern.

Pig. 5 zeigt eine vereinfachte Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen "Vorrichtung 16 zum "Versetzen von wasser mit Kohlendioxid. Bei dieser insgesamt mit 100 bezeichneten vereinfachten Einrichtung ist eine Rohrleitung 102 vorhanden, die sich an eine' Quelle für frisches Wasser, das unter Druck steht, z.L. in einer ^ohnung an das städtische 'wasserversorgungsnetz anschließen läßt. Die Leitung 102 verläuft durch eine kühleinrichtung 104, die einen Lestandteil eines Kühlschranks bekannter Art bilden oder als gesonderte, mechanisch oder auf andere V«eise arbeitende Kühleinrichtung ausgebildet sein kann, öenseits der xöihleinrichtung 104 ist die Leitung 102 an den vYassereinlaß einer Schnellbegasungsvärrichtung 16 nach der Erfindung angeschlossen. Eine weitere Rohrleitung 106 zum Zuführen von Kohlendioxid ist mit dem KohlendioxideinlaB der "vorrichtung 16 verbunden, und die Vorrichtung 16 wird mit kohlendioxid gespeist, dessen Druck in der beschriebenen '.«eise etwa s,unter dem üruck des zugeführten Vkafsers liegt. Im vorliegenden Fall kann das regelventil 62 mit dem zugehörigen Druckknopf 64 und die Düse 66 unmittelbar an den Vii asserau si aß der uegasungs vorrichtung angeschlossen und daran befestigt sein, wenn die Leitungswasserquelle, an welche die J-<eitung 102 angeschlossen ist, wasser liefert, dessen Druck unter dem optimalen bereich von etva 6,2 bis 6,55 bar liegt, ist der mit nilfe der Vorrichtung 16 erzielbare -oegasungsgrad nicht so hoch wie der mit Hilfe der jsinrichtune- 1C nach iig. 1 erreichbare. Jedoch kann in vielen iällen ein für haushaltzwecke ausreichender Eegasunggrad erzielt werden. Alternativ könnte man eine einfache, hier nicht dargestellte Eilfspumpe in die ««asser-

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leitung 1C2 einschalten, um uen «'assercruci: auf aer optimalen »ert zu bringen.

«ie bei jeder ar.deren .einrichtung zur. »ersetzen von .<asser mit i-ohlendioxid führt eire ^n.UiiUn· der «·? scerteriperatur paer eine oenkung des "asserdruc^E zu einer verringerung der von dem v*i.sser absorbierten -Oiilencicxidrnenr-e. Jecoch ist bei manchen getränken ein geringerer le-Tfunrsgrad annehmbar oder sogar er: "nsent, ζ.Ξ. bei '--etränken für Diätzwecke oder bei .Fruchtsaftgetränken, öomit kann sich eine einfache -begasungseinrichtung., bei der nur der unverstärkte Druck des'Leitungswassers zur "verfugung steht, als zum Gebrauch im --aushalt geeignet erweisen, solange der v»asserdruck einigermaßen ausreicht una z.~. etv:a i>,c bar beträgt. Auch hierbei muß der ^ruck des ^-ohlendioxidgases etwas unter dem juruck des "assers gehalten werden, aoch ist eine genaue Itegelung nicht von so r:ritischer Bedeutung, wenn ein geringerer Legasungsgrad zulässig ist. ferner braucht bei einer solchen billigen hinrichtunr für den ^uebrauch im Haushält die wassertemperatur nicx^t so f;er.&u geregelt zu werden, solange sie hinreichend niedrig ist, um bei bestimmten betränken die .erzielung eines ausreichenden ■cegasungsgrades zu ermöglichen.

Hieraus ist ersichtluch, daß die erfinaungεgemäße Schnellbegasungsvorrichtunp als solche von aer jev/eils benutzten Linrichtung zum i-ühlen von 'wasser und der verwendeten Ilohlendioxidquelle unabhängig ist, und daß die einzigen Bedingungen, die erfüllt sein müssen,darin bestehen, daß das «asser unter einem erheblichen Iruck steht, d&£ das kohlendioxid unter einem brück gehalten wird, der etwas niedriger ist als der ·<asserdruck, und daß das v«asser auf eine temperatur abgekühlt wird, bei der sich eine ausreichende begasung mit Kohlendioxid erzielen läßt.

AnsOrüche:

BAD ORIGINAL

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Claims

A ii B l· R I C Ii

r\j. Vorrichtung zum 'ersetzen von wasser mit kohlendioxid mit einem Gehäuse, das einen nassereinlaß, einen Vifasserauslai: und einen Einlaß für Kohlendioxid aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste btufe (72) vorhanden ist, welche den kohlendioxideinlaß (68) so mit dem v.assereinlaß (.52) verbindet, daß das Strömen von vnasser von dem wcsst.reinlaß in Hichtunp zu dem Wasserauslaß (-56) ein vorbestimmtes Strömen von -^ohlendioxid derart herbeiführt, daß ein ^χ6Ϊ1 des Kohlendioxids von dem Wcsserstrom absorbiert wird, und daß zwischen der ersten Stufe und dem wasserauslaß eine zweite stufe (7⁷O angeordnet ist, die " dazu dient, eine erhöhte Turbulenz des das teilweise absorbierte Xi.ohlendioxid enthaltenden Yvasserstroms hervorzurufen und die Berührungsfläche zwischen dem »asser und dem ivoiilendioxid zu vergrößern, während gleichzeitig ein ausreichender wasserdurchsatz der ersten Stufe aufrechterhalten u'ird, um das vorbestimmte Strömen von kohlendioxid aufrechtzuerhalten, wordurch die Absorption des xvOhlendioxids zuendegeführt wird.

2. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste ütufe (72) mehrere 'wasserströmungskanäle (7&) sowie mehrere Kohlendioxidströmungskanäie (80) aufweist, welche jeweils unter einem winkel mit dec '.iasserstrümuni-:skanälen verbunden sind.

Vorrichtung nach Anspruch 2_y dadurch

e η η -

zeichnet

daß mit federn der v,asserströmungskanäle (7ö) mindestens zwei, der ^ohlendioxidströmungs^anäle (SC) verbunden sina.

BAD OFt!©!WAL

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4-. Vorrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Stufe (74-) einen Strömungsbeschleuniger aufweist, der dazu dient, die Strömungsgeschwindigkeit des "Wassers mnd des von ihm teilweise absorbierten Kohlendioxids zu erhöhen und den statischen Druck des Wasser- und Gasstroms herabzusetzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungsbeschleuniger (74) allgemein eine konische Kammer (92) aufweist, die an ihrem in die Strömungsrichtung weisenden Ende mit einem engen Durchlaß bzw. einer Düse (94) versehen ist.

6. Vorrichtung- nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbeschleuniger (74) allgemein eine konische Kammer (92) aufweist, die an ihrem in die Strömungsrichtung weisenden Ende mit einem engen Durchlaß bzw. einer Düse (94) versehen ist, und daß die konische Kammer dazu dient, die von sämtlichen Wasserströmungskanälen (78) abgegebenen Ströme aufzunehmen und zu vereinigen.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des engen Durchlasses bzw» der Düse (94) kleiner ist als die gesamte Querschnittsflache der »»asserStrömungskanäle (78).

δ. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (72) mehrere Wasserströmungskanäle (78) aufweist, und daß zu der zweiten Stufe (74), die in der Strömungsrichtung hinter den Wasserströmungskanälen angeordnet ist, eine in der Strömungsrichtung konvergierende konische Kammer (92) gehört, die an ihrem in die Strömungsrichtunp weisenden Ende mit einem engen Durchlaß bzw. einer Düse (94) versehen ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Kammer (92) dazu dient, die von allen vvasserströmungskanälen (78) abgegebenen Ströme aufzunehmen und zu vereinigen, und daß die (,,uer-

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schnittsfläche des engen Durchlasses bzw. der Düse kleiner ist als die gesamte Querschnittsfläche der Wasserströmungskanäle.

10. Verfahren zum Versetzen von Wasser mit .kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Schritt durchgeführt wird, um Kohlendioxidgas durch einen Ansaugvorpang zu veranlassen, sich teilweise in einem Wasserstrom zu lösen, und daß ein zweiter Schritt durchgeführt wird, um die Turbulenz des Stroms zu erhöhen und die Berührungsfläche zwischen dem Wasser und dem Kohlendioxidgas zu vergrößern und so eine im wesentlichen vollständige Absorption des Kohlendioxids in dem vVasser zu bewirken, während gleichzeitig ein ausreichender "asserdurchsatz aufrechterhalten wird, um den Vorgang des Ansaugens von Kohlendioxidgas während des ersten Schritts aufrechtzuerhalten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt Maßnahmen umfaßt, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und den staischen Druck des Stroms zu senken, um die Absorption des Kohlendioxidgases in dem Viiasserstrom im wesentlichen zuende zuführen.

12. Verfahren, das es ermöglicht, Kohlendioxidgas durch "Wasser teilweise absorbieren zu lassen, dadurch gekennzeichnet , daß ^ohlendioxidgas durch einen Ansaugvorgang mit einem Wasserstrom vereinigt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserstrom in mehrere Teilströme unterteilt wird, von denen jeder Kohlendioxidgas ansaugt, um das Kohlendioxidgas aufzunehmen.

14. Einrichtung zum nahezu augenblicklichen Versetzen von Wasser mit Kohlendioxid, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (22) zum Kühlen eines irischwasservorrats, eine Einrichtung (20), die dazu dient, mindestens

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einen !eil des Irischwaeservorrats unter einem Lruek zu halten, der erheblich höherist als der -ruck der iitmosphäre, eine Linrichtung (38) zum Zuführen von ^ohlenaioxidgas unter einem Druck, der etwas niedriger ict als der Druck des genannten 'i'eils des i'rischwasservorrats, eine Ansaugeinrichtung (72), die dazu dient, einen Y/asserstrom von dem genannten Teil des Irischwasservoriats abzuzweigen, vorbestimmte Mengen von ivohlendioxid aus der Einrichtung zum Zuführen von Kohlendioxid anzusaugen und vorbestimmte ^engen von Kohlendioxidgas von dem «vasserstrom teilweise absorbieren zu lassen, sow:e durch eine in der btrömungsrichtung hinter der Ansaugeinricttung angeordnete ^beschleunigungseinrichtung (74), die dazu dient, aie strömungsgeschwindigkeit des »»assers und des teilweise absorbierten Kohlendioxidgases zu erhöhen und die Absorption des Aohlendioxidgases zuendezufuhren.

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