DE2634971A1

DE2634971A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen bestimmung des kohlendioxidgehaltes einer durch eine leitung stroemenden fluessigkeit, insbesondere eines getraenkes

Info

Publication number: DE2634971A1
Application number: DE19762634971
Authority: DE
Inventors: Dieter Wieland; Lothar Wieland
Original assignee: FUELLPACK DIPL BRAUEREI ING DI
Current assignee: FUELLPACK DIPL BRAUEREI ING DI
Priority date: 1976-08-04
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1978-02-09
Also published as: GB1564857A; DE2634971C2; US4150560A

Description

DR. HEINZ FEDER 4 DP. WOLF- D. FEDER

jfrML i :i

Akte 76-10/20-82

3. August 1976

WF/Si

Firma Füllpack Dipl. Brauerei-Ing. Dieter Wieland, Oststr. 1, 4000 Düsseldorf

Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohledioxidgehaltes einer durch eine Leitung strömenden Flüssigkeit, insbesondere eines Getränkes.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlendioxidgehaltes einer durch eine Leitung strömenden Flüssigkeit, insbesondere eines Getränkes.

Es ist bekannt, den Gehalt an Kohlendioxid in Bier und anderen kohlendioxidhaltigen Getränken mit chemischen oder statischphysikalischen Methoden durch Analyse von Einzelproben zu bestimmen. Diese Methoden sind jedoch umständlich und gestatten nur eine stichprobenartige Überprüfung der zu untersuchenden Flüssigkeit.

Es ist weiterhin bekannt, den Kohlendioxidgehalt einer Flüssigkeit kontinuierlich zu bestimmen, mit einer in eine Leitung eingeschalteten Diffusionszelle, der ein inertes Trägergas zu- und wieder abgeführt wird, wobei der Kohlendioxidgehalt des abgeführten Gases durch Bestimmung der Infrarotabsorption !gemessen wird. Diese bekannte Methode ist jedoch sehr aufwendig und enthält viele Fehlerquellen.

Es ist auch bekannt geworden (DT-OS 24 35 493) den Kohlen- ;dioxidgehalt einer durch eine Leitung strömenden Flüssigkeit

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kontinuierlich zu bestimmen, mit einer Einrichtung, bei der ein Teilstrom der Flüssigkeit über eine Meßleitung durch eine !Meßzelle hindurchgeführt wird, in der eine Entgasung der Flüssigkeit stattfindet, wobei vor der Meßzelle eine Vorrichtung zur Messung des statischen Flüssigkeitsdruckes und in der Meßzelle eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur und eine Vorrichtung zur Messung des Entgasungsdruckes angeordnet sind und die gemessenen Werte fortlaufend einer Auswertevorrichtung zugeführt werden.

Bei dieser bekannten Einrichtung dient als Meßzelle die zweite Kammer eines Differenzdruckmessers, während der statische Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer des Differenzdruckmessers gemessen wird. Die Messung der Drücke erfolgt mechanisch und alle Meßergebnisse werden in einem mechanischen System ausgewertet und angezeigt. Die mit dieser bekannten Einrichtung ^:erzielbare Meßgenauigkeit und die Meßgeschwindigkeit sind jedoch begrenzt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlendioxidgehaltes einer durch eine Leitung strömenden Flüssigkeit zu schaffen, die folgende Bedingungen erfüllt:

A) Die Messung soll genau und stets reproduzierbar sein.

B) Der Kohlendioxidwert soll kontinuierlich ermittelt werden ! und in jedem Augenblick für die einen Leitungsguerschnitt

durchströmende Flüssigkeit meßbar und anzeigbar sein. ,C) Die Kohlendioxidmessung soll in einem großen Bereich I schwankender Druck— und Temperaturbedingungen, wie sie ■ unter alltäglichen Betriebsverhältnissen vorkommen, korrekte

Ergebnisse liefern.
D) Die Einrichtung soll robust und betriebssicher sein und ! den üblichen Methoden der Einigungs- und Desinfektions-

i technxk standhalten, ohne dass bei der Leitungsreinigung j besondere Rücksichten auf eingebaute Meßgeräte genommen

^[ werden müssen.

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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgeraäß dadurch, daß die Vorrichtungen zur Messung von Druck und Temperatur elektrische Signale abgeben, die fortlaufend einer elektronischen Rechenanlage zur Auswertung und Anzeige zugeführt werden, und der Innenraum der Meßzelle mindestens im Bereich der Eintrittsöffnung der Meßleitung als Zylinder ausgebildet ist, wobei die Meßleitung tangential zur Mantelfläche des Zylinders einmündet und die Abführung der Flüssigkeit in Richtung der Achse des Zylinders erfolgt und die Meßleitung an oder unmittelbar vor der Eintrittsöffnung eine Querschnittsverengung aufweist, und in der Meßzelle in unmittelbarer Nähe der Eintritts- oder Austrittsöffnung für die Flüssigkeit die Vorrichtung zur Temperaturmessung angeordnet ist.

Durch die besondere Ausbildung der Meßzelle wird erreicht, daß ; in der Meßzelle eine ständige, sehr gleichmäßige, abrißfreie ' Kohlendioxidabgabe der dünnschichtig rotierenden Flüssigkeit erfolgt.

Die elektrische Messung und die elektronische Auswertung sichern eine hohe Meß— und Auswertegeschwindigkeit und -genauigkeit. Die Auswertung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß der Gehalt an Kohlendioxid in Flüssigkeiten durch folgende allgemeine Formel darstellbar ist:

Menge CO₂ = f

^/PE

L'

j Hierbei ist P„ der Entgasungsdruck der Flüssigkeit, P,. der Getränkedruck in der Leitung und T die Temperatur der Flüssigkeit.

Die in der obengenannten Funktion f enthaltenen Apparatekonstan-:

ten können durch Vergleichsmessungen bestimmt werden. Sie

Amit decen BiLfe die,Meßwerte fortlaufend ausgewertet werden. , weraen aann in ctie elektronische Rechenanlage elngegeben/TJie j Ergebnisse können digital angezeigt und/oder mit einem Schreiber; festgehalten werden. '

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Die Temperatur wird innerhalb der Meßzelle an einem Punkt gemessen, an dem sich während des Betriebes immer Flüssigkeit befindet. Da der Temperaturausgleich durch die Meßzelle hindurch sehr rasch erfolqt, sind sowohl der Bereich hinter der Eintritts- als auch der Bereich vor der Austrittsöffnung hierfür gut geeignet. Da die Temperaturmessung das Ergebnis stark beeinflußt, kann es zweckmäßig sein, wenn die Meßzelle mit einer wärmeisolierenden Schutzhülle versehen ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Gegen- '

Standes der Erfindung wird eine besonders günstige Führung '.

der Flüssigkeit in der Meßzelle dadurch erreicht, daß die :

Meßzelle in Richtung der Abführunq mindestens im Bereich der ; Austrittsöffnung sich trichterförmig verjüngend ausgebildet ist.

Die Vorrichtung zur Messung des Entgasungsdruckes ist zweck- I

mäßig an oder in der Mantelfläche des Zylinders angeordnet. j

Hierdurch wird eine besonders gute Übertragung des Gasdruckes ! aus dem Innenraum der Meßzelle auf das M^gerät erreicht.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind möglich und werden in den Unteransprüchen und den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eröffnet viele Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere auf dem Sektor der Getränkeher— stellung, z.B.:

1. Kohlendioxid-Messung in durch Rohrleitungen fließendem Bier im Anschluß an die Filtration oder zwischen Vor- und Nachfilter.

2. Erkennung der Bier-/Wasser-Phase in Vor— und Nachlauf durch Kohlendioxid-Gehaltsanzeige.

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3. Kontrolliertes Verschneiden von Bier aus Lagertanks mit ver— schiedenen Kohlensäuregehalten im Bier. Kontrolliertes Cabonisieren von Bier, manuell oder automatisch.

4. Protokollierung des Kohlendioxidqehal tes in Bier und anderen Getränken auf dem Abfüllweg zu Füllern für Groß- und Kleintransportaebinde.

5. Vereinfachte Betriebskontrolle.

6. Ersparnis von Kohlensäure bei der Herstellung von kohlendioxidhaltigen, alkoholfreien Getränken durch kontrollierte und abgemssene Kohlendioxid-Korrekturdosierung.

Bei diesen und weiteren Anwendungen der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Meßleitung vorteilhaft als Bypass-Leitung FU einer Hauotjeitung geführt sein. Natur¹ich kann für besondere Zwecke die Meßleitung auch mit der Hauptleitung identisch sein. So ist es beispielsweise mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch möglich den Kohlendioxidgehalt einer Flüssigkeit bei normalem Atmosphärendruck über der Flüssigkeit zu messen. Es können demnach mit einer derartigen Einrichtung auch Einzelproben sehr rasch ausgemessen werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise der Inhalt eines Glases oder einer Flasche über die Meßleitung durch die Meßzelle hindurchgesaugt, und das

! Ergebnis sofort abgelesen.
i

j Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren Ausführungs— ■beispiele für die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Prinzipschaltbild den Aufbau einer Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlendioxidgehaltes einer Flüssigkeit.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine£ Meßzelle für eine Einrichtung nach Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt nach der Linie II-II in Fig. 3.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch die MeQcelle nach Fig. 2 nach der Linie III-III.

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Fig. 4 zeigt einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 bei einer [ variierten Ausführungsform.

^: Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung strömt die zu unter-, ._ suchende, kohlendioxidhaltige Flüssigkeit, also beispielsweise Bier, Mineralwasser oder dgl., durch eine Hauptleitung 1. ] Vom Hauptstrom der Flüssigkeit wird über eine Meßleitung 2 ein Teilstrom abgezweigt, der durch eine Meßzelle 3 hindurch der Hauptleitung 1 wieder zugeführt wird. Am Anfang und Ende der Meßleitung 2 befinden sich Absperrventile 12 und 13, und : die Förderung der Flüssigkeit durch die Meßzelle 3 hindurch ; erfolgt durch eine Kreiselpumpe 14. In der Meßleitung 2 wird | vor der Einmündung in die Meßzelle 3 mit einem Druckmeßgerät 4 der statische Druck P_T der strömenden Flüssigkeit gemessen. Weiterhin werden innerhalb der weiter unten näher erläuterten Meßzelle 3 mit einem weiteren Druckmeßgerät 6 ^; der Entgasungsdruck P_F, sowie mit einem Temperaturmeßgerät 5 die Temperatur gemessen. Die Druckmeßgeräte 4 und 6 arbeiten nach dem piezoresistivem Prinzip mit einer Meßgenauigkeit von

<'0,01 %. Die elektrischen Ausgangssignale der Druckmeßge- #räte und des Temperaturmeßgerätes werden einem Signalwandler 7 \ j konventioneller Bauart und einem in seinem Aufbau grund- j ! sätzlich bekannten elektronischen Rechner 8 zugeführt, durch ; den fortlaufend die eingegebenen Druck- und Temperaturwerte ; ausgewertet werden. Die Ergebnisse werden an einem Anzeigegerät 10 angezeigt und durch einen Schreiber 9 aufgezeichnet. Die Speisung der elektronischen Geräte 7 und 8 erfolgt von einemj geregelten Netzgerät 11 aus.

In den Fig. 2 und 3 ist die Meßzelle 3 näher dargestellt.

Die zu untersuchende Flüssigkeit strömt aus der Meßleitung 2 zur Eintrittsöffnung 2a der Meßzelle 3, wo sie zunächst durch eine Blende oder Düse 2b hindurchtritt, um dann in den in seinem oberen Teil zylindrisch ausgebildeten Innenraum 3a der Meßzelle tangential zur Innenwand des Innenraumes (s. Fig. 3) einzuströmen. An den zylinderförmig ausgebildeten oberen Teil ! des Innenraum es 3a schließt sich nach unten ein

trichterförmig ausgebildeter Teil 3b an, an dessen unterem Ende sich die Austrittsöffnung 2c befindet, an die sich die zur • Hauptleitung 1 zurückführende Meßleitung 2 wiederum anschließt. Infolge dieser Ausbildung des Innenraumes der Meßzelle 3 führt die eingeströmte Flüssigkeit eine Rotationsbewegung aus, wobei sie sich an der Innenwand der Meßzelle entlang bewegt, dabei nach unten gefördert wird und schließlich durch den trichterförmigen Teil 3b und die Austrittsöffnung 2c in Richtung A die Meßzelle wieder verläßt. Bei der Rotation bildet sich an der Innenwand des Innenraumes 3a eine dünne Flüssigkeitsschicht und die Entgasung der Flüssigkeit erfolgt in den Innenraum hinein. Das Druckmeßgerät 6 ist von der Seite in die Meßzelle 3 ein-Ischraubbar und so angeordnet, daß die druckaufnehmende _:Membran 6a in der Mantelfläche des zylinderförmigen Teils 3a :des Innenraumes liegt. Dabei ist durch mehr oder weniger weites Hineinschrauben des Gerätes 6 eint Justierung der Lage der Membran 6a möglich. Der sich im Innenraum aufbauende Druck wirkt nun über die rotierende Flüssigkeitsschicht auf die Membran 6a des Druckmeßgerätes 6 ein und es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise eine sehr empfindliche Druckmessung erhalten wird.

Der Innenraum der Meßzelle 3 ist nach oben durch eine einschraub— bare Verschlußkappe 15 abgeschlossen. Je nach der Einschraubitiefe dieser Verschlußkappe 15 kann das Volu^men des Innenraumes 3a verändert werden. Dies ist besonders vorteilhaft,

iwenn mit der Einrichtung der Kohlendioxidgehalt verschiedenjartiger Flüssigkeiten bzw. Getränke gemessen werden soll, die jsin unterschiedliches Kohlendioxidabgabeverhalten aufweisen. Die Einrichtung kann dann durch Veränderung des Volumens des [Innenraumes 3a an dieses unterschiedliche Verhalten angepaßt tferden, ohne daß ein Eingriff in das Programm des Rechners 8 Notwendig wird.

α in der Verschlußkappe 15 ist ein Meßgerät 5 für die Temperatur j ingeordnet, das so ausgebildet ist, daß sein am unteren Ende [ Angeordneter Temperaturfühler 5a im trichterförmigen Teil 3b

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des Innenraumes direkt vor der Austrittsöffnung 2c liegt. Damit ist sichergestellt, daß sich der Temperaturfühler 5a an einer Stelle befindet, an der während des Betriebes stets Flüssigkeit vorhanden ist.

Tn der Seitenwand der Meßzelle 3 ist weiterhin eine Öffnung vorgesehen, die in den Innenraum an der Eintrittsstelle der Flüssigkeit einmündet und mit einem durchsichtigen Stopfen 16 verschlossen ist. Auf diese Weise wird ein Fenster erhalten, durch das die Vorgänge im Inneren der Meßzelle 3 beobachtet werden können.

Von besonderer Wichtigkeit ist die in der Eintrittsöffnung ?a der Meßzelle angeordnete Blende bzw. Düse 2b. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser dieser Düse oder Blende veränderbar ist, da auf diese Weise, ähnlich wie mit der Änderung des Volumens der Meßzelle, eine Anpassung an unterschiedliches Kohlendioxidabgabeverhalten verschiedener Flüssigkeiten erreicht werden kann. Die Änderung des Durchmessers kann in einfacher Weise durch Auswechseln der Düse oder Blende erreicht werden. Es ist aber auch möglich, eine · Düse oder Blende mit einstellbarem Durchtrittsquerschnitt, beispielsweise unter Verwendung einer Zentralspindel, vorzusehen. Eine Blende ist zweckmäßig so ausgebildet, daß sie an der der anströmenden Flüssigkeitzfcugewandten Seite einen etwas weiteren Durchmesser aufweist, der sich in Strömungsrichtung stetig verjüngt. Auf diese Weise wird ein Zusetzen der Düse bei Flüssigkeiten, die feste Teilchen enthalten können, vermieden.

Es hat sich jedoch weiterhin aln -zweckmäßig erwiesen, wenn die Einrichtung bei Flüssigkeiten verwendet werden soll, welche feste Teilchen enthalten können, also beispielsweise Bier oder Fruchtsaftgetränke, eine Vorrichtung zur Reinigung der Düse 2b vorzusehen. Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Sie weist eine innerhalb der Meßleitung

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J - i

in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar vor der Düse 2b ange- j

ordnete Spritzdüse 17 auf, die an eine Leitung 19 angeschlossen :

ist, welche über ein Ventil 18 mit der Meßleitung 2 zwischen ;

der Pumpe 14 und der nicht dargestellten Hauptleitung 1 ver- :

bunden ist. Wenn nun durch die Meßleitung 2 Flüssigkeit ge- ι fördert wird, kann durch Öffnen des Ventils 18, das auch als ! Elektromagnetventil ausgebildet sein kann, ein scharfer Strahl : der Flüssigkeit unter hohem Druck aus der Spritzdüse 17 gegen
die Düse oder Blende 2b gespritzt werden. Damit wird eine
schnelle Reinigung der eventuell zugesetzten Engstelle erreicht, ι Selbstverständlich kann dieser ReinigungsVorgang in der Weise j automatisiert werden, daß die Ansteuerung des Ventils 18 vom ■ Rechner 8 aus in der Weise erfolgt, daß, wenn bestimmte Maximal- ; oder Minimalwerte des Kohlendioxidgehaltes erreicht sind, automatisch ein Reinigungsvorgang ausgelöst wird.

Patentansprüche
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Leerseite

Claims

Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlendioxidgehalten einer durch eine Leitung strömenden Flüssigkeit,
insbesondere eines Getränkes, bei der mindestens ein Teilstrom der Flüssigkeit über eine Meßleitung durch eine Meß- | zelle hindurchgeführt wird, in der eine Entgasung der j Flüssigkeit stattfindet, wobei vor der Meßzelle eine Vor- ' richtung zur Messung des statischen Flüssigkeitsdruckes ', und in der Meßzelle eine Vorrichtung zur Messung der ; Temperatur und eine Vorrichtung zur Messung des Entgasungs- j druckes angeordnet sind und die gemessenen Werte fortlaufend ; einer Auswertevorrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (4, 5, 6) zur Messung von ; Druck und Temperatur elektrische Signale abgeben, die : fortlaufend einer elektronischen Rechenanlage (8) zur Aus- ■ wertung und Anzeige zugeführt werden und der Innenraum (3a) J der Meßzelle (3) mindestens im Bereich der Eintrittsöffnung ! (2a) der Meßleitung (2) als Zylinder ausgebildet ist, wobei J die Meßleitung (2) tangential zur Mantelfläche des Zy- j linders (3a) einmündet und die Abführung der Flüssigkeit in j Richtung (A) der Achse des Zylinders (3a) erfolgt, und die j Meßleitung (2) an oder unmittelbar vor der Eintritts—
Öffnung (2a) eine Querschnittsverengung (2b) aufweist und
in der Meßzelle (3) in unmittelbarer Nähe der Eintrittsoder Austrittsöffnung (2a bzw. 2c) für die Flüssigkeit,
die Vorrichtung (5, 5a) zur Temperaturmessung angeordnet
ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (3) in Richtung (A) der Abführung der Flüssigkeit
mindestens im Bereich der Austrittsöffnung (2c) sich
trichterförmig verjüngend (3b) ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (6) zur Messung des Entgasungsdruckes
(P„) an oder in der Mantelfläche des Zylinders (3a) angeordnet ist.

η 0 9 8 8 6_/0 2 00 ZJ±.Z

ORIGINAL INSPECTED
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zur Messung des Entgasungsdruckes in der Meßzelle (3) verschiebbar angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Meßzelle (3) einstellbar veränderbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengung (2b) der Meßleitung (2) durch Einschaltung einer Blende erfolgt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengung (2b) der Meß— leitung durch Einschaltung einer Düse erfolgt.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Blende oder Düse (2b) veränderbar ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßleitung (2) in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Blende oder Düse (2b) eine an eine mit der Meßleitung (2) verbundene Leitung (19) anschließbare Spritzdüse (17) angeordnet ist, der die zu messende Flüssigkeit oder eine Reinigungsflüssigkeit zuführbar ist.

0. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (2) als Bypass-Leitung zu einer Hauptleitung (1) geführt ist.

1. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (3) mit einer wärmeisolierenden Schutzhülle versehen ist. ;

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' 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (4, 6) zur Druckmessung in an sich bekannter Weise nach dem piezoresistxven Prinzip arbeiten.

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