DE3887536T2

DE3887536T2 - Gasmischvorrichtung.

Info

Publication number: DE3887536T2
Application number: DE3887536T
Authority: DE
Inventors: Thomas Clements; Merton Fallon
Original assignee: McDantim Inc
Current assignee: McDantim Inc
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2008-09-15
Also published as: EP0418245A4; EP0418245A1; CA1329177C; KR970002209B1; JP2647218B2; WO1989012010A1; US4874116A; JPH03503996A; EP0418245B1; KR900700362A; DE3887536D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung um regelbar Gase zu vermischen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Mischen von Gasen wie Stickstoff und Kohlendioxid zur Verwendung in Verbindung mit Getränkeabgabesystemen der Art, bei der in einem Sammelbehälter enthaltenes Getränk regelbar hiervon durch Zugabe des Gasgemisches unter Druck an den Behälter ausgegeben wird.

Diskussion des Standes der Technik

Die Verwendung von Kohlendioxid bei der Abgabe von Getränken wie Bier, Ale oder Stout ist wohlbekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß für gewissen Anwendungen die Verwendung eines Gemisches aus Kohlendioxidgas und einem zweiten Gas wie Stickstoff gewisse Vorteile bietet. Beispielsweise erleichtert die Verwendung solch eines Gemisches eine übermäßige Carbonisierung des ausgegebenen Getränkes und bei der Verwendung in der Bierabgabe erreicht vorteilhaft eine stabile und cremige Blume auf dem Bier.
Während die Vorteile der Verwendung eines gasförmigen Gemisches aus Stickstoff und Kohlendioxid bei der Abgabe von Bier über einen gewissen Zeitraum bekannt ist, sind wesentliche Schwierigkeiten aufgetreten bei der Auslegung einer verläßlichen und preiswerten Vorrichtung zum Mischen des Stickstoffs und Kohlendioxids in richtigen Anteilen. Eine Vorrichtung, die vorgeschlagen wurde, um dieses Mischen zu erreichen, ist offenbart im US-Patent 4 364 493 im Namen von Raynes et al. Wie jedoch aus den folgenden Beschreibungen leicht deutlich werden wird, gehen Raynes et al an das Problem in unterschiedlicher Weise heran: offenbart ist eine Vorrichtung mit unterschiedlichen Komponenten, die in vollständig unterschiedlicher Weise zu denen nach der vorliegenden Erfindung arbeiten. Aufgrund der neuartigen Auslegung der Gasmischkomponente der Vorrichtung nach der Erfindung können verschiedene Typen von Gasen genau in irgendwelche gewünschte Anteile gemischt werden. Im Gegensatz zur Vorrichtung von Raynes et al ist die Gasmischkomponente der vorliegenden Erfindung in einzigartiger Weise einstellbar, so daß durch deren einfache Manipulation die Anteile der zu mischenden Gase schnell und genau innerhalb breiter Bereiche variiert werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt um genau erste und zweite Gase in einem einstellbaren Anteil zu vermischen. Das gasförmige Gemisch wird automatisch bei Bedarf an ein äußeres System, beispielsweise ein Getränkeabgabesystem geliefert, bei dem das Getränk von einem geschlossenen Behälter durch den Druck des gasförmigen Gemisches abgegeben wird.
Die Vorrichtung umfaßt Quellen erster und zweiter Gase unter Druck sowie drei Hauptbetriebskomponenten oder Subsysteme, nämlich einen Druckregelmechanismus, ein einzigartiges 1 : 1 Kraftausgleichspneumatikrelais sowie die Gasmisch- oder Strömungsaufteilungskomponente.
Der Druckregelmechanismus, der durch ein erstes Gas beispielsweise Kohlendioxid bei einem bestimmten Überdruck betätigt wird, arbeitet so, daß die Strömung des zweiten Gases wie Stickstoff gegen das pneumatische Relais geregelt wird. Dieser Mechanismus regelt auch die Strömung des zweiten Gases gegen die Mischkomponente der Vorrichtung. Typischerweise tritt das erste Gas in den Einlaß des Regelsystems bei einem Druck in der Größenordnung von 10 englischen Pfund pro englischer Quadratzoll größer als der geforderte Optimaldruck zur Abgabe von Getränk aus einem Behälter.
Das pneumatische Relais wird durch das zweite Gas betätigt, daß aus dem Auslaß des Regelmechanismus strömt. In einer noch zu beschreibenden Weise wirkt das zweite Gas dahingehend, daß es die Strömung des ersten Gases gegen die Gasmischkomponente regelt. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, daß die neuartige Auslegung des pneumatischen Relais garantiert, daß, während die ersten und zweiten Gase zur Gasmischkomponente geliefert werden, ihre Drücke immer im wesentlichen gleichgehalten werden. Dies läßt die Notwendigkeit in Fortfall kommen, die Strömungsregulierungscharakteristiken der Lieferdruckregulatoren anzupassen, die dahingehend arbeiten, daß sie die Lieferung der Gase aus den Gasquellen an das System regulieren.
Ein anderer hoch wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die neuartige Auslegung der Gasmisch- oder Strömungsaufteilungskomponente der Vorrichtung. Diese Komponente umfaßt einen hohlen röhrenförmigen Körper innerhalb dessen abgedichtet eine gesinterte rostfreie Stahlhülse gelagert ist, die den hohlen Körper in innere und äußere längliche Kammern unterteilt. Die gesinterte Hülse ist ausreichend fein, um zu einer fast perfekten linearen Gasströmung zwischen den Kammern zu führen.
Dieses neuartige Merkmal macht es der Vorrichtung möglich bei hohen Genauigkeitsniveaus, insbesondere bei relativ niedrigen Gasströmungsraten zu arbeiten. Im Betrieb tritt das zweite Gas in das erste Ende der inneren Kammer bei einem gegebenen Druck ein, während das erste aus dem Pneumatikrelais strömende Gas in die zweite Kammer oder das gegenüberliegende Ende der inneren Kammer bei dem gleichen identischen Druck eintritt. Zwischen den Enden der inneren Kammer zur reziproken Bewegung hierin ist ein kolbenartiges Element gelagert, das einen Umfangs-O-Ring hat, der abdichtend die Innenwand der gesinterten Hülse erfaßt. Mit dieser Anordnung wird, da die Lieferdrücke der ersten und zweiten in die entgegengesetzten Enden der inneren Kammer des Mischmechanismus strömenden Gase gleich sind, die Menge des ersten durch die gesinterte Hülse in die äußere Kammer der Einheit strömende Menge abhängen von der Stellung des Kolbens innerhalb der inneren Kammer. In ähnlicher Weise wird die Menge des zweiten in die äußere Kammer strömenden Gases, das sich mit dem ersten Gas vermischen soll, in ähnlicher Weise von der Stellung des Kolbens innerhalb der inneren Kammer abhängen. Durch Einstellung des Kolbens axial innerhalb der inneren Kammer kann die Wandfläche der gesinterten für die Durchströmung des ersten und zweiten Gases verfügbare Fläche regelbar verändert werden, um das gewünschte Gemisch der Gase in der äußeren Kammer zu liefern. Das gasförmige Gemisch ist dann aus der zweiten Kammer bei Bedarf des äußeren Systems verfügbar.
Es ist zu bemerken, daß, da die Lieferdrücke der ersten und zweiten Gase zur inneren Kammer gleich sind, der innere Druck während Gasströmung durch das äußere System angefordert wird, die identischen Druckabfälle, die durch die Wandung der gesinterten Hülse induziert wurden, garantieren, daß die Gasströmung jedes Gasbestandteiles direkt proportional zur Wandfläche der für dieses Gas verfügbaren Hülse zu dessen Durchströmung sein wird. Wegen der neuartigen Konfiguration des Mischmechanismus und der laminaren durch die gesinterte Hülse zur Verfügung gestellten Strömung wird, da die Fläche für die Strömung des ersten Gases durch die Axialbewegung des Kolbens vergrößert wird, die Fläche für die Strömung des zweiten Gases entsprechend vermindert. Mit dieser Konstruktion ist es einfach, eine kalibrierte Skala mit dem reziprokierenden selektivbeweglichen Kolben in Zuordnung zu bringen, so daß die Volumenprozente der Gasbestandteile im gasförmigen Gemisch direkt für jede Position des Kolbens innerhalb der inneren Kammer abgelesen werden kann. Mehrere wichtige Sicherheitsmerkmale der Vorrichtung wie das automatische Abschalten und die Feedbackregelung sind in der in den Zeichnungen gezeigten Auslegung inhärent. Diese Merkmale werden genauer in den folgenden Absätzen diskutiert.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden kurzen Beschreibung der Erfindung ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Gasmischvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der erste und zweite Gase miteinander in genau einstellbaren Anteilen schnell vermischt werden können, wobei das so gebildete gasförmige Gemisch automatisch einem äußeren System nur bei Bedarf des äußeren Systems zur Verfügung gestellt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung eine Gasmischvorrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Gase genau gemischt werden können, ohne die Notwendigkeit, daß die Strömungsregulierungscharakteristiken der Lieferdruckregulierer angepaßt werden müssen, die die Strömung der beiden Gase von den Gasquellen gegen die Vorrichtung regulieren.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der in den vorgenannten Absätzen beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die ein neuartiges 1 : 1 kraftausgeglichenes pneumatisches Relais umfaßt, welches in Verbindung mit der Gasmischkomponente der Vorrichtung steht und daß durch das erste Gas bei einem vorbestimmten Druckoptimum zur Betätigung des äußeren Systems betrieben wird. Wegen des neuartigen Kraftausgleichsmerkmals des Pneumatikrelais mißt die Vorrichtung die Strömung des zweiten Gases zur Mischkomponente bei einem Druck, der immer im wesentlichen gleich dem Arbeitsdruck des ersten Gases ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Gasmischkomponente der Vorrichtung das Gas von einer der Gasquellen bei einem optimalen Liefersystemarbeitsdruck empfängt, das andere Gas vom Pneumatikrelais bei dem gleichen Druck empfängt und dann genau die beiden Gase in einem bestimmten Anteil durch die Stellung der mechanisch verstellbaren kolbenartigen Vorrichtung mischt, die abgedichtet innerhalb der Gasmischkomponente gelagert ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der im vorbeschriebenen Absatz beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Gasmischkomponente eine gesinterte Hülse einer Konstruktion umfaßt, die eine Laminarströmung der Gase durch die Hülse in eine Gasmischkammer sicherstellt.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung der in den vorstehenden Absätzen beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die eingebaute Sicherheitsmerkmale umfaßt, die so ausgebildet sind, daß sie automatisch die Vorrichtung abschalten, sollten die Quellen entweder der ersten oder zweiten Gase erschöpft sein.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eingebaute "Verriegelungssicherheiten" umfaßt, die zwangsweise ausschließen, daß die Strömung entweder des ersten oder des zweiten Gases oder eine unrichtige und ungeregelte Mischung der beiden Gase in das äußere System ausschließen. Man erkennt, daß selbst eine temporäre Strömung eines einzigen Gases oder einer unrichtigen Mischung der beiden Gase in das äußere System oder den Zapfhahn in ernsthafter Weise die Produktqualität für das gesamte dann im System befindliche Produkt schädigt. Weiterhin ist zu erwähnen, daß die normale Erschöpfung eines Druckgasbehälters dazu führt, daß dieser das Produkt schädigende Umstand eintritt. Weiterhin tritt der Verlust des Quellendruckes eines der beiden Gase normalerweise unter Bedingungen ein, wo das System nicht in vollständig statischem Ausgleich sich befindet und:
1) Beispielsweise fällt einer der Gasdrücke als Ergebnis der Erschöpfung einer der Lieferquellen oder nimmt zu als Ergebnis der "Drift" oder eines anderen Versagens der Quellenregulierung.
2) Das bewußte oder unerwartete Schließen (oder Öffnen) eines Quellenregel- oder Absperrventils nicht gleichzeitig mit dem anderen Quellenregel- oder Absperrventil; beispielsweise beim Schließzeitraum, beim Öffnungszeitraum, beim Abschalten des Systems vor dem Ersetzen der Flasche, beim erneuten Starten des Systems nach dem Ersetzen der Flasche und dergleichen.
Da diese zeitempfindlichen Druckquellen Ungleichheiten unvermeidbarerweise dafür sorgen, daß nicht richtig gemischte Gase in das System eintreten und katastrophale Produktergebnisse nach sich ziehen, ist es in sämtlichen Umständen notwendig, um die Produktqualität aufrecht zu erhalten, daß alle normalen Anschlüsse, Trennstellen, Flaschenersatzvorgänge, Systemdruckeinstellung, Anfahren oder Abstellen des Systems von hochtrainiertem Arbeitspersonal vorgenommen werden. Da die kontinuierliche Wartung und das Genauigkeitstraining dieses Personals funktionell unpraktisch ist, ist es kritisch, das automatische Verriegelungseinrichtungen mit dem System verwendet werden, um Druckquellenunausgeglichenheiten zu erfassen und automatisch das Abschalten zu induzieren. Es gibt natürlich eine Vielzahl von Wegen und Mechanismen, um diese Verriegelungen durch Zusatz äußerer Hardware zur Verfügung zu stellen, die alle schlecht arbeiten oder entfernt werden können und während der Periode der Unausgeglichenheit, sei sie lang sei sie kurz, liefert der "Mischer" nicht gemischte oder unrichtig gemischte Gase, wodurch permanent die Produktqualität verschlechtert wird. Für einen zuverlässigen und vorhersehbaren produktsicheren Betrieb, ist es unbedingt notwendig, daß die Verriegelungen automatisch sind; inhärent und nicht entfernbar vom Mischsystem oder der Hardware und hochverläßlich und sicher gegen Versagen. Solche Verriegelungen werden durch die Vorrichtung nach der Erfindung zur Verfügung gestellt.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch die Erfindung realisiert, von der eine Ausführungsform in den Zeichnungen gezeigt und in den folgenden Absätzen beschrieben wird, und zwar wie folgt:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine allgemein schematische Darstellung der Gasmischvorrichtung der Erfindung.

Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen ist dort eine Ausführungsform der Erfindung zum Liefern eines gasformigen Gemisches an ein äußeres System, bei Bedarf, dargestellt. In den Zeichnungen ist die Vorrichtung dargestellt, wie sie einen Teil eines Getränkeabgabesystems bildet, das zur Abgabe von Bier aus einem Faß ausgelegt ist. Die Vorrichtung umfaßt eine Quelle eines ersten Gases unter Druck 12, beispielsweise Kohlendioxid, eine Quelle eines zweiten Gases unter Druck 14 wie Stickstoff und drei größere Funktionssubsysteme. Diese Arbeiten sind Subsysteme, die in Praxis innerhalb eines geeigneten Gehäuses angeordnet sind, umfassen einen Druckregelmechanismus 16, ein 1 : 1 kraftausgeglichenes Pneumatikrelais 18 sowie ein gasmischendes oder strömungsteilendes Mittel 20. Das Mittel 20 wirkt dahingehend, daß es regelbar die ersten und zweiten Gase mischt und sich in Verbindung mit dem Faß oder dem geschlossenen Behälter 22 befindet, aus dem das Getränk durch den Druck des gasförmigen Gemisches abgegeben wird. Der Behälter 22 ist seinerseits mit einer Abgabventilanordnung oder einem bierabgebenden Zapfhahn in dem Fachmann an sich bekannter Weise verbunden. Durch diese Konstruktion strömt das gasförmige Gemisch bei Anforderung durch das äußere System aus dem Gasmischmittel 20 durch eine Leitung 24 und in das Faß 22, wodurch das Bier aus dem Abgabezapfhahn F1 herausgedrückt wird.
Unter Bezugnahme auf den unteren Teil der Fig. 1 umfaßt das Gasmischmittel oder der Mechanismus 20 ein Gehäuse 26 mit einer ersten oder inneren Kammer 28 und einer zweiten oder äußeren Kammer 30. Diese Kammern sind durch ein poröses Element unterteilt, das hier in Form einer gesinterten rostfreien Stahlhülse 32 vorgesehen ist. Die Hülse 32 ist von röhrenförmiger Gestalt und ihre Enden stehen in Dichtungseingriff mit den Innenwandungen des Gehäuses 26 unter Verwendung elastischer O-Ringe oder anderer geeigneter Dichtungsmittel. Die Hülse 32 ist aus einem Material mit einer Vielzahl sehr feiner Poren aufgebaut, die einen im wesentlichen perfekten laminaren Strom von Gasen hierdurch sicherstellen. Mit dieser Konstruktion nimmt die äußere Kammer 30 die Form einer länglichen ringförmig ausgebildeten geschlossenen Kammer an, die mit der inneren Kammer 28 nur durch die kleinen Poren kommunizieren kann, die in der gesinterten Hülse 32 vorgesehen sind.
Innerhalb der Innenkammer 28 angeordnet ist ein reziprokes Mittel oder eine Kolbenanordnung 34, die axial beweglich innerhalb der Kammer 28 aus einer ersten in eine zweite Position ist und hierbei dahingehend wirkt, daß die innere Kammer in erste und zweite Abschnitte 28a oder 28b proportional variierenden Volumens unterteilt wird. In der vorliegenden Form der Erfindung umfaßt die Kolbenanordnung 34 eine längliche Welle 36, die an einem Ende ein kolbenartiges Element 38 trägt, das an seinem Umfang einen nachgiebig resistenten elastischen O-Ring 40 hat, der die Innenwandungen der Hülse 32 erfaßt und längs der Innenwandungen der Hülse 32 gleitet. Die Welle 36 ist axial in genauen Inkrementen beweglich, um den Kolben 36 zu veranlassen, axial innerhalb der Kammer 28 in sehr kleinen genau regelbaren Inkrementen zu bewegen.
Ein wichtiger Aspekt der Vorrichtung nach der Erfindung ist das 1 : 1 abgeglichene Pneumatikrelais 18. Der Einlaß des Pneumatikrelais 18 steht in Verbindung mit der ersten Gasquelle 12 über die Leitung 44. Das Relaismittel 18 steht auch in Verbindung mit der zweiten Gasquelle 14 über eine Leitung 46, die ihrerseits in Verbindung mit dem Kontrollmittel 16 über eine Leitung 48 steht. In noch zu beschreibender Weise wirkt das zweite Gas 14 in einzigartigerweise als Arbeitsgas, das das Relais betätigt, um die Strömung des ersten Gases 12 zu dem Gasmischmittel zu ermöglichen.
Die Basisfunktion des Pneumatikrelaismittels besteht darin, das erste Gas 12 an das Gasmischmittel 20 bei Bedarf zu liefern, der daraus resultiert, daß das Getränk aus dem Behälter 22 abgegeben wird. Insbesondere ist es die Funktion des 1 : 1 Relais, das erste Gas 12, den Teil 28b der Kammer 28 des Gasmischmechanismus über eine Leitung 50 bei einem Druck zu liefern, der genau gleich dem Lieferdruck des zweiten Gases 14 ist, welches durch die Leitung 51 zur Kammer 28a des Gasmischmittels über das Regelmittel strömt.
Das Pneumatikrelaismittel 18 nach der Erfindung umfaßt ein hohles Gehäuse 52 mit ersten und zweiten Teilen 52a und 52b und einer ersten Membran 54, die innerhalb des zweiten Teils 52b angeordnet ist, um diesen in erste und zweite Druckkammern 56 bzw. 58 zu unterteilen. Die Kammer 56 steht in Verbindung mit dem Strömungsregelmechanismus 16 über die Leitung 46, während die zweite Kammer 58 in Verbindung mit dem Gasmischmittel über die Leitung 50 steht.
Das Ventilmittel des Pneumatikrelais 18 ist von einzigartigem Design und umfaßt ein erstes Drucköffnungsmittel 20, das in Betrieb der Membran 54 zugeordnet ist und dahingehend wirkt, die Strömung des ersten Gases 12 in die Kammer 58 zu regeln. Das Drucköffnungsmittel 60 ist aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung bei Bewegung der Membran 54 aus ihrer ersten Ruhestellung in ihre zweite abgelenkte Position abhängig von dem Druck beweglich, der hierauf durch das zweite durch die Leitung 46 strömende Gas 54 ausgeübt wird. Um nachgebend der Bewegung der Membran gegen die zweite Position Widerstand zu leisten, ist ein Vorspannmittel hier in Form einer Schraubenfeder 42 angeordnet, die zwischen Membran 54 und Federsitz 64 angeordnet ist; der innerhalb des hohlen Körpers 52 ausgebildet ist.
Ein neuartiger Aspekt des Drucköffnungsmittels 60 liegt in der Konstruktion des hohlen Rohres 68, welches wirksam in gegenseitiger Verbindung mit der Membran 54 steht und welches mit einem elastomeren Sitz 70 zusammenwirkt, um zwangsweise die Strömung des ersten Gases 12 durch die Einrichtung zu regeln. Das Rohr 68 ist in seiner Innenkammer in eine sehr scharfe Umfangskante 69 innen ausgebildet, die so ausgelegt ist, daß sie unter Druck den Sitz 70 erfaßt, um ein leckdichtes Absperren zu schaffen, wenn das Ventil mittels sich in seiner geschlossenen Stellung befindet. Während die scharfe Kante 69 extrem effektiv ist, während sie eine leckdichte Abdichtung schafft, kann sie auch in ernsthafter Weise den Sitz 70 beschädigen, wenn ihr Schlag hierauf nicht gedämpft oder abgefedert wird. Um das notwendige Abfedern zu schaffen, ist der elastomere Sitz 70 federbelastet, so daß, wenn die scharfe Kante des Zylinders 68 den Sitz mit irgendeiner merklichen Kraft faßt, der Sitz frei ist, um sich gegen den Widerstand eines zweiten Vorspannmittels zu bewegen, das in Form einer Schraubenfeder 72 vorgesehen ist, die innerhalb des Teils 52 des Körpers 52 des Mechanismus getragen ist. Mit dieser Konstruktion bewegt sich, wenn das Ventilmittel geschlossen ist und die scharfe Kante 69 des zylindrischen Elementes sich in Dichtungseingriff mit dem elastomeren Sitz 70 bewegt, die Feder 72 als ein Stoßdämpfer und ermöglicht eine gewisse Bewegung des Sitzes, so daß jede Beschädigung hieran verhindert wird, die nachteilig ihre Wirksamkeit als zwangsweises Fluiddichtungsmittel beeinflussen könnte. Dieses wichtige Sicherheitsmerkmal sorgt für ein zwangsweises und hochverläßliches nicht leckdichtes Absperren des Relais.
Der Druckregelmechanismus 16 der vorliegenden Form der Erfindung umfaßt ein hohles Regelventilgehäuse 76, innerhalb dessen eine zweite Membran 78 gelagert ist. Die Membran 78 unterteilt das Gehäuse 76 in erste bzw. zweite Kammern 80 und 82. Die erste Kammer 80 verfügt über einen Einlaß in Verbindung mit der Quelle der ersten Gasquelle 12 mittels einer Leitung 74, die ihrerseits mit der Leitung 44 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die zweite Kammer 82 mit einem Einlaß versehen, der in Verbindung mit der Quelle der zweiten Gasquelle 14 unter Druck mittels einer Leitung 86 steht. Die zweite Kammer 82 steht über ein Ventilmittel mit einer Kammer 83 in Verbindung. Die Kammer 83 ist mit einem Auslaß 87 versehen, der in Verbindung mit dem ausgewogenen Gasmischmittel 20 über die Leitung 51 und mit dem Pneumatikrelaismittel 18 über die Leitungen 46 und 48 steht.
Den Betriebsteil des Druckregelmittels 16 bildend ist eine zweite Drucköffnung me 90, die wirksam der Membran 78 zugeordnet ist. Das Mittel 90 wirkt dahingehend, die Strömung des zweiten Gases 14 von der Kammer 82 zur Kammer 83 und dann gegen das pneumatische Relaismittel bei Bewegung der zweiten Membran 78 aus einer ersten geschlossenen Stellung in eine zweite offene Stellung abhängig von einem Druck zu bewegen, der auf die Membran durch das erste Gas 12 ausgeübt wird. Das zweite Drucköffnungsmittel umfaßt ein Ventilelement 92, das mit der Membran 78 mittels eines Verbindungselementes 94 in Verbindung steht. Wenn das Ventil sich in geschlossener Stellung befindet, ist der elastomere O-Ring 93 des Ventilelementes 92 in Dichtungseingriff mit einem innerhalb des Ventilgehäuses 76 ausgebildeten Ventilsitzes 96. Um nachgebend der Bewegung der Membran 78 gegen die offene Stellung des Ventils zu widerstehen, ist ein Vorspannmittel in Form einer Schraubenfeder 98 vorgesehen, die zwischen dem Ventilelement 92 und einer Innenwandung des Regelventilgehäuses 76 angeordnet ist. Die Feder 98 ist so bemessen, daß sie eine aufwärts gerichtete Vorspannkraft derart liefert, daß bei Abgleich der Druck in der Kammer 83 immer 10 englische Pfund pro Quadratzoll (psi) geringer als der der Kammer 80 gelieferte Druck des ersten Gases ist. Wenn also das erste und zweite Gas bei beispielsweise 25 psig an die Einlässe sowohl des Regelmittels wie des Pneumatikrelaismittels geliefert wird, ist der Ausgang des Regelmittels bei 15 psig. Der Druck (N2) wird beaufschlagt sowohl die Kammer 28a des ausgewogenen Gasmischmittels oder der Strömungsunterteilung sowie die Eingangskammer 56 des Pneumatikrelaismittels. Der Ausgang des Pneumatikrelaismittels (CO2) wird auch genau 15 psig zur Kammer 28b des ausgewogenen Gasmischmittels sein. Diese Anordnung macht es möglich, das erste Gas (CO2) als primärdrucksignalquelle für das vollständige System zu verwenden. Dies ist ein beachtlicher Vorteil, da das CO2, das bei weitem stabilere der beiden Gasquellen ist.
Im Betrieb wird die Reguliervorrichtung 100, der die Strömung des zweiten Gases 14 gegen das Druckregelmittel reguliert, auf 10 psi höher als das geforderte Arbeitsdruckoptimum unter Abgabe des Getränks aus dem Behälter 22 eingestellt. Gleichzeitig wird auch die Reguliervorrichtung 102, die die Strömung des ersten Gases 12 gegen das Druckregelmittel und das Pneumatikrelaismittel steuert auch auf etwa 10 psi höher als der erforderliche Optimaldruck zur Abgabe des Getränks aus dem Behälter 22 eingestellt. Der Überdruck des ersten Gases 12 erreicht zwei Dinge. Zunächst strömt das Gas 12 bei einem Überdruck durch die Leitung 47 in die Kammer 80 des Druckregelmittels. Dies veranlaßt die Membran 78 sich in einer Weise abzubiegen, die das Ventilelement 92 vom Sitz 96 trennt und es dem Gas ermöglicht aus der Kammer 80 in die Kammer 83 und dann in die Auslaßleitung 48 zu strömen. Zweitens und gleichzeitig wird das bei Überdruck strömende Gas 12 durch die Leitung 44 in den Einlaß des Pneumatikrelais 18 strömen.
Das zweite von dem Regelmittel 16 durch die Leitung 48 nach außen strömende Gas 14 strömt in die Kammer 28a der ausgewogenen Gasmischunteranordnung über die Leitung 51 bei dem beschriebenen Gasabgabebetriebsdruck. Das zweite Gas 14 wird auch durch die Leitung 46 in die Kammer 56 des Pneumatikrelaismittels strömen. Das zweite in die Kammer 46 strömende Gas wird auch zu einer Ablenkung der Membran 54 führen, die den Zylinder 68 fort vom Sitz 69 bewegt und es so dem ersten Gas 12 ermöglicht, das in das Pneumatikrelaismittel über die Leitung 44 strömt, längs des Sitzes 70 in den Durchgangszylinder 68 und von dort in die Kammer 58 des Pneumatikrelaismittels zu strömen. Das erste Gas wird dann aus der Kammer 58 durch die Leitung 50 in die Kammer 28b des in ausgewogener Weise gasmischenden oder strömungsaufteilenden Mechanismus strömen. Wichtig ist, daß, sollte der Druck des Gases innerhalb der Kammer 58 den Druck des zweiten in die Kammer 56 strömenden Gases überschreiten, die Membran in einer Weise abgelenkt, daß sie das Drucköffnungsmittel 60 schließt. Hieraus folgt, daß mit dem neuartigen Design des Pneumatikrelaismittels, das erste vom Relaismittel gegen den Gasmischmechanismus strömende Gas immer auf einem Druck identisch dem Druck des zweiten Gases 14 sein wird, das als das in die Kammer 56 strömende Arbeitsgas wirkt, um die Membran 54 in die Ventilöffnungsstellung abzulenken. Dieses außerordentlich einzigartige Merkmal des Pneumatikrelaismittels der Erfindung garantiert, daß das erste in die Kammer 28b des ausgewogenen Gasmischmittels strömende Gas sich auf einem Druck identisch zu dem des zweiten Gases 14 befinden wird, das in die Kammer 28a des ausgewogenen Gasmischmechanismus strömt.
Wie vorher erwähnt, ist das erfindungsgemäße System ein solches, das bei Bedarf anspricht. Keine Gasströmung stellt sich ein, es sei denn, das äußere System, in diesem Falle das Bierabgabesystem, ist offen, um die Strömung des Bieres durch den mit dem Faß verbundenen Abgabezapfhahn zu veranlassen. Wenn dies eintritt, strömen die ersten und die zweiten Gase in das Faß oder den Behälter 22 durch die Leitung 24 und ersetzen das Bier, das abgezogen wird. Da die Drücke der ersten und zweiten Gase identisch sind, wird die Menge des ersten durch das System strömenden Gases abhängen von der Stellung des Kolbens 38 innerhalb der Innenkammer 28 des ausgewogenen Gasmischmechanismus. In ähnlicher Weise wird die Menge des zweiten durch das System strömenden Gases ähnlich von der Stellung des Kolbens 38 innerhalb der Innenkammer 28 abhängen. Durch Verstellen der Stellung des Kolbens 38 an axial innerhalb der Innenkammer 28 das Verhältnis der Fläche der gesinterten für die Strömung des ersten Gases zur Verfügung stehenden Fläche zu der, die für die Strömung des zweiten Gases verfügbar ist, genau eingestellt werden, um die gewünschte Gasmischung zu liefern. Da die Drücke der ersten und zweiten Gase in der Kammer 28 genau identisch ist, fällt, während die Strömung durch weiter abwärts befindliche Bedingungen angefordert wird, der identische Druck, der durch die Wandung der gesinterten Hülse 32 induziert wurde und garantiert, daß die Gasströmung jedes Gasbestandteils direkt proportional zur Wandfläche ist, die für die Strömung dieses Gases zwischen der ersten oder inneren Kammer 28 und der zweiten oder äußeren Kammer 30 der ausgewogenen Gasmischvorrichtung zur Verfügung steht. Wie vorher erwähnt, ist die Mikrobeschaffenheit der gesinterten Hülse ausreichend fein, um zu einer Linearströmung bezogen auf die Druckabfallsbeziehung zu führen. Somit kann das durch die Leitung 24 gegen das äußere System strömende Gasgemisch extrem genau und präzise geregelt werden. Zu beachten ist auch, daß ein inhärentes Merkmal der neuartigen Auslegung der ausgewogenen Gasmischvorrichtung die Tatsache ist, daß während die Fläche für die Strömung des zweiten Gases zwischen den Kammern 28, und 3,0 gesteigert wird, die Fläche für die Strömung des ersten Gases entsprechend vermindert wird. Dies ermöglicht es, daß eine kalibrierte Skala an der Welle 36 der Kolbenanordnung befestigt wird, so daß direkt die Prozente des ersten und zweiten Gases ablesbar sind, welche das gasförmige Gemisch für irgendeine Stellung des Kolbens 38 innerhalb der Kammer 28 ausmachen und im tatsächlichen Betrieb liegt der Einstellbereich der Vorrichtung bei der Benutzung für die Abgabe von Bier bei etwa 20 bis 85 Volumenprozent des ersten Gases oder Kohlendioxid zum Gesamtvolumen des Gasgemisches.
Handelt es sich beispielsweise um die Gase CO2 und N2, so gilt
% CO2 = Volumen/Volumen CO2 + CO2/Volumen N2
Wenn jedoch die Vorrichtung nach der Erfindung für andere Anwendungsfälle benutzt wird, läßt sich der Bereich der Prozentanteile der ersten und zweiten Gase, die das gasförmige Gemisch bilden, in weitem Umfang für besondere Anwendungen variieren.
Ein anderer wichtiger Sicherheitsaspekt der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung liegt in der Möglichkeit der automatischen Abschaltung der Druckregelmittel. Wie vorher erwähnt, ist dieses Mittel so aufgebaut, daß, es sei denn, der Druck des ersten in die Kammer 80 strömenden Gases liegt in der Größenordnung von 10 Pfund pro englischem Quadratzoll höher als der Druck des zweiten in die Kammer 82 strömenden Gases, so wird das Ventil automatisch durch die Feder 98 geschlossen. Wenn das Druckregelmittel so geschlossen ist, kann das zweite Gas 14 nicht gegen die Signalseite 56 des Pneumatikrelais strömen. Unter diesen Bedingungen wird das System automatisch sich selbst abschalten.
Sollte die Quelle für das erste Gas erschöpft sein, so wird sich das Druckregelmittel selbsttätig in eine geschlossene Stellung bewegen und so irgendeine Strömung des zweiten Gases gegen das Pneumatikrelaismittel unterbinden. In ähnlicher Weise sollte die Quelle des zweiten Gases 14 erschöpft sein, so wird das System automatisch abgeschaltet, da das zweite durch die Leitung 46 in die Kammer 56 des Pneumatikrelais strömende Gas die Strömung des ersten Gases 12 durch das Relais gegen den Gasmischmechanismus begrenzen wird.
Dieses einzigartige gegenseitige Verhältnis zwischen den Hauptarbeitssubsystemen der Vorrichtung macht das Sicherheitssystem im Betrieb vollständig sicher.
Ein weiteres wichtiges Sicherheitsmerkmal der Vorrichtung nach der Erfindung liegt darin, ein drittes Ventilmittel vorzusehen, das mit einem Rückschlagventil 104 versehen ist. Wenn die Pneumatikrelaiskonfiguration inkorrekt ist, so wird es möglich, daß der Ausgangsdruck des ersten Gases 12 geringfügig höher als der Einlaßdruck des zweiten Gases 14 sein kann. In solch einem Fall könnte der geringfügig höhere Außendruck gegen die Eingangsseite der Vorrichtung rückkoppeln und weiterhin den Ausgangsdruck des zweiten Gases erhöhen. Abhängig von der Menge der anfänglichen zwangsweisen Unausgeglichenheit würde bei zur Verfügung stehender Zeit der Ausgangsdruck des zweiten Gases bis zum Wert des zweiten Gaslieferdruckes hinaufkriechen. Das Rückschlagventil 104 verhindert in einfacher und wirksamer Weise, daß dies eintritt.
Das vordiskutierte Design des Ventilmittels des Pneumatikrelais umfaßt noch ein weiteres wichtiges Sicherheitsmerkmal der Vorrichtung. Sollte beispielsweise die das zweite Gas unter Druck an die Vorrichtung liefernde Leitung brechen oder getrennt werden, wodurch die Gasströmung in die Kammer aufhören würde, würde die resultierende Unausgeglichenheit das Hohlrohr 68 und seine scharfe Umfangskante 69 in den elastomeren Sitz 70 hineintreiben und dessen Wirksamkeit zerstören. Wie jedoch vordiskutiert, wird durch den Einbau von Vorspannmitteln oder der Feder 72 in die Vorrichtung, um als Stoßdämpfer zu wirken, dieses katastrophale Versagen des elastomeren Sitzes 70 wirksam verhindert.
Mit diesem einzigartigen so beschrieben System wird es klar, daß die Vorrichtung nach der Erfindung ohne weiteres durch nicht geübtes Personal mit einem Minimum an Training verwendet werden kann, um das genaue und akkurate ausgewogene Vermischen der zwei Gase in ein gasförmiges Gemisch herbeizuführen, welches verwendet werden kann, um ein äußeres Anforderungssystem zu beliefern. Wegen des Designs des Mittels zur ausgewogenen Gasmischung läßt sich die Kolbenanordnung genau einstellen, um den Kolben 38 innerhalb der Kammer 28 zu stellen und proportional die Wandfläche der Hülse 32 für die Strömung des ersten und zweiten Gases in die äußere Kammer 30 zu variieren. Wegen dieser einzigartigen Auslegung des Pneumatikrelaismittels laufen die Drücke der ersten und zweiten Gase kontinuierlich einander nach und führen zum gewünschten gasförmigen Gemisch unabhängig von der Strömungsrate der ersten und zweiten Gase in das Mittel für die ausgewogene Gasmischung.
Nachdem die Erfindung so genau entsprechend den Anforderungen der Patentrichtlinien beschrieben wurde, haben die Fachleute keine Schwierigkeiten, Änderungen, Modifikationen an einzelnen Teilen oder ihrer relativen Anordnung vorzunehmen, um die geforderten Bedingungen zu erfüllen. Solche Änderungen, Modifikationen können ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung abzugehen, gemacht werden, so wie sie in den folgenden Ansprüchen dargestellt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Liefern eines gasförmigen Gemisches bei Bedarf an ein äußeres System, umfassend:

a) eine Quelle eines ersten Gases unter Druck;

b) eine Quelle eines zweiten Gases unter Druck;

c) ein Gasmischmittel in Verbindung mit dem äußeren System und in Verbindung mit diesen Quellen dieser ersten und zweiten Gase, um verstellbar diese Gase in ein gasförmiges Gemisch von vorbestimmten Anteilen zu vermischen und um dieses gasförmige Gemisch an das äußere System bei Bedarf zu liefern;

d) pneumatische Relay-Mittel in Verbindung mit diesem Gasmischmittel und diesen Quellen dieses ersten und zweiten Gases zum Liefern dieses zweiten Gases an dieses Gasmischmittel des äußeren Systems bei Bedarf, wobei dieses pneumatische Relay-Mittel erste Ventilmittel umfaßt, die betätigbar sind durch dieses erste Gas unter Druck zum Regeln der Strömung dieses zweiten Gases zu diesem Gasmischmittel bei Bedarf des äußeren Systems;

e) Regelmittel in Verbindung mit diesen Quellen dieser ersten und zweiten Gase zum Regeln der Strömung dieses ersten Gases zu diesem pneumatischen Relay-Mittel, wobei dieses Regelmittel zweite Ventilmittel umfaßt, die durch das zweite Gas unter einem bestimmten erhöhten Druck betätigbar sind, um die Strömung des ersten Gases zum pneumatischen Relay-Mittel zu regeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Druck der ersten und zweiten dem Gasmischmittel gelieferten Gase im wesentlichen gleich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem dieses Gasmischmittel umfaßt:

a) ein hohles Gehäuse;

b) ein poröses innerhalb dieses hohlen Gehäuses angeordnetes Element, so daß erste und zweite aneinander angrenzende Kammern gebildet werden;

c) einen ersten Einlaß in diese erste Kammer in Verbindung mit dieser Quelle dieses ersten Gases;

d) einen zweiten Einlaß in diese zweite Kammer in Verbindung mit dieser Quelle, dieses zweiten Gases;

e) reziproke Mittel, die in Dichtungseingriff mit diesem porösen Element zur reziproken Bewegung innerhalb dieser ersten Kammer angeordnet sind, wobei diese reziproken Mittel zwischen diesen ersten und zweiten Einlässen angeordnet sind; und

f) einen Auslaß aus dieser zweiten Kammer in Verbindung mit dem äußeren System.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem dieses Regelmittel Vorspannmittel umfaßt, um nachgebend dieses zweite Ventilmittel in einer geschlossenen Stellung zu halten, bis dieses erste dieses zweite Ventilmittel betätigende Gas einen vorbestimmten erhöhten Druck erreicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dritte Ventilmittel umfassend, die zwischen diesem Regelmittel und diesem Gasmischmittel angeordnet sind, um die Gasströmung in eine Richtung von diesem Mischmittel gegen dieses Regelmittel zu verhindern.

6. Getränkeabgabesystem, umfassend:

a) einen Behälter, von dem das Getränk durch den Druck eines gasförmigen Gemisches abgegeben werden soll, das ein erstes Stickstoff enthaltendes Gas und ein zweites Kohlendioxid enthaltendes Gas umfaßt;

b) eine Quelle dieses ersten Gases unter Druck;

c) eine Quelle dieses zweiten Gases unter Druck;

d) ein Gasmischmittel in Verbindung mit diesem Behälter und in Verbindung mit diesen Quellen für diese ersten und zweiten Gase zum Mischen dieser Gase in ein gasförmiges Gemisch in einstellbaren Anteilen; wobei dieses Gasmischmittel ein Gehäuse mit ersten und zweiten Kammern umfaßt, die durch ein poröses Element unterteilt sind und reziproke Mittel umfaßt, welche reziprok innerhalb dieser ersten Kammer von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung beweglich ist, um diese erste Kammer in erste und zweite Teile variierender Volumina zu unterteilen, wobei diese zweite Kammer in Verbindung mit diesem Behälter steht, wobei dieser erste Teil dieser ersten Kammer in Verbindung mit dieser Quelle dieses ersten Gases und dieser zweite Teil dieser ersten Kammer in Verbindung mit dieser ersten Quelle diesen zweiten Gases steht;

e) ein pneumatisches Relay-Mittel in Verbindung mit diesem Gasmischmittel und diesen Quellen für diese ersten und zweiten Gase zum Liefern dieses zweiten Gases an dieses Gasmischmittel bei Bedarf, was daraus folgt, daß Getränk von diesem Behälter abgegeben wird; und

f) Regelmittel in Verbindung mit diesen Quellen dieser ersten und zweiten Gase zum Regeln der Strömung dieses ersten Gases an dieses pneumatische Relay-Mittel und an dieses Gasmischmittel.

7. Getränkeabgabesystem nach Anspruch 6, bei dem dieses pneumatische Relay-Mittel umfaßt:

a) einen hohlen Körper;

b) eine erste Membran, die innerhalb des hohlen Körpers angeordnet ist und diesen hohlen Körper in erste und zweite Druckkammern unterteilt, wobei diese erste Druckkammer in Verbindung mit diesem Regelmittel und diese zweite Druckkammer in Verbindung mit diesem zweiten Teil dieser ersten Kammer dieses Gasmischmittels steht; wobei die Membran von einer ersten in eine zweite Stellung durch Druck beweglich ist, der hierauf durch dieses erste Gas ausgeübt wird;

c) ein erstes Drucköffnungsmittel, das wirksam dieser Membran zugeordnet ist, um die Strömung dieses zweiten Gases gegen dieses Gasmischmittel zu regeln, wobei dieses Drucköffnungsmittel aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung bei Bewegung dieser Membran aus dieser ersten in diese zweite Stellung in Abhängigkeit von Druck, der durch das erste Gas ausgeübt wird, bewegt wird; und

d) Vorspannmittel, für nachgebend Widerstand erzeugende Bewegung dieser Membran gegen diese zweite Stellung.

8. Getränkeabgabemittel nach Anspruch 7, bei dem der Druck dieses ersten auf dieser Membran wirkenden Gases im wesentlich gleich dem Druck des zweiten Gases ist, das gegen dieses Gemischmittel strömt, wenn diese Membran sich gegen diese zweite Stellung bewegt.

9. Getränkeabgabesystem nach Anspruch 6, bei dem das Regelmittel umfaßt:

a) ein hohles Regelventilgehäuse;

b) eine zweite innerhalb des Regelventilgehäuses angebrachte Membran, die dieses Gehäuse in erste und zweite Kammern unterteilt, wobei diese erste Kammer einen Einlaß in Verbindung mit dieser Quelle des zweiten Gases unter Druck hat, wobei diese zweite Kammer einen Einlaß in Verbindung mit dieser Quelle eines ersten Gases unter Druck besitzt, wobei diese zweite Membran aus einer ersten in eine zweite Stellung durch Druck bewegbar ist, der hierauf durch dieses zweite Gas ausgeübt wird;

c) ein zweites Drucköffnungsmittel, das wirksam dieser zweiten Membran zugeordnet ist, um die Strömung dieses ersten Gases gegen dieses pneumatische Relay-Mittel bei Bewegung dieser zweiten Membran aus dieser ersten in diese zweite Position in Abhängigkeit von Druck zu regeln, der durch dieses zweite Gas ausgeübt wird; und

d) Vorspannmittel, die nachgiebig sich der Bewegung dieser zweiten Membran gegen diese zweite Stellung widersetzen.

10. Getränkeabgabesystem nach Anspruch 9, bei dem der Druck dieses zweiten Gases, der erforderlich ist, um diese zweite Membran von dieser ersten in diese zweite Stellung zu bewegen, zwischen etwa 41,4 bis 82,8 kg/cm² größer als der Druck dieses ersten Gases ist, das gegen diesen Einlaß dieser zweiten Kammer dieses Regelmittels strömt.