-
Vorrichtung zum Sättigen von Flüssigkeiten mit Gasen in zwei hintereinander
angeordneten Sättigungsräumen Die neuere Entwicklung der Apparate zum Sättigen von
Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere der Apparate zur Herstellung kohlensäurehaltiger
Getränkte, zeigt allgemein das Bestreben, die Flüssigkeit dem Sättigungsvorgange
zweimal zu unterwerfen. Zu diesem Zwecke sind Strahlapparate sowie gas-und wasserfördernde
Pumpen der verschiedensten Ausführungen verwendet und Mischvorgänge auch manchmal
in die Leitungsrohre verlegt worden. Die eigentliche Schwierigkeit besteht jedoch
in der Erfüllung der Bedingung, daß der Raum, in welchem die erste Sättigung stattfindet,
nur bis zu einem gewissen Grade, niemals aber vollständig mit Flüssigkeit angefüllt
werden darf, weil sonst eine erfolgreiche Sättigung' nicht mehr möglich ist.
-
Diese bekannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung auf neue
Weise so gelöst, daß durch eine doppeltwirkende, mit einem kleineren Kolben die
Flüssigkeit und mit einem größeren Kolben das Gas fördernde Pumpe die Flüssigkeit
bei dem einen Hube in den ersten Sättigungsraum und bei dem anderen Hube durch Gas
aus dem ersten in den zweiten Sättigungsraum gedrückt wird.
-
Dabei sind die beiden Zylinderräume der Pumpe und der erste Sättigungsraum
hinsichtlich ihres Fassungsvermögens an ein gewisses Größenverhältnis gebunden,
welches von dem Widerstande abhängig ist, den die Flüssigkeit beim übertritt aus
dem ersten in den zweiten Sättigungsraum zu überwinden hat. Es ist daher ganz allgemein
die Bledingung zu erfüllen, daß der erste Sättigungsraum größer ist als der wasserfördernde
Zylinderraum und kleiner oder höchstens ebenso groß wie der gasfördernde Zylinderraum.
Zu diesem Zwecke ist die doppeltwirkende Pumpe entweder mit zwei verschiedenen Zyiiifdern
und Kolben ausgerüstet, oder sie ist als Difterentialpumpe nach Art einer gewöluilichen
doppeltwirkenden Pumpe mit nur einseitig vorhandener, entsprechend verdickter Kolbenstange
ausgebildet. Die Zuleitung frischen Gases ist an den ersten Sättigungsraum angeschlossen,
damit die neu eintretende Flüssigkeit mit möglichst frischem Gase zusammentrifft.
-
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Apparat zum Sättigen
von Wasser mit Kohlensäure schematisch dargestellt.
-
Abb. I zeigt den einen und Abb. 2 den anderen Hub der Pumpe. In Abb.
3 und 4 sind noch zwei verschiedene Ausführungsformen des ersten Sättigungsraumes
veranschaulicht, um klarzustellen, was hier unter dem Begriffe »Inhalt« oder »Fassungsvermögen«
zu verstehen ist.
-
Die doppeltwirkende Pumple a mit Kolben d und Kolbenstange e fördert
auf der unteren Seite mit Hilfe der - Ventile 1 und m Wasser W aus der Leitung rv
in die Leitung n
und den ersten Sättigungsraum b, wo es in bekannter
Weise gegen eine Prellplatte o geworfen oder in anderer beliebiger Weise zerteilt
wird. Auf der oberen Seite nimmt die Pumpe mit Hilfe der Ventile s und t Gas aus
der vom zweiten Sättigungsraume c kommenden Leitung r und drückt es durch die Leitung
n in den ersten Sättigungsraum b, wobei das in diesem vorhandene vorgesättigte Wasser
durch die Leitung p in den zweiten Sättigungsraum c getrieben und dort wiederum
gegen eine Prellplatte q geworfen oder sonstwie zerteilt wird. Die Kohlensäure I(
tritt durch die mit Rückschlagventil v versehene Leitung k in den ersten Sättigungsraum
b.
-
Wären nun die beiden Zylinderräume der Pumpe gleich groß, und wäre
der erste Sättigungsraum erheblich größer als jeder dieser Zylindernäume, so würde
die Vorrichtung nur dann funktionieren, wenn das Wasser bei seinem übertritt aus
dem ersten in den zweiten Sättigungsraum keinen Widerstand zu überwinden hätte.
Da abler das Wasser bei seinem Eintritte in den zweiten Sättigungsraum unter Aufwendung
von Arbeit von neuem zerteilt werden soll, so muß es einem Drucke unterworfen werden,
der größer ist als der im zweiten Sättigungsraume herrschende Druck. Diese Erhöhung
desDruckes wird hier durch den Widerstand hervorgerufen, den das Wasser bei seinem
Durchgange durch die Düse des zweiten Sättigungsraumes überwinden muß. Gibt man
nun beispielsweise dem wasserfördernden Zylinderraume ß die Größe Zwei, dem gasfördernden
Zylinderraume g die Grö ! ße Drei und dem ersten Sättigungsraumeb ebenfalls die
Größe Drei, und setzt man voraus, daß nach Druckausgleich in beiden Sättigungsräumen
ein absoluter Druck von 6 Atm. herrscht, so würde am Schlusse des gasfördernden
Pumpenhubes im ersten Sättigungsraume ein absoluter Druck von 24 Atm., also ein
Überdruck von I8Atm. entstehen, wenn die Düse so eng wäre, daß sie nichts hindurchtreten
ließe. Hat aber die Düse einen Durchgangsquerschnitt von solcher Größe, daß gegen
Ende des gasfördernden Pumpenhubes das Wasser aus dem ersten Sättigungsraume soeben
verdrängt ist, so beträgt im ersten Sättigungsraume der absolute Druck des Gases
immer noch 8 Atm., der Überdruck also 2 Atm. Der Überdruck, mit dem das Wasser aus
dem ersten in den ztveiten Sättigungsraum getrieben wird, beträgt demnach bei diesem
Beispiele mindestens 2atom., und je größer der gasförderndeZylinderraum im Verhältnisse
zum ersten Sättigungsraum ist, desto größer wird dieser Oberdruck. Das Größenverhältnis
dieser Räume ist also von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit der Vorrichtung.
Das Fassungsvermögen des ersten Sättigungsraumes und das Fassungsvermögen der beiden
Zylinderräume der Pumpe ist daher so bemessen worden, daß der erste Sättigungsraum
b größer ist als der wasserfördernde Zylinderraum f und kleiner oder höchstens ebenso
groß wie der gasfördernde Zylinderraum g. Denn wenn der erste Sättigungsraum b kleiner
wäre als der wasserfördernde Zylinderraum f, so würde der erste Sättigungsraum bei
jedem wasserfördernden Hube unter gleichzeitiger Absorption des vorhandenen Gases
ganz mit Wasser gefüllt, so daß keine Sättigung mehr erfolgen würde. Und wenn der
erste Sättigungsraum b. größer wläre als der gasfördernde Zylinderraum g, so würde
das aus dem zweiten Sättigungsraume entnommene Gasvolumen nicht genügen, um das
Wasser mit dem nötigen t : überdruck aus dem ersten Sättigungsraum bl und dem Verbindungsrohr
p so restlos und zeitig in den zweiten Sattigungsraum c zu treiben, daß nach jedem
Hube auch noch der Ausgleich des Gasdruckes in beiden Sättigungsnäumen elrfolgen
kann.
-
Die Wirkungsweise des Apparates ist nun folgende: Wenn der Kolben
d der Pumpe a abwärts geht (Abb. I), so wird das vorher angesaugte Wasser W aus
dem kleinen Zylinderraum f in den ersten Sättigungsraum b gedrückt und dort zum
ersten Male zerteilt, während gleichzeitig Gas aus dem zweiten Sättigungsraume c
in den großen Zylinderraum g der Pumpe übertritt und frisches Gas durch die Leitung
k dem ersten Sättigungsraume b zuströmt. Und wenn der Kolben d aufwärts geht (Abb.
2), so wird das vorgesättigte Wasser aus dem ersten Sätti gungsraum b in den zweiten
Sättigungsraum c gedrückt und dort zum zweiten Male-gesättigt, während gleichzeitig
neues Wasser in den kleinen Zylinderraum f gesaugt und das Austreten von Gas in
die Gaszuleitung k durch das Rückschlagventil v verhindert wird.
-
Die Zeichnung zeigt, wie das Wasser kurz vor Vollendung des aufwärts
gehenden Kolbenhubes aus dem ersten Sättigungsraum b nahezu verdrängt ist, und es
ist klar, daß auch der Rest des Wassers und der Überschuß des viel geschwinder strömenden
Gases in den zweiten 5 gungsraum üb ergetreten und Druckausgleich herbeigeführt
ist, bevor der Kolben die obere Totpunktstellung erreicht, worauf das Spiel von
neuem beginnt.
-
Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des ersten Sättigungsraumes
bl bei welcher in bekannter Weise die erste Sättigung des Wassers dadurch bewirkt
wird, daß das Wasser als Strahl unter dem Spiegel
einer dauernd
bis zum Überlaufen gefüllten Schale x eintritt, so daß ein Vielfaches des eintretenden
Wasserquantums immer wieder emporgeschleudert und allmählich in den Sammelraum des
ersten Sättigungsraumes abgegeben wird. In diesem Falle ist natürlich der dauernd
vorhandene Inhalt der Schale x bei der Bestimmung der Größe des ersten Sättigungsraumes
b in Abzug zu bringen. Das gleiche gilt auch für den Inhalt des in Abb. 4 verwendeten,
dauernd gefüllten Mischgefäßes y, in welchem der= eintretende Wasserstrahl ebenfalls
in bekannter Weise einen in der Achse = des Gefäßes abwärts gerichteten und am Mantel
des Gefäßes aufwärts gerichteten Kreislauf des mit Gasblasen durchsetzten Wassers
hervorruft.