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Verfahren zur Regelung der Verdampfung fester Kohlensäure unter Nutzbarmachung
des erhaltenen Gasdruckes Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen
fester Kohlensäure und zur Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit, derart, daß
die Entwicklung des Kohlensäuregases sich dem jeweiligen Bedarf der Verwendung anpaßt.
Gleichzeitig kann die bei der Verdampfung der festen Kohlensäure gebundene Wärme
nach Bedarf zur Kühlwirkung nutzbar gemacht werden. Ein Anwendungsgebiet des neuen
Verfahrens ist beispielsweise das Fördern und Ausschenken von Flüssigkeiten aus
Behältern.
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Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß feste Kohlensäure in
einem geschlossenen Behälter zwecks Bildung eines Überdruckes verdampft wird, wobei
die zur Verdampfung erforderliche Wärme entweder durch Wasserumlauf oder Überrieseln
von Wasser oder durch Wärmeeinstrahlung aus der umgebenden Luft erfolgt.
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Im weiteren besteht die Erfindung darin, daß durch eine besondere
Vorrichtung die Entwickelung der gasförmigen Kohlensäure in Abhängigkeit von dem
Verbrauch geregelt wird.
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Im Gegensatz zur Verwendung flüssiger Kohlensäure bietet die der festen
Kohlensäure den großen Vorteil, daß die teueren Stahlflaschen zum Versenden der
flüssigen Kohlensäure entbehrlich werden. Die feste Kohlensäure kann bekanntlich
in einfacher Umhüllung aus Papier oder Holz bequem und gefahrlos verschickt werden.
Außerdem kann die Kühlwirkung der Kohlensäure beim Übergang vom festen zum gasförmigen
Zustand ausgenutzt werden. Ferner entfällt für die die Kohlensäure liefernde Industrie
die Notwendigkeit, einen großen Vorrat von Kohlensäureflaschen zu unterhalten und
zu überwachen.
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In der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der
Vorrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens dargestellt.
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Es zeigen Abb. i eine Zapfvorrichtung für Bierfässer mit Kohlensäuredruck,
Abb. 2 und 3 eine Vorrichtung zum Verdampfen fester Kohlensäure und zum Regeln der
Verdampfung im Längsschnitt. Abb.4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Abb.
3.
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Nach der Abb. i wird das zu entleerende Faß a durch ein Steigrohr
b mit dem Zapfhahn c verbunden. Ein Teil des Steigrohres ist von einem geschlossenen
Kühlbehälter d umgeben, der durch Rohrleitungen e und e' mit einem ebenfalls geschlossenen
Kühlbehälter f in Verbindung steht. Beide Behälter d und f
sind mit
einem flüssigen Wärmeträger, Wasser, Salzsole o. dgl. gefüllt. In den Behälter fragt
von oben ein durch den Deckel g' geschlossenes Einsatzgefäß, das mit fester Kohlensäure
beschickt ist. Da die feste Kohlensäure eine Temperatur von - 79' besitzt,
so findet durch die Wandungen des Einsatzgefäßes g hindurch ein Wärmeaustausch mit
der Kühlflüssigkeit statt, durch den die feste Kohlensäure allmählich verdampft
und sich in dem oberen
Teile des als Verdampfungsraum dienenden
Gefäßes g ansammelt. Von hier aus wird diew gasförmige Kohlensäure durch die Rohrleitung
h der Zapfvorrichtung i des Fasses a zu-
geführt und letzteres
unter Kohlensäuredruck gesetzt. In der Rohrleitung h befinden sich in üblicher Weise
ein Absperrventil k, ein Sicherheitsventil l und ein Manometer in.. Infolge
der Abkühlung der Kühlflüssigkeit in dem Behälter f wird diese durch die Rohrleitung
e und e` derart in Umlauf gesetzt und gehalten, daß sie im Behälter d aufwärts fließt,
die auszuschenkende Flüssigkeit im Steigrohr b kühlt und sich selbst dabei anwärmt.
Diese Vorrichtung ist für gleichmäßige Flüssigkeitsabgabe brauchbar, hat aber bei
unregelmäßiger Entnahme den Nachteil, daß sie nicht ohne Verlust an Kohlensäure
arbeiten kann, da die Verdampfung der festen Kohlensäure nicht mit der Entnahme
geregelt werden kann. Eine solche Regelung muß in der Weise erfolgen, daß nicht
mehr gasförmige Kohlensäure durch den Wärmeaustausch in dem Gefäße f entsteht, als
zum Fortdrücken der auszuschenkenden Flüssigkeit aus dem Faß a erforderlich ist.
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Diesem Zwecke werden die in Abb. a, 3 und q. dargestellten Ausführungsformen
des Kühlgefäßes f gerecht. Das als Verdampfungsraum dienende Einsatzgefäß g wird
mit einem geschlossenen Hohlkörper n umgeben, in dem vom Deckel o aus ein unten
offener Zylinder P eintaucht. Der Hohlkörper n wird etwa zur Hälfte mit einer Wärmeträgerflüssigkeit,
Wasser, Salzsole o. dgl. gefüllt. Der obere Teil des Einsatzgefäßes g, in dem sich
gasförmige Kohlensäure befindet, wird durch einen kurzen, mit einem Absperrventil
q versehenen Kanal mit dem oberen Ringraum des Tauchzylinders verbunden, so daß
die gasförmige Kohlensäure aus dem Einsatzgefäß g bei geöffnetem Ventil q in den
Zylinder p eindringen kann. Die Folge davon ist, daß der Flüssigkeitsspiegel in
dem Tauchzylinder P nach unten gedrückt wird, während der Flüssigkeitsspiegel in
dem Außenringraum des Hohlkörpers nach oben steigt und dabei das in dem ringförmigen
Raum zwischen dem Mantel des Hohlkörpers na und des Zylinders p befindliche
Luftpolster zusammendrückt. Durch das Absinken des Flüssigkeitsspiegels im Zylinder
p wird die Wärmeübertragung durch die Wände des Einsatzgefäßes g und die Verdampfung
der festen Kohlensäure vermindert, da der zwischen dem Außenmantel des Eintauchgefäßes
g und dem Innenmantel p entstehende Ring aus gasförmiger Kohlensäure stark isolierend
wirkt. Sobald gasförmige Kohlensäure verbraucht wird, strömt sie durch die Rohrleitung
y ab. Der Flüssigkeitsspiegel im Tauchzylinder p steigt, sobald mehr Kohlensäure
durch die Rohrleitung r entnommen wird, als feste Kohlensäure im Einsatzgefäß g
verdampft. Durch das Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Zylinder P wird die Wärmeübertragung
durch die Wandung des Hohlgefäßes vermehrt und die Verdampfung der festen Kohlensäure
beschleunigt. Durch die Veränderung des Höhenunterschiedes zwischen den beiden Flüssigkeitsspiegeln
im Tauchzylinder p und in dem Hohlkörper n wird also die Kälteübertragung von der
festen Kohlensäure nach dem umlaufenden Wärmeträger des Behälters f geregelt. Der
Druck in dem geschlossenen Gefäß g und im Tauchzylinder P kann noch durch Ablassen
oder Einpumpen der Wärme übertragenden Flüssigkeit nach unten oder oben geregelt
werden. Je mehr Wärmeübertragungsflüssigkeit das Einsatzgefäß g umgibt, um so größer
ist die Wärmeübertragung und die Verdampfungsgeschwindigkeit, um so mehr wird die
Luft im Ringraum zwischen dem Einsatzzylinder P und dem Mantel des Hohlkörpers n
zusammengedrückt; um so höher wird auch der Kohlensäuredruck im Einsatzgefäß g und
im Tauchzylinder p. Die umgekehrte Wirkung ergibt sich, wenn der Hohlkörpern weniger
Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält.
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Eine dritte Regelung ist noch dadurch möglich, daß die Höhenlage der
festen Kohlensäure zur Flüssigkeitssäure verändert werden kann, z. B. durch Einlegen
eines Bodens t in das Einsatzgefäß g. Wird bei derselben Einrichtung gasförmige
Kohlensäure in größeren Mengen gebraucht, so muß dieser Einsatzbodent weiter nach
unten gelegt werden. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß der Boden
t sich auf ein kürzeres oder längeres Rohrstück zc stützt. Natürlich kann die Einrichtung
auch so getroffen werden, daß der Boden t von außen her vertikal verschoben wird.
Da die feste Kohlensäure bei der Überführung in Dampfform bei Drücken unterhalb
des Tripelpunktes nicht flüssig ist, so verzögert das die feste Kohlensäure im Einsatzgefäß
g umgebende Gaspolster die Wärmezufuhr und damit die Verdampfung unter Umständen
mehr als wünschenswert. Um dies zu vermeiden, kann das Eintauchgefäß g zum Teil
mit Wasser, Alkohol, Tuluol, Benzin, wässerigen Alkohollösungen, Salzsole o. dgl.
gefüllt werden. Diese Stoffe sichern auch im gefrorenen Zustande eine bessere Wärmeleitung
nach dem Mantel des Gefäßes g als ein reines Gaspolster. Der Wärmeaustausch zwischen
dem Behälter g und der umgebenden Wärmeübertragungsflüssigkeit kann durch Einsetzen
eines wärmeleitenden Metallgitters, Metallsterns o. dgl. in das Gefäß g beschleunigt
werden.
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Dadurch, daß sich gasförmige Kohlensäure nach der geschilderten Anordnung
sowohl im Einsatzgefäß g als auch im Zylinder p befinden, ist es möglich, das Einsatzgefäß
g, wenn erforderlich,
mit fester Kohlensäure erneut zu beschicken,
ohne die Entnahme der gasförmigen Kohlensäure bzw. das Ausschenken der Flüssigkeit
aus dem Faß a zu unterbrechen. Zu diesem Zwecke wird der Absperrhahn q in dem Kanal
zwischen Einsatzgefäß g und Zylinder p geschlossen, worauf dann der Deckel v geöffnet
werden und frische Kohlensäure eingeführt werden kann. Ist dies geschehen, so schließt
man den Deckel v und öffnet den Hahn q. In der Zwischenzeit des Füllens und Wiederschließens
reicht der Vorrat an komprimierter gasförmiger Kohlensäure im Zylinder P aus, um
die Kohlensäureabgabe weiter fortzuführen. Zur Regelung des Druckes ist ein Stutzen
mit Leitung x an dem Gefäß n vorgesehen, durch den Wärmeübertragungsflüssigkeit
zu- oder abgeführt werden kann.
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Das geschilderte Verfahren gestattet also, feste Kohlensäure ohne
Verluste je nach der Höhe des Verbrauchs zu verdampfen und gegebenenfalls auch ihre
Kühlwirkung nutzbar zu machen. Wenn man auf die Kühlwirkung der festen Kohlensäure
verzichtet, so wird die Vorrichtung entsprechend einfacher. Die zur Verdampfung
der festen Kohlensäure erforderliche Wärme kann dann beispielsweise durch Leitungswasser,
welches durch das Gefäß f fließt oder über den Hohlkörper n herabrieselt, zugeführt
werden oder aber durch Einstrahlung erfolgen. Um die Einstrahlung zu beschleunigen,
kann gemäß Abb.3 und 4 der Hohlkörper ya außen mit Rippen w ausgerüstet werden.
Ebenso kann man den Wärmeaustausch selbstverständlich z. B. durch Wärmeisolierung
der Wände verzögern, wenn man eine langsame Kohlensäureentnahme nötig hat. Ein weiterer
Vorteil der beschriebenen Einrichtungen ist der, daß ein Einfrieren von Absperrorganen,
Druckmesser o. dgl. nicht' eintreten kann, da diese Teile dem unmittelbaren Einfluß
fester oder flüssiger Kohlensäure entzogen sind. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung
wurde beschrieben in der Verwendung zum Ausschenken von Flüssigkeit. Natürlich ist
es möglich, die durch das geschilderte Verfahren verdampfte Kohlensäure auch anderweit
nutzbar zu machen, beispielsweise zum Carbonisieren von Bier oder Mineralwasser
oder zum Feuerlöschen o. dgl.