DE3882879T2

DE3882879T2 - Tragbare, automatische Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit Kohlensäure ohne elektrische Bauteile.

Info

Publication number: DE3882879T2
Application number: DE88117098T
Authority: DE
Inventors: George Plester
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: CN1019172B; JPH01139128A; EP0312080B1; DE3882879D1; JPH0446610B2; ATE92363T1; AU606220B2; EP0312080A1; AU2391888A; CN1033751A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Karbonisator, der keine elektrischen Bauteile benötigt und einen CO&sub2; - Gasgeneratormodul enthält, der das Gas durch eine chemische Reaktion erzeugt.
Der Wasserkarbonisator, in Verbindung mit der herkömmlichen CO&sub2;-Gasflasche, ist ein System, das ein wesentlicher Teil solcher Getränkeausgabevorrichtungen ist, die Sirup und Wasser verwenden, um ein fertiges karbonisiertes Getränk zu bereiten. Herkömmliche Karbonisatorsysteme erfordern komplexe Steuerungen, erstens um den richtigen Grad der Kohlensäureanreicherung sicherzustellen und zweitens um einen konstanten Wasserdruck bei der Ausgabe zu schaffen. Letzteres ist wesentlich für eine gute Steuerung des Wasser/Sirup-Ausgabeverhältnisses und einen konstanten Karbonisierungsgrad bei der Ausgabe von Wasser. Außerdem besteht die herkömmliche CO&sub2;-Versorgung in schweren, Hochdruck-CO&sub2;-Gasflaschen, die notwendigerweise wiederfüllbare Mehrwegverpackungen sind, die umständlich in der Benutzung sind, und die Drucksteuer- und Sicherheitseinrichtungen fordern.
Bei der häuslichen Getränkeausgabe ist eine drucklose oder Niederdruck-CO&sub2;-Packung wichtig, da sie die Verteilung durch normale Einzelhandelskanäle vereinfacht und für den nichtprofessionellen Benutzer eine große Erleichterung darstellt. Zusätzlich ist eine geeignete Karbonisatorkonstruktion für die häusliche Getränkeausgabe eine solche, die tragbar ist, die am Spültisch des Benutzers gefüllt werden kann und die nach dem Füllen in die Ausgabevorrichtung wieder eingesetzt werden kann. Haushalts-Getränkeausgabevorrichtungen sind grundsätzlich einfache Vorrichtungen mit wenig Steuereinrichtungen und zukünftig können einige in Kühlschränke eingepaßt werden, was die Notwendigkeit einer separaten Kühlung beseitigt. Dies wiederum macht einfache mechanische Steuerungen des Karbonisierungsverfahrens notwendig. Sowohl die tatsächliche Karbonisierung als auch die Erzeugung von Gas für die Getränkeausgabe sollen jedoch automatisch ablaufen bei einem Minimum an Handgriffen durch den Benutzer. Die Vorteile der Einfachheit und der Kosteneffektivität werden sonst durch das Fehlen der wesentlichen Einfachheit kompensiert.
US-A-4,040,342 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung von CO&sub2;-Gas und die Karbonisierung von Wasser, wobei die CO&sub2; freigebende Substanz erst nach dem Schließen der Gaserzeugungskammer in das Wasser eingetaucht wird. Die gesamte Masse der CO&sub2; freigebenden Substanz wird in Wasser eingetaucht, so daß der CO&sub2;-Druck zu Beginn sehr hoch ist und mit der Abgabe von karbonisiertem Wasser allmählich abnimmt. Der Karbonisierungsgrad des Wassers nimmt in gleicher Weise ab.
DE-C-45 734 zeigt eine Vorrichtung für die Erzeugung von CO&sub2;-Gas mit konstantem Druck in der gleichen Weise wie ein Kippscher Apparat.
Die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird, löst die Aufgabe der Schaffung eines nichtelektrischen Karbonisators, der karbonisiertes Wasser mit einem im wesentlichen konstanten Druck und mit einem im wesentlichen konstanten Karbonisierungsgrad liefert.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Karbonisator verwendet eine Substanz wie Natriumbicarbonat, die in Berührung mit einer Säure wie Zitronen- oder Phosphorsäure Kohlenstoffdioxid abgibt. Die beiden Bestandteile können als Pulver gemischt werden, so daß Kohlenstoffdioxid erzeugt wird, wenn Wasser hinzugefügt wird. Alternativ kann eine oder können beide Bestandteile in Wasser gelöst sein und findet später eine Gaserzeugung statt, wenn die beiden Lösungen vermischt werden. Einzelheiten eines geeigneten CO&sub2;-Gasgenerators sind auch vollständig in EP-A-312,078 beschrieben.
Chemische Erzeugung von CO&sub2;-Gas ist allgemein bekannt. Bekannt sind auch Geräte, die diese Form von Gaserzeugung zum Karbonisieren von Wasser bis zu einem vorgegebenen Grad verwenden. Diese sind meist unhandlich, da sie häufig vom Benutzer ein nicht akzeptables Ausmaß an Bedienungshandgriffen erfordern. Sie sind auch nicht anstelle der herkömmlichen Karbonisator/CO&sub2;-Gasflaschen-Systeme verwendbar, die bei Getränkeausgabevorrichtungen anzufinden sind, da sie keine Möglichkeiten zum Aufrechterhalten eines konstanten Drucks innerhalb des Karbonisators aufweisen, wenn einmal Wasser entnommen wird, um es der Ausgabevorrichtung zuzuführen.
Der erfindungsgemäße Karbonisator ist tragbar und mit einem eingebauten CO&sub2;-Erzeugungssystem vollständig, das mit Einwegpatronen zur Gaserzeugung arbeitet. Er erfordert keine elektrischen Verbindungen und arbeitet unabhängig und automatisch. Er erfordert ein Minimum an Handgriffen durch den Benutzer und verlangt von dem Benutzer lediglich, den Karbonisator zu füllen, die Patrone einzusetzen und die Patronenabdeckung und die Karbonisatorabdeckung wieder an zubringen. Wenn dann der Karbonisator einmal verschlossen ist, beginnt er dennoch Wasser mit dem richtigen Grad zu karbonisieren und immer, wenn Wasser entnommen wird, reagiert er mit der Erzeugung von mehr CO&sub2;, um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen vollständig verständlich, wobei:
Fig. 1 eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karbonisators ist;
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht des Karbonisators von Fig. 1 im zusammengebauten Zustand ist;
Fig. 1B eine Schnittansicht nach der Linie X-Y von Fig. 1 ist;
Fig. 1C eine Schnittansicht nach der Linie P-Q von Fig. 1 ist;
Fig. 1D eine Teil-Schnittansicht des Bereichs des Karbonisators von Fig. 1 ist, der die Ventile V&sub3;, V&sub4; enthält;
Fig. 1E eine Schnittansicht nach der Linie A-A von Fig. 1D ist;
Fig. 2A und 2B den Aufbau einer Gaserzeugungskapsel zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Karbonisator darstellen;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Karbonisators ist, wobei die Bauteile horizontal angeordnet sind, und
Fig. 4A und 4B darstellen, wie der Karbonisator von Fig. 3 in der Tür eines Haushaltskühlschrankes montiert werden könnte.
Das Grundprinzip wird anhand eines Beispiels in den Fig. 1 und 1A bis 1E dargestellt.
Der Karbonisator besteht aus einer Abdeckung 20, einem Hauptkörper 22, einem Zwischenabschnitt 24 (der das druckregulierende "Gedächtnis" und die internen Kanäle beherbergt) und einer Basis 26, in die die CO&sub2;-Erzeugungspatrone eingesetzt wird. Diese drei Abschnitte sind in dem Flußdiagramm in Fig. 1 zur Vereinfachung der Beschreibung in einer Explosionsdarstellung im Abstand voneinander dargestellt. Die CO&sub2;-Erzeugungspatrone 28 umfaßt in dem speziellen dargestellten Beispiel zwei getrennte Teile. Jeder dieser beiden Teile besteht aus Pellets einer Mischung von Natriumbicarbonat und Zitronensäure (oder einer anderen geeigneten festen Säure) in einer perforierten Außenverpackung. Ein Luftspalt besteht zwischen den beiden Teilen und einer ist über dem anderen angeordnet. In dem unteren Teil hat das Reagenz Rc die richtigen Proportionen zur Sicherstellung des notwendigen Grads der Wasserkarbonisierung. In dem oberen Teil ist das Reagenz Rp so proportioniert, daß es passende Gasmengen zum Austreiben und zum Verbringen des gesamten Inhalts des Karbonisators zum Ausgabepunkt erzeugt, wobei der gewünschte Druck aufrechterhalten wird.
Der Hauptkörper besteht aus einer großen Kammer W, die das karbonisierte Wasser enthält, und zwei kleinen Kammern A und B, die Reagenz-Wasser enthalten. Alle drei Kammern werden gleichzeitig gefüllt, wenn der richtige Wasserspiegel in dem Karbonisator erreicht ist. Die Abdeckung 20 wird einfach aufgeschraubt und liegt dicht an der Oberseite des Hauptbehälters auf und verschließt die Kammern A und B, wobei sie sie voneinander und von W trennt, wenn die Abdeckung befestigt ist.
Die Abdeckung drückt außerdem Federstangen 30 (Fig. 1B) nieder, die innerhalb der Wände des Hauptkörpers nach unten verlaufen und Ventile V&sub1; und V&sub2; öffnen, sobald der Deckel vollständig geschlossen ist. Das Dreiwege-Ventil V&sub3; ist normalerweise offen zu der Entlüftungsöffnung 3, (die zur Oberseite der Kammer 24 führt), wobei diese Stellung durch Federdruck sichergestellt wird. Wenn die Abdeckung wieder angebracht, paßt eine dritte vertikale Stange 30, die ebenfalls innerhalb der Wände des Hauptkörpers nach unten verläuft, in ein Schaltrad (Fig. 1D) und hindert die Feder daran, das Ventil V&sub3; zurückzustellen, wenn das Ventil einmal in eine andere Position eingestellt ist. Der Benutzer kann auf diese Weise die Position des Ventils V&sub3; während des Betriebs ändern und dieses springt nur dann in die Normalposition zurück, wenn die Abdeckung entfernt wird.
Der Basisabschnitt 26 kann von dem Mittelabschnitt 22 abgeschraubt werden, so daß die Patrone 28 eingesetzt werden kann, die die Reagenzien Rc und Rp enthält. Der Benutzer setzt die Patrone 28 vor dem Schließen der Abdeckung 20 der Hauptkammer W ein.
Das beschriebene System kann aus geformten Kunststoffteilen mit eingebauten Kanälen für die verschiedenen Strömungswege und die drei Ventilbetätigungsstangen aufgebaut sein. Die drei Ventile V&sub2;, V&sub3;, V&sub4; bestehen aus einfachen Stopfen-Hähnen und werden in vorbereitete Bohrungen in der Seite des mittleren Gußstücks eingesetzt, das auch die Kammer C enthält.
Das System arbeitet folgendermaßen: Sobald die Abdeckung wieder angebracht ist, öffnet das Ventil V&sub1; und das Wasser in der Kammer A strömt in die Kammer D, wo es den unteren Teil Rc der Reagenzpatrone 28 flutet. Gleichzeitig strömt das Wasser in der Kammer B in die Kammer C. Das Reagenz Rc gibt allmählich CO&sub2; durch den Diffusor 32 ab, um den notwendigen Karbonisierungsgrad in der Kammer W zu bewirken. Der Kopfdruck in der Kammer C ist am Ende des Karbonisierungszyklusses gleich dem in der Kammer D und das gesamte System erreicht nun Druckgleichgewicht.
Der Karbonisator kann entweder während des Karbonisierens oder am Ende des Karbonisierungszyklusses in die Ausgabevorrichtung eingesetzt werden. Eine einfache, selbstabdichtende Einsteck-Verbindungseinrichtung an der Basis paßt auf die Ausgabevorrichtung. Wenn das Ausgeben beginnen kann, so dreht der Benutzer einfach das Ventil V&sub3; in die Ausgabeposition. Von diesem Moment an, immer wenn Wasser aus dem Karbonisator entnommen wird und der Druck im Karbonisator abfällt, fällt der Druck auch in der Kammer D und Wasser tritt aus der Kammer C in die Kammer D ein, da diese Kammer sich nun auf einem höheren Druck befindet. Das Wasser flutet die Patrone Rp und erzeugt CO&sub2;, bis der Druck in den Kammern W und D im Gleichgewicht mit dem Referenzdruck in Kammer C erreicht hat. Wenn Druckgleichgewicht erreicht ist, so wird das Wasser in die Kammer C zurückgedrückt und die Reaktion kommt zum Stillstand. Der Vorgang wiederholt sich immer, wenn der Druck in W unter den Referenzdruck in C fällt. Dieser Referenzdruck fungiert als ein Druck-"Gedächtnis" und das Druck- "Gedächtnis" wird durch das System selbst eingestellt, nachdem die Karbonisierung abgeschlossen ist.
Das obige Gerät kann leicht in einen Kühlschrank eingepaßt werden, da es keine elektrische Verbindung benötigt und eine unabhängige, kompakte Einheit ist. In einigen Fällen kann jedoch ein horizontaler Behälter leichter in der Türe eines Kühlschrankes Platz finden. Die Fig. 2A, 2B und 3 zeigen solch ein System, das von den bereits beschriebenen Prinzipien Gebrauch macht.
Zunächst wird in den Fig. 2A und 2B eine geeignete Gaserzeugungspatrone 40 gezeigt. Die Patrone 40 besteht aus einer geformten Kunststoffschale 42. Der obere Abschnitt ist mit Bicarbonat-Pellets 44 gefüllt. Der Mittelabschnitt ist mit Pellets gefüllt, die eine Mischung aus Bicarbonat und pulverförmiger Säure 46 enthalten und der untere Abschnitt enthält eine flüssige Säure 48. Der obere und der mittlere Abschnitt sind durch ein Rohr 50 verbunden, das am Boden mit einer Folie 52 und oben mit Filterpapier 54 verschlossen ist. Die Oberseite und die Unterseite der Patrone 40 sind durch eine Siegelungsfolie 56 verschlossen.
Fig. 3 zeigt im Schnitt den Karbonisatorbehälter. Die Abdeckung 1 ist entfernt und der Behälter wird bis zu einer vorgegebenen Marke mit Wasser gefüllt. Der Reagenzwasser- Behälter 14 wird gleichzeitig gefüllt, sobald das Wasser die notwendige Höhe erreicht. Durch Wiederanbringen der Abdeckung 1 wird die Oberseite des Reagenzwasserbehälters verschlossen. Gleichzeitig wird das Ventil 4 durch den Druck geöffnet, den die Abdeckung 1 auf eine Federventilbetätigungseinrichtung ausübt. Das Wasser im Reagenzbehälter kann jedoch bisher noch nicht ausströmen, da es durch ein zweites Ventil 5 zurückgehalten wird. Die Abdeckung 2 wird entfernt und die Gaserzeugungspatrone 40 wird eingesetzt. Die Patrone 40 erreicht nicht ihre unterste Position, da sie durch einen O-Ring 6 zurückgehalten wird. Wenn die Abdeckung 2 wieder angebracht wird, wird die Patrone an der oberen Folie 56 durchstochen und in ihre unterste Position gedrückt. In ihrer untersten Position dichtet die Patrone 40 ihre Basis 9 gegen einen O-Ring 7 und ihren oberen Abschnitt 10 gegen eine Dichtung 8 ab. Ein Feder-Faltenbalg 13 tritt in die Basis 3 der Patrone ein und verdrängt die Säure in den oberen Abschnitt. Die Spitze 11 in der Mitte des Faltenbalgs öffnet den Kanal zum oberen Abschnitt durch die Folie 52.
Wenn die Abdeckung 2 vollständig verschlossen ist, öffnet das Ventil 5 automatisch und Wasser aus der Reagenzwasserkammer fließt in den Karbonisierungsreagenzienabschnitt 12 der Patrone. CO&sub2;-Gas wird freigegeben und strömt zu Verteilungsröhren 60, die das Wasser bis zu dem durch die Menge der Chemikalien vorgegebenen Grad karbonisieren.
Der Feder-Faltenbalg 13 hat Säure in Berührung mit Bicarbonat gedrückt und dies erzeugt ebenfalls CO&sub2;, wodurch der Kopfraum des Behälters unter Druck gesetzt wird. Sobald der Kopfraumdruck ein Gleichgewicht mit dem Federdruck in dem Faltenbalg erreicht hat, zieht sich die Feder zusammen, kehrt die Säure in die untere Kammer zurück und kommt die Reaktion zum Stillstand. Danach wiederholt sich der Vorgang immer wenn Wasser aus dem Karbonisator entnommen wird und der Kopfraumdruck abfällt.
Die Fig. 4A und 4B zeigen einen typischen Einbau eines horizontalen Karbonisatorbehälters in einen Kühlschrank. Der Behälter kann nun mit einer Ausgabestelle innerhalb oder außerhalb des Kühlschranks verbunden werden.
Die obigen Prinzipien können auch bei einem vertikalen Karbonisator angewendet werden. Sie zeigen auf, wie eine flüssige Säure anstelle einer festen Säure verwendet werden kann und wie eine externe, feste Druckreferenz anstelle einer selbsterzeugten internen Referenz, wie in Fig. 1 beschrieben, verwendet werden kann. Die externe Druckreferenz kann durch Federdruck (wie oben) oder durch ein Luftkissen oder durch einen Kolben oder durch eine andere ähnliche druckerzeugende Einrichtung bewirkt werden.

Claims

1. Karbonisator mit

einer Wasservorratskammer (W) mit einer ersten benachbarten Reagenzwasser-Kammer (A), wobei die Wasserkammern gleichzeitig mit Wasser gefüllt werden können;

einer Abdeckung (20) zum gleichzeitigen Verschließen der Wasserkammern (W, A);

einer Gaserzeugungskammer (D), die Reagenzien (Rc, Rp) zur Erzeugung von CO&sub2;-Gas bei chemischer Reaktion der Reagenzien enthält;

einer Einrichtung zum selektiven In-Kontakt-Bringen des Wassers in der ersten Reagenzwasser-Kammer (A) mit der Gaserzeugungskammer (D);

einer Leitung zur Einführung einer ersten Stufe von CO&sub2;-Gas von der Gaserzeugungskammer (D) in die Wasservorratskammer (W), wodurch stilles Wasser innerhalb der Wasservorratskammer (W) karbonisiert wird;

Ventileinrichtungen, die im offenen Zustand die Strömung von karbonisiertem Wasser aus dem Karbonisator zulassen, und im geschlossenen Zustand die Strömung daraus verhindern;

gekennzeichnet

durch eine zweite Reagenzwasser-Kammer (B), die gleichzeitig mit der Wasservorratskammer (W) und der ersten Reagenzwasser-Kammer (A) gefüllt werden kann und gleichzeitig mit diesen Kammern (W, A) durch die Abdeckung (20) verschlossen werden kann;

dadurch, daß die Einrichtung zum selektiven In-Kontakt- Bringen ein erstes Ventil (V&sub1;) zur Herstellung einer selektiven Fluid-Verbindung der ersten Reagenzwasser-Kammer (A) mit der Gaserzeugungskammer (D) ist, wobei eine Betätigung des ersten Ventils (V&sub1;) Reagenzwasser aus der Reagenzwasser-Kammer (A) in die Gaserzeugungskammer (D) einleitet, wodurch CO&sub2;-Gas in einer ersten Stufe erzeugt wird;

durch ein Druckreguliersystem (24) zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Luftraumdruckes in der Wasservorratskammer (W), wobei das Druckreguliersystem (24) eine Wasserkammer (C) in Fluidverbindung mit dem Luftraum in der Wasservorratskammer (W) aufweist;

durch ein zweites Ventil (V&sub2;) zur Schaffung einer selektiven Fluidverbindung der zweiten Reagenzwasser-Kammer (D) mit der Wasserkammer (C) des Druckreguliersystems (24), wobei eine Betätigung des zweiten Ventils (V&sub2;) Reagenzwasser aus der zweiten Reagenzwasser-Kammer (D) in die Wasserkammer (C) einleitet;

durch ein drittes Ventil (V&sub3;) zur Schaffung einer selektiven Fluidverbindung der Wasserkammer (C) mit der Gaserzeugungskammer (D), wodurch anschließend an die Karbonisierung des Wassers in der Wasservorratskammer (W) das dritte Ventil (V&sub3;) zur Einleitung von Wasser aus der Wasserkammer (C) in die Gaserzeugungskaminer (D) betätigbar ist, wodurch CO&sub2;-Gas in einer zweiten Stufe erzeugt wird; und

durch ein viertes Ventil (V&sub4;) zur selektiven Zuführung wenigstens eines Teils der zweiten Stufe des CO&sub2;-Gases in den Luftraum der Wasservorratskammer (W) nur bei Entleerung wenigstens eines entsprechenden Teils von karbonisiertem Wasser aus der Wasservorratskammer (W), wodurch der Druck in dem Luftraum der Wasservorratskammer (W) in einem ausgeglichenen Gleichgewicht mit dem Druck in der Gaserzeugungskammer (D) steht.

2. Karbonisator nach Anspruch 1, wobei die Gaserzeugungskammer (26) eine Patrone (28) mit einem ersten Reagenz (Rc) zur Erzeugung der ersten Stufe von CO&sub2;-Gas und ein zweites Reagenz (Rp) zur Erzeugung der zweiten Stufe des CO&sub2;-Gases enthält, wobei das erste und das zweite Reagenz durch einen Luftspalt getrennt sind.

3. Karbonisator nach Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Reagenz Bikarbonat und pulverförmige Säure enthalten.

4. Karbonisator nach Anspruch 1, wobei die selektive Betätigung des ersten und des zweiten Ventils (V&sub1;, V&sub2;) das Festmachen der Abdeckung (20) an der Wasservorrats- und der ersten und der zweiten Reagenzwasser-Kammer (W, A, B) umfaßt, wobei das erste und das zweite Ventil (V&sub1;, V&sub2;) jeweils ein Federelement (30) aufweisen, das beim Anbringen der Abdeckung (20) zusammengedrückt und beim Entfernen der Abdeckung (20) entspannt wird.

5. Karbonisator nach Anspruch 1, wobei die Leitung zur Zuführung der ersten Stufe von CO&sub2;-Gas in den Wasservorrat ferner wenigstens einen CO&sub2;-Diffusor (32) aufweist, der am inneren Boden der Wasservorratskammer (W) angeordnet ist, und wobei die Leitung in Fluidverbindung mit der Gaserzeugungskammer (D) steht.