DE3634814A1 - Vorrichtung zum karbonisieren von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung wird angewendet zum Karbonisieren von Flüssig­ keiten und betrifft ein Verfahren zum Herstellen von nicht­ alkoholischen Getränken, z. B. Wasser-Sirup-Gemischen durch Zu­ setzen von CO₂, indem in die Unterdruckzone eines Injektors, durch den das Getränk unter Druck hindurchgeleitet wird, konti­ nuierlich und dosiert CO₂ zugeführt wird und eine weitere Ein­ wirkung von CO₂ in einem Fertiggetränkkessel erfolgt sowie die zugehörige Vorrichtung, bestehend aus einer Pumpe mit anschlies­ sender Injektoreinheit, einem Fertiggetränkkessel und Rohrlei­ tungen für das Getränk und für CO₂ und CO₂-Luftgemisch.

Es ist allgemein bekannt, daß das Imprägnieren von Flüssigkeiten mit Hilfe eines Strahlapparates oder anderen Mitteln wie Spritz­ düsen, Plattenapparaten oder durch Zerstäuben des Wassers in einer Gasatmosphäre eine Druckerhöhung der Flüssigkeit vor dem Eintritt in das jeweilige Mittel erfordert.

Der Gasdruck zum Imprägnieren muß demzufolge entsprechend hoch gewählt werden. Dieser Gasdruck bestimmt bei den bekannten Ein­ richtungen auch den Druck im Sammelbehälter für die fertig im­ prägnierte Flüssigkeit, der wiederum, falls nicht zwischen Sammel­ behälter und Füller eine Druckerhöhungspumpe angeordnet werden soll, so hoch zu wählen ist, daß die Flüssigkeit störungsfrei dem Füller zuströmen kann. Der Imprägniereinrichtung muß also CO₂ mit einem solchen Druck und in einer solchen Menge zugeleitet werden, daß dieser Förderdruck im Sammelbehälter aufrechterhalten bleibt. Diese verhältnismäßig großen CO₂-Mengen können üblicherweise nicht spontan bei der Vor- oder Hauptimprägnierung, also bei der Fein­ verteilung oder Zerstäubung, aufgenommen werden, so daß dadurch die Bindung und der Sättigungsgrad der Flüssigkeit leiden. Dies gilt besonders auch bei der Verwendung von Strahlapparaten, für welche bekannt ist, CO₂ mit einem Druck dem Strahlapparat zuzu­ führen, der dem Druck im Gasraum des Sammelbehälters entspricht. Dieser CO₂-Druck bestimmt die Imprägnierung entsprechend den im Strahlapparat herrschenden Druck- und Temperaturzuständen. Im Sammelbehälter scheiden sich dann auch die noch in der Flüssigkeit etwa vorhandenen und im Strahlapparat getrennten Fremdgase aus und müssen abgeführt werden. Aus diesem Sammelbehälter muß die Flüssigkeit dann mit Hilfe einer Pumpe abgezogen werden, weil sich der Druck im Sammelbehälter bei gutem Wirkungsgrad des Strahlappa­ rates so niedrig einstellt, daß damit der Füller nicht beschickt werden kann und eine Druckerhöhung erforderlich ist.

Dieser Nachteil soll durch ein Verfahren (DE 16 57 185) zum Ab­ füllen und lmprägnieren von Flüssigkeiten mit CO₂ durch Einwir­ kung von CO₂ auf die Flüssigkeit in der Unterdruckzone eines Strahlapparates durch den die Flüssigkeit unter Druck hindurch­ geleitet wird, beseitigt werden.

Eine weitere Einwirkung von CO₂ erfolgt in einem Sammelbehälter, in den die Flüssigkeit hinein und anschließend zum Füller weiter­ geleitet wird. Dabei wird die Flüssigkeit mit ein und derselben Pumpe durch den Strahlapparat bis zum Füller befördert und das CO₂ mit einem niedrigeren Druck als danach im Sammelbehälter in die Flüssigkeit eingeleitet. Dadurch wird der Imprägnierdruck im Strahlapparat von dem nun entsprechend höher einstellbaren Druck im Sammelbehälter unabhängig. Die Flüssigkeit braucht nur einmal auf den entsprechenden Druck gebracht zu werden, sie strömt über den Strahlapparat unter Überwindung des Gegendruckes in den Sammelbehälter, in dem durch separate CO₂-Zufuhr der Abfülldruck aufrechterhalten wird. Aus diesem Sammelbehälter kann dann die Flüssigkeit ohne weitere Zwischenschaltung einer Pumpe in an sich bekannter Weise unmittelbar dem Füller zugeleitet werden.

Die entsprechende Vorrichtung besteht aus einem der Abfüllma­ schine vorgeschalteten und mit einer CO₂-Quelle über ein Druck­ minderungsventil verbundenen Flüssigkeitsbehälter sowie einem in der Flüssigkeitszuleitung angeordneten, mit CO₂ beschickbaren Strahlapparat. Dabei sind sowohl der mit Abfüllmaschine verbun­ dene Flüssigkeitssammelbehälter als auch der Strahlapparat je­ weils über eine eigene Zuleitung mit unterschiedlich einstellba­ ren Druckventil an einer CO₂-Quelle angeschlossen. Für die Im­ prägnierung im Strahlapparat sowie für die Nachimprägnierung im Sammelbehälter und das Fortleiten der fertigen Trinkflüssig­ keit können verschieden hohe CO₂-Drücke eingestellt werden.

Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß die karbonisierte Flüssig­ keit mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in den Sammelbe­ hälter geleitet wird. Das im Strahlapparat zugeführte CO₂ hat bis zum Sammelbehälter wenig Zeit, sich mit der Flüssigkeit zu verbinden und auf Grund der inneren Gasdrücke die Luft, insbe­ sondere das O₂, herauszulösen.

Desweiteren kann die herausgelöste Luft nicht entweichen und ge­ langt somit in den Sammelbehälter, in dem sie sich mit dem dort eingeleiteten CO₂ vermischt. Über der Flüssigkeit im Sammelbehäl­ ter befindet sich demgemäß ein CO₂-Luftgemisch, welches durch ein Entgasungsventil nach außen abgeblasen wird. Dabei entsteht ein relativ hoher Verlust an CO₂.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Mängel bekannter Ver­ fahren und Einrichtungen sowie die Herstellung eines gut karbo­ nisierten Getränkes bei einem sparsamen Verbrauch an CO₂.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus unter Druck stehen­ den karbonisiertem Wasser oder Wasser-Sirup-Gemisch Restluft und überschüssiges CO₂ zu entfernen und zu sammeln sowie das Getränk ruhig in einen Fertiggetränkkessel zu leiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen Injektor und Fertiggetränkkessel das karbonisierte Getränk be­ ruhigt und dabei die restliche Luft aus dem Getränk zusammen mit überschüssigem CO₂-Gas entfernt wird. Zur Beruhigung des karbo­ nisierten Getränks wird dabei die Strömungsgeschwindigkeit stark verringert und die aus dem Getränk entbundene Luft als CO₂-Luftge­ misch abgeführt, wobei das Getränk an dieser Stelle unter dem Druck eines CO₂-Luftgemisches steht, welches sich mit dem gerade entbundenen CO₂-Luftgemisch vermischt und dieses Gas zur Entlüf­ tung des Frischwassers verwendet wird. Günstig ist, daß zur Be­ ruhigung des karbonisierten Getränkes die Strömungsgeschwindig­ keit mehrmals stark verringert und wieder erhöht wird und jeweils an den Stellen der geringsten Strömungsgeschwindigkeit aus dem Getränk entbundenes CO₂-Luftgemisch abgeführt wird, wobei das Getränk an diesen Stellen unter dem Druck eines CO₂-Luftgemisches steht, welches sich mit dem gerade entbundenen CO₂-Luftgemisch vermischt und dieses Gas zur Entlüftung des Frischwassers ver­ wendet wird. Weiterhin wird das CO₂ um einen etwa 1 bar höheren Druck als den Abfülldruck in den Fertiggetränkkessel eingeleitet, von dort über Injektor dem Wasser bzw. Wasser-Sirup-Gemisch zuge­ führt und gelöst und anschließend aus der Beruhigungsstrecke der Luftanteil des CO₂-Gases zusammen mit der aus dem Getränk ent­ bundenen Luft als CO₂-Luftgemisch zur Entlüftung des Frischwassers verwendet wird.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß zwischen der Injektoreinheit und dem Fertiggetränkkessel eine Beruhigungsstrecke angeordnet ist. Dabei besteht die Beruhigungs­ strecke aus einem Rohr, dessen Durchmesser etwa das Zweifache des Zuführungsrohres von der Injektoreinheit beträgt und auf diesem Rohr ein oder mehrere auf Rohrerweiterungen sich befindende Do­ me angeordnet sind, die oberhalb des Getränkespiegels zum Zwecke des Druckausgleiches mit dem Fertiggetränkkessel durch eine Aus­ gleichsleitung gasseitig verbunden sind und weiterhin eine Ent­ lüftungsleitung vorgesehen ist, die im Oberteil des bzw. der Dome beginnt und in der Unterdruckzone des Injektors für die Entlüftung endet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß ein gesondertes Beruhigungsgefäß nicht vorhanden zu sein braucht, da die Beruhigung des unter Druck stehenden Getränkes nach dem Kar­ bonisieren durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten er­ folgt. Erzielt werden diese Strömungsgeschwindigkeiten durch die besonders gestaltete Beruhigungsstrecke, die gleichzeitig als Leitung zwischen lnjektoreinheit und Fertiggetränkkessel dient und durch die das Getränk eine bestimmte Zeit strömt.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß die restliche Luft in den Zonen der Beruhigungsstrecke abgeführt wird und sich diese Restluft nicht mit dem CO₂ im Fertiggetränkkessel vermischen kann.

Weiterhin erfolgt ein ruhiges Einleiten des Getränkes in den Fertiggetränkkessel unterhalb des Flüssigkeitsstandes, indem durch Vergrößerung des Querschnittes die Strömungsgeschwindigkeit des Getränkes stark herabgesetzt wird. Durch die gute Karboni­ sierung und die Abführung der Restluft können auch die Einbauten im Fertiggetränkkessel entfallen.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher er­ läutert werden. ln der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Karbonisieren und Beruhigen des Getränkes sowie die Abführung des CO₂-Luftgemisches;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Beruhigungsstrecke.

Das Verfahren zum Karbonisieren von Flüssigkeiten, insbesondere zum Herstellen von nichtalkoholischen Getränken, z. B. Wasser- Sirup-Gemischen, besteht darin, daß das Gemisch nach einer Zu­ führung von CO₂ und vor einem Sammeln beruhigt wird. Die Be­ ruhigung erfolgt durch eine starke Verringerung der Strömungs­ geschwindigkeit, wobei Zeit gewonnen wird, in der sich restliche Luft aus dem Getränk entbinden und auch überschüssiges CO₂ aus der Flüssigkeit entfernt werden kann. Dabei steht die Flüssigkeit unter Druck eines CO₂-Luftgemisches, welches sich aus nachfol­ genden Karbonisierungsstufen und dem gerade entbundenen CO₂-Luft­ gemisch zusammensetzt und als Abblasegas zur Entlüftung des Frischwassers verwendet wird. Der Druck dieses CO₂-Luftgemisches ist etwa 1 bar höher als der Abfülldruck im Fertiggetränkkessel. Um den Effekt der Beruhigung zu verstärken, wird die Strömungs­ geschwindigkeit mehrmals stark verringert und wieder erhöht. Zur Beruhigung des Getränkes können verschiedene Vorrichtungen eingesetzt werden, wie z. B. Zwischenkessel, ein im Durchmesser stark vergrößertes Rohr oder eine Beruhigungsstrecke oder derglei­ chen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Karbonisieren von Flüssig­ keiten, insbesondere zum Herstellen von nichtalkoholischen Ge­ tränken, wie Wasser-Sirup-Gemischen durch Zusetzen von CO₂, be­ steht aus einer Pumpe 1 mit Motor 2, einer anschließenden lnjek­ toreinheit 3 mit drei Injektoren sowie einem Fertiggetränkkessel 4. Die Pumpe 1 steht durch eine Zuleitung 5 mit einem nicht darge­ stellten Mischkessel und der wiederum mit einer Entlüftungsein­ richtung mit Injektor in Verbindung. Am Fertiggetränkkessel 4 ist eine Leitung 5 für CO₂ und eine Fertiggetränkabführung 7 angebracht. Die Leitung 6 für CO₂ ist bis zur Injektoreinheit 3 geführt. Zwischen der Injektoreinheit 3 und dem Fertiggetränk­ kessel 4 ist eine Beruhigungsstrecke angeordnet. Diese besteht aus einem Rohr 8, dessen Durchmesser etwa das Zweifache des Zu­ führungsrohres 9 von der Injektoreinheit 3 beträgt. Durch diese Durchmessererweiterung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Ge­ tränkes herabgesetzt. Weiterhin befinden sich auf diesem Rohr 8 nach oben Rohrerweiterungen 10 und auf diesen wiederum Dome 11. lm Beispiel sind drei Rohrerweiterungen 10 und drei Dome 11 vor­ gesehen. Durch die Rohrerweiterungen 10 und die Dome 11 wird die Strömungsgeschwindigkeit weiter stark verringert. Zum Druckaus­ gleich sind alle Dome 11 oberhalb des Getränkespiegels untereinan­ der und ein Dom 11 zusätzlich mit dem Fertiggetränkkessel 4 durch eine Ausgleichsleitung 12 gasseitig verbunden. Im Oberteil der Dome 11 beginnt jeweils eine Entlüftungsleitung 13, die abzublasen­ des CO₂-Luftgemisch enthält und bis zur Unterdruckzone des In­ jektors für die Entlüftung des Frischwassers geführt ist und gleich­ zeitig dem Druckausgleich dient.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Zur Pumpe 1 wird entlüftetes, mit Sirup gemischtes und vorkarboni­ siertes Getränk durch die Zuleitung 5 zugeführt. Die Pumpe 1 för­ dert dieses Getränk zur Injektoreinheit 3. Die Injektoren können wahlweise zugeschaltet werden. Jeweils die Unterdruckzone der Injektoren stehen mit der Leitung 6 in Verbindung, die vom Fertig­ getränkkessel 4 kommend geführt ist und CO₂ enthält. Der Druck ist etwa 1 bar höher als der Druck, der zum Abfüllen des Geträn­ kes benötigt wird. Von der Injektoreinheit 3 gelangt nunmehr das karbonisierte Getränk in die Beruhigungsstrecke. Durch die Durch­ messererweiterung des Rohres 8 gegenüber dem Durchmesser des Zu­ führungsrohres 9 wird erstmalig die Strömungsgeschwindigkeit verringert. Eine weitere starke Verringerung der Strömungsge­ schwindigkeit erfolgt durch die Rohrerweiterungen 10 und die Dome 11. Infolge der starken Herabsetzung der Strömungsgeschwin­ digkeit ist die notwendige Zeit vorhanden, daß sich aus dem Ge­ tränk entsprechend der Partialdrücke noch vorhandene restliche Luft und überschüssiges CO₂ entbindet. Durch die mehrmalige An­ ordnung von Rohrerweiterungen 10 und Dome 11, und infolge der wechselnden Strömungsgeschwindigkeit wird der Effekt der Be­ ruhigung des Getränkes durch das Abführen der restlichen Luft und des überschüssigen CO₂ verstärkt. Damit der Flüssigkeits­ spiegel im Fertiggetränkkessel 4 und in den Domen 11 die gleiche Höhe besitzt und der gleiche Druck vorhanden ist, sind die Dome 11 untereinander und ein Dom 11 mit dem Fertiggetränkkessel 4 durch die Ausgleichsleitung 12 oberhalb des Flüssigkeitsspie­ gels verbunden. Diese Ausgleichsleitung 12 dient lediglich dem Druckausgleich und nicht zur Förderung von Gas oder Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsstand in den Domen 11 wird durch Füllstandsson­ den 14 überwacht. Steigt die Flüssigkeit bis zur oberen Füllstands­ sonde 14, öffnet das Druckausgleichsventil 15, was bewirkt, daß der gleiche Flüssigkeitsstand wie im Fertiggetränkkessel 4 wieder hergestellt wird. Danach schließt sich das Druckausgleichsventil 15 über die untere Füllstandssonde 14 wieder. Das sich aus dem Getränk entbundene aus Restluft und CO₂ bestehende CO₂-Luftge­ misch sammelt sich jeweils in den Domen 11 und wird durch die Entlüftungsleitung 13 abgeführt und zur Vorkarbonisierung und Entlüftung des Frischwassers verwendet. Das Getränk wird vom Fer­ tiggetränkkessel 4 durch die Fertiggetränkabführung 7 einer Füll­ maschine zugeführt. Durch die vorhandenen Druckverhältnisse ist eine Druckerhöhungspumpe nicht notwendig.

Claims (6)

1. Verfahren zum Karbonisieren von Flüssigkeiten, insbesondere­ zum Herstellen von nichtalkoholischen Getränken, z. B. Wasser-Sirup-Gemischen durch Zusetzen von CO₂, indem in die Unterdruckzone eines Injektors, durch den das Getränk unter Druck hindurchgeleitet wird, kontinuierlich und dosiert CO₂ zugeführt wird und eine weitere Einwirkung von CO₂ in einem Fertiggetränkkessel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Injektor und Fertiggetränkkessel das karbonisierte Getränk beruhigt und dabei die restliche Luft aus dem Getränk zusammen mit überschüssigem CO₂-Gas entbunden und nach An­ reicherung und Mischung mit der bereits im System nach der Karbonisierung verbliebenen Luft, die aus dem Fremdgasanteil des verwendeten CO₂-Gases stammt, das CO₂-Luftgemisch als Ab­ blasegas aus dem System entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Be­ ruhigung des karbonisierten Getränks die Strömungsgeschwin­ digkeit stark verringert und die aus dem Getränk entbundene Luft als CO₂-Luftgemisch abgeführt wird, wobei das Getränk an dieser Stelle unter dem Druck eines CO₂-Luftgemisches steht, welches sich mit dem gerade entbundenen CO₂-Luftgemisch ver­ mischt und dieses Gas zur Entlüftung des Frischwassers ver­ wendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beruhigung des karbonisierten Getränkes die Strömungs­ geschwindigkeit mehrmals stark verringert und wieder erhöht wird und jeweils an den Stellen der geringsten Strömungsge­ schwindigkeit aus dem Getränk entbundenes CO₂-Luftgemisch abgeführt wird, wobei das Getränk an diesen Stellen unter dem Oruck eines CO₂-Luftgemisches steht, welches sich mit dem gerade entbundenen CO₂-Luftgemisch vermischt und dieses Gas zur Entlüftung des Frischwassers verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das CO₂ um einen etwa 1 bar höheren Druck als den Abfülldruck in den Fertiggetränkkessel eingeleitet wird, von dort über Injektor dem Wasser bzw. Wasser-Sirup-Gemisch zugeführt und gelöst und anschließend aus der Beruhigungsstrecke der Luft­ anteil des CO₂-Gases zusammen mit der aus dem Getränk ent­ bundenen Luft als CO₂-Luftgemisch zur Entlüftung des Frisch­ wassers verwendet wird.

5. Vorrichtung zum Karbonisieren von Flüssigkeiten, insbeson­ dere zum Herstellen von nichtalkoholischen Getränken wie Wasser-Sirup-Gemischen durch Zusetzen von CO₂, bestehend aus einer Pumpe mit anschließender Injektoreinheit, einem Fertig­ getränkkessel und Rohrleitungen für das Getränk und für CO₂ und CO₂-Luftgemisch zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Injektoreinheit (3) und dem Fertiggetränkkessel (4) eine Beruhigungsstrecke angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beruhigungsstrecke aus einem Rohr (8) besteht, dessen Durch­ messer etwa das Zweifache des Zuführungsrohres (9) von der Injektoreinheit (3) beträgt und auf diesem Rohr (8) eine oder mehrere auf Rohrerweiterungen (10) sich befindende Dome (11) angeordnet sind, die oberhalb des Getränkespiegels zum Zwecke des Druckausgleiches mit dem Fertiggetränkkessel (4) durch eine Ausgleichsleitung (12) gasseitig verbunden sind und wei­ terhin eine Entlüftungsleitung (13) vorgesehen ist, die im Oberteil des bzw. der Dome (11) beginnt und in der Unterdruck­ zone des Injektors für die Entlüftung endet.