-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die zur Verfügungstellung
von unter Druck stehenden Flüssigkeiten
und, im Besonderen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Druckreduzieren
von Flüssigkeiten, die
durch ein unter Druck stehendes Flüssigkeitssystem bis zu einem
bestimmten Niveau fließen.
-
2. Diskussion
des Standes der Technik
-
In
einem Flüssigkeitsspendersystem
ist es oftmals notwendig, den Leitungsdruck in einem System anfangs
auf ein relativ hohes Niveau zu erhöhen und nachfolgend den Druck
in den Leitungen in stromabwärtiger Richtung
des Systems zu reduzieren. „Leitungsdruck" kann als Druck in
einer Leitung oder einer anderen Flüssigkeitsführung (Pfad) vorliegend verstanden
werden, in der eine unter Druck stehende Quelle mit einem stromabwärtigen Punkt
in dem System verbunden ist. Das Bedürfnis nach einem anfänglich relativ
hohen Initialleitungsdruck und einem geringeren strombabwärtigen Leitungsdruck
wird besonders offensichtlich in typischen Getränkespendersystemen, welche
Flüssigkeiten
aus einer Quelle, die in einigem Abstand befindlich ist, spenden
und dabei oftmals unterhalb des Flüssigkeitsauslasses befindlich
sind. Die Flüssigkeit
muss unter Druck gebracht werden, um die gravitationsbedingten Kräfte und
Verluste im Kopfbereich, die dem Flüssigkeitsfluss während des
Fließens
von der Flüssigkeitsquelle
zu dem Flüssigkeitsauslass
Widerstand leisten, zu überwinden.
-
Des
Weiteren muss eine Flüssigkeit,
die mit Kohlensäure
versetzt ist, am Auslass abgegeben werden soll, wie zum Beispiel
Bier oder Selterswasser unter Druck gehalten werden, um einen Verlust
an Kohlensäure zu
verhindern. Trotzdem ist der Initialleitungsdruck, der für das System
benötigt
wird, oftmals zu hoch für
angemessene nachfolgende Abgabe aus dem Auslass oder letztendliche
Nutzung der Flüssigkeit.
Die zu große Druckbeaufschlagung
ist besonders schlecht für
die Abgabe kohlensäurehaltiger
Getränke,
weil die Abgabe an der Mischbatterie des Systems aufgrund des Überdrucks
da zu führt,
dass es zu einer höheren
Verwirbelung als gewünscht
bei der Flüssigkeit
kommt, was zu einem zu schäumigen
abgegebenen Getränk
resultiert.
-
Aus
dem US Patent
US 2,132,011 ist
ein Getränkespender
und eine darin verwendete Druckreduziervorrichtung, mit einer zylindrischen
Stange, einem Band aus eingekerbtem Metallblech das in eine Spirale
darum gewickelt ist, um eine Fluidleitung mit spiralförmigen Querschnitt
zu formen, wobei besagte Stange sich über das Ausgangsende von besagter
Leitung erstreckt und entsprechend geformt ist, um Turbulenzen zu
verhindern.
-
Aus
dem Stand der Technik bekannte Getränkespendersysteme, die die
voranstehenden Probleme bereits angesprochen haben, haben reduzierte
Leitungsdrücke
unter Vertrauen auf das Vorhandensein von Druckabfällen im
Inneren zusätzlicher
Leitungsabschnitte. Insbesondere in einigen Bierspendersystemen,
wird das System zu einer vorbestimmten Einrichtung mit einer Standardlänge von
Mayon-Röhren
(typischerweise 1,37 m (4,5'))
befördert,
wie auch über
einer Standardzusatzlänge
oder „Kühlungsschleife" aus Kupferrohr die vorgesehen
ist, um Druckabfälle
zur Verfügung
zu stellen, die für
das „typische" System benötigt werden.
Dann wird die Länge
der zusätzlichen
Röhre ermittelt,
die tatsächlich
benötigt
wird, um die korrekte Begrenzung für die jeweilige Installation
zur Verfügung
zu stellen, und das „Standard" System wird modifiziert,
um die notwendige Begrenzung für
die Einrichtung zu erreichen. In ungefähr 75% aller Systeme ist diese „Standard" Begrenzung inadäquat, da
eine Länge
von zusätzlich
6,1 m (20') von
Mayon-Röhren in
dem System installiert werden muss. Die bestehenden Kupferrohrkühlschleifen
müssen
verlängert
werden, und zwar unter Zuhilfenahme von Lötvorgängen an den Verlängerungen,
um an die Länge
der Mayon-Röhren
angepasst zu werden. Die Mayon-Röhre wird
dann an den Kühlleitungen
erst mit einem Drahtband und dann mit einem Polymerband gesichert.
Die Kühlleitungen
und das Mayon-Röhrenbündel wird
dann vom Boden des Spenderkopfes bis zum Ende der Leitungen mit
1,82 m (sechs Fuß)
großen
Abschnitten einer Armaflexisolierung versehen, wobei die Nähte des
Armaflexes zusammengeklebt und überklebt
werden. Wenn weniger als eine „Standard"-Beschränkung benötigt ist,
müssen
einige Mayon-Röhren
aus dem System entfernt werden und Kühlleitungen müssen verkürzt werden,
um an die Mayon-Röhre
angepasst zu werden. Die Leitungen müssen dann wie vorab beschrieben
zusammengeklebt und isoliert werden.
-
Es
wird daher offensichtlich, dass extra Röhren mühevoll in der Verwendung sind,
insbesondere in der Installation, bei welchen viele Flüssigkeitsleitungen
in einem relativ klei nen Gebiet positioniert werden müssen, wie
zum Beispiel in Gasthäusern.
Es ist auch sehr schwierig, diese zu installieren. Diese Probleme
sind besonders schlimm in Systemen, die Bierpumpen umfassen. Diese
Systeme arbeiten typischerweise mit einem Minimaldruck von 1,7 × 105 Pa (25 psig) und führen Bier durch einen Mehrfachweg-Mehrfachverteiler
einer Vielzahl von Mischbatterien (Hähnen) zu. Der konstant aufgebrachte
Druck führt
zu einer Reduzierung des Flusses. Eine zusätzliche Drosselung (Beschränkung) ist
benötigt,
um den natürlichen
Kohlensäuregehalt
der Produkte im Inneren des Systems gleichzuhalten, um ein Ausfallen
von Kohlendioxid und resultierenden Schäumens an der Mischbatterie
(dem Hahn) zu verhindern.
-
Daher
kommt das Bedürfnis,
einen Druckminderer für
ein Fluidspendersystem zur Verfügung
zu stellen, das kompakt und einfach in der Konstruktion ist, das
auch einfach zu installieren ist, und das auch einfach an die Druckbedürfnisse
eines speziellen Systems angepasst werden kann.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein vereinfachtes Verfahren
und eine Vorrichtung zum Erreichen des gewünschten Druckabfalls in einer
Flüssigkeit,
die durch eine geschlossene Bahn (Pfad/Leitung) eines Fluidspendesystems
fließt.
Statt des Verwendens einer extra Länge einer Spirale oder eines
komplexen variablen oder festen Ausflussbegrenzung, verwendet die
vorliegende Erfindung eine spezielle Art eines Druckminderers im
Inneren der Flüssigkeitsleitung,
um den gewünschten
Druckabfall zu erreichen. Insbesondere ist die Vorrichtung so ausgestaltet,
dass sie wiederholt Richtungsänderungen
der Flüssigkeit
in der Leitung hervorruft. Die Richtungsänderungen reduzieren notwendigerweise
die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, wodurch
der Druck reduziert wird. Der Druckminderer umfasst vorzugsweise
einen stationären
Begrenzer, der wiederholt die Flüssigkeit
in eine Vielfalt (wenigstens zwei) Flüssigkeitsströme aufsplittet,
der die getrennten Ströme
wieder rekombiniert, dann die rekombinierten Ströme wieder teilt usw. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst der Begrenzer eine Vielzahl an Flusstrennsegmenten, die
im Inneren der Passage angebracht sind und so ausgestaltet sind,
dass sie sequentiell die Flüssigkeit,
die dort vorbeifließt,
in eine Vielzahl von Flüssigkeitsströme teilt
und die Vielzahl an Flüssigkeitsströmen wieder
kombiniert, wobei die fließende Flüssigkeit
Richtungswechseln unterliegt. Vorzugsweise sind die Flussauftrennsegmente
so in einem Muster angeordnet, dass die Segmente einmal eine erste Krümmung und
einmal eine zweite Krümmung
aufweisen. Jede der Segmente kann grundsätzlich spiralförmig (schnecken-/schraubenförmig) ausgeformte,
kurvig ausgeformte Schaufeln mit einer Führungskante aufweisen, einer
Hinterkante und gegensinnig gekrümmt
ausgestaltete Oberflächen
aufweisen, wobei jede Oberfläche
so ausgestaltet ist, dass sie eine der Flüssigkeitsströme benachbart.
Die kurvigen Schaufeln sind hintereinander (Ende – Ende)
angeordnet, dass die Hinterkante jeder kurvig ausgestalteten Schaufel
sich wenigstens grundsätzlich
rechtwinklig zu der Leitkante einer benachbarten stromabwärtigen Schaufel
erstreckt.
-
Der
Druckminderer hat den Vorteil kleiner zu sein als extra Schlaufen
(Spiralen) einer Flüssigkeitsleitung.
Ein gewünschter
Druckabfall kann mit hoher Genauigkeit einfach über das einfache Wählen der
Ausgestaltung und/oder der Anzahl an Segmente in dem Druckminderer
bestimmt werden. Der Druckminderer der vorliegenden Erfindung ist
auch relativ einfach in bestehende Flüssigkeitsspendersysteme einbringbar.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche
Teile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 eine
seitliche Teilschnittansicht eines Spendersystems für unter
Druck stehende Flüssigkeiten, als
Beispiel für
ein Flüssigkeitsspendersystem,
das in Übereinstimmung
mit einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung konstruiert wurde und einen Druckminderer aufweist, welcher
beabstandet vom Hahn (der Mischbatterie) des Systems positioniert
ist;
-
2 eine
perspektivische Teilschnittansicht des Druckminderers aus 1;
-
3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Abschnitts des Druckminderers
aus 2;
-
4 eine
seitliche Ansicht auf den Abschnitt des Druckminderers aus 3;
-
5 eine
seitliche Teilschnittdarstellung des unter Druck stehenden Flüssigkeitsspendersystems, das
ein Flüssigkeitsliefersystem,
welches in Übereinstimmung
mit einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ausgestattet wurde, darstellt, wobei ein Druckminderer
nahe des Hahns (der Mischbatterie) positioniert ist;
-
6 eine
seitliche Teildarstellung des Druckminderers aus 5;
-
7 eine
grafische Darstellung des Zusammenhangs der Anzahl von Druckselektionssegmenten
zu dem Druckabfall für
einen weiteren Druckminderer, der in Übereinstimmung mit einem weiteren
Ausführungsbeispiel
im Sinne der Erfindung konstruiert wurde;
-
8:
eine grafische Kurve, die die Anzahl der Segmente des Druckminderers
gegenüber
dem Druckabfall für
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Druckminderers in Übereinstimmung
mit der Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1. Zusammenfassung
-
Ein
Druckminderer ist zur Nutzung in einem Flüssigkeitsspendersystem vorgesehen,
welches benötigt,
dass die flüssigen
Inhaltsstoffe zuerst mit einem relativ hohen Druck komprimiert werden,
das aber auch erfordert, dass die Flüssigkeit mit einem zweiten
relativ geringen Druck zu einer weiter unterhalb befindlichen Position
geliefert werden. Der Druckbegrenzer reduziert den Druck der fließenden Flüssigkeit
durch wiederholtes Hervorrufen von Richtungsänderungen der Flüssigkeit.
Vorzugsweise umfasst der Druckminderer einen Begrenzer, der aus
einer Vielzahl von zueinander ausgerichteten Segmenten gebildet
wird, wobei jedes der Segmente so ausgestaltet ist, dass es die
Flüssigkeit
in zwei oder mehr divergierende Flüssigkeitsströme trennt
und die Ströme
am Ende jedes Segments wieder rekombiniert. Jedes Segment umfasst
vorzugsweise eine kurvige Schaufel mit sich gegenüberstehenden
grundsätzlich
spiralförmig
ausgeformten Oberflächen,
die einen von zwei getrennten Flüssigkeitsströmen begrenzen.
Die Vorrichtung kann entweder entfernt oder nahe des Hahns (der
Mischbatterie) oder eines anderen Endpunktes des Flüssigkeitsspendersystems
angebracht sein und entweder eine einfache Leitung oder eine Vielzahl
an parallelen Leitungen umfassen. Jedes Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise
einen Abschnitt der dazu hilft, am Ende des Druckminderers den Ausfluss gerade
zu gestalten.
-
2. Beschreibung eines
ersten Ausführungsbeispiels
-
In 1 ist
ein Druck-beauflagtes Flüssigkeitsspendersystem 110 mit
einem Druckminderer dargestellt, wobei der Druckminderer in Übereinstimmung
mit einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Flüssigkeitsquelle 112,
eine Flüssigkeitsleitung 114 und
einen Bestimmungsort 116 aufweist. Die Komponenten 112, 114 und 116 können stark
von der Art der Anwendung abhängig
sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel,
in welchem das System ausgestaltet ist um Bier abzugeben, umfasst
die Quelle 112 erstens ein Fass, wobei die Leitung 114 zweitens
ein relativ langes Verbindungsgehäuse 118 und einen
kürzeren
Standardröhrenabschnitt 120 an
einem stromabwärtigen
Ende der Leitung 114 umfasst und drittens der Bestimmungsort (das
Ziel) einen die Flüssigkeit
abgebenden Hahn (Mischbatterie) 116 aufweist. Das Fass 112 ist
ein unter Druck stehendes Standardfass mit einer Abgabekupplung 122.
Das Verbindungsgehäuse 118 umfasst
eine Leitung, die in einem flüssigkeitsgekühlten Gehäuse bekannter
Art eingebettet ist. Eine volumetrische Pumpe 124 ist in
dem Verbindungsgehäuse 118 in
der Nähe
des Fasses 112 angebracht und ist so ausgestaltet, um Bier
aus dem Fass 112 am Abgabehahn (Mischbatterie) 116 mit
einem zugewiesenen Druck abzugeben, wobei dabei eine gewünschte volumetrische
Flussrate an dem Hahn (der Mischbatterie) 116 anliegen
soll. Der Abgabehahn (Mischbatterie) 116 kann entfernt
vom Fass 112 angeordnet sein (manchmal mehr als 91,44 m (300
Fuß) und
ist auf einem Abgabeturm 126 angeordnet, der sich von einem
Tresen (nicht dargestellt) bis zu einem Ort, der typischerweise
mit einem gewissen Abstand zum Fass 112 positioniert ist,
sich erstreckt. Obwohl nur ein Einfachhahn 116 dargestellt
ist, können
unterschiedliche Spendersysteme eine Vielzahl von Hähnen umfassen,
wobei jeder mit Bier aus einem entsprechenden Fass über eine
entsprechende Leitung versorgt wird.
-
Ein
Druckminderer 18 ist im Inneren der Leitung 114 zwischen
dem Fass 112 und dem Hahn 116 angeordnet. Er ist
typischerweise in einem Standardrohrabschnitt 120, der
angrenzend des Abgabeturmes 126 angeordnet ist, positioniert.
Er ist zum Reduzieren des Leitungsdrucks am Hahn (an der Mischbatterie) 116 ausgebildet,
um die Geschwindigkeit am Hahn (der Mischbatterie) 116 so
zu erreichen, dass der Bierfluss aus dem Hahn (der Mischbatterie)
optimiert ist. Der Druckminderer 18 hat in diesem Ausführungsbeispiel
ein Gehäuse 22 mit
einer einfachen Leitung 24, die einen stationären Begrenzer 27 beherbergt.
Das Gehäuse 22 ist an
die Röhrenabschnitte über ein
Paar Standard-Verbinder 25 verbunden, wobei einer dieser
an jedem Ende des Gehäuses
angebracht ist. Der Begrenzer 27 ist zum Aufbringen eines
Druckabfalls an die Flüssigkeit,
die durch das Gehäuse 22 fließt ausgestaltet,
und zwar durch das Hervorrufen wiederholter Richtungsänderungen an
die fließende
Flüssigkeit.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nimmt der Begrenzer 27 die Form einer Serie an Abschnitten
an, wobei jede von diesen kurvige Abschnitte 26 umfasst,
die entlang einer zentralen Achse 28 der Passage 24,
die am Besten in 2 gesehen werden kann, angeordnet
sind. Die Abschnitte 26 sind vorzugsweise in einem engen
Verband mit den Wänden
der Passage 24 angeordnet, so dass sie nicht rotieren.
Die Abschnitte 26 sind mittels kurzer Pfosten 30 aneinander
befestigt, die sich entlang der Zentralachse 28 erstrecken,
und so die Schaufeln 26 voneinander separieren oder alternativ
dazu ohne verbindende Zapfen jeweils mit den Enden aneinander grenzend
geformt sind.
-
Wie
am Besten in den 3 und 4 dargestellt,
nimmt jeder Abschnitt 26 des Ausführungsbeispiels die Form eine
kurvig ausgeformten Schaufel an und wird nachfolgend immer als „Schaufel" beschrieben. Jede
Schaufel 26 hat sowohl eine Führungskante 32 und
eine Hinterkante 34, als auch erste und zweite sich gegenüber liegende
Seitenflächen 36 und 38,
die grundsätzlich
rechtwinklig ausgeformt sind, wenn im Aufriss betrachtet. Zwischen
den zwei Kanten 32 und 34 ist jede Schraube 26 grundsätzlich spiralförmig oder
toroidal verwunden, um eine 180° Drehung
um die Achse 28 zu vollziehen, wobei jeder Schaufel 26 dann
ein Paar an spiralförmigen
Kanten 40 und 42 zugewiesen wird, und wobei jede
Schaufel 26 mit entweder einem Uhrzeigersinn- oder einem
Gegenuhrzeigersinn-Aspekt versehen ist, wobei die stromabwärtige Kante 34 sich
parallel zur stromaufwärtigen
Kante 32 erstreckt. Die Neigung jeder Schraube 26 ist über die
axiale Erstreckung bestimmt, die benötigt wird um eine 180° Drehung
zu erreichen. Die illustrierten Schaufeln haben eine mittlere Neigung,
mit jeweils einer Länge
von 5,55 mm (7/32''). Eine Struktur,
die zum Nutzen mit dem Begrenzer 27 geeignet ist, aber
hier nur für
stationäre
oder bewegungslose Mixer Verwendung finden soll, ist ein Mixstab
der Firma ConPro Tec. Inc. mit dem Markennamen Statomix®. Siehe
auch http://www.mixpac.com. Der Mixstab der von ConPro vertrieben
wird, ist dafür
vorgesehen, Ströme
von Epoxyklebern oder dergleichen zu mixen und diese Mischung vom
Ende der Vorbeschichtung abzugeben. Der Mixstab, der in einem Druckminderer
in Übereinstimmung
mit der Erfindung Verwendung finden kann, kann als ein „Mixstabbegrenzer" verstanden werden.
-
Die
einzelnen Schaufeln 26 des Restriktors 27 sind
in Segmenten 44 mit je zwei Schaufeln 26 angeordnet,
wobei jedes Segment 44 eine im Uhrzeigersinn gebogene oder „Rechte-hand" Schaufel 26 und
eine im Gegenuhrzeigersinn kurvig ausgeformte oder „linke
Hand" Schaufel 26 umfasst.
Die Führungskante 32 jeder
Schaufel 26 erstreckt sich grundsätzlich rechtwinklig in Bezug
auf die Hinterkante 34 der jeweiligen stromaufwärtigen Kante.
In der 2 und 3 kann gesehen werden, dass
die Schaufel 26' an
der am meisten stromaufwärts
gelegenen Position im Inneren des Druckreduzierers 18 einen
keilförmigen
Holm 48 an seiner Leitkante 32 aufweist. 2 zeigt
eine Schaufel 26'' in der am meisten
stromabwärts
gelegenen Position, wobei ein ähnlich
geformter Rekombinierholm 50 an ihrer Hinterkante 34 ausgeformt
ist. Der Rekombinierholm 50 dient auch als Ausflussgradrichter,
um ein gerades Hineinfließen
in stromabwärtige
Abschnitte des Systems zu erreichen. Er könnte auch durch eine Teilschaufel 26'' ersetzt oder ergänzt werden,
die sich in die andere Richtung als die letzte am meisten stromabwärts gelegene
komplette Schaufel kurvig erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist sie an eine Teilschaufel 26'' angebracht,
die das stromabwärtige
Ende des Begrenzers 27 formt. Zusätzlich oder anstelle des Bewirkens
durch den Rekombinierholm 50 und/oder die Teilschaufel 26'', kann auch ein Geraderichten des
Flusses über
eine variierende Neigung des stromabwärtigsten Abschnittes der am
meisten stromabwärts
befindlichen Schaufel 36'' erreicht werden.
Sie kann auch ersetzt oder ergänzt
werden durch einen nach außen
gebördelten
Abschnitt 52 des Gehäuses 22 der
stromabwärts von
dem Begrenzer 27 angeordnet ist.
-
Wenn
die Flüssigkeit
in dem System 110 den Trennholm 48 des Druckminderers 27 bei
Verwendung erreicht, trennt der Trennholm 48 den einfachen
Flüssigkeitsstrom,
der von der Flüssigkeitsquelle 112 her
rührt, in
zwei divergierende Ströme.
Jeder Flüssigkeitsstrom
wird über
eine der kurvigen Seiten 36 und 38 der Schaufel 26' geführt, wodurch
ein im Uhrzeigersinn ausgerichteter Richtungsaspekt der Schaufel 26' auf jede der zwei
Ströme übertragen
wird. Die zwei Ströme
konvergieren wieder an der stromabwärtigen Kante 38 der Schaufel 26' aufeinander,
wobei der wieder zusammengeführte
Strom zügig
wieder durch die Leitkante 32 der nächsten Schaufel 26 in
der Reihe gespalten wird. Die nächste
Schaufel 26 hat einen gegensinnigen Richtungswechselaspekt
als die vorhergehende und überträgt eine
gegensinnige Richtung zu jedem der Flüssigkeitsströme. Die
Abfolge von Aufspalten, im Uhrzeigersinn- oder im Gegenuhrzeigersinn-weises
Ablenken, Zusammenführen,
Gegenuhrzeigersinn- oder Uhrzeigersinn-weises Ablenken und wieder
Zusammenführen, zieht
sich über
jedes der Segmente 44 hinweg. Anfängli ches Aufspalten wird durch
einen Trennholm 48 am stromaufwärtigsten Ende der Vorrichtung 18 erleichtert
und ein letztendliches Rekombinieren und Fluss-Geraderichten wird
durch die Teilschaufel 26'', den Rekombinierer 50 und/oder
das gebördelte
Ende 52 des Gehäuses 22 erleichtert.
-
Durch
das wiederholte Aufbringen scharfer Richtungsänderungen auf die fließende Flüssigkeit
ruft der kurze Druckminderer 18 der vorliegenden Erfindung
einen Druckabfall hervor, der größer ist
als er bei wesentlich längeren
Rohrstücken
erreicht würde.
Der zusätzliche
Druckabfall resultiert im wiederholten Aufsplitten und Rekombinieren
der Flüssigkeitsströme. Die
Druckreduktion im Druckminderer 18 ist eine die Summe aus 1)
dem Geschwindigkeitsverlust, wenn die Flüssigkeit die Richtung wegen
der immer alternierenden Schaufeln 26 erfolgt, und 2) dem
Verlust an Geschwindigkeit wenn ein Flüssigkeitsstrom mit einem anderen
Flüssigkeitsstrom
kollidiert und 3) dem Geschwindigkeitsverlust der durch die vergrößerte Oberfläche der
Schaufelnerreicht wird. Der resultierende Minderungseffekt ist bedeutend.
So kann in einem typischen System ein Minderer von 15,24 cm (6'') ungefähr denselben Druckabfall hervorrufen,
als in einem 5,5 m (18 Fuß)
langen Abschnitt eines Röhrensystems
aus dem bekannten Stand der Technik hervorgerufen wird. Von den
drei voranstehend diskutierten Faktoren wird der Richtungswechsel
als besonders bedeutsam für
das Erreichen des Ziels der Erfindung erachtet. Es sollte betont
werden, dass trotzdem eine Vielzahl von Strukturen, die alle dieselbe
Funktion haben, in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
-
Die
Größe des Druckabfalls,
der durch den Druckminderer 18 hervorgerufen wird, ist
durch die Dimension und die Neigung der einzelnen Schaufeln 26 und
die Anzahl an Segmenten 44 im Begrenzer 27 bestimmt. Daher
kann die Größe des Druckabfalls
präzise
durch das Auswählen
nützlicher
Kombinationen an Schaufelcharakteristika und/oder Anzahl an Segmenten
und durch den Zusammenbau eines Druckminderers 18 mit den
gewünschten
physischen Charakteristika erreicht werden. Teilsegmente 44 oder
Einzel- oder selbst
Teilschaufeln 26 können
Verwendung finden, um den Druckabfall durch die Vorrichtung 18 feiner
abzustimmen. Im einfachsten Fall, in welchem der Druckminderer 18 einfach
durch das Kombinieren einer bestimmten Anzahl an Segmenten 44,
ausgeformt durch die Schaufeln 26 mit gemeinsamen physischen
Charakteristiken und durch das Einbringen von Segmenten 44 in
das Gehäuse 22 erreicht
wird, kann eine experimentell bestimmte Korrelation genutzt werden,
um die genaue Anzahl an Segmenten festzulegen. Eine solche Korrelation
ist in der 60 in 7 dargestellt,
wobei ein Druckabfall durch einen Druckreduzierer mit einer volumetrischen Flussrate
von 3,8 l/min. (1 Gallone pro Minute) beschrieben ist. Der Druckminderer
besitzt einen Mixstab, der einen Durchmesser von 6,35 mm (1/4'') in einem Gehäuse aufweist, mit einem Durchmesser
von 6,528 mm (0,257''). Der Druckabfall
der durch das Verwenden einer bestimmten Anzahl von Begrenzungselementen
erreicht wird, ist durch folgende Gleichung beschrieben: y = 2,69x
+ 0,79, wobei x die Anzahl an Begrenzungssegmenten ist und y die
Druckminderung darstellt, die erreicht wird, wenn Wasser durch den
Druckminderer mit einer Durchflussrate von 3,8 l/min. (1 Gallone
pro Minute) fließt.
Die Kurve 60 illustriert, dass ein Druckabfall von 48,3
kPa (7 psig) erreicht werden kann, wenn zwei Segmente 44 gewählt werden,
sie zeigt auch dass ein Druckabfall von ungefähr 1,24 × 105 Pa
(19 psig) durch das Verwenden von sechs Segmenten 44 erreicht
werden kann, usw. Die Daten, die genutzt wurden um die Kurve 60 darzustellen,
sind auch in Tabelle 1 abgebildet.
-
-
Für ein Beispiel
zum Berechnen der Anzahl der Segmente, die in einem typischen System
benötigt werden,
soll angenommen sein, dass das System 110 aus 1 ausgeformt
ist, um das Bier an einen Hahn (eine Mischbatterie) 116 von
einem Fass kommend zu liefern. Das ideale System liefert mit 3,8
l/min (1 Gal/Min.) und mit einem Geschwindigkeit von ungefähr 0,49784
m/Sek. (19,6 Zoll/Sek.) bei Umgebungsdruck (niedrigere Geschwindigkeiten
würden
ungewünscht
sein, da das Füllen
eines Behälters
dann länger
dauern würde
und höhere
Drücke
des abgegebenen Biers ungewünschter
Weise schaumig machen würde).
Bei 3,8 l/min. (Gal/Min.) fließt
Bier aus einem 1,27 cm (1/2'' OD) 9,525 mm (3/8'' ID) Leitung mit einer Geschwindigkeit von
0,49784 m/Sek. (19,6 Zoll/Sek.), wenn der Leitungsdruck am Hahn
(der Mischbatterie) Atmosphärendruck von
1,0 × 105 Pa (14,7 psi) beträgt. Wie standardmäßig üblich, zwingt
die Pumpe 124 Bier in stromabwärtige Abschnitte des Verbindungsgehäuses 118 mit
einem vorbestimmten Druck, um die maximalen Druckabfälle die
bei einem System mit 91,44 m (300 Fuß) von 1,27 cm (1/2'' OD) 9,525 mm (3/8'' ID)
Leitung und einem Druckabfall von 0,3 × 105 Pa
(4,4 psig) im Abgabeturm auftreten zu überwältigen. Typischerweise treten
in 1,27 cm (1/2'' OD) Röhren die
in diesem System verwendet werden, Druckabfälle von 746,39 Pa/m (0,033
psi/Fuß) auf.
Daher hat eine typische Pumpe einen Ausgangsdruck von ungefähr 2,1 × 105 Pa (30 psi) (14,7 + 4,4 + 300 × 0,033).
Falls der Abstand der Pumpe zum Hahn (der Mischbatterie) nur 152,4
m (50 Fuß)
ist, würde
die Pumpe 124 einen Überdruck
von ungefähr
0,69 × 105 Pa (10 psi) hervorrufen. (85,1 – (14,7
+ 4,4 + 250 × 0,033)). Kommt
man nun zu der Tabelle 1 und 7, kann
der Druckverlust daher durch das Einsetzen von 3,5 Segmenten in
das Gehäuses 22 erreicht
werden.
-
3. Struktur
des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel,
wie es in 5 und 6 dargestellt
ist, ist der Druckminderer 318 innerhalb des stromaufwärts liegenden
Auslass 216 befindlich. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst
die Quelle ein Fass, umfasst der Auslass 216 einen Hahn
(eine Mischbatterie), die auf einem Turm 246 angebracht
ist, und die Leitung umfasst ein Versorgungsgehäuse (das nicht dargestellt
ist) und ein kurzes Leitungssegment 220. Die Flüssigkeit
wird durch die Leitung 214 über eine volumetrische Pumpe
(nicht dargestellt) gepumpt, welche mit dem Versorgungsgehäuse verbunden
ist.
-
Der
Druckminderer 318 des Ausführungsbeispiels hat ein Gehäuse 322 mit
einer Vielzahl von Leitungsabschnitten und einem separaten Reduzierer
in jedem Abschnitt. Das dargestellte Gehäuse hat zwei parallele Abschnitte 324 und 324', die voneinander
durch ein zentrales Teilelement 323 getrennt sind. Jeder
Abschnitt 324 und 324' umfasst einen Begrenzer 327, 327', der aus einer
Serie von Begrenzungsschaufeln 326 ausgebildet ist, die
aneinander mittels Pfosten 330 verbunden sind, um verbundene
Segmente 344 aus zwei Schaufeln zu formen, die jeweils
in der gleichen Art wie in Ausführungsbeispiel
1 dargestellt sind. Dieses Ausführungsbeispiel
kann auch eine Rekombiniervorrichtung 346 umfassen, um
ein Geraderichten des Ausflusses zum weicheren Abgeben am Flüs sigkeitsauslass 216 zu
umfassen. Die Rekombiniervorrichtung 346 kann in dem Ausführungsbeispiel
eine schüsselförmige Ausformung
am stromabwärtigen
Ende des Gehäuses 322 sein.
-
Der
Druckminderer 318 dieses Ausführungsbeispieles, obwohl komplexer
als der Druckminderer 18 des ersten Ausführungsbeispieles,
ist kurz genug um in bestehende Hähne (Mischbatterien) 216 in
bestehenden Öffnungen
eines Turmes 226 zu passen, um denselben Betrag an Druckabfall
wie in dem Druckminderer 18 des ersten Ausführungsbeispiels
hervorzurufen. Der Druckabfall 318 ist daher auch in Anwendungen
einsetzbar, in welchen die Leitung 214 unzugänglich ist.
-
Der
erhöhte
Druckabfall pro Längeeinheit,
der durch den Druckminderer dieses Ausführungsbeispiels hervorgerufen
ist, ist nicht nur auf das Vorhandensein einer Vielzahl von Abständen 324 und 324' in dem Gehäuse 322 zurückzuführen, sondern
auch darauf, dass der Druckabfall pro Längeeinheit invers mit dem Durchmesser
des Druckminderers zusammenhängt.
Dadurch stellt jeder relativ schmale Begrenzer 327, 327' einen größeren Druckabfall
zur Verfügung
als ein breiterer Begrenzer derselben Länge. Der Effekt des Stangendurchmesservariierens
an jedem Segment des Begrenzers ist grafisch durch die Kurve 62 in 8 dargestellt, welche
den Druckabfall eines Wasserflusses durch einen Druckminderer bei
3,8 l/min (1 gal/min) darstellt. Der Druckminderer hat ein Gehäuse mit
einem Durchmesser von 5,944 cm (0,195'')
ID, welches eine Begrenzungsstange mit einem Durchmesser von 5,715
cm (3/16'') beherbergt. Der
Druckabfall mit einer bestimmten Anzahl von Segmenten ist durch
die Gleichung y = 13,03x – 5,99
beschrieben, wobei x die Anzahl der Begrenzungssegmente und y der
Druckabfall ist, welcher sich bei einem Wasserfluss durch den Druckminderer
von 3,8 l/min. (1 gal/min.) einstellt.
-
Insbesondere
ist ein Druckabfall von 1,4 × 105 Pa (21 total psig) mit einem Zwei-Segmentbegrenzer erreicht,
ein Druckabfall von ungefähr
2,4 × 105 Pa (35 psig) ist mit einem 3-segmentigen
Begrenzer erreicht usw. Die Daten aus 8 sind auch
in Tabelle 2 wiedergegeben:
-
-
Beim
Vergleichen der unterschiedlichen Neigungen der Kurven 60 und 62 wird
offensichtlich, dass der Druckabfall, der durch einen Druckminderer
zur Verfügung
gestellt wird, genau fein eingestellt werden kann, und zwar nicht
nur durch das Einbringen von Schaufeln von unterschiedlicher Länge oder
unterschiedlicher Neigung in denselben Druckminderer, sondern auch
durch das Einbringen von Schaufeln unterschiedlichen Durchmessers
in demselben Druckminderer.
-
Viele Änderungen
und Modifikationen sind zusätzlich
zu dem vorab Erläuterten
möglich.
So kann zum Beispiel der erfindungsgemäße Druckminderer in einer Vielzahl
von Anwendungen Verwendung finden, die anders sind als das Spenden
von unter Druck stehenden Getränken.
Alternative Anwendungen umfassen auch Flussbegrenzer in hydraulischen
Systemen, in welchen das Bedürfnis
besteht, den Druck der von einer Hauptpumpe herrührt an eine Vielzahl von Leitungen,
die durch die Pumpe bedient werden, zu reduzieren.
