DE69432831T2

DE69432831T2 - Verfahren und vorrichtung zum kühlen und karbonisieren von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69432831T2
Application number: DE69432831T
Authority: DE
Inventors: Bengt Adolfsson
Original assignee: Post-Mix Equipment AB
Current assignee: Post-Mix Equipment AB
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: SE9303160L; EP0720584B1; DE69432831D1; EP0720584A1; JPH09505514A; WO1995009124A1; US5749233A; AU7793094A; SE503409C2; SE9303160D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemäß den jeweiligen Oberbegriffen von Anspruch 1 und Anspruch 6.
Ein dem Vorstehenden gemäßes Verfahren ist aus der SE-B-464 761 der Anmelderin bekannt, bei dem Kohlendioxid unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche in den Behälter eingebracht wird, der die Flüssigkeit aufbewahrt. Das eingebrachte Kohlendioxid expandiert dadurch und stellt somit eine Kühlung der Flüssigkeit bereit. Zur selben Zeit wird ein Carbonisieren der Flüssigkeit erreicht. Es hat sich erwiesen, dass ein Verfahren gemäß der SE-B-464 761, hinsichtlich der Bereitstellung einer ökonomischen und effizienten Lösung des Problems, Flüssigkeiten zu carbonisieren und zu kühlen, gut funktioniert. In bestimmten schwierigen Situationen wird jedoch, wie z. B. in Verbindung mit großen Abflüssen carbonisierter Flüssigkeit aus dem Behälter, was die Kühlung einer verhältnismäßig großen Menge von in den Behälter eingeführter Flüssigkeit erforderlich macht, eine unzureichende Steuerung der Eisbildung innerhalb des Behälters auftreten. Dies kann zu unerwünschten Fluktuationen in der Auslasstemperatur und möglicherweise zu der Tendenz eines vollständigen Gefrierens der Flüssigkeit in dem Behälter führen. Aufgrund der Tatsache, dass die bekannte Vorrichtung keinen Puffer in Form einer Eisbank aufweist, die an einem bestimmten Ort in dem Behälter angeordnet ist, werden diese Fluktuationen verstärkt.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Lösung der vorstehenden Probleme bereitzustellen, wobei die Lösung jedoch die Vorteile des Systems gemäß der SE-B-464 761 nutzt, nämlich die Verwendung eines einzelnen Systems zum Kühlen und Carbonisieren.
Das vorstehende Ziel wird durch das Verfahren und die Vorrichtung des vorstehend erwähnten Typs erreicht, wobei das Verfahren bzw. die Vorrichtung durch die Merkmale der jeweiligen kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 6 charakterisiert werden.
Aufgrund der Merkmale der Ansprüche 1 und 6 wird es somit erreicht, dass eine kontrollierte Eisbank in dem Bereich ausgebildet werden kann, wo die Flüssigkeit thermal mit dem Expansionsraum verbunden ist. Indem somit ein System verwendet wird, wo tatsächlich Koh lendioxid sowohl zum Kühlen als auch zum Carbonisieren verwendet wird, jedoch die Expansion im Wesentlichen in einem Raum stattfindet, der von der zu kühlenden Flüssigkeit getrennt ist, wird die Ausbildung einer unkontrollierten Eissuppe von mikroskopischen oder größeren Eiskristallen vermieden, womit im Wesentlichen eine bessere Kontrolle der Flüssigcarbonisierung erreicht wird. Eine Komplikation mit unkontrollierten Eismengen in der Flüssigkeit besteht darin, dass in der Eisphase des Wassers im Wesentlichen keine Carbonisierung erhalten werden kann. Ein exzellenter Energieaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit wird außerdem erreicht, da das Gas nach der Expansion in die Flüssigkeit eingebracht wird. Gas, das in dem Expansionsraum expandiert worden ist, wird somit möglicherweise ein Energiedefizit aufweisen, d. h. unterkühlt sein, wenn es in Berührung mit der Flüssigkeit tritt, was zu der Kühlung der Flüssigkeit beiträgt. Das erfindungsgemäße System ist somit energiesparend und stellt damit eine umweltfreundliche Alternative dar, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass als Kühlmittel Kohlendioxid und nicht das häufig verwendete Freon verwendet wird.
Durch die Merkmale im Anspruch 2 bzw. 10 werden sowohl ein besonders wirksames Carbonisieren als auch weitere Möglichkeiten, das verbleibende Energiedefizit des eingebrachten Kohlendioxids zu nutzen, ermöglicht.
Die Merkmale gemäß Anspruch 4 bzw. 12 erlauben auf eine an sich bekannte Art und Weise eine Möglichkeit, das Carbonisieren unabhängig davon zu steuern, ob das Kühlen eingeleitet worden ist.
Gemäß dem Merkmal in Anspruch 5 bzw. 13 wird es erreicht, dass ein Kühlen eingeleitet werden kann, ohne dass das gesamte Kohlendioxid, das für diesen Zweck verwendet wird, in die Flüssigkeit eingebracht wird, wodurch ein unerwünschter Überschuss von Kohlendioxid in der Flüssigkeit vermieden werden kann.
Neben den vorstehenden Vorteilen hinsichtlich Anspruch 1, erlaubt das letzte Merkmal von Anspruch 6 die Verwendung eines "sauberen" Behälters, in dem die Eisbank gegen die äußere Wand des Behälters ausgebildet wird.
Das Merkmal gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine kosteneffiziente Verwendung eines einfach herzustellenden Elements, das den Expansionsraum ausbildet.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform.
2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform.
Es sollte erwähnt werden, dass die in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen keine Ausführungsformen der im unabhängigen Anspruch 6 definierten Erfindung darstellen.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Kühlen und Carbonisieren, die einen Druckbehälter 1 für die zu carbonisierende und zu kühlende Flüssigkeit 20 umfasst. Der Behälter gemäß der Ausführungsform umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige, zylindrische Behälterwand 2, einen im Wesentlichen planen Boden 3 sowie eine Abdeckung, die nicht dargestellt ist. Innerhalb des Behälters 1 ist eine spiralförmige Kühlspule 4 angeordnet, die im allgemeinen an die Behälterwand 2 angrenzt. Die Kühlspule 4 bildet den Expansionsraum für zugeführtes Kohlendioxid, wobei die Spule 4 in der Tat mit einer nicht gezeigten Kohlendioxidquelle über einen ebenso nicht gezeigten Einlass in die Spule als auch möglicherweise über einen Kompressor und eine Kühleinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise wird das Kohlendioxid, das in dem Gasraum des Behälters erhalten wird, zum Kompressor rezirkuliert.
Die Kühlspule 4 ist aus einem Material hergestellt, das in Verbindung mit Nahrungsmitteln unproblematisch ist, und wird in ihrem unteren Teil durch eine Öffnung 5 abgeschlossen, die einen Auslass aus der Spule und somit eine Einlass in den Flüssigkeitsraum des Behälters bildet.
Im Betrieb der Vorrichtung wird eine sogenannte Eisbank (mit unterbrochenen Linien angedeutet und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet) in ringförmiger Form um die Behälterwand 2 ausgebildet. Diese Eisbank umfasst einen Kühlpuffer hinsichtlich großer Abflüsse carbonisierter Flüssigkeit von dem Behälter 1. Nach der Expansion in der Kühlspule 4 tritt das Kohlendioxid durch Öffnung 5 in den Flüssigkeitsraum des Behälters 1 ein. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, die sich in dem Behälter 1 befindet, carbonisiert.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei der Behälter 1 nach innen mit einem nach oben geschlossenen Expansionsraum 7 bereitgestellt ist, der durch eine Kühlwand 8 mit einem Abdichtungsabschnitt 6 an deren oberen Teil aus gebildet ist, wodurch eine Abdichtung gegen die Behälterwand 2 bereitgestellt wird. Die Kühlwand 8 bildet somit zusammen mit der Behälterwand 2 eine Expansionslücke 7, die nach unten hin geöffnet ist und bei 11 den Auslass des ausgedehnten Kohlendioxids erlaubt. Es wird bevorzugt, dass die Kühlwand 8, wie in 2 dargestellt, mit einer inwärtigen Führungseinrichtung 9 in Form eines inwärtigen Flansches oder dergleichen an deren unteren Abschnitt bereitgestellt ist, um Kohlendioxid, das aus der Expansionslücke 7 austritt, in Richtung der zentralen Bereiche des Behälters 1 zu leiten. Auf diese Weise wird eine störende Wirkung der strömenden Flüssigkeit und des strömenden Gases auf die Eisbank (durch unterbrochene Linien mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet) an der inwärtigen Seite der Kühlwand 8 vermindert. Durch die Führungseinrichtung 9 wird die Strömung, die durch das sich nach oben bewegende Kohlendioxid hervorgerufen wird, in dem Behälter zentriert.
Die dargestellten Ausführungsformen sollen lediglich als Beispiele der Erfindung aufgefasst werden, die nur durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale begrenzt ist. Zahlreiche Modifikationen sind somit innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche möglich. Es ist zum Beispiel möglich, den Expansionsraum außerhalb der Behälterwand 2 anzuordnen, jedoch einen thermischen Kontakt zwischen dem Kühlraum und dem Flüssigkeitsraum des Behälters 1 beizubehalten. Der Expansionsraum kann in dem Fall, dass dieser röhrenförmig ist, selbstverständlich neben einer Spiralform anders geformt sein. Zum Beispiel sind Spulen mit einer vertikal abwechselnden, im Wesentlichen gebogen mäandrischen Konfiguration möglich. Es ist außerdem möglich und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, lediglich einen Teil des Kohlendioxids zuzuführen, das zum Kühlen und Carbonisieren verwendet wird, da das Kühlen der Flüssigkeit eine größere Menge an Kohlendioxid erfordert als das Carbonisieren der Flüssigkeit. Zu diesem Zweck können Steuermittel angeordnet sind, um einen Teil von zum Beispiel zirkulierendem Kohlendioxid zum Carbonisieren abzuzweigen.
Für den Fall, dass Kohlendioxid zum Carbonisieren in den Behälter oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 21 eingebracht wird, kann das Gas mittels einer getrennten Gaspumpe oder dergleichen unter Druck in die Flüssigkeit gemischt werden. Es ist außerdem möglich, eine oder mehrere Düsen oberhalb oder unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche anzuordnen, aus denen das Kohlendioxid in die Flüssigkeit geblasen wird, möglicherweise unter Ausbildung einer rotierenden oder einer anderen Art von Strömung in der Flüssigkeit.
In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Expansionsraum für das Gas (zum Beispiel eine Röhrenspule gemäß 1) in einem zweiten Flüssigkeitsraum außerhalb des Behälters angeordnet, wodurch eine sogenannte externe Eisbank in diesem zweiten Flüssigkeitsraum ausgebildet wird, wenn die Vorrichtung im Betrieb ist. In diesem Fall wird die Eisbank somit in einer Flüssigkeit ausgebildet, die unter einem geringeren Druck (möglicherweise dem Atmosphärendruck) als dem Druck innerhalb des Behälters 1 gehalten werden kann, was eine raschere Ausbildung der Eisbank bewirkt, da bekanntermaßen der Überdruck in einem Behälter den Gefrierpunkt einer enthaltenen Flüssigkeit erniedrigt. Einen weiteren Vorteil stellt der verminderte Energieverbrauch dar. Der zweite Flüssigkeitsraum kann durch eine extra Wand außerhalb des Behälters 1 in einer kreisförmigen Form ausgebildet werden, wobei der Raum vorzugsweise nicht vollständig mit der Flüssigkeit ausgefüllt ist, um eine Expansion zu ermöglichen, wenn die Flüssigkeit in eine feste Phase transferiert wird. Die extra Wand kann ebenso aus einem flexiblen Material ausgebildet sein, um die Expansion der Flüssigkeit zu ermöglichen.
Es liegt selbstverständlich auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, dass sowohl eine externe als auch eine interne (innerhalb von Behälter 1) Eisbank im Betrieb ausgebildet wird.
Die Vorrichtung gemäß 2 ist eine sehr vorteilhafte und kostengünstige Lösung zu dem dargestellten Problem und die Kühlwand 8 kann selbstverständlich auch eine andere als die in dieser Figur gezeigte Form aufweisen. Zu diesem Zweck kann es angebracht sein, die Kühlwand 8 derart auszubilden, dass ein spiralförmiger Expansionsraum zwischen der Kühlwand und der Behälterwand ausgebildet wird. Außerdem ist mit einer Kühlwand gemäß 2 eine Modifikation möglich, bei der das Gas nach der Expansion in den Behälter oberhalb des Flüssigkeitsniveaus eingebracht wird, wodurch in diesem Fall die Vorrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen vervollständigt werden kann. In diesem Fall besteht kein Bedarf für eine vollkommene Abdichtung des Raums 7 mittels eines Abdichtungselements 6.

Claims

Verfahren zum Kühlen und Carbonisieren einer Flüssigkeit (20), die in einem Behälter (1) untergebracht ist, worin zum Carbonisieren verwendetes Kohlendioxid zum Expandieren und dadurch zum Kühlen der Flüssigkeit gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen das gesamte Kohlendioxid zum Expandieren innerhalb einer Expansionskammer (4; 7) gebracht wird, die von der Flüssigkeit getrennt ist, jedoch thermisch mit der Flüssigkeit verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid nach der Expansion in der Kammer (4; 7) innerhalb des Behälters (1) unten in der Flüssigkeit (20) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Behälter (1) neben den Flüssigkeitsbestandteilen auch Gasbestandteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid nach dem Expandieren in der Kammer in den Behälter oberhalb des Flüssigkeitsniveaus (21) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in die Flüssigkeit (20) unter Druck gemischt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des für das Kühlen verwendeten Kohlendioxids zum Carbonisieren in die Flüssigkeit (20) eingebracht wird.
Vorrichtung zum Kühlen und Carbonisieren mit Kohlendioxid umfassend einen Behälter (1) zum Unterbringen einer Flüssigkeit (20) und einen Einlass (5; 11) zum Einbringen von Kohlendioxid in den Behälter (1), gekennzeichnet durch eine Expansionskammer (4; 7), in der im wesentlichen das gesamte Kohlendioxid zum Expandieren gebracht wird, wobei die Kammer von der Flüssigkeit (20) getrennt ist, jedoch thermisch mit der Flüssigkeit verbunden ist und dadurch, dass die Expansionskammer (4; 7) außerhalb des Behälters (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) von einem röhrenförmigen Element (4) begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (4) eine Form aufweist, die zumindest an einem Teil der Außenwand (2) des Behälters anhaftet.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (4) gewickelt ist, um wenigstens eine zumindest im wesentlichen spiralförmige Konfiguration zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (5; 11) für Kohlendioxid von der Kammer (4; 7) in den Behälter (1) unten in der Flüssigkeit angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Behälter (1) außerdem Gasbestandteile umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (5; 11) für Kohlendioxid von der Kammer in den Behälter oberhalb des Flüssigkeitsniveaus angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Mischen von Kohlendioxid in die Flüssigkeit (20) unter Druck.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch Mittel, um nur einen Teil des zum Kühlen verwendeten Kohlendioxids in die Flüssigkeit (20) zum Carbonisieren zu liefern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer in einer zusätzlichen Flüssigkeitskammer außerhalb des Behälters angeordnet ist, um im Betrieb eine externe Eisbank auszubilden.