DE2832377C2 - Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxyd - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxyd in einem, eine vorbestimmte Wassermenge enthaltenden Druckbehälter mit Vorrichtungen zum Zuführen von Frischwasser und Kohlendioxydgas, einer antreibbaren Einrichtung zum Erzeugen einer Um/aufstrc.nung in der Wassermenge und einer in die Wassermenge eintauchenden, die Bildung eines Eispanzers urne stützenden Kühlfläche in im wesentlichen hohlzylindrischer, aufrechter Form.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 59 651 bekannt. Diese weist als Kühlfläche eine in einem Abstand von der Innenwand des Druckbehälters angeordnete Kühlschlange auf. Diese reicht im wesentlichen über die ganze Höhe der in dem Druckbehälter vorgesehenen Wassermenge und unterteilt diese in eine zentrale und in eine diese konzentrisch umgebende ringförmige Teilmenge. Der Boden des Druckbehälters ist als flacher Trichter ausgebildet. An der tiefsten Stelle des Bodens ist ein Rotorflügel angeordnet, der berührungslos über eine Magnetkupplung von einem außerhalb des Behälters angeordneten Motor angetrieben werden kann. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der zentral ansaugende Rotorflügel das Wasser in radialer Richtung über den ansteigenden Boden nach außen drückt. Dadurch wird in der Wassermenge eine Umlaufströmung erzeugt, die an der Innenseite und der Außenseite der Kühlfläche parallel zur Kühlflächenachse nach oben ansteigt, sich an der Oberfläche der Wassermenge hrichl und zur Mitte zurückströmt, entlang der die Ansaugung durch die Rotorflügel erfolgt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Strömung an der Innenseite der Kühlfläche mit höherer Geschwindigkeit als entlang der Außenseite erfolgt, so daß ein an der Kühlschlange wachsender Eispanzer sich hauptsächlich radial nach außen ausdehnt, während die zentrale Teilmenge des Wassers in der rascheren Strömung nahezu in direkten Kontakt mit der Kühlfläche tritt. Dadurch wird einerseits die übliche und erforderliche Bildung eines Eispanzers für eine ausreichende Kältekapazität ermöglicht und dennoch ein direkter Kontakt zwischen Wasser und Kühlfläche gewährleistet, was für eine rasche, intensive Kühlung der Wassermenge bei rascher Entnahmefolge wesentlich ist

In die Umlautströmung wird bei der bekannten Vorrichtung das Kohlendioxydgas über eine Drückeinrichtung und eine in die Wassermenge eintauchende Leitung zugeführt und durch einen feinporösen keramischen Körper in feinster Bläschenforn in den Bereich stärkerer Strömung der Umlaufströmung

ίο eingedrückt Dadurch werden die Kohlendioxydgasbläschen rasch von der Strömung erfaßt und an die Kühlfläche herangeführt und mit dem Wasser vermischt Das Frischwasser wird in dem Kopfraum des Druckbehälters durch eine Düse auf die Oberfläche der Wassermenge aufgesprüht oder aufgenebelt, so daß die Wasserzufuhr die Umlaufströmung in der Wassermenge nicht stört

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist in halber Höhe der Wassermenge ein Rührwerk angeordnet, das durch eine nach außen geführte Antriebswelle angetrieben wird. Als Kühlfläche dient eine an der Behälterwand befestigte Kühlschlange, an deren Innenseite sich eine Eisbank bildet Im Kopfraum des Druckbehälters wird ein konstanter, einstellbarer Kohlendioxydgasdruck aufrechterhalten (vgl. DE-OS 20 21 237). Durch die ständige intensive Zirkulation der Flüssigkeit soll diese an der Grenzfläche zwischen dem Gaskopfraum und der Flüssigkeitsmenge Gas aufnehmen. Da die Kontaktflache relativ gering ist ist auch die Aufnahme an Gas

durch die Flüssigkeit entsprechend niedrig. Wird die Kontaktfläche durch intensives Aufrühren der Flüssigkeit vergrößert, steigt auch die Gasaufnahme. Gleichzeitig steigt aber auch die Gefahr, daß bereits im Wasser aufgenommenes Kohlendioxydgas durch die heftige Wasserbewegung wieder ausgeschieden wird. Eine wesentliche Steigerung der Gesamtaufnahmefähigkeit durch die intensive Zirkulation des Wassers wird somit nicht erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ejne Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß bei geringem technischen Aufwand und bei besonders einfacher und billiger Betriebsweise sowohl die Kühlung des Wassers, als auch die Imprägnierung des Wassers mit Kohlendioxyd wesentlich intensiver durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Umlaufströmung wenigstens eine in die Wassermenge eintauchende Unterwasserpumpe ist, in deren Unterdruckbereich das Austrittsende einer Ansaugleitung für Kohlendioxydgas mündet.

Durch die Verwendung einer in die Wassermenge eintauchenden Unterwasserpumpe ergibt sich ein besonders einfacher und billiger Aufbau der Vorrichtung. Eine solche Unterwasserpumpe ist üblicherweise mit einem eingekapselten Antriebsmotor direkt zu einer Baueinheit vereinigt, so daß nur noch die elektrischen Zuleitungen isoliert nach außen geführt werden müssen. Die Unterwasserpumpe gestattet eine gezielte Ansaugung und Ausstoßung des Wassers aus der Wassermenge. Vor allem ermöglicht die Unterwasserpumpe eine Umlaufströmung in der Wassermenge, die nicht mehr im wesentlichen parallel zur Achse der Kühlfläche, sondern konzentrisch zu dieser Achse verläuft. Die Unterwasserpumpe kann an gewünschter Steüe innerhalb des Druckbehälters angeordnet werden derart, daß die Unterwasserpumpe nach Verstreichen einer ausreichenden Anlaufzeit die gesamte Wassermenge in eine

rotierende Bewegung versetzt. Diese rotierende Bewegung ist eine gleichförmige, geschlossene Strömung ohne Brechungssteilen. Dies bedeutet, daß nach Ablauf des Betriebes die durch die Linterwasserpumpe der Wassermenge noch für die Aufrechterhaltung der rotierenden Strömung zuzuführende Antriebsenergie gering ist. Die Unterwasserpumpe kann also mit sehr geringer Leistung betrieben werden, was die laufenden Betriebskosten niedrig hält. Außerdem sind solche Unterwasserpurrpen mit verkapseltem Antriebsmotor als Massenartikel im Handel außerordentlich billig zu erahltcii. Die gleichförmige, rotierende Strömung entlang der Kühlfläche gewährleistet einen intensiven Übergang der Wärme aus dem Wasser in die Kühlfläche. Es besteht keine Gefahr, daß durch Brechung der Strömung oder andere Verwirbelungen im Wasser bereits gelöstes Kohlendioxydgas wieder in Blasenform ausgeschlagen wird. Die rotierende Strömung nimmt außerdem das in die Strömung eingeführte Kohlendioxydgas in rotierender Richtung mit und wirkt somit der Auftriebsbewegung der Gasblasen in der Wassermenge entgegen, so daß die Verweilzeit der Gasbläschen im Wasser wesentlich größer ah bei den bekannten Vorrichtungen ist

Die Unterwasserpumpe erzeugt zwar in der Wassermenge eine gerichtete und weitgehend turbulenzfreie Strömung. Durch die direkte Zuführung des Kohlendioxydgases in den Unterdruckbereich der Unterwasserpumpe wird das Kohlendioxydgas von dem Rotor der Unterwasserpumpe erfaßt und innerhalb der Unterwasserpumpe intensiv mit dem von der Unterwasserpumpe angesaugten Wasser vermischt Das Gemisch wird dann von der Unterwasserpumpe direkt in die rotierende Strömung ausgestoßen und wird von dieser rasch auseinandergezogen, so daß die hohe Konzentration des Kohlendioxydgases innerhalb der Wasserpumpe so rasch verdünnt wird, daß die Zeit zur Bildung größerer Kohlendioxydgasblasen nicht ausreicht. Das zu feinsten Bläschen zerschlagene Kohlendioxydgas wird von der raschen rotierenden Wasserströmung unmittelbar an die Kühlfläche herangeführt, wo das Gas abgekühlt und somit der Durchmesser der Gasbläschen weiter verringert wird. Dadurch und durch die rotierende Strömung wird das Auftriebsbestreben der Gasbläschen stark herabgesetzt, so daß optimale Imprägnierungsverhältnisse erreicht werden.

Da das Aufnahmevermögen von Wasser für Kohlendioxydgas von der Temperatur des Wassers abhängig ist, kommt es für eine intensive Imprägnierung wesentlich darauf an, daß auch die Abkühlung des ;o Wassers auf die gewünscht»; Imprägnierungstemperatur möglichst rasch und intensiv erfolgt. Durch die neue Vorrichtung wird sowohl die Abkühlung des Wassers, als auch die imprägnierung in optimaler Weise in kürzester Zeit gewährleistet, so daß auch für eine hohe Abgabefrequenz der Vorrichtung das Fassungsvermögen des Druckbehälters nur relativ klein zu sein braucht, da auch bei großen Mengen an Frischwasser die Temperatur der Wassermenge innerhalb des Druckbehälters und der Imprägnierungsgrad für alle in Frage ω kommenden Verhältnisse praktisch konstant gehalten werden können. Die Möglichkeit, die Vorrichtung mit geringen Abmessungen herzustellen, ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die Talsache, daß mit einem zunehmenden Verbrauch von mit Kohlendioxydgas t,5 imprägniertem Walser im Privathaushall gerechnet werden muß und demzufolge das Bedürfnis mit der Notwendigkeit verstärk, wird, mit Kohlendioxyd imprägnierles Wasser direkt im Haushalt selbst herzustellen. Es hat sich ge/.eigi, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung so klein gehaui v.crtOn kann, daß ;_äji7 ohne weiteres innerhalb des RastermaÜes üblicher Einbauküchen untergebracht werden kann. Die Ansaugleitung für das Kohlendioxydgas mündet zweckmä-Üigerweise mit ihrem Eintrittsende direkt im Kopfraürr. des Behälters oberhalb des Spiegels der Wassermenge. Hierbei braucht der Bedarf an Kohlendioxydgas von außen lediglich in den Kopfraum des Druckbehälters eingeleitet zu werden. Diese Anordnung hat weiterhin den Vorteil, das das in Form von Blasen bis zur Oberfläche der Wassermenge aufsteigende Kohlendioxydgas über die Ansaugleitung erneut in die Wassermenge eingeleitet werden kann, so daß sich ein Kohlendioxydgaskreislauf zwischen Wassermenge und Kopfraum ergibt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung gemäß ^"r Erfindung in senkrechtem Schnitt und

. F i g. 2 einen horizontalen Schnitt duren die Vorrichtung nach Fig. 1.

Die neue Vorrichtung 1 zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxydgas weist einen, vorzugsweise schlanken. Druckbehälter 2 auf, der im dargestellten Beispiel zylindrisch ausgebildet ist Der Druckbehälter ist mit einem Deckel 2a druckdicht verschließbar. In diesem Deckel 2a sind verschiedene Zuführungs- und Meßeinrichtungen angeordnet Von diesen sind im dargestellten Beispiel ein Zuführungsrohr 5 für das Kohlendioxydgas und ein Absaugrohr 4 für das mit Kohlendioxydgas imprägnierte Wasser angedeutet. Beide Leitungen sind durch druckdichte Öffnungen 3 im Deckel 2a nach außen geführt. In den F i g. 1 und 2 ist die bisher übliche Anordnung des Zuführungsrohres 5 für das Kohlendioxydgas gezeigt: Bei dieser bekannten Anordnung ragt das Zuführungsrohr 5 durch den Kopfraum 6 des Druckbehälters in die Wassermenge 7 und ist an ihrem Austrittsende mit einem porösen keramischen Körper verbunden, durch den das Gas in Form von Blasen unterschiedlicher Größe in die Wassermenge einperlen kann. Hiervon abweichend wird bei der neuen Vorrichtung das Zuführungsrohr 5 so ausgebildet und angeordnet, daß seine Austrittsmündung oberhalb des Wasserspiegels 8 im Kopfraum 6 des Druckbehälters liegt (nicht dargestellt). Weitere, bei dem Druckbehälter vorgesehene Vorrichtungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, z. B. eine Vorrichtung zur Zuführung von Frischwasser sowie eine Vorrichtung, um den Spiegel 8 der Wassermenge 7 auf einem vorbestimmten Höhenstand zu halten.

In dem Druckbehälter 2 ist eine die Bildung eines Eispanzers 13 unterstützende Kühlfläche 10 in im wesentlichen hohlzyUndrischer, aufrechter Form vorgesehen. Im dargestellten Beispiel wird die Kühlfläche 10 durch eine Kühlschlange 9 gebildet, deren schraubenförmige Windungen 9a mit geringem Steigungswinkel und in vorbestimmte:· Hteigungsrichlung konzentrisch zur aufrechten Achse 17 des Druckbehälters 2 angeordnet sind. Die Kühlschlange ist in nicht dargestellter Weise an ein außerhalb des Druckbehälters 2 angeordnetes Kühlaggregat angeschlossen, so naß sich bei Betrieb in der Kühlschlange 9 ein mehr oder weniger geschlossener bijpanzer Π ausbilden kann, der eine ausi..ich-_iid große Kühlkapazität zur Verfügung stellt.

Im dargestellten Beispiel ist die Kühlfläche 10 in

auf den Mantel des Druckbehälters 2 so angeordnet, daß zwischen dem Eispanzer 13 und dem Mantel ein mit Wasser gefüllter Ringraum 12 verbleibt. Durch entsprechende Eispanzerfühler kann das Kühlaggregat so gesteuert werden, daß das Wachstum des , Eispanzers 13 an der Kühlfläche begrenzt bleibt. Durch die Anordnung der Kühlschlangenwindungen 9,7 und die Steigungsrichtung prägt sich an dem Eispanzer 13 eine schraubenförmige Profilierung mit vorbestimmter Steigung aus. wie sie bei 14 angedeutet ist. Bei anders m ausgebildeter Kühlfläche 10 kann die Profilierung auch durch aufgesetzte Profilelemente oder dgl. erreicht werden.

Im Druckbehälter 2 ist eine Unterwasserpumpe 15 angeordnet. Bei einer solchen Unterwasserpumpe sind ι, der Antriebsmotor und der Pumpenläufer, deren gemeinsame Achse mit 16 angedeutet ist, zu einer abgekapselten, insgesamt in die Wassermenge 7 pintaiirhpndpn Finhpit 7iis3rnrnpnaphaiit_f von rlpr lediglich eine nicht dargestellte Speiseleitung, z. B. eine y.< elektrische Zuleitung durch die Wassermenge 7 zu einer Anschlußstelle außerhalb des Druckbehälters 2 geführt werden muß. Bei der Wasserpumpe 15 kann es sich um eine handelsübliche Unterwasserpumpe handeln, wie sie für größere Aquarien verwendet wird. r>

Die Unterwasserpumpe 15 ist so angeordnet und ausgebildet, daß der innere Wasserkern 25 nach Einschalten der Unterwasserpumpe 15 eine um die aufrechte Behälterachse 17 entsprechend den Pfeil 20 rotierende Wassfmenge bildet. Bei gleichförmigem, jo kontinuierlichen Betrieb der Unterwasserpumpe 15 nimmt der innere Wasserkern 25 eine gleichförmige Rotationsgeschwindigkeit an, wobei die Strömung weitgehend frei von Turbulenzen ist. Abgesehen von der Anlaufphase braucht die Unterwasserpunpe 15 in den rotierenden Wasserkern 25 lediglich die durch Reibungsverluste verlorengehende Strömungsenergie wieder zuzuführen. Der Energiebedarf der Unterwasserpumpe 15 ist daher trotz kontinuierlichen Betriebes außerordentlich gering.

Bei Vorhandensein eines äußeren Wasserringraumes 12 kann die Anordnung so getroffen werden, daß sich auch in diesem äußeren Ringraum 12 eine Rotationsströmung entsprechend dem Pfeil 21 um die Behälterachse 17 ergibt. Da in dem Ringraum 12 die Reibung wesentlich größer ist ist die Strömungsgeschwindigkeit dort geringer, so daß der Eispanzer 13 bevorzugt uuf der Außenseite der Kühlfläche 10 anwachsen kann, während die Eisdicke auf der Innenseite der Kühlfläche 10 demgegenüber klein ist. was den raschen Wärme- >n übergang von der Kühlschlange 9 in den Wasserkern 75 begünstigt.
Wie aus F i g. 2 hervorgeht können radial vorspringende Ansaug- und Austrittsstutzen 18, 19 für die Wasserpumpe 15 vorgesehen sein, die in entgegengesetzten Umfangsrichüingen in dem Wasserkern münden, wie dies bei 18a und 19a gezeigt ist.

Der Unterwasserpumpe 15 ist eine Ansaugleitung 26 für Kohlendioxydgas zugeordnet, deren Austrittsende

27 im Unterdruckbereich der Unterwasserpumpe 15 mündet. Die Ansaugleitung 26 ist im dargestellten Beispiel durch die Wassermenge 7 in den Kopfraum 6 des Druckbehälters 2 geführt, so daß das Eintrittsende

28 der Ansaugleitung 26 Kohlendioxydgas aus dem Kopfraum 6 unbehindert ansaugen und der Unterwasserpumpe 15 zuführen kann. Im Bereich der Unterwasserpumpe 15 wird von dem Pumpenrotor das Wasser und das angesaugte Kohlendioxydgas unter Verwirbelung des Wassers innig miteinander vermischt, wobei das Gas in Form von feinsten und größeren Blasen in der Wassermenge verteilt wird. Demit ergibt sich eine innicjp Rprühninc 7wkrhf*n Wa«pr nnH Gas. wnhpi Hip

aus der Unterwasserpumpe austretende Mischung von Gas und Wasser rasch an die Kühlfläche 10 herangeführt und in dem rotierenden Wasserkern 25 verteilt wird. Dadurch erhält man eine rasche und gleichförmige Imprägnierung des Wassers mit Kohlendioxyd. Die hohe Konzentration des Gases im Bereich der Unterwasserpumpe wird durch das Einführen der Mischung in die rotierende Wassermenge rasch herabge«: v.zt, so daß die Gefahr gering ist, daß sich kleinste Blasen zu größeren Blasen vereinigen können, die aufgrund der Auftriebskraft zum Kopfraum 6 aufsteigen. Dem Aufsteigen der Gasblasen zum Kopfraum 6 steht die um die Achse 17 rotierende Wasserströmung entgegen, die die Aufstiegsweglänge der Blasen stark vergrößert. Dem Aufstieg wirkt auch noch die Profilierung 14 der Kühlfläche !Q i-n^e^en, welche d-^r bor:7nnia!;;n Uutationsströmung eine schwache axiale Bewegungskomponente nach unten in dem Druckbehälter erteilt.

Die Ansaugleitung 26 könnte auch direkt aus dem Druckbehälter 2 herausgeführt und an eine Kohlendioxydgasquelle angeschlossen sein. Es wird jedoch bevorzugt, das Zuführungsrohr 5 ebenso wie die Ansaugleitung 26 jeweils im Kopfraum 6 enden zu lassen.

Die hohe imprägniiiiiiP.gswirküng ermöglicht die Ausbildung der Vorrichtung mit geringen Raumabmessungen und geringem Füilvolumen, ohne daß dadurch die Entnahmefrequenz für Personen von inrprägniertem Wasser durch die Leitung 4 beeinträchtigt wird. Der Aufbau der Vorrichtung ist sehr einfach und läßt sicn mit herkömmlichen, auf dem Markt befindlichen Teilen preiswert verwirklichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit Kohlendioxyd in einem, eine vorbsstimmte Wassermenge enthaltenden Druckbehälter, mit Vorrichtungen zum Zuführen von Frischwasser und Kohlendioxydgas, einer antreibbaren Einrichtung zum Erzeugen einer Umlaufströmung in der Wassermenge und einer in die Wassermenge eintauchenden, die Bildung eines Eispanzers unterstützenden Kühlfläche in im wesentlichen hohlzylindrischer, aufrechter Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Umlaufströmung wenigstens eine in die Wassermenge (7) eintauchende Unterwasserpumpe (15) ist, in deren Unterdruckbereich das Austrittsende (27) einer Ansaugleitung (26) für Kohlendioxydgas mündet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dsS das Eintrittsende (28) der Ansaugleitung (26) für Kohlendioxydgas im Kopfraum (6) des Behälters (2) oberhalb des Spiegels (8) der Wassermenge (7) mündet.