DE4228771A1 - Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO¶2¶-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von kar­ bonisiertem Wasser in einem Vorratsbehälter, welcher zur Kühlung seines Inhalts und zur Bildung eines Eismantels im Wandungsbereich mit Kühlleitungen eines Kühlkreislaufs be­ aufschlagt ist, in dessen Inneren eine Umwälzpumpe angeord­ net ist, durch welche CO₂-Gas aus dem Kopfbereich des Vor­ ratsbehälters in das Wasser eingemischt und/oder das Wasser innerhalb des Vorratsbehälters in Rotation und/oder Zirkula­ tion versetzt wird, und in den sowohl Wasser als auch CO₂-Gas im Kopfbereich zuführbar und aus dem karbonisiertes Wasser im Bodenbereich entnehmbar ist.

Derartige Vorrichtungen zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser werden bei­ spielsweise in Geräten zum Einsatz gebracht, durch welche CO₂-haltige Erfrischungsgetränke durch Mischung von karboni­ siertem Wasser mit einem entsprechenden Getränkekonzentrat bereitet und ausgegeben werden können. Das dem Getränkekon­ zentrat zuzumischende Sodawasser wird dabei in dem Vorrats­ behälter durch Anreicherung von Wasser mit zugeführtem CO₂-Gas erstellt und zur besseren Karbonisierung sowie als Voraussetzung für ein bereitetes kühles Erfrischungsgetränk gekühlt. Diesem Vorratsbehälter, dem sogenannten Karbonisa­ tor, wird normales Wasser in Trinkqualität entweder aus der Leitung eines Wasserversorgungssystems oder einem Vorratsbe­ hälter unter ausreichendem Druck zugeführt, wobei das zuge­ führte Wasser selbst unter Druck stehen kann oder aber durch eine Druckpumpe ausschließlich oder zusätzlich in den Karbo­ nisator gefördert wird. Außerdem wird dem Karbonisator CO₂-Gas zugeführt, und zwar aus einem CO₂-Gas-Vorratsbehäl­ ter über ein Druckminder-Regelventil, so daß im Karbonisator ein Druck von beispielsweise ca. 4 Bar aufgebaut ist. Durch verschiedene Maßnahmen wird die Karbonisierung des Wassers im Karbonisator mit dem zugeführten CO₂-Gas durchgeführt bzw. unterstützt, wobei sich der Einsatz von im Karbonisator angeordneten Umwälzpumpen bewährt hat. Diese saugen aus dem mit CO₂-Gas gefüllten Kopfbereich des Karbonisators dieses CO₂-Gas an und führen dieses in das in Bewegung, insbesonde­ re in Drehung versetzte Wasser ein. Wie bereits ausgeführt, dient eine Kühlung des Karbonisators zum einen der Verbesse­ rung der Karbonisierung und zum anderen als Voraussetzung, daß das endgültig bereitete und ausgegebene Getränk die ge­ wünschte niedrige und im wesentlichen konstante Temperatur aufweist. Die Kühlung des Karbonisators erfolgt zweckmäßig über ein Kühlsystem, das in der Lage ist, im Seitenbereich der Seitenwandungen des Karbonisators einen Eismantel aufzu­ bauen, welcher sich durch das umgewälzte Wasser einigermaßen gleich stark ausbildet. Dadurch wird "Kältekapazität" ge­ speichert und das Kühlsystem braucht nicht extrem leistungs­ stark ausgelegt werden, wie dies bei Durchflußkühlung not­ wendig wäre. Anordnungen mit einem entsprechenden Aufbau sind bekannt (DE-A-40 25 986.2).

Wird beispielsweise im beschriebenen Anwendungsfall die Aus­ gabe eines frisch bereiteten Erfrischungsgetränks gewünscht, so wird in einer an den Bodenbereich des Karbonisators an­ schließenden Leitung ein Absperrventil geöffnet und das ge­ kühlte, karbonisierte Wasser zu diesem Zweck entnommen. Da das Wasser von im Hinblick auf den sich ausbildenden Eisman­ tel im Bereich der Kühlschlangen in die Nähe des Gefrier­ punktes gekühlt ist, besteht eine gewisse Gefahr, daß Eis­ teilchen oder -teile in den Bereich der Ausflußöffnung ge­ langen und diese verstopfen. Eine Eisbildung in diesem Be­ reich selbst ist eher ausgeschlossen, da wegen des besonde­ ren Verhaltens des Wassers bezüglich seiner spezifischen Dichte in der Nähe des Gefrierpunktes das etwas wärmere Was­ ser nach unten absinken würde, und da die Auslauföffnung zweckmäßigerweise im Nahbereich der an sich etwas Wärme aus­ strahlenden Umwälzpumpe angeordnet ist. Durch die Umwälzbe­ wegung des Wassers, die zum Karbonisieren und zum gleichmä­ ßigen Ausbilden des Eismantels an den Wandungen notwendig oder zumindest zweckdienlich ist, kann jedoch sich ablösen­ des Eis oder aber in den oberen Bereichen schwimmendes oder schwebendes Eis bei insbesondere geöffnetem Ausgabekanal in dessen Bereich gelangen.

Es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung für diesen Anwendungsbereich zu schaffen, welche ein störungsfreies Arbeiten des Karbonisators sicherstellt.

Eine Vorrichtung, die diesen Anforderungen gerecht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe innerhalb des Vorratsbehälters, der zur Erzeugung von karbonisiertem Was­ ser durch Anreicherung von Wasser mit CO₂-Gas dient, durch eine Zeitsteuerschaltung gesteuert, in fortlaufenden Zyklen in Betrieb und außer Betrieb gesetzt wird.

Eine Vorrichtung mit Maßnahmen nach diesen erfindungsgemäßen Merkmalen zeichnet sich dadurch aus, daß in den Betriebspha­ sen der Umwälzpumpe die ausreichende Karbonisierung des Was­ sers mit CO₂-Gas bewerkstelligt und/oder unterstützt wird und sich der Eismantel im wesentlichen gleichartig ringför­ mig an der gekühlten Wandung des Vorratsbehälters ausbildet. Während der dazwischenliegenden Zeiträume, in denen die Um­ wälzpumpe außer Betrieb gesetzt ist, kann sich das karboni­ sierte Wasser seiner natürlichen Dichte nach schichten, wo­ bei das etwas wärmere Wasser nach unten sinkt und das etwas kältere Wasser zusammen mit ggf. vorhandenen Eispartikeln oder Eisteilchen nach oben steigt, wobei sich die Eisparti­ kel und Eisteilchen eher zusammenfügen und sich an den Eis­ mantel im oberen Bereich des Karbonisators anlegen. Beim nächsten Betriebszyklus der Umwälzpumpe sind diese Teilchen somit gebunden und im weitestgehenden Male unschädlich. Die Taktung der Umwälzpumpe kann durch eine steuertechnisch ein­ fach funktionierende Zeitsteuerschaltung durchgeführt wer­ den.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdau­ er der Umwälzpumpe ca. 1 bis 2 min beträgt und das Verhält­ nis von Einschaltdauer zur Ausschaltdauer ca. 1 : 10 bis 1 : 20 ist. Es zeigt sich, daß eine Einschaltdauer von einer bis zwei Minuten innerhalb von Einschalt-Ausschalt-Zyklen von 1 : 10 bis 1 : 20 eine genügende Nachkarbonisierung des Wassers und eine genügend gleichmäßige Eismantelausgestaltung zu be­ werkstelligen in der Lage ist. Nach einer weiteren Ausge­ staltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Entnahme von karbonisiertem Wasser aus dem Vorratsbehälter bzw. bei Nachförderung von Frischwasser in den Vorratsbehälter die Umwälzpumpe während dieser Phase einschließlich einer Nachlaufphase in Betrieb gesetzt ist. Dabei ist eine Nachlaufphase von ca. 2 bis 4 Minuten zweck­ mäßig. Danach setzt wieder der Regelzyklus ein, bei dem die Umwälzpumpe 1 bis 2 Minuten eingeschaltet ist und die Aus­ schaltdauer zwischen den Einschaltphasen jeweils 10 bis 20 mal so lang ist.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Anwendungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen gekühlten Vorratsbehälter zur Bereitung und zur Bereithaltung von karbonisiertem Wasser mit einer Umwälzpumpe und

Fig. 2 einen ähnlichen Vorratsbehälter, jedoch zusätz­ lich mit Kühlschlangen innerhalb dieses Vorrats­ behälters und an diesem Vorratsbehälter zum Küh­ len eines weiteren Mediums.

Ein Vorratsbehälter 1, wie er in den Figuren dargestellt ist, ist für den Einsatz in Geräten zur Bereitung von Erfri­ schungsgetränken durch Zumischung eines entsprechenden Kon­ zentrats zu karbonisiertem Wasser oder ggf. auch zu normalem Wasser geeignet und bestimmt.

Über eine Zuleitung 2 wird dem Vorratsbehälter bei Bedarf Frischwasser und über eine Zuleitung 3 CO₂-Gas zugeführt. Über eine Ausgangsleitung 4 wird zum Bereiten eines Erfri­ schungsgetränks ausreichend karbonisiertes und gekühltes Wasser portionsweise entnommen. Die ausreichende Karbonisie­ rung erfolgt zumindest unterstützt durch eine Umwälzpumpe 5, welche aus dem Kopfbereich 6 des Vorratsbehälters 1 das sich dort befindliche CO₂-Gas über ein Ansaugrohr 7 ansaugt und in Höhe der Umwälzpumpe 5 in das bevorratete Wasser 8 einmischt. Dabei wird dieses CO₂-Gas weitestgehend im Wasser 8 gelöst. Die Umwälzpumpe 5 wird durch einen Elektromotor 9 angetrieben.

Die Kühlung des Wasservorrats erfolgt über Verdampferschlan­ gen 10 eines nicht dargestellten Kühlsystems, und zwar der­ art, daß im Inneren des Vorratsbehälters 1 im Bereich der Verdampferschlangen 10, die gut thermisch leitend an der Wandung des Vorratsbehälters 1 anliegen, sich ein Eismantel 11 aufbaut. Die Stärke dieses Eismantels 11 wird durch einen Eissensor 12 überwacht, von dem aus der Kältekreislauf und damit die Kälteleistung gesteuert wird.

Die Ausbildung dieses Eismantels 11 bewirkt, daß ohne sehr feinfühlige Erfassungs- und Auswertemaßnahmen der Vorrat des Wassers 8 auf eine sehr konstante Temperatur im unmittelba­ ren Bereich des Gefrierpunkts gekühlt wird, und zwar wird auch die Temperatur im wesentlichen gehalten, wenn Wasser­ wechsel stattfindet, d. h. wenn karbonisiertes Wasser über die Ausgangsleitung 4 entnommen wird und dafür - gesteuert durch einen Wasserstandssensor 13 - wärmeres Wasser über die Zuführungsleitung 3 zugeführt wird. In diesem Fall baut sich der Eismantel relativ rasch um Teilbereiche ab, die dann wieder durch über die Verdampferleitungen 10 zugeführte Kühlleistung aufgebaut werden.

Die Tatsache, daß das bevorratete Wasser 8, aber auch der Eismantel 11 im Grenzbereich zum Wasser eine Temperatur im Gefrierbereich annehmen, führt dazu, daß auch frei im Was­ ser schwimmende oder schwebende Eispartikel oder Eisteilchen auftreten können, die durch die Tätigkeit der Umwälzpumpe beim Karbonisieren des Wassers mit umgewälzt werden. Wenn die Ausgangsleitung 4 geöffnet wird, kann durch das aus dem Vorratsbehälter unter dem Druck des CO₂-Gases im Kopfbereich 6 aus strömenden Wassers derartige Eisteilchen in die Aus­ lauföffnung geraten. Dadurch würde der Ausgabeprozeß des Wassers über die Ausgangsleitung 4 gestört oder blockiert. Die Bereitung eines ordnungsgemäßen Erfischungsgetränks wäre damit nicht möglich.

Um das zu verhindern, ist man bestrebt, diesen Problembe­ reich eisfrei zu halten. Eine bekannte Maßnahme besteht da­ rin, die Vereisung der Ausgangsöffnung dadurch zu verhin­ dern, daß diese im Nahbereich und/oder unterhalb der Umwälz­ pumpe angeordnet wird, wobei sich die Erwärmung insbesondere des Antriebsmotors 9 als Hilfe gegen ein Vereisen positiv auswirkt. Diese Maßnahme kann aber gegen Eis-Schwebeteilchen nicht ausreichend sein. Aus diesem Grunde wird der Elektro­ motor 9 intermittierend angesteuert. Einer Betriebsphase von ca. 1 bis 2 min folgt eine Ruhephase von ca. der 10-fachen bis 20-fachen Länge. In dieser Ruhephase beruhigt sich das umgewälzte Wasser 8 und in diesem Wasser schwebende Eispar­ tikel und Eisteilchen sind aufgrund ihrer niedrigeren Dichte bestrebt, in den Bereich der Oberfläche des Wassers zu ge­ langen, um sich dort zu vereinigen und/oder in den Randbe­ reichen am Eismantel 10 anzulegen. Bei einer neuerlichen Ar­ beitsphase der Umwälzpumpe 5 sind diese Gefahrenelemente so­ mit neutralisiert.

Um bei Wasserwechsel, d. h. bei entnommenem karbonisiertem Wasser und zugeführtem Frischwasser den Wasservorrat mög­ lichst rasch auf den erforderlichen Karbonisierungsgrad zu bringen, wird bei jeder Entnahme von karbonisiertem Wasser bzw. Zugabe von Frischwasser der Elektromotor 9 angesteuert und die Umwälzpumpe 5 für diese Zeitspannen einschließlich einer Nachlaufzeit außerturnusmäßig in Betrieb gesetzt, wo­ nach der Einschalte-Ausschalte-Turnus wieder wie ursprüng­ lich einsetzt.

Die schaltungstechnischen Maßnahmen sind beliebig einfach und können beispielsweise dadurch realisiert sein, daß vom Wasserstandssensor 13 ein Signal abgeleitet wird, das eine Zählkette in eine Ausgangssituation während eines Wasserzu­ laufs gesetzt wird, die bewirkt, daß der Stromversorgungs­ schalter 15 zum Elektromotor 9 geschlossen wird. Erkennt der Wasserstandssensor 13, daß genügend Wasser nachgefüllt ist, so wird der Wasserzulauf über die Zuleitung 2 gesperrt und die Zählkette 14 beginnt abzulaufen. Für einen zeitlichen Bereich von 1 bis 2 min, je nach Auslegung der Zählkette, bleibt der Schalter 15 geschlossen, um danach geöffnet zu werden, bis die Zählkette den oberen Einstellwert erreicht hat, wonach sie wieder zur Ausgangssituation zurückgeschal­ tet werden kann und neu durchläuft.

Die Fig. 2 zeigt eine Modifikation eines Vorratsbehälters gemäß Fig. 1, wobei der Vorratsbehälter 1′ nur im oberen Wandungsbereich mit Verdampferschlangen 10′ beaufschlagt ist, damit sich der Eispanzer, auch bevorzugt im oberen Be­ reich des Vorratsbehälters 1′ ausbildet. Um die Umwälzpumpe 5′ und dessen Antriebsmotor 9′ verlaufen Rohrschlangen 16, durch die durch das karbonisierte Wasser zu kühlendes, son­ stiges Wasser geleitet wird. Durch die Ruhephasen der Um­ wälzpumpe sammelt sich das wegen seiner größeren Dichte et­ was wärmere Wasser 8′ in den unteren Zonen des Vorratsbehäl­ ters 1′ an, so daß auch einer Vereisungsgefahr in den Rohr­ schlangen 16 vorgebeugt ist.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Er­ zeugung von karbonisiertem Wasser in einem Vorratsbehäl­ ter, welcher zur Kühlung seines Inhalts und zur Bildung eines Eismantels im Wandungsbereich mit Kühlleitungen ei­ nes Kühlkreislaufes beaufschlagt ist, in dessen Inneren eine Umwälzpumpe angeordnet ist, durch welche CO₂-Gas aus dem Kopfbereich des Vorratsbehälters in das Wasser einge­ mischt und/oder das Wasser innerhalb des Vorratsbehälters in Rotation versetzt wird, und in den sowohl Wasser als auch CO₂-Gas im Kopfbereich zugeführt und aus dem karboni­ siertes Wasser im Bodenbereich entnehmbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umwälz­ pumpe durch eine Zeitsteuerschaltung gesteuert in fortlau­ fenden Zyklen in Betrieb und außer Betrieb gesetzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer der Umwälzpumpe ca. 1 bis 2 min beträgt und das Verhältnis von Einschaltdauer zur Ausschaltdauer ca. 1 : 10 bis 1 : 20 ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Entnahme von karbonisiertem Wasser aus dem Vorratsbehälter bzw. bei Nachförderung von Frisch­ wasser in den Vorratsbehälter die Umwälzpumpe während die­ ser Phase einschließlich einer Nachlaufphase in Betrieb gesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Nachlaufphase ca. 2 bis 4 min beträgt.