-
"Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit
-
Kohlendioxyd" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren
von Wasser mit Kohlendioxyd mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Für die Herstellung von Getränken ist Art und Weise sowie Ausmaß der
Kühlung und Imprägnierung von Wasser mit Kohlendioxydgas für die Qualität des Getränkes
von ausschlaggebender Bedeutung. Bei der Imprägnierung von Wasser mit Kohlendioxydgas
spielt die Temperatur des Wassers eine entscheidende Rolle. Bei an den Gefrierpunkt
heranreichenden Wassertemperaturen ist das Volumenaufnahmevermögen von Wasser für
Kohlendioxydgas am Größten. Von Einfluß sind dabei Art und Weise der Einführung
des Kohlendioxydgases
sowie die Druckverhältnisse unter denen die
Imprägnierung erfolgt.
-
Die Druckverhältnisse lassen sich bei derartigen Vorrichtungen in
den meisten Fällen von außen und ohne Schwierigkeit steuern.
-
Das Kühlen des Wassers auf die gewünschte Temperatur9 die AuSo rechterhaltung
dieser Temperatur sowie die Schaffung gleicher Ternperaturverha'ltnisse in dem in
dem Druckbehälter vorhandenen Wasservorrat bereiten jedoch erhebliche Schwierigkeiten9
die bis her zumeist nur mit erheblichem Aufwand überwunden werden konnten0 Dieser
Aufwand betrifft dabei einerseits die Auslegung des Kühl aggregats für eine entsprechend
hohe Leistung und andererseits Maßnahmen, die sicherstellen sollen, für einen raschen
und ausreichenden Wärmetausch zwischen dem Wasservorrat und der in die Wassermenge
eintauchenden Kühlfläche zu sorgen. Diese Schwierigkeiten sind besonders groß, wenn
es sich um Vorrichtungen im Zusammenhang z.B. mit Schankgeräten oder mit Getränkeautomaten
handelt, bei denen die Entnahme von dosierten Mengen an Wasser aus dem Druckbehälter
außerordentlich stark variieren kann und dennoch auch bei rascher Folge der Entnahmevorgänge
eine gleiche Qualität des abgegebenen und mit Kohlendioxydgas imprägnierten Wassers
sichergestellt werden soll. Um einen ausreichenden Kältevorrat auch bei hoher volumetrischer
Entnahmeleistung zur Ver fügung zu haben, sind derartige Vorrichtungen zumeist so
ausge führt, daß sich an der in den Wasservorrat eintauchenden Kühlfläche ein Eispanzer
ausreichender Dicke aufbauen kann, der für eine ausreichende Kältekapazität sorgt.
Ein solcher Eispanzer bildet aber zugleich einen Isolator zwischen Kühlfläche und
Wassermenge, der die Wärme nur relativ schlecht leitet und daher,
den
wärmetausch zwischen Kühlfläche und Wassermenge erheblich beeinträchtigt. Um hier
Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt, die Kühlfläche im Abstand von der Innenseite
des Druckbehälters anzuordnen und so die Wassermenge zu unterteilen und in einem
Teil auf der einen Seite der Kühlfläche in dem Wasser eine Zwangs strömung zu erzeugen,
die in senkrechter Richtung von unten nach oben an der Innenseite der Kühlfläche
geführt wird.
-
Zu diesem Zweck ist ein am Boden des Druckbehälters zentrisch angeordneter
Rührflügel angeordnet, der eine radial nach außen gerichtete Strömung erzeugt, die
durch entsprechende Formgebung des Behälterbodens nach oben in eine Mantelströmung
umgelenkt wird. Diese nach oben gerichtete Strömung wird an unkontrollierbarer Stelle
in der Nähe des Wasserspiegels gebrochen oder umgelenkt, worauf sich eine unkontrollierte
Rückströmung im Bereich des Kerns der Wassermenge bildet. Diese mehrfache Umlenkung
führt einerseits zu einer starken Abbremsung der Strömung und zum anderen zur lvtirbelbildung
und unkontrollierbaren Strömungswegen, so daß selbst bei hoher Leistung der Rühreinrichtung
nur eine begrenzte Wirkung der Strömung an der Kühlfläche bezüglich einer Begrenzung
des Wachstums des Eispanzers an der stärker angeströmten Seite der Kühlfläche erreicht
wird.
-
Weiterhin ist der Antrieb eines solchen Rührwerks problematisch.
-
Bei direktem Antrieb von außen treten Dichtungsprobleme auf, während
bei indirektem Antrieb über Magnetkupplungen die Lage des Riihrwerks nahe der 11randung-des
Behälters notwendig ist und
erhebliche Überdimensionierungen bezüglich
der Motorleistung und der Magnetkupplung inkauf genommen werden müssen.
-
lis ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Schwierigkeiten
vermieden werden, die Vorrichtung mit wesentlich geringerem technischen Aufwand
und billiger als bisher, eine wirkungsvolle Kühlung der Wassermenge im Wasservorrat
bei Begrenzung der Kühlleistung sicherstellt und zugleich die Möglichkeit bietet,
die im Behälter erzeugte Strömung wesentlich zuverlässiger und genauer sowie mit
geringerem Leistungsaufwand zu führen und auf besonders einfache und billige -Weise
das Kohlendioxydgas in die Wassermenge in feinst verteilter Fo>m einzuführen.
-
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs
1 gelöst.
-
-I Aufgrund dieser Ausbildung wird die Wassermenge in dem Drucks
behälter, oder zumindest die innerhalb der hohlzylindrischen aufrechten Kühlfläche
enthaltene Anteil der Wassermenge in eine gleichförmige Rotationsbewegung um die
Achse der Kühlfläche versetzt. Man erhält somit eine gleichförmige, in Umfangsrichtung
verlaufende Wasserströmung, deren Strömungsgeschwindigkeit ent
lang
der Innenseite der Kühlfläche genau eingestellt werden kann.
-
Umlenkungen der Strömung finden dabei nicht mehr statt, so daß auch
keine abbremsung der Strömung durch solche Umlenkungen eintreten kann. Desgleichen
treten keine Strömungsverluste durch 'tSirbelbildung auf. Vielmehr ist die Strömung
stets unter Konrolle und läßt sich mit geringem Leistungsaufwand aufrecht erhalten.
-
Die Anordung kann so getroffen werden, daß bei radialem Abstand zwischen
der Kühlfläche und der Innenseite der Behälterwand oder zwischen dieser und den
sich an der Außenseite der Kühlfläche bildenden tispanzers ebenfalls eine Rotationsbewegung
der Wassermenge auftritt, jedoch mit geringerer Rotationsgeschwindigkeit, als auf
der anderen Seite der Kühlfläche.
-
Die Rotationsbewegung der Wassermenge kann auf verschiedene Weise
erzeugt werden. So können gleichförmig und mit entsprechender Drehzahl um eine gemeinsame
Welle in der Achse der Kühlfläche umlaufend angetriebene Rt'ihrflügel vorgesehen
sein, welche auch bei geringer Antriebaenergie relativ kurze Zeit nach Inbetriebllahme
die gesamte Wassersäule in dem Druckbehälter in eine gleichförmige Rotationsbewegung
versetzen. Diese Rotationsbeweng ist durch nichts, insbesondere auch nicht durch
Umlenkungen oder dgl. gestört. Deshalb braucht über die Rührflügel lediglich die
durch innere und äußere Reibung verlorengehende Rotationsenergie
ersetzt
zu werden.
-
Von besonderem Vorteil ist es jedoch, wenn man die Rotationsbewegung
der Wassersäule in dem Druckbehälter mit Hilfe einer in die Wassermenge eintauchenden
Unterwasserpumpe erzeugte Eine sol che Wasserpumpe kann als völlig abgekapseltes
Organ mit dem Antriebsmotor zusammengebaut und Wasser und druckdicht in der Wassermenge
versenkt werden. Da nur geringe Antriebsenergien benötigt werden, können herkömmliche
Unterwasserpumpen, wie sie bei spielsweise für Filteranlagen oder dgl. von Aquarien
benutzt werden, für die Zwecke der-Erfindung eingesetzt werdende Dabei ist es besonders
vorteilhaft, die Ansaugöffnung der Pumpe, ebenso wie die druckseitige Austrittsöffnung
der Pumpe9 etwa in gleichen radialen Abständen von der Achse der Kühlfläche anzuordnen,
jedoch in entgegengesetzte Umfangsrichtungen zu orientieren. Hierbei wirken Ansaugkraft
und Ausstoßkraft durch die beiden Öffnungen gerichtet, gleichsinnig auf die Wassersäule
im Sinne eines rotierenden Antriebs. Um diese Antriebsenergie in Richtung| der Achse
der Kühlfläche besser verteilen zu können, können die Ansaugöffnung und die Ausstoßöffnung
der Unterwasserpumpe auch in-achsialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet
sein.
-
Rs können auch zwei oder mehr Wasserpumpen entlang der Achse der Kühlfläche
verteilt angeordnet sein oder stattdessen mehrere im achsialen Abstand angeordnete
Ansaug- und Ausstoßöffnungen der gleichen Unterwasserpumpe vorgesehen sein.
-
t«an kann der rotierenden Wassersäule eine kleine Bewegungskompotente
in achsialer Richtung zwangsweise aufdrücken, in dem men vorteilhafterweise die
Kühlfläche entsprechend schraubenförmig profiliert. Bei Verwendung einer Kühlschlange
kann dies durch Orientierung der Schlange mit einer entsprechenden Steigung der
Windungen bewirkt werden. Es können aber auch entsprechende Filhrungsprofile an
der Kühlfläche vorgesehen sein.
-
Dabei ist zweckmäßigerweise die Anordnung so, daß dem Wasser mechanisch
ein Drall nach unten erteilt wird, so daß neben der Rotationsbewegung der Wassersäule
eine demgegenüber wesentlich langsamere Austauschbewegung der Wassermengen innerhalb
der gesamen Wassersäule überlagert wird. Man erhält so bei geringer Kühlleistung
einen optimalen Wärmeaustausch zwischen Kühlfläche und T.^assermenge mit gleichzeitiger
wesentlicher Herabsetzung der notwendigen Energie für die Erzeugung der gewünschten
Wasser strömung. Dunch die Rotationsbewegung der Wassermenge, unterstützt durch
die ggf. schraubenförmige Profilierung der betreffenden Verdampferflächen,erhält
man eine rasche und wirksame Temperaturhomogenisierung des Wassers, wobei selbst
bei rascher Folge der Wasserentnahme und damit rascherZufuhr von Frisch-Wasser eine
gleichbleibende niedrige Temperatur nahe dem Gefrierpunkt unschwer aufrechterhalten
werden kann. Da außerdem der Boden des Behälters nicht mehr als Leitfläche für die
Wasserströmung gebraucht wird, läßt sich der Druckbehälter so aus- -bilden, daß
die Vorrichtungen unter dem Gesichtspunkt der besseren Raumausnutzung gestaltet
werden können.
-
nie Verwendung einer Unterwasserpumpe zur Erzeugung der aufgezwungenen
Strömung in der Wassermenge bietet den weiteren wesentlichen Vorteil, auch die Einführung
des Kohlendioxydgases in die Wassermenge bedeutend billiger und wirksamer zu gestalten.
Bisher aber es notwendig, teure poröse Elemente zum Einführen des Druckgases unterhalb
des Wasserspiegels in feinst verteilter Form zu verwenden. Gemäß der Erfindung kann
nunmehr das Austrittsende der Gaszuführungsleitung im Saugbereich der Unterwasserpumpe
münden, so daß diese neben dem Wasser auch das Kohlendioxydgas ansaugt und durch
die mechanische Einwir kung des Pumpenorgans Wasser und Kohlendioxydgas unter feinster
Verteilung des Gases innig und homogen miteinander vermischt und unmittelbar darnach
in den Bereich maximaler Strömungsgeschwindigkeit der rotierenden Wassersäule einleitet,
Dadurch wird die Verwendung eines porösen Körpers entbehrliche Gleichzeitig wird
sichergestellt, daß die Wassermenge mit durch die direkte Einführung des Gases hoher
Konzentration von Kohlendioxydgas sofort iiber die Wassermenge gleichförmig verteilt
und auseinandergezogen wird, so daß ein erneutes Zusammen schließen feinster Gasbläschen
zu größeren Blasen weitgehend ausgeschaltet wird. Dadurch läßt sich ferner die Imprägnierungsleistung
und die Qualität wesentlich verbessern.
-
Besonders einfech ist es, wenn man das Kohlendioxydgas von außan|
nunmehr nur noch in den Kopfraum des Behälters einleitet und das Eintrittsende der
an der Unterwasserpumpe mündenden Gaseinzugsleitung
in diesen
Kopfraum ausmünden läßt, so daß die Unterwasserpumpe das Kohlendioxydgas direkt
aus dem Kopfraum absaugt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen en
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
-
Zs zeigen pig. 1 die Vorrichtung gemäß der Erfindung im senkrechten
Schnitt und vig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1.
-
Die neue Vorrichtung 1 weist einen, vorzugsweise schlanken Druckbehälter
2 auf, der zweckmäßigerweise zylindrisch ausgebildet ist. er Druckbehälter ist mit
einem Deckel 2 druckdicht verschließbar. In dem Deckel sind verschiedene Zuführungs-
und Meßeinrichtungen angeordnet, von denen im dargestellten Beispiel lediglich ein
Zuführungsrohr 5 für Druckgas und ein Absaugrohr 4 für das mit Kohlendioxydgas imprägnierte
Wasser angedeutet sind.
-
Beide Leitungen sind durch druckdichte Öffnungen 3 im Deckel 2 nch
außen geführt, wobei die Gaszuführungsleitung 5 im dargestellten
Beispiel
in iiblicher Preise am unteren Ende in einen porösen Körper mündet, durch den das
Druckgas direkt in die Wassermenge in feinster Gasbläschenform eingeleitet wird.
-
In dem Druckbehälter ist eine vorbestimmte Wassermenge 7 vorgesehen,
deren Wasserspiegel mit 8 bezeichnet ist. Die Füllung ist so vorgesehen, daß ein
Kopfraum 5 verbleibt. Es sind nicht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen, um den
Wasserspiegel in einem vorbestimmten Höhenstand zu halten, wobei das Frischwasser
vorzugsweise in den Kopfraum fein eingenebelt wird.
-
In der Druckbehälter 2 ist eine hohlzylindrische Kühlfläche 9 angeordnet.
Diese regt nahezu über den ganzen Höhenstand der Wassermenge 7 und taucht vollständig
in diese Wassermenge ein Vorzugsweise ist die Kühlfläche mit einem erheblichen radialen
Abstand von der Innenfläche des Druckbehälters 2 angeordnet0 Im dargestellten Beispiel
besteht die Kühlfläche aus einer Kühlschlange, die schraubenförmig in vorbestimmter
Steigungsrichtung und mit geringer Steigung gewickelt ist. Es können auch mehrere
ineinander angeordnete Kühlschlangen vorgesehen sc1n. Die Kühfläche ist an ein außerhalb
des Druckbehälters angeordnetes, nicht dargestelltes Kühlaggregat, angeschlossen,
Die Kühlfläche wird so betrieben, daß sich an dieser ein Eispenzer aufbauen kann,
der eine ausreichend große Kühlkapazität für den Fall einer raschen Entnahme des
gekühlten und imprägnierten
Wassers Jorge trägt. Um das Wachstum
des Lispanzers zu steuern, können entsprechende Fühler vorgesehen sein, die die
Außenfläche und die Innenfläche des Eispanzers abtasten und das Kühlaggregat entsprechend
steuern. Die Kühlfläche ist vorzugsweise mit einer Profilierung ihrer Innenfläche,
ggf. auch ihrer Außenfläche versehen, wobei die Profilierung durch aufgesetzte Profilelemente
oder dgl. gebildet sein kann Im largestellten Beisuiel wird die Profilierung durch
den schraubenförmixer Verlauf der Kühlschlange gebildet. Diese Profilierung bildet
sich entsprechend ab auch an den Innen- und Außenflächen 11, 14 des Eispanzers 13,
wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Vorzugsweise wird das äußere Wachstum des Eispanzers
so begrenzt, daß der Eispanzer nicht die Innenseite der Wandung des Druckbehälters
2 erreicht, sondern einen mit Wasser gefüllten Ringraum 12 2 bgrenzt, der oben und
unten mit dem innerhalb der Kühlfläche angeordneten zylindrischen Wasserkörper in
Verbindung steht.
-
Im unteren Bereich des Druckbehälters 2 ist im dargestellten Beispiel
eine Unterwasserpumpe 15 angeordnet, deren Ansaugstutzen 18 und Aussaugstutzen 19
radial nach außen ragen und an ihren freien ndc in entgegengesetzten Umfangsrichtungen
abgebogen sind, so daß die Eintrittsmündung 18a in einer Umfangsrichtung und die
Austrittsmündung 19a in der entgegengesetzten t tfangsrichtung weisen. Die Tasserpumpe
kann eine übliche Unte wasserpumpe sein, wie sie bei größeren Aquarien verwendet
wir 1. Die Drehachse des Läufers ist mit 16 bezeichnet. Der Antriebsmotor
ist
vollständig abgekapselt und die zugehörige Speisestromleitung (nicht dargestellt
) druckdicht aus dem Behälter nach außen geführt.
-
Aufgrund rieser Anordnung wird bei Betrieb der Unterwasserpumpe 15
der innere Wasserkern 25 entsprechend den Pfeilen 20 nach Einschalten der Wasserpumpe
allmählich beschleunigend in Rotation versetzt. Nach einer gewissen Anlaufzeit rotiert
der innere Wasserkern 25 mit gleichförmiger Geschwindigkeit und mit praktisch keinen
Strömungsströrungen um die senkrechte wachse 17 der Küblfläche. Die Leistung der
Unterwasserpumpe braucht nur so ausgelegt zu werden, daß der ruhende Wasserkern
bei Inbetriebnah-Lae in Drehung versetzt und der Energieverbrauch durch Reibung
durch die Leistung der Pumpe ersetzt werden kann. Vorzugsweise ist die Anordnung
so getroffen, daß auch die Wassermenge im Ringraum 12 entsprechend den Pfeilen 21
in Rotation versetzt wird, wobei allein schon durch die höhere Reibung in diesem
Ringraum die Rotationsgeschwindigkeit in diesem Bereich merklich kleiner als in
dem Kernbereich 25 ist, so daß der Eispanzer vor-; nehmlich radial nach außen von
der Kühlfläche anwächst, während die @isschicht iiber der Kühlfläche auf der Innenseite
der Kühlfläche gering ist. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen Wasser
und Kühlfläche sichergestellt und gewährleistet, da r, die Iffihleinrichtung mit
geringer Leistung betrieben werden kann, ohne die Kühlwirkung zu beeinträchtigen.
-
@@s kälter werdende [as ser hat das Bestreben, nach unten abzusinken.
Diese Wanderung des kälteren Wassers nach unten kann durch die entsprechende Steigung
der Profilierung an den Kühlflächen in Verbindung ni-t der Drehrichtung der Unterwasserpumpe
noch gesteuert unterstützt werden.
-
Der Ansaugstutzen 18 und der Ausstoßstutzen 19 können auch in achsialer
fllchtung gegeneinander versetzt angeordnet sein, um die Antriebzenergie von der
Unterwasserpumpe auf einen größeren achsialen Bereich des Wasserkerns 25 zu verteilen.
Zu dem gleic'n Zweck können auch mehrere, in achsialer Richtung verteilte @saugöffnungen
und Ausstoßöffnungen einer oder mehrerer Unter---oerpumpen vorgesehen sein. In der
Regel genügt jedoch die in den Figuren dargestellte Anordnung, die besonders preiswert
in der Herstellung und im Unterhalt ist.
-
Während angenommen wurde, daß das Kohlendioxydgas über die Leitung
5 in den nicht näher bezeichneten porösen Körper geleitet und von diesem direkt
in das Wasser austritt, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die
Verwirbelung des Wassers in der Unterwasserpumpe zur Einführung des Kohlendioxydgases
und zur Feinstverteilung des Gases in dem Wasser ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck
ist, wie gestrichelt angedeutet, eine Ansaugleitung 26 vorgesehen, deren Austrittsseite
27 im Ansaugbereich der Unterwasserpumpe 15 abgedichtet einmündet. Das angesaugte
Kohlendioxydgas
wird von dem rotierenden Pumpenorgan erfaßt und
innig mit dem Wasser unter Verwirbelung vermischt, wobei eine innige Verteilung
und Berührung zwischen Gas und Wasser sichergestellt und eine rasche Imprägnierung
aufrechterhalten wird. Das mit Konzentration austretende Wasser wird rasch in de;'
Wasserkern 25 verteilt, so daß kaum eine Gefahr besteht, daß sich feinste Gasbläschen
zu größeren, in den Kopfraum 6 aufsteigenden Gasblasen wieder vereinigen.
-
Die Leitung 26 kann aus dem Behälter herausgeführt werden. Vorteilhafterweise
mündet ihr Eintrittsende 28 jedoch im Kopfraum 6, wobei das Kohlendioxydgas von
außen nur in den Kopfraum eingeführt wird, so daß die Pumpe das Gas aus dem Kopfraum
des Behälters absaugt. Dies führt zu einer sehr einfachen, jedoch wirkungsvollen
Anordnung.
-
Die neue Vorrichtung führt zu einer hohen Imprägnierungswirkung bei
gleichzeitig billiger Herstellung und wirtschaftlichem Antrieb, wobei der gesamte
Aufbau des Gerätes außerordentlich preiswert verwirklicht werden kann und gegenüber
bekannten Sinrichtungen gleicher Kapazität weniger Raum beansprucht. Das Gerät eignet
sich also ganz besonders auch für den Einbau in Getränkeautomaten.
-
L e e r s e i t e