DE3448274C2

DE3448274C2 -

Info

Publication number: DE3448274C2
Application number: DE3448274A
Authority: DE
Inventors: Ashis S. Marietta Ga. Us Gupta
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1990-04-26
Anticipated expiration: 2004-06-16
Also published as: JPH0148811B2; ES540994A0; CA1243537A; GB8415344D0; AU1275988A; ES285141Y; IE55237B1; US4636337A; AU1275888A; ES8506987A1; DE3422349A1; GB2141632B; AU2932184A; IT1214466B; ES8601667A1; DE3422349C2; JPS6058232A; CA1257226C; GB2141632A; ZA844549B

Description

Die Erfindung betrifft eine chemische Packung für eine Vorrichtung zur Carbonation bzw. Anreicherung mit Kohlensäure, die einen mit Wasser gefüllten Reaktionsbehälter enthält, sowie ein Verfahren zur Carbonation bzw. zur Anreicherung eines vorbestimmten Volumens einer Flüssigkeit in einem Behälter mit Kohlensäure, der ein größeres volumenmäßiges Fassungsvermögen als das vorbestimmte Flüssigkeitsvolumen hat und in den ein Diffusorrohr mit einem porösen Endteil an einer Stelle unterhalb eines vorgesehenen Kopfraums mündet.

Aus US-PS 40 40 342 ist eine Vorrichtung zur Carbonation bzw. zur Anreicherung einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge mit Kohlensäure bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Quelle für Hochdruck- Kohlendioxid mit einem Reaktionsbehälter mit vorbestimmtem Volumen, einen Behälter mit vorbestimmten Volumen, das größer als das Volumen der Flüssigkeitsmenge ist, einen Kopfraum, der oberhalb der Flüssigkeitsmenge im Behälter gebildet wird, eine Einrichtung zur fluidmäßigen Verbindung der Quelle mit dem Boden des Behälters, eine Einrichtung, welche mit dem Kopfraum fluidmäßig verbunden ist und diesen unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Drucks kontinuierlich entlüftet, und eine Einrichtung zur Erzeugung von Kohlendioxid aus einer chemischen Reaktion zwischen Reaktionsmitteln. Diese Erzeugungseinrichtung weist ein vorbestimmtes Wasservolumen, ein Gemisch aus einer kristallinen Säure mit einem Salz, das ein Carbonatradikal hat, und eine das Gemisch umschließende Einrichtung auf. Bei allen diesen zur Carbonation bestimmten Vorrichtungen bereitet die Tatsache Schwierigkeiten, daß die gewünschte Carbonation nicht innerhalb eines vertretbaren Zeitraumes erreicht werden kann. Insbesondere sollte der Carbonationsgrad in Abhängigkeit von der gewünschten Getränkesorte, beispielsweise bei alkoholfreien Getränken, im Bereich von 3 bis 4 Volumina liegen. Auch ist bisher die Handhabung einer solchen Kohlensäureanreicherungsvorrichtung umständlich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine chemische Packung für eine Vorrichtung zur Carbonation der vorstehend genannten Art sowie ein Verfahren zur Carbonation bereitzustellen, welche bei einer vereinfachten Handhabung ein effizientes und schnelles Carbonisieren auf den jeweils gewünschten Carbonationsgrad gestatten.

Nach der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe mit einer chemischen Packung für eine Vorrichtung zur Carbonation, die einen mit Wasser gefüllten Reaktionsbehälter enthält, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der chemischen Packung für die Vorrichtung zur Carbonation wird das Gemisch aus chemischen Substanzen, die in Anwesenheit von Wasser zur Bildung von Kohlendioxid reagieren, derart umschlossen, daß wenigstens etwa 10 s lang die das Gemisch aus chemischen Substanzen gebende Einrichtung wasserundurchlässig ist. Hierdurch wird erreicht, daß nach dem Einbringen dieser chemischen Packung in die Vorrichtung zur Carbonation zuerst keine Reaktion stattfindet, und dann nach der vorbestimmten Zeit bei der chemischen Reaktion Kohlendioxid schnell und derart erzeugt wird, daß das Kohlendioxid auf einen hohen Druck im Behälter zum effizienten Carbonisieren gebracht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der chemischen Packung für eine Vorrichtung zur Carbonation sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die vorstehend genannte Aufgabe mit den Maßnahmen gelöst, die im Patentanspruch 6 angegeben sind.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an Beispielen näher erläutert.

Darin zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer kompakten Carbonationsvorrichtung für Getränke,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Hauptleitung der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Hauptleitung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht als Ausschnitt im Bereich der Ausströmöffnung der Hauptleitung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine mit einem Gemisch aus chemischen Substanzen gefüllte Packung, die bei der Carbonationsvorrichtung nach Fig. 1 eingesetzt wird,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Packung,

Fig. 7 ein Diagramm, bei dem der Druck im Kopfraum auf der Abszisse und die Zeit auf der Ordinate aufgetragen ist, mit einem und ohne ein Abströmen vom Kopfraum,

Fig. 8 ein Diagramm, bei dem der Druck im Kopfraum auf der Abszisse und die Gasströmungs geschwindigkeit auf der Ordinate aufgetragen ist, mit einer Kurve für eine Ausströmleitung mit einer porösen Membran von 0,22 µm und einer porösen Membran mit 0,8 µm, und

Fig. 9 ein Diagramm, bei dem das Carbonations- Volumen auf der Abszisse und die Zeit auf der Ordinate aufgetragen ist, mit einer Kurve für eine Ausströmleitung mit einer porösen Öffnungseinrichtung von 0,22 µm.

In Fig. 1 ist eine kompakte Carbonationsvorrichtung 11 für Getränke gezeigt. Die Carbonationsvorrichtung 11 weist einen Reaktionsbehälter 13, eine Hauptleitung 15 und einen Produktbehälter 17 auf. Der Reaktionsbehälter 13 und der Produktbehälter 17 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie Polycarbonat, PET, o. dgl. Der Reaktionsbehälter 13 und der Produktbehälter 17 sollten aus einem Kunststoff hergestellt werden, der den Drücken und Temperaturen standhalten kann, die während des Carbonationsprozesses erzeugt werden, und zwar ohne nennens werte Verformung. Das Material sollte auch beim üblichen Waschen auftretenden Temperaturen standhalten, wenn wieder verwendbare Flaschen zur Anwendung kommen.

Der obere Teile des Reaktionsbehälters 13 ist mit einem mit Gewinde versehenen Halsabschnitt 21 oder mit einem oberen Abschnitt versehen, der derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er eine übliche Schnellkupplungsverbindung bildet, die in der Hauptleitung 15 eingebaut sein kann. Der Reaktionsbehälter 13 kann mit einer Pegelanzeige einrichtung 23 versehen sein, die im Innern des Reaktionsbehälters 13 eingegossen ist. Die Pegelanzeigeeinrichtung 23 gibt den Füllgrad des Reaktionsbehälters 13 an, so daß die entsprechende Wassermenge für die Reaktion leicht gemessen werden kann.

Der Produktbehälter 17 ist mit einer stabilen Basis 25 als Stellfläche versehen, das ein flaches, zylindrisches, schalenähnliches Element an einer Flasche oder ein flacher Abschnitt sein kann, der einstückig mit der Flasche ausgebildet ist. Der Produktbehälter 17 kann mit einer ersten Füllpegelmarkierung 27 versehen sein, die für den Pegel des Getränkesirups oder eines Pulvers zur Anzeige bestimmt ist, das dem Behälter zuzugeben ist, um ein entsprechendes Getränke erzeugnis zu erhalten. Eine zweite Füllpegelmarkierung 29 kann ebenfalls vorgesehen sein, um den Pegel anzuzeigen, auf den der Produktbehälter 17 mit Kaltwasser für das Carbonieren aufgefüllt werden sollte. Der Produktbehälter 17 ist auch mit einem mit Gewinde versehenen Halsabschnitt 31 oder einer üblichen Schnellkupplungs verbindung versehen.

Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, weist die Hauptleitung 15 einen Block aus einem Material, zweckmäßigerweise einem Polymeren von Methylmethacrylat, oder einem anderen leicht bearbeitbaren oder durch Spritzgießen verarbeitbaren Material auf. Die Hauptleitung 15 enthält eine erste mit Gewinde versehene Öffnung 33, die in den mit Gewinde versehenen Halsabschnitt 21 des Reaktionsbehälters 13 paßt. Um den Oberteil der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung 33 ist ein O-Ring 35 angeordnet, der aus einem elastomeren Material besteht, das einen luftdichten Abschluß mit dem Oberteil des mit Gewinde versehenen Halsabschnitts 21 des Reaktionsbehälters 13 gestattet. Als eine Sicherheitseinrichtung sollte eine Entlüftungseinrichtung 37 zwischen der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung 33 und der Außenseite der Hauptleitung 15 vorgesehen sein, so daß das Hochdruckgas zur Atmosphäre hin über die Entlüftungsleitung 37 abgeleitet wird, falls ein Benutzer versucht, den Reaktionsbehälter 13 abzunehmen, während dem er unter Druck steht.

Nach Fig. 2 ist eine Hauptkammer 39 in der Nähe der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung 33 angeordnet und ist mit der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung mit Hilfe einer Reaktionsleitung 41 verbunden. Die Hauptkammer 39 ist mit einer Seitenöffnung 43 versehen, an der ein Überdruckventil 44 angeordnet ist, das eine Entlüftung zur Außenseite gestattet. Das Überdruckventil 44 kann ein federbelastetes Ventil sein, das manuell geöffnet werden kann oder das automatisch ausgelöst wird, wenn der Druck in der Hauptkammer 39 einen vorbestimmten maximalen Sicherheitsdruck überschreitet. Die Hauptkammer 39 kann dadurch gebildet werden, daß eine mit Gewinde versehene Öffnung 45 am Ende der Hauptleitung 15 ausgebildet ist. Ein Stopfen 46 ist auf die mit Gewinde versehene Öffnung 45 gesetzt und bildet eine hermetisch dicht abgeschlossene Rückwand der Hauptkammer 39. Ein Hohlraum 47 ist in der Nähe der Hauptkammer 39 vorgesehen und ein Rückschlagventil 48 ist im Hohlraum 47 angeordnet. Eine in Längsrichtung verlaufende Leitung 49 ist zwischen dem Rückschlagventil 48 und einer vertikalen Leitung 51 angeordnet. An dem unteren Ende der vertikalen Leitung 51 ist ein Diffusorrohr 53 mit einer vorbestimmten Längs angebracht (vgl. hierzu insbesondere Fig. 1). Die Länge des Diffusorrohrs 53 hängt von der Höhe des Produktbehälters 17 ab. Das Diffusorrohr 53 ist so ausreichend groß, daß es bis etwa zur Nähe des Bodens des Produktbehälters 17 reicht, wenn der Produktbehälter 17 an der Hauptleitung 15 angebracht ist. Das Diffusorrohr 53 enthält einen porösen unteren Teil 55, der ein Austreten von Kohlendioxidgas ermöglicht.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Hauptleitung 15 mit einer zweiten mit Gewinde versehenen Öffnung 57 versehen, die einen O-Ring 59 aus elastomerem Material hat. Der mit Gewinde versehene Halsabschnitt 31 des Produktbehälters 17 kann fest mit der zweiten mit Gewinde versehenen Öffnung 57 verbunden werden und bildet mit dem O-Ring 59 einen luftdichten Abschluß. Ein Entlüftungskanal 61 ist von der Seite der zweiten mit Gewinde versehenen Öffnung 57 zu dem Äußeren der Hauptleitung 15 vorgesehen, um die zweite mit Gewinde versehene Öffnung 57 zur Außenseite hin zu entlüften. Der Entlüftungskanal 61 entlüftet die zweite mit Gewinde versehene Öffnung zur Umgebung hin, wenn der Produktbehälter 17 abgenommen ist.

Die Carbonations-Vorrichtung hat eine durchgehende Ausströmleitung 65, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die durchgehende Ausström leitung 65 enthält eine vertikale Ausströmleitung 67, die mit einer horizontalen Ausströmleitung 69 verbunden ist. Eine mit Gewinde versehene Ausströmöffung 71 ist an einem Ende der Hauptleitung 15 ausgebildet, so daß die horizontale Ausströmleitung 69 mit der mit Gewinde versehenen Aus strömöffnung 71 in Verbindung steht (siehe insbesondere Fig. 4). Ein Ausströmstopfen 73, der eine Öffnung 75 hat, ist in die mit Gewinde versehene Aussströmöffnung 71 auf der Seite der Hauptleitung 15 eingeschraubt. Ein O-Ring 77 ist am Ende der mit Gewinde versehenen Ausströmöffnung 71 angeordnet, um einen luftdichten Abschluß zwischen dem Ausströmstopfen 73 und den Seitenwandungen der mit Gewinde versehenen Ausströmöffnung 71 zu erreichen. Der O-Ring 77 dient auch dazu, eine mit einer Öffnung versehene Platte 79 festzulegen, die ein dünnes Materialstück mit einer einzigen Öffnung aufweisen kann, die in der Mitte angeordnet ist, oder die ein dünnes Materialstück von bekannter Porosität (beispielsweise ein Filterpapier oder eine Membrane ähnlich Celluloseacetat oder Teflon) aufweisen kann.

Die Carbonation eines Getränks erfolgt dadurch, daß der Produktbehälter 17 mit einem gewünschten Sirup gefüllt und dann der Rest des Behälters mit Wasser aufgefüllt wird, das zweckmäßigerweise eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von 0°C bis 8,8°C hat. Der Rest des Behälters wird mit Wasser aufgefüllt, bis das Wasser und der Sirup die zweite Füllpegelmarkierung 29 erreichen. Der Produktbehälter 17 wird dann dicht schließend fest mit Hilfe seines mit Gewinde versehenen Halsabschnitts 31 mit der zweiten mit Gewinde versehenen Öffnung 37 an der Hauptleitung 15 verbunden. Der Reaktionsbehälter 13 wird dann bis zur Markierung 23 mit Wasser aufgefüllt, das zweckmäßigerweise eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von 43,3°C bis 93,2°C hat.

Eine Packung 81, die chemische Substanzen enthält, die in Anwesenheit von Wasser reagieren können, um Kohlendioxid zu erzeugen, ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Als Beispiel solcher chemischen Substanzen sind Zitronensäure und Natriumbicarbonat zu erwähnen, obgleich irgendeine kristalline Säure verwendet werden kann, die mit einem Carbonatsalz zur Bildung von Kohlendioxid reagiert. Die Menge der verwendeten chemischen Substanz ändert sich selbstverständlich mit dem mit Kohlensäure anzureichernden Volumen. Für zwei Liter beispielsweise haben sich Mengen von 70,0 g bis 102,0 g als adäquat für eine Carbonation zwischen 3,5 und 4,0 Volumina CO₂ erwiesen. Die chemischen Substanzen sollten in einem stöchiometrischen Verhältnis vorgesehen sein. Die Packung 81 ermöglicht eine Zeitverzögerung von wenigstens 10 Sekunden zwischen dem Zeitpunkt zu dem die Packung in das Wasser im Reaktionsbehälter 13 eingetaucht wird und dem Zeitpunkt, zu dem die Substanzen zu reagieren beginnen. Eine Ausführungsform einer Packung 81, die eine Zeitverzögerung ermöglicht, ist ein undurchlässiges Pergamentrohr 83, das an den Rändern 85 mit einem Kleber oder einem anderen Leim dicht verschlossen ist, der sich in heißem Wasser auflöst (siehe Fig. 5 und 6). Andere Ausführungsformen für die Packung 81 können ein Rohr aus Kunststoff enthalten, das sich in Wasser nach etwa 10 Sekunden auflöst. Die Zeitverzögerung ist erforderlich, um zu ermöglichen, daß der Benutzer den Reaktionsbehälter 13 mit der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung 33 der Hauptleitung 15 verbinden kann.

Wenn die Packung 81 in heißes Wasser eingetaucht wird, ist der Reaktionsbehälter 13 dicht schließend mit der ersten mit Gewinde versehenen Öffnung 33 der Hauptleitung 15 verbunden. Nach etwa zehn Sekunden löst das Wasser den Kleber auf und die chemischen Substanzen beginnen zu reagieren. Das durch die chemische Reaktion erzeugte Kohlendioxidgas geht durch die Leitung 41 in die Hauptkammer 39, durch die in Längsrichtung verlaufende Öffnung 49 und gelangt in das Diffusorrohr 53. Das Kohlendioxid wird dann in die Flüssigkeit im Produktbehälter 17 über den porösen unteren Teil 55 des Diffusorrohrs 53 diffundiert. Wenn der Druck in der Hauptkammer 39 einen vorbestimmten Druck überschreitet, wird das Überdruckventil 44 in der Seiten öffnung 43 geöffnet, um den Überdruck zur Außenseite hin herabzusetzen. Das Überdruckventil 44 verhindert, daß der Druck im Reaktionsbehälter einen gefährlichen Wert erreicht, der dazu führen könnte, daß die Materialien des Reaktionsbehälters im Ernstfalle versagen und brechen. Wenn die Reaktion fortschreitet, steigt der Druck im Kopf raum (dem Raum zwischen dem Flüssigkeitspegel und dem Oberteil des Halsabschnitts des Behälters) des Produkt behälters 17 an. Wenn die Ansammlung von Kohlendioxid im Kopfbereich nicht zur Außenseite abgeleitet wird, könnte der Druck in dem Kopfraum eventuell jeden weiteren Kohlendioxidstrom durch das Diffusorrohrs 53 verhindern, wodurch die Carbonationsrate beträchtlich herabgesetzt wird. Durch gesteuertes Entlüften des Kopfraums mit einer durchgehenden Ausströmleitung 65 kann der Druck im Kopfraum auf einem gewünschten Wert konstant gehalten werden, und zugleich wird ein kontinuierlicher Kohlendioxidstrom durch das Diffusorrohr 53 aufrechterhalten. Nach etwa drei bis fünf Minuten ist die Carbonation des Produktes abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt muß der Druck im Reaktionsbehälter und im Produktbehälter auf Umgebungs druck abgesenkt werden, so daß der Produktbehälter 17 abgenommen werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Überdruckventil 44 entlastet wird oder ausgelöst wird. Das Rückschlagventil 48 verhindert, daß das Produkt im Produktbehälter 17 in den Reaktionsbehälter 13 zurückgeführt wird. Nach der Druckentlastung wird der Produktbehälter 17 abgenommen und die Erzeugnisse können verbraucht oder der Produktbehälter 17 kann für einen späteren Gebrauch verschlossen werden.

Die Größe der Öffnung der mit einer Öffnung versehenen Platte 79 oder die Porosität der Membrane haben einen bedeutenden Einfluß. Es hat sich herausgestellt, daß das Produkt dazu neigt, daß es durch die Ausströmleitung 65 gedrückt wird, wenn die Membrane zu porös ist. Wenn die Membrane nicht porös genug ist, dann läuft die Carbonation mit einer geringeren Geschwindigkeit ab.

Eine bedeutende Einflußgröße beim Verfahren ist die Massenstromgeschwindigkeit durch die Aus strömleitung. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte so ausreichend sein, daß der Druck im Kopfbereich auf einem Wert konstant gehalten wird, der einen Kohlendioxidstrom durch das Diffusorrohr sicherstellt. Die mit einer Öffnung versehene Platte 79 begrenzt die Strömungsgeschwindigkeit durch die Ausströmleitung 65. Der Zusammenhang läßt sich in Abhängigkeit von dem Druckkopfraum P _H, dem vertikalen Abstand zwischen dem Boden des Diffusorrohrs 53 und der Oberfläche des Produktes im Produktbehälter, dem spezifischen Gewicht des Produktes im Produktbehälter 17, 25 und dem Druck P _D des Kohlendioxids am Austritt aus dem Diffusorrohr 53 ausdrücken. Somit ergibt sich als gewünschter Zusammenhang für eine Hauptdauer des Carbonationsprozesses folgendes:

P _H < P _d - hw.

Wenn keine Entlüftung (siehe Fig. 7) vorhanden ist, erreicht das geschlossene System schnell einen Gleichgewichtszustand, in dem somit ein kontinuierlicher Kohlendioxidstrom durch das Diffusorrohr 53 verhindert wird. Es hat sich herausgestellt, daß eine zu starke Entlüftung zur Schaumbildung des Erzeugnisses führt, woraus ein Produktverlust über die Ausströmleitung resultiert. In Fig. 7 sind die Werte für eine Membrane mit einer Porosität von 24 µm gezeigt. Obgleich ein kontinuierlicher Kohlendioxidstrom erreicht wurde, wurde eine übermäßige Schaumbildung festgestellt. Eine ungenügende Ausströmmenge führt zu einer ineffizienten Carbonation.

Die Charakteristika der Ausströmleitung wurden empirisch für eine horizontale Ausströmleitung 69 bestimmt, die einen Durchmesser von etwa 0,8 mm hat. Die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit an einer Öffnung läßt sich als eine Funktion der Fläche der horizontalen Aus strömleitung, der Fläche der Öffnung, des Drucks stromauf der Öffnung und des Drucks stromab von der Öffnung ausdrücken. Da der Druck mit der Zeit ansteigt, ist der beste Weg zur Bestimmung der Öffnungsgröße der empirische Weg. Es hat sich gezeigt, daß eine Membrane aus Cellulose acetat oder Teflon mit einer Porosität von 0,8 bis 1,2 µm vorzugsweise verwendet werden kann (mit einer horizontalen Ausströmleitung von etwa 0,8 mm und einem Produktbehälter mit einem Fassungsvermögen von 2 Liter). Selbstverständlich können die günstigste effektivste Öffnungs größe für verschieden bemessene Behälter sowie weitere Parameter dadurch ermittelt werden, daß unterschiedliche Membranen bekannter Porosität eingeführt werden und jene Größe gewählt wird, die bei dem gewünschten speziellen Ausführungsbeispiel die besten Resultate ermöglicht.

Versuchswerte

Nachstehend sind die Resultate eines Versuchs aufgelistet, bei dem der Druck im Kopfraum für einen Produktbehälter mit einem entlüfteten Kopfraum mit jenem für einen Produkt behälter mit keiner Entlüftung über der Zeit verglichen wird:

Die Ergebnisse der vorstehend angegebenen Versuchsdurch führung sind in Fig. 7 gezeigt, das eine graphische Dar stellung des Carbonationsdrucks im Kopfraum eines 2-Liter- Produktbehälters 17 aufgetragen über der Zeit für drei Ausführungsbeispiele ist.

Fig. 7 zeigt, daß, wenn der Kopfraum nicht entlüftet wird, der Druck des Kohlendioxids im Kopfraum schnell einen Gleichgewichtszustand erreicht, so daß der Druck im Kopfraum ein Weiterströmen durch das Diffusorrohr 53 verhindert. Ohne eine gesteuerte Entlüftung und fehlender Agitation des Produktbehälters wird eine Carbonation von weniger als 1 Volumen nach etwa 10 Minuten erreicht. Dieser Carbonationsgrad ist für die meisten alkoholfreien Getränke unzureichend.

Die bei jenem Versuch erhaltenen Werte hingegen, bei dem der Kopfraum über eine 0,8 µm Membrane in einer Ausström leitung mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm entlüftet wurde, erhält man eine Carbonatin von 4,0 Volumina Kohlendioxid. Ähnlich war bei einer 24 µm Membrane die endgültige Carbonation nach etwa 5 Minuten 3,8 Volumina CO₂. Die Ausführungsformen mit einer geregelten Entlüftung zeigen einen schnellen Druckanstieg auf einen Maximalwert und eine anschließende allmähliche Abnahme. Es erscheint widersprüchlich, daß man eine bessere Carbonation bei einer Ausführungsform mit einer gesteuerten Entlüftung erreichen könnte, da der Druck im Kopfraum abnimmt und sich die Carbonations rate direkt mit dem Druck des Kohlendioxids ändert. Der Grund für die bessere Carbonation liegt darin, daß trotz eines niederen Kohlendioxiddruckes ein größeres Kohlen dioxidvolumen dem Produkt bereitgestellt wird, da der durch das Diffusorrohr 53 gehende Kohlendioxidstrom sicherstellt, daß eine größere Kontaktfläche zwischen dem Produkt und Kohlendioxid vorhanden ist. Hierdurch wird derselbe Zweck wie bei der Agitation erreicht, um zu erreichen, daß mehr CO₂ dem Produkt bereitgestellt wird.

Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Druck im Kopfraum und der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit durch die Ausströmleitung der Membran unterschiedlicher Porosität. Bei einer 0,22 µm Membrane ist die Strömungs geschwindigkeit als eine Funktion des Druckes beträchtlich kleiner als bei der 0,8 µm Membrane. Obgleich der Carbonationsgrad bei der porösen Membrane von 0,22 µm in einigen Fällen adäquat war, ist es schwierig, das Hochdruck-Kohlendioxid im Kopfraum abzuführen. Das Abführen ist der Vorgang der Druckentlastung im Kopfraum bevor das enthaltene Produkt aus der Hauptleitung entfernt wird. Wenn der Druck im Kopfraum zu groß ist, bewirkt der plötzliche Druckabfall, daß das Produkt plötzlich aufschäumt, verspritzt und ein beträchtlicher Teil des Produktes verloren geht.

Die poröse Membrane sollte keine zu großen Porenabmessungen haben. Wenn man beispielsweise eine 24 µm Membrane verwendet, würde das Produkt durch die Ausströmleitung geleitet. Ferner ist es nachteilig, wenn das Produkt durch CO₂-Blasen mitgerissen wird, die an der Membrane vorbei strömen, da hierdurch die Neigung des Verstopfens der Poren besteht.

Fig. 9 zeigt den Carbonationsgrad, den man nach einer Zeitperiode bei einer 0,8 µm Membrane in einer Ausström leitung mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm erhält. Fig. 9 verdeutlicht, daß bei einer gesteuerten Entlüftung innerhalb eines relativ kurzen Zeitraumes eine effektive Anreicherung mit einer Kohlensäuremenge erreicht werden kann.

Claims

1. Chemische Packung für eine Vorrichtung zur Carbonation bzw. Anreicherung mit Kohlensäure, die einen mit Wasser gefüllten Reaktionsbehälter enthält, gekennzeichnet durch:
ein Gemisch aus chemischen Substanzen, die in Anwesenheit von Wasser zur Bildung von Kohlendioxid reagieren, und
eine Einrichtung, die das Gemisch aus chemischen Substanzen umgibt, wobei diese Einrichtung in Anwesenheit von Wasser wenigstens etwa zehn Sekunden lang undurchlässig ist und anschließend durchlässig wird, wodurch eine Zeitverzögerung erzielt wird, bevor die chemischen Substanzen zu reagieren beginnen, wenn die Packung ins Wasser eingebracht wird.

2. Chemische Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließungseinrichtung aufweist:
eine undurchlässige Hülle (85), und
eine wasserlösliche Einrichtung, die die Ränder der undurchlässigen Hülle (85) haftend verbindet, wobei die wasserlösliche Einrichtung sich im Wasser mit einer solchen Geschwindigkeit auflöst, daß die Packung wenigstens etwa zehn Sekunden lang undurchlässig bleibt.

3. Chemische Packung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Einrichtung zur haftenden Verbindung einen Kleber, der auf den Rändern der undurch lässigen Hülle (85) angeordnet ist, aufweist.

4. Chemische Packung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässige Hülle (85) aus einem Pergamentrohr besteht.

5. Chemische Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus chemischen Substanzen aus Zitronensäure und Natriumbicarbonat in einem stöchiometrischen Verhältnis besteht.

6. Verfahren zur Carbonation bzw. zur Anreicherung eines vorbestimmten Volumens einer Flüssigkeit in einem Behälter mit Kohlensäure, der ein größeres volumenmäßiges Fassungsvermögen als das vorbestimmte Flüssigkeitsvolumen hat und in den ein Diffusorrohr mit einem porösen Endteil an einer Stelle h unterhalb eines vorgesehenen Kopfraums mündet, mit folgenden Schritten:
Einbringen der Flüssigkeit mit vorbestimmtem spezifischem Gewicht w in den Behälter unter Bildung eines Kopfraums,
Füllen eines Reaktionsbehälters mit Wasser,
Einführen einer Packung gemäß Ansprüche 1 bis 5 in den Reaktionsbehälter,
Verbinden des Reaktionsbehälters mit dem Diffusorrohr, bevor die chemischen Stoffe mit Wasser reagieren,
Einleiten von Kohlendioxidgas aus dem Reaktionsbehälter unter einem Druck P₁ in die Flüssigkeit über das Diffusor rohr, und
Konstanthalten des Drucks des Gases im Kopfraum auf einem Druck P₂ derart, daß P₂ kleiner als P₁ während eines Großteils der Carbonationszeit ist.