DE4016727C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/434—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/236—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids specially adapted for aerating or carbonating beverages
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen eines
Gases und einer Flüssigkeit, insbesondere zum Eintragen von
Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk, bestehend aus
einem Vereinigungsteil und aus einem nachfolgenden Inline-
Mischungsteil, wobei das Vereinigungsteil aus einer zumin
dest eine Infusionskammer bildenden Zylinderwandung mit
stromaufseitiger Zuführöffnung für das eine Fluid und mit
zumindest einer stromabseitigen Radialbohrung zum Einführen
des anderen Fluids besteht.
Unter einem Gas wird im Rahmen der Erfindung auch eine Gas
mischung verstanden. Entsprechend meint Flüssigkeit auch
Flüssigkeitsmischungen. Vorrichtungen der in Rede stehenden
Art in der Ausführungsform zum Eintragen von Kohlendioxid
in ein wasserhaltiges Getränk bezeichnet man als Carboni
siersysteme.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art
(CH-PS 6 64 703), die zum Aufbereiten von Flüssigkeiten zum
Düngegießen von Pflanzen für Haushalt und Hobbygärtner
dient, wird das Gas bzw. Kohlendioxid ebenso wie bei üb
lichen Carbonisiersystemen in die Flüssigkeit bzw. das
Getränk eingedüst und hernach im nachfolgenden Inline-
Mischungsteil bzw. -Mischer intensiv vermischt. Der Nachteil
solcher Vorrichtungen ist darin zu sehen, daß der gewünschte
Carbonisiereffekt nur für einen vorgegebenen Durchsatz ge
lingt. Bei anderen Durchsätzen wird keine zufriedenstellende
Carbonisierung erreicht. Bei Einsatz beispielsweise vor
einer Abfüllanlage, die in einem erheblichen Umfang mit
unterschiedlichen Durchsätzen gefahren wird, kann im Rahmen
der bekannten Maßnahmen nur mit unterschiedlich ausgelegten
Vorrichtungen oder nachgeschalteten Puffersystemen gearbei
tet werden, was extrem aufwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei in weiten
Grenzen sich änderndem Durchsatz ein konstanter Eintragungs
effekt erreicht wird.
Hierzu lehrt die vorliegende Erfindung, daß das Gas über die
stromaufseitige Zuführöffnung zuführbar und die Flüssigkeit
über die stromabseitige(n) Radialbohrung(en) einspritzbar
ist, daß in der Infusionskammer eine axial verstellbare, mit
Abfuhröffnungen versehene Kammerabschlußplatte mit Außen
rand zum Abdecken der Austrittsöffnung der Radialbohrung(en)
angeordnet ist, und daß das Inline-Mischungsteil mit Turbu
lenzerzeugerausbildungen versehen ist.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß bei
einem Einspritzen der Flüssigkeit in das Gas über Radial
bohrungen mit einstellbarer Austrittsöffnung ein konstanter
Einmischungseffekt bei variierendem Durchsatz erreichbar
ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich im Zuge einer
praktischen Erprobung bestens bewährt und erlaubt auf
wesentlich einfachere Art und Weise eine Einstellung bzw.
Anpassung an variierende Durchsätze.
Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfin
dung mehrere Möglichkeiten. So ist nach einer bevorzugten
Ausführungsform vorgesehen, daß die Kammerabschlußplatte
einen entgegen Strömungsrichtung spitz zulaufenden, kragen
förmigen Außenrand aufweist. Der Mischungseffekt wird weiter
gefördert, wenn die Abfuhröffnungen als Blendenbohrungen
ausgeführt sind. Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß
sich Verunreinigungen zwischen Zylinderwandung und Außenrand
festsetzen, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vor
gesehen, daß die Zylinderwandung jeweils unterhalb der in
einer Ebene liegenden Radialbohrungen mit einer umlaufenden
Reinigungsnut versehen ist, deren Höhe größer ist als die
des Außenrandes; durch entsprechende Absenkung der Kammer
abschlußplatte in den Bereich der Reinigungsnut wird dann
auch die Kammerabschlußplatte am Außenrand umströmt und
gereinigt. Je nach Art der zu mischenden Gas/Flüssigkeits
kombination kann bereits eine Infusionskammer im Vereini
gungsteil genügen. In anderen Fällen, wie z. B. beim Ein
tragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk,
empfiehlt es sich jedoch, mehrere, insbesondere vier axial
hintereinander angeordnete Infusionskammern vorzusehen; in
der ersten Kammer wird dann das Gas oberhalb des Sättigungs
gleichgewichtes eingegeben, so daß sich eine Zwei-Phasen-
Mischung bildet, die auch der Geräuschminderung zugute
kommt; in den weiteren Stufen erfolgt dann eine Rückver
dünnung bis auf die gewünschte Gaskonzentration. Die Kammer
abschlußplatten sämtlicher Infusionskammern sind zweckmäßi
gerweise an einer gemeinsamen zentralen Stellstange be
festigt, so daß zur Einstellung der Kammerabschlußplatten
sämtlicher Infusionskammern nur eine einzige gemeinsame
Betätigung erforderlich ist. Die Flüssigkeitszufuhr kann
ohne weiteres und in besonders einfacher Weise über einen
Ringraum erfolgen, der die Zylinderwandung im Bereich der
Radialbohrung umgibt. Die in die erste Infusionskammer ein
mündende Gaszufuhröffnung kann ebenfalls in der Zylinder
wandung vorgesehen sein, so daß am stromaufseitigen Ende der
Zylinderwandung ein Stellantrieb an der Stellstange befes
tigt werden kann. Die Stellstange kann dann entweder in Ab
hängigkeit von einem äußeren Signal (Druck, Durchfluß usw.)
oder von einem inneren Systemdruck, z. B. über eine am
stromaufseitigen Ende der Zylinderwandung befindliche
Steuermembran, gesteuert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, der im
Rahmen der Erfindung auch selbständige erfinderische Bedeu
tung zukommt, besteht das Inline-Mischungsteil aus einer
oder je nach Durchsatzleistung auch mehreren parallelen,
axial durchströmten Ringkammern, die an ihren einander zu
gewandten Mantelflächen komplementäre Turbulenzerzeugeraus
bildungen aufweisen, durch axiale Relativverstellung der
zugeordneten Mantelflächen ergeben sich dann änderbare
Durchtrittsquerschnitte und Wirbelkammern. Die äußere Ring
kammer des Inline-Mischungsteiles kann dabei bevorzugt von
einer Verlängerung der Zylinderwandung und einem darin axial
verstellbar angeordneten Zusatzzylinder gebildet sein. Vor
teilhaft ist in diesem Zusammenhang auch eine Ausführungs
form, bei der der Zusatzzylinder ebenfalls an der Stell
stange befestigt ist, d. h. daß das Inline-Mischungsteil
gemeinsam mit dem Vereinigungsteil einstellbar ist. Die
Turbulenzerzeugerausbildungen können aus Radialflanschen
bestehen, mit deren Hilfe das Inline-Mischungsteil bis in
eine Schließstellung verstellbar ist. Besonders geeignet
sind Turbulenzerzeugerausbildungen, die in Strömungsrichtung
gesehen ein sägezahnförmiges Profil aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungs
beispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrich
tung,
Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungen eines Teils der Vor
richtung nach Fig. 1 in verschiedenen Arbeits
stellungen und
Fig. 6 eine weitere Variante des in den Fig. 2 bis 5 dar
gestellten Vorrichtungsteils.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum
Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit, insbesondere zum
Eintragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk.
In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die Vorrichtung aus
einem Vereinigungsteil 1 und aus einem nachfolgenden Inline-
Mischungsteil 2, wobei letzteres aus zumindest einer im
wesentlichen axial durchströmten, Turbulenzerzeugerausbil
dungen 3 aufweisenden Ringkammer 4 besteht.
Das Vereinigungsteil 1 besteht aus einer Zylinderwandung 5,
die zunächst eine erste Infusionskammer 6 bildet. Stromauf
seitig ist eine Gaszufuhröffnung vorgesehen, während dar
unter, d. h. stromabseitig in einer Ebene mehrere Radial
bohrungen 8 zum Einspritzen der Flüssigkeit vorgesehen sind.
Die Austrittsöffnung dieser in einer Ebene vorgesehenen
Radialbohrungen 8 ist durch den Außenrand 9 einer axial ver
stellbaren, mit Abfuhröffnungen 10 versehenen Kammerab
schlußplatte 11 stufenlos abdeckbar und damit einstellbar.
Wie man aus der Fig. 1 und dem vergrößerten Detail Z entnimmt,
weist die Kammerabschlußplatte 11 einen kragenförmigen
Außenrand 9 auf, der entgegen Strömungsrichtung spitz zu
läuft. Die Abfuhröffnungen 10 sind als Blendenbohrungen aus
geführt. Unterhalb der in einer Ebene liegenden Radialboh
rungen 8 ist die Zylinderwandung 5 noch mit einer umlaufen
den Reinigungsnut 13 versehen, deren Höhe größer ist als die
des Außenrandes 9.
Hinter der beschriebenen ersten Infusionskammer 6 folgen
drei weitere axial hintereinander angeordnete Infusions
kammern 14-16, die identisch ausgebildet sind und über die
Blendenbohrungen 10 der jeweils unmittelbar vorgeschalteten
Infusionskammer 6 bzw. 14, 15 versorgt werden. Sämtliche
Kammerabschlußplatten 11 der Infusionskammer 6, 14-16 sind
an einer gemeinsamen zentralen Stellstange 17 befestigt.
Im Bereich der Radialbohrungen 8 für die Zuführung der Flüs
sigkeit ist die Zylinderwandung 5 von einem die Flüssigkeit
zuführenden Ringraum 18 umgeben. Dieser Ringraum 18 ist von
einer weiteren Zylinderwandung 19 und ringförmigen Trenn
flanschen 20 gebildet. Diese weitere Zylinderwandung 19 ent
hält auch die Zuführstutzen 27, 21 und 22 für das Gas, die
Flüssigkeit und die Abfuhr der Mischung. Entsprechend ist
die Gaszufuhröffnung 7 in der erstgenannten Zylinderwandung
5 vorgesehen, während das stromaufseitige Ende dieser Zylin
derwandung durch eine Steuermembran oder einen Stellantrieb
23 verschlossen ist, an der die Stellstange 18 befestigt
ist.
Die äußere Ringkammer 4 des Inline-Mischungsteils 2 ist von
einer Verlängerung 24 der Zylinderwandung 5 und einem darin
axial verstellbar angeordneten Zusatzzylinder 25 gebildet,
wobei die Verlängerung 24 sowie der Zusatzzylinder 25 an
ihren einander zugewandten Mantelflächen komplementäre
Turbulenzerzeugerausbildungen 3 in Form von Radialflanschen
26 aufweisen. Der Zusatzzylinder 25 ist ebenfalls an der
Stellstange 17 befestigt. Mit Hilfe der genannten Radial
flansche 26 kann das Inline-Mischungsteil 2 bis in eine
Schließstellung verstellbar sein. Das verdeutlichen die
Fig. 2 bis 5. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind
die Turbulenzerzeugerausbildungen 3 aus rechteckigen
Flanschen gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3
weisen die Turbulenzerzeugerausbildungen 3 einen dreieckigen
Querschnitt auf. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind
die Radialflansche 26 durch zwischenliegende halbkreis
förmige Ausnehmungen gebildet. Bei der Ausführungsform nach
Fig. 5 schließlich ist eine sägezahnförmige Gestaltung ge
wählt.
Während bei den Ausführungen nach den Fig. 2 bis 5 das
Inline-Mischungsteil 2 jeweils nur eine Ringkammer 4 auf
weist, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 6 zwei par
allele bzw. konzentrische Ringkammern 4, 40 vorgesehen. Die
innere Ringkammer 40 wird dabei von Zusatzzylinder 25 und
einem die Stellstange 17 führenden zentralen Zylinderein
satz 28 gebildet.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Mischen eines Gases und einer Flüssig
keit, insbesondere zum Eintragen von Kohlendioxid in ein
wasserhaltiges Getränk, bestehend aus einem Vereinigungs
teil und aus einem nachfolgenden Inline-Mischungsteil, wobei
das Vereinigungsteil aus einer zumindest eine Infusions
kammer bildenden Zylinderwandung mit stromaufseitiger Zu
führöffnung für das eine Fluid und mit zumindest einer
stromabseitigen Radialbohrung zum Einführen des anderen
Fluids besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas über die stromaufseitige Zuführöffnung (7) zu
führbar und die Flüssigkeit über die stromabseitige(n)
Radialbohrung(en) (8) einspritzbar ist, daß in der In
fusionskammer (6) eine axial verstellbare, mit Abfuhröff
nungen (10) versehene Kammerabschlußplatte (11) mit Außen
rand (9) zum Abdecken der Austrittsöffnung der Radial
bohrung(en) (8) angeordnet ist, und daß das Inline-Mischungs
teil (2) mit Turbulenzerzeugerausbildungen (3) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kammerabschlußplatte (11) einen entgegen Strömungsrich
tung spitz zulaufenden kragenförmigen Außenrand (9) auf
weist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Abfuhröffnungen (10) als Blendenbohrungen aus
geführt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zylinderwandung (5) jeweils unterhalb
der in einer Ebene liegenden Radialbohrungen (8) mit einer
umlaufenden Reinigungsnut (13) versehen ist, deren Höhe
größer ist als die des Außenrandes (9).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn
zeichnet durch mehrere, insbesondere vier axial hinter
einander angeordnete Infusionskammern (6, 14-16).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kammerabschlußplatten (11) der Infusionskammern (6, 14-16)
an einer gemeinsamen zentralen Stellstange (17) be
festigt sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zylinderwandung (5) im Bereich der
Radialbohrungen (8) von einem die Flüssigkeit zuführenden
Ringraum (18) umgeben ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Zuführöffnung (7) für das Gas in der Zylinder
wandung (5) vorgesehen ist und am stromaufseitigen Ende der
Zylinderwandung (5) ein Stellantrieb (23) an der Stellstange
(17) befestigt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Inline-Mischungsteil (2) aus einer
oder mehreren parallelen, axial durchströmten Ringkammern
(4, 40) besteht, die an ihren einander zugewandten Mantel
flächen komplementäre Turbulenzerzeugerausbildungen (3)
aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Ringkammer (4) des Inline-Mischungsteils (2)
von einer Verlängerung (24) der Zylinderwandung (5) und
einem darin axial verstellbar angeordneten Zusatzzylinder
(25) gebildet ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Zusatzzylinder (25) ebenfalls an der
Stellstange (17) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Turbulenzerzeugerausbildungen (3) aus
Radialflanschen (26) bestehen, mit deren Hilfe das Inline-
Mischungsteil (2) bis in eine Schließstellung verstellbar
ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugerausbildungen (3)
in Strömungsrichtung gesehen ein sägezahnförmiges Profil
aufweisen.
Priority Applications (9)
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