EP2179782A1 - Anordnung zum Eintragen von flüssigem Kohlendioxid in ein Medium - Google Patents

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EP2179782A1
EP2179782A1 EP09172748A EP09172748A EP2179782A1 EP 2179782 A1 EP2179782 A1 EP 2179782A1 EP 09172748 A EP09172748 A EP 09172748A EP 09172748 A EP09172748 A EP 09172748A EP 2179782 A1 EP2179782 A1 EP 2179782A1
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fluid
valve
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Gilles Quetin
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Messer France SAS
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement for introducing carbon dioxide in the liquid state into a fluid medium.
  • Carbon dioxide is needed for a variety of processes, such as chemical carbonation, neutralizing wastewater or adjusting the pH of drinking water treatment, quick-cooling food and much more.
  • the treatment with solid carbon dioxide comes into consideration.
  • solid carbon dioxide dry ice
  • This document also describes the introduction of dry ice snow in a liquid-filled pipe.
  • the arrangement described there has a supply line which can be filled with liquid CO 2 from a tank.
  • a valve is provided, which also serves as a relaxation organ.
  • the carbon dioxide is under pressure in the liquid state, downstream of this valve is the carbon dioxide in the desired snow form.
  • a second, flow-connected to the supply line is provided, which is connected to the gas phase of the CO 2 tank and whose task is the pressure in the line section Keep constantly above the triple point of carbon dioxide before the relaxation organ.
  • liquid carbon dioxide can be present only above this value; If the pressure falls below this value, the liquid carbon dioxide partially changes into carbon dioxide snow, partly into gaseous carbon dioxide. If the transition occurs within the carbon dioxide supply, there is a risk that the supply line is blocked due to the accumulating carbon dioxide snow inside.
  • Object of the present invention is thus to provide a way to introduce liquid carbon dioxide into a fluid medium, in which the risk of icing due to the formation of dry ice snow is minimized.
  • a device for introducing carbon dioxide in the liquid state into a fluid medium has a supply tank for liquid carbon dioxide, a pressure line for liquid carbon dioxide connected to the supply tank and opening at a point of entry into a fluid-carrying line.
  • an expansion element is integrated directly at the junction of the pressure line in the fluid-carrying line, by means of which a pressure above the pressure of the triple point of carbon dioxide can be maintained in a arranged between the supply tank and the relaxation member portion of the pressure line.
  • the location of the relaxation organ as close as possible to the confluence prevents carbon dioxide snow, which forms during the expansion, from accumulating in the carbon dioxide feed line. At the same time it is ensured that the carbon dioxide is introduced at least partially in the still liquid state in the fluid medium and mixed with the fluid medium.
  • fluid medium is meant here any flowable, liquid, pasty or slurry-like medium.
  • the pressure in the fluid-carrying line may be more or less than the pressure p t of the triple point of carbon dioxide.
  • the entry of carbon dioxide in liquid form has the particular advantage that the carbon dioxide is distributed very homogeneously in the medium; In addition, eliminates the effort that is required for evaporation and / or solidification of carbon dioxide and for entering the finest possible gas bubbles or snow particles.
  • the relaxation of carbon dioxide within the medium leads to a strong and in many cases desired cooling effect.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the expansion device is designed such that automatically closes below a predetermined pressure in the pressure line.
  • predetermined pressure is meant a pressure p 1 which is greater than the pressure p t of the triple point of carbon dioxide. If the carbon dioxide is injected too quickly, it is ensured that the pressure in the supply line does not drop below the pressure p t .
  • a suitable and preferred element of this kind is in the DE 10 2006 027 561.6 described.
  • the expansion device is particularly expedient to design the expansion device as a check valve, which prevents the penetration of fluid medium into the pressure line.
  • the check valve is equipped with a valve disk, which is sealingly seated in the closed state of the check valve on a side facing away from the fluid carrying line valve seat valve seat and can be brought by pressure-controlled displacement in the direction of the fluid-carrying line in its open state ,
  • the check valve opens by moving the valve disk in the direction of the fluid-carrying line, for example, when the pressure in the pressure line is higher than a preselected value above the triple point of carbon dioxide. This effectively prevents clogging of the valve by ice forming in the fluid.
  • An advantageous development of the invention provides that lead from the pressure line branch lines, which open with likewise provided with a relaxation organ entry points at a plurality of spaced locations in the fluid-carrying line.
  • the liquid carbon dioxide is in this case several times at spaced points in the same fluid entered. In this way, a particularly effective entry of carbon dioxide is ensured.
  • Another expedient development of the invention provides that lead from the pressure line branch lines, which open at likewise provided with a relaxation organ entry points into several different fluid-carrying lines.
  • a plurality of lines can be supplied from a carbon dioxide tank with liquid carbon dioxide.
  • this embodiment it is within the scope of the invention also conceivable to combine this embodiment with the aforementioned, i. Provide feeds to multiple lines or containers and / or multiple feeds in the same line.
  • a flow control valve and a control unit are provided in the carbon dioxide feed line, upstream of the expansion valve, which regulates the mass flow rate at the flow control valve in dependence on a predetermined program and / or physical or chemical parameters in the medium.
  • a particularly reliable and accurate metering of the liquid carbon dioxide succeeds.
  • the flow control valve is designed as open / close valve, i. the valve is either fully open or fully closed.
  • Arrangement 1 shown comprises a tank 2, which is filled up to the level of a level 3 with liquid carbon dioxide.
  • the tank 2 is, for example, a medium-pressure tank or a heat-insulated low-pressure tank.
  • Via a slide 4 which is located in the interior of the tank 2 liquid phase of the carbon dioxide is connected to a pressure line 6, which opens at an entry point 7 in a line 8, through which the liquid to be treated with liquid carbon dioxide fluid is performed.
  • the pressure line 6 is - as otherwise all coming into contact with carbon dioxide parts of the arrangement 1- preferably made of metal and is designed specifically for the physical and chemical properties of carbon dioxide.
  • a slider 10 a pressure relief valve 11 and flow control valve 12 are successively provided.
  • the slide 10 allows the complete completion of the pressure line 6.
  • the flow of the tank 2 removed liquid carbon dioxide can be changed.
  • the change in the mass flow is carried out either manually by appropriate operation of the flow control valve 12 or by means of a control unit 14 according to a predetermined program or in dependence on measured parameters.
  • temperature, pH value of the fluid, concentration of certain ions such as calcium carbonate, etc. in the line 8 downstream of the entry point 7 serve as possible parameters.
  • the mass flow rate can be regulated within a wide range of, for example, 10 to 2500 kg / h ,
  • a check valve 15 is arranged in the pressure line 6.
  • the check valve 15 is designed so that it opens only when the pressure in the pressure line 6 above a certain value p 1 above the pressure p t (the pressure at the triple point of carbon dioxide) moves;
  • the check valve 15 is set to a pressure value of 6 to 9 bar in the pressure line 6, above which the check valve 15 opens, provided that the pressure in the Line 8 is not even higher.
  • FIG Fig. 2 A preferred embodiment of a check valve 15 is shown in FIG Fig. 2 shown in the installed state.
  • a check valve 15 of this type is for example in the DE 10 2006 027 561.6 described in detail, which is incorporated herein by reference.
  • the check valve 15 opens into the wall of the fluid-carrying line 8 at an entry point 7 a.
  • the check valve 15 has a closing member 16 which has a valve plate 17 at its end facing the line 8.
  • the valve plate 17 is in - in Fig. 3 shown - opening state of a valve seat 18 in the direction of the fluid-carrying line 8 spaced from and is designed so that it terminates at the front side substantially at the same height with the inner wall of the line 8.
  • the relaxation of the flowing in the check valve 15 connected to the pressure line 6 liquid carbon dioxide takes place only immediately on the valve plate 17 and thus only immediately upon entry of the carbon dioxide in the guided in the conduit 8 fluid.
  • the valve disk 17 sits on the valve seat 18 in a sealing manner.
  • the transition from the closed to the open state is determined by the difference between the pressure in the conduit 8 and the pressure in the pressure line 6.
  • the pressure below which the check valve 15 is in the closed state is additionally varied and, for example, be adjusted so that the check valve 15 opens only above the pressure p 1 .
  • the carbon dioxide enters the fluid in a still partially liquid state. If the pressure in the pressure line 6 drops sharply due to an event, the check valve 15 is closed immediately. The penetration of fluid from the line 8 in the check valve 15 or in the pressure line 6 is thus effectively prevented.
  • the carbon dioxide exiting at the check valve 15 also comes into contact with the fluid in the liquid state even if the pressure within the line 8 is less than p t and thus the carbon dioxide is released when it exits. Furthermore, this prevents that in the region of the check valve 15 permanently fluid can accumulate.
  • the arrangement 1 in a special way for the food industry, for example, for drinking water treatment, suitable.
  • the distance between flow control valve 12 and check valve 15 may be between a few centimeters and about 50m. It is crucial that the carbon dioxide in the entire range in the pressure line 6 between the flow control valve 12 and the check valve 15 is in the liquid state.
  • a pressure line 6 is connected to a slide 4, in which - in the same manner as in the arrangement 1 from Fig. 1 - One after the other slide 10, a pressure relief valve 11 and a flow control valve 12 is provided.
  • the pressure line 6 branches downstream to the flow control valve 12 in a plurality - in the exemplary embodiment in two - branch lines 21, 22.
  • the branch lines 21, 22 each open at entry points 23, 24 in lines 25, 26 a.
  • the conduits 25, 26 are either conduits through which the same fluid or different fluids flow or flow.
  • Check valves 27, 28, which ensure that the expansion of the carbon dioxide takes place only immediately at the respective entry point 23, 24, and thus that the carbon dioxide is in at least partially liquid state into the respective, in the line 25, are located directly at the entry points. 26 flowing fluid is fed. Similar to the arrangement 1, the carbon dioxide feed is regulated by a control unit 14 here as well. Instead of a volume control via a flow control valve 12 in the pressure line 6, which regulates the simultaneous influx of carbon dioxide in both branches, each separate flow control valves in the branch lines 21, 22 may be provided, care must be taken by means of the control that the pressure in the branch lines to the respective check valves 27, 28 always remains above the triple point pressure of carbon dioxide. Instead of feeding into different lines 25, 26, the branch lines 21, 22 corresponding branch lines can also be used to provide liquid carbon dioxide also at spaced points in the flow path of the same line.

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Abstract

Nach dem Stande der Technik wird das Eintragen von flüssigem Kohlendioxid in ein Medium lediglich mittels eines Mengenregelventils oder einem Schließventil geregelt. Dabei kann es vorkommen, dass bereits in der Kohlendioxid-Zuleitung zum Medium der Tripelpunkt des Kohlendioxids unterschritten wird und das flüssige Kohlendioxid in den gasförmigen bzw. festen Zustand übergeht, mit der Folge, dass der Zufluss von weiterem Kohlendioxid behindert wird. Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zum Eintragen von Kohlendioxid ein in einer Zuleitung für flüssiges Kohlendioxid angeordnetes Mengenregelventil und ein an der Mündungsöffnung der Zuleitung für flüssiges Kohlendioxids angeordnetes Entspannungsorgan, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und erst bei Bestehen eines bestimmten Mindestdruckes oberhalb des Tripelpunktes in Kohlendioxid-Zuleitung öffnet. Dadurch wird gewährleistet, dass nur flüssiges Kohlendioxid an das Medium abgegeben wird; die Entstehung von Gasblasen oder Eispfropfen in der Kohlendioxid-Zuleitung wird verhindert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Eintragen von Kohlendioxid im flüssigen Zustand in ein fluides Medium.
  • Kohlendioxid wird für eine Vielzahl von Verfahren benötigt - etwa bei der chemischen Carbonisierung, zur Neutralisation von Abwässern oder bei der pH-Einstellung bei der Trinkwasseraufbereitung, bei der Schnellkühlung von Lebensmitteln und vielem mehr.
  • Viele Verfahren betreffen die Anwendung von Kohlendioxid in flüssigen, schlickerartigen oder pastösen Stoffen. Häufig wird dabei das Kohlendioxid gasförmig in den zu behandelnden Stoff eingetragen. Der Gaseintrag ist jedoch häufig wenig effektiv und bedarf eines aufwändigen Aufbaus, um eine möglichst feine und homogene Verteilung des Gases in dem zu behandelnden Stoff zu erreichen.
  • Alternativ zum Eintragen in Gasform kommt die Behandlung mit festem Kohlendioxid (Trockeneis) in Betracht. Beispielsweise ist aus der DE 689 12 755 T3 ( EP 0 376 823 B2 ) ein System zum Einbringen von festem Kohlendioxid in einen Kühltunnel bekannt. Diese Druckschrift beschreibt auch das Einbringen von Trockeneisschnee in eine flüssigkeitsgefüllte Leitung. Die dort beschriebene Anordnung weist eine Zuleitung auf, die mit flüssigem CO2 aus einem Tank befüllbar ist. In der Zuleitung ist ein Ventil vorgesehen, das zugleich als Entspannungsorgan dient. Oberhalb des Ventils befindet sich das Kohlendioxid unter Druck im flüssigen Zustand, stromab zu diesem Ventil liegt das Kohlendioxid in der gewünschten Schneeform vor. Um zu verhindern, dass das Kohlendioxid in der Zuleitung in Gas- bzw. Schneeform übergeht, ist eine zweite, mit der Zuleitung strömungsverbundene Leitung vorgesehen, die mit der Gasphase des CO2-Tank verbunden ist und deren Aufgabe darin besteht, den Druck im Leitungsabschnitt vor dem Entspannungsorgan beständig oberhalb des Tripelpunktes von Kohlendioxid zu halten.
  • Gegenüber den vorgenannten Eintragsarten ist der Eintrag von flüssigem Kohlendioxid in ein Medium nur schwer zu bewerkstelligen, da aufgrund des Tripelpunktes von Kohlendioxid bei etwa 5,18 bar flüssiges Kohlendioxid nur oberhalb dieses Wertes anwesend sein kann; fällt der Druck unter diesen Wert, geht das flüssige Kohlendioxid teilweise in Kohlendioxidschnee, teilweise in gasförmiges Kohlendioxid über. Findet der Übergang innerhalb der Kohlendioxidzuleitung statt, besteht so die Gefahr, dass die Zuleitung aufgrund des sich im Innern ansammelnden Kohlendioxidschnees blockiert wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, eine Möglichkeit zum Eintragen von flüssigem Kohlendioxid in ein fluides Medium zu schaffen, bei dem die Gefahr einer Vereisung durch Entstehung von Trockeneisschnee minimiert wird.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Anordnung zum Eintragen von flüssigem Kohlendioxid in ein fluides Medium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Weitere Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß weist also eine Vorrichtung zum Eintragen von Kohlendioxid im flüssigen Zustand in ein fluides Medium eine Versorgungstank für flüssiges Kohlendioxid, eine mit dem Versorgungstank verbundene und an einem Eintragspunkt in eine fluidführende Leitung einmündende Druckleitung für flüssiges Kohlendioxid auf. In der Druckleitung ist, unmittelbar an der Einmündung der Druckleitung in die fluidführende Leitung ein Entspannungsorgan integriert, mittels dessen in einem zwischen Versorgungstank und Entspannungsorgan angeordneten Abschnitt der Druckleitung ein Druck oberhalb des Drucks des Tripelpunktes von Kohlendioxid aufrecht erhalten werden kann.
  • Die Lage des Entspannungsorgans möglichst unmittelbar an der Einmündung verhindert dabei, dass sich Kohlendioxidschnee, der sich bei der Entspannung bildet, in der Kohlendioxid-Zuleitung ansammeln kann. Zugleich wird gewährleistet, dass das Kohlendioxid zumindest zum Teil im noch flüssigen Zustand in das fluide Medium eingetragen wird und sich mit dem fluiden Medium vermischt. Als "fluides Medium" wird hier jedes fließfähige, flüssige, pastöse oder schlickerartige Medium verstanden. Der Druck in der fluidführenden Leitung kann mehr oder weniger als der Druck pt des Tripelpunktes von Kohlendioxid betragen. Der Eintrag von Kohlendioxid in flüssiger Form hat insbesondere den Vorteil, dass sich das Kohlendioxid sehr homogen im Medium verteilt; zudem entfällt der Aufwand, der zum Verdampfen und/oder Verfestigen des Kohlendioxids sowie zum Eintragen möglichst feiner Gasblasen oder Schneeteilchen erforderlich ist. Zudem führt die Entspannung des Kohlendioxids innerhalb des Mediums zu einer starken und in vielen Fällen gewünschten Kühlwirkung.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Entspannungsorgan derart ausgebildet ist, das unterhalb eines vorgegebenen Druckes in der Druckleitung automatisch schließt. Unter "vorgegebenem Druck" ist dabei ein Druck p1 zu verstehen, der größer als der Druck pt des Tripelpunkts von Kohlendioxid ist. Bei zu rascher Injektion des Kohlendioxids wird so sicher gewährleistet, dass der Druck in der Zuleitung nicht unter den Druck pt absinkt. Ein geeignetes und bevorzugtes Element dieser Art wird in der DE 10 2006 027 561.6 beschrieben.
  • Besonders zweckmäßig ist es, das Entspannungsorgan als Rückschlagventil auszubilden, das das Eindringen von fluidem Medium in die Druckleitung verhindert.
  • Weiter bevorzugt ist eine Anordnung, bei der das Rückschlagventil mit einem Ventilteller ausgerüstet ist, der im Schließzustand des Rückschlagventils auf einem von der fluidführenden Leitung abgewandten Seite des Ventiltellers angeordneten Ventilsitz dichtend aufsitzt und der durch druckgesteuertes Verschieben in Richtung der fluidführenden Leitung in seinen Öffnungszustand bringbar ist. Das Rückschlagventil öffnet sich dabei durch Verschieben des Ventiltellers in Richtung auf die fluidführende Leitung beispielsweise dann, wenn der Druck in der Druckleitung höher ist als ein vorgewählter Wert oberhalb des Tripelpunktes von Kohlendioxids ist. Dadurch wird ein Verstopfen des Ventils durch sich bildendes Eis im Fluid wirksam verhindert.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass von der Druckleitung Zweigleitungen ausmünden, die mit gleichfalls mit einem Entspannungsorgan versehenen Eintragpunkten an mehreren voneinander beabstandeten Stellen in die fluidführende Leitung einmünden. Das flüssige Kohlendioxid wird in diesem Falle also mehrfach an voneinander beabstandeten Punkten in das gleiche Fluid eingetragen. Auf dieses Weise wird eine besonders effektiver Eintrag des Kohlendioxids gewährleistet.
  • Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass von der Druckleitung Zweigleitungen ausmünden, die an gleichfalls mit einem Entspannungsorgan versehenen Eintragpunkten in mehrere unterschiedliche fluidführende Leitungen einmünden. Bei dieser Ausgestaltung können also mehrere Leitungen aus einem Kohlendioxidtank mit flüssigem Kohlendioxid versorgt werden. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, diese Ausführungsform mit der vorgenannten zu kombinieren, d.h. Zuführungen zu mehreren Leitungen oder Behältern und/oder mehrere Zuführungen in die gleiche Leitung vorzusehen.
  • Vorteilhafterweise sind in der Kohlendioxid-Zuleitung, stromauf zum Entspannungsventil, ein Mengenregelventil sowie eine Steuereinheit vorgesehen, welche den Mengendurchfluss am Mengenregelventil in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm und/oder von physikalischen oder chemischen Parametern im Medium, regelt. Auf diese Weise gelingt eine besonders zuverlässige und genaue Eindosierung des flüssigen Kohlendioxids.
  • In einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung ist das Mengenregelventil als Auf/Zu-Ventil ausgestaltet, d.h. das Ventil ist entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen.
  • Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In schematischen Anzeigen zeigen:
    • Fig. 1:
    Das Fließschema einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2:
    Ein bevorzugtes, als Rückschlagventil ausgebildetes Entspannungsventil im Einbauzustand in Längsschnitt,
    Fig. 3:
    das Fließschema einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer zweiten Ausführungsform.
  • Die in Fig 1 gezeigte Anordnung 1 umfasst einen Tank 2, der bis zu Höhe eines Pegels 3 mit flüssigem Kohlendioxid gefüllt ist. Bei dem Tank 2 handelt es sich beispielsweise um einen Mitteldrucktank oder einen wärmeisolierten Niederdrucktank. Über einen Schieber 4 ist die im Innern des Tanks 2 befindliche flüssige Phase des Kohlendioxids mit einer Druckleitung 6 verbunden, die an einer Eintragstelle 7 in eine Leitung 8 einmündet, durch die das mit flüssigem Kohlendioxid zu behandelnde Fluid geführt wird. Die Druckleitung 6 besteht - wie im Übrigen alle mit Kohlendioxid in Kontakt kommende Teile der Anordnung 1- bevorzugt aus Metall und ist speziell für die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid ausgelegt. In der Druckleitung 6 sind nacheinander ein Schieber 10, ein Überdruckventil 11 und Mengenregelventil 12 vorgesehen. Der Schieber 10 ermöglicht den völligen Abschluss der Druckleitung 6. Durch das Mengenregelventil 12 kann der Strom des dem Tank 2 entnommenen flüssigen Kohlendioxids verändert werden. Die Änderung des Mengendurchflusses erfolgt dabei entweder manuell durch entsprechende Betätigung des Mengenregelventils 12 oder mittels einer Steuereinheit 14 nach einem vorgegebenen Programm oder in Abhängigkeit von gemessenen Parametern geregelt werden. Als mögliche Parameter dienen dabei beispielsweise Temperatur, pH-Wert des Fluids, Konzentration bestimmter lonen wie etwa Calciumcarbonat, etc. in der Leitung 8 stromab zur Eintragstelle 7. Der Mengendurchfluss kann dabei in einem weiten Bereich von beispielsweise 10 bis 2500 kg/h geregelt werden. Unmittelbar an der Eintragstelle ist in der Druckleitung 6 ein Rückschlagventil 15 angeordnet. Das Rückschlagventil 15 ist so ausgebildet, dass es sich erst öffnet, wenn sich der Druck in der Druckleitung 6 oberhalb eines bestimmten Werts p1 oberhalb des Drucks pt (der Druck am Tripelpunkt von Kohlendioxid) bewegt; zugleich verhindert das Rückschlagventil 15 das Eindringen von Fluid aus der Leitung 8 in die Druckleitung 6. Beispielsweise ist das Rückschlagventil 15 auf einen Druckwert von 6 bis 9 bar in der Druckleitung 6 eingestellt, oberhalb dessen sich das Rückschlagventil 15 öffnet, sofern der Druck in der Leitung 8 nicht noch höher ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines Rückschlagventils 15 ist in Fig. 2 im Einbauzustand gezeigt. Ein Rückschlagventil 15 dieser Art ist beispielsweise in der DE 10 2006 027 561.6 ausführlich beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Das Rückschlagventil 15 mündet in die Wandung der fluidführenden Leitung 8 an einer Eintragstelle 7 ein. Das Rückschlagventil 15 besitzt ein Schließorgan 16, das an seinem der Leitung 8 zugewandten Ende einen Ventilteller 17 besitzt. Der Ventilteller 17 steht im - in Fig. 3 gezeigten - Öffnungszustand von einem Ventilsitz 18 in Richtung auf die fluidführende Leitung 8 beabstandet ab und ist so ausgeführt, dass er frontseitig im Wesentlichen auf gleicher Höhe mit der Innenwand der Leitung 8 abschließt. Die Entspannung des in der dem Rückschlagventil 15 angeschlossenen Druckleitung 6 strömenden flüssigen Kohlendioxids erfolgt erst unmittelbar am Ventilteller 17 und damit erst unmittelbar beim Eintrag des Kohlendioxids in das in der Leitung 8 geführte Fluid. Im Schließzustand sitzt der Ventilteller 17 auf dem Ventilsitz 18 dichtend auf. Der Übergang von Schließ- in den Öffnungszustand (und umgekehrt) wird bestimmt durch die Differenz zwischen dem Druck in der Leitung 8 und dem Druck in der Druckleitung 6. Mittels eines einstellbaren Federelements 19 kann der Druck, unterhalb dessen sich das Rückschlagventil 15 im Schließzustand befindet, zusätzlich variiert und beispielsweise so eingestellt werden, dass sich das Rückschlagventil 15 erst oberhalb des Drucks p1 öffnet. Auf diese Weise gelangt - bei geeigneter Einstellung des Drucks p1 - das Kohlendioxid im noch teilweise flüssigen Zustand in das Fluid. Sinkt der Druck in der Druckleitung 6 aufgrund eines Ereignisses stark ab, wird das Rückschlagventil 15 sofort geschlossen. Das Eindringen von Fluid aus der Leitung 8 in das Rückschlagventil 15 oder in die Druckleitung 6 hinein wird so wirksam verhindert.
  • Das am Rückschlagventil 15 austretende Kohlendioxid gelangt auch dann noch im flüssigen Zustand mit dem Fluid in Kontakt, wenn der Druck innerhalb der Leitung 8 kleiner als pt und sich somit das Kohlendioxid beim Austreten entspannt. Weiterhin wird dadurch verhindert, dass sich im Bereich des Rückschlagventils 15 dauerhaft Fluid ansammeln kann. Dadurch ist die Anordnung 1 in besonderer Weise für den Lebensmittelbereich, beispielsweise für die Trinkwasseraufbereitung, geeignet. Der Abstand zwischen Mengenregelventil 12 und Rückschlagventil 15 kann zwischen wenigen Zentimetern und über 50m betragen. Entscheidend ist, dass sich das Kohlendioxid im gesamten Bereich in der Druckleitung 6 zwischen dem Mengenregelventil 12 und dem Rückschlagventil 15 im flüssigen Zustand befindet.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung 20 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und Fig. 2 versehen. Mit der flüssigen Phase des in Tank 2 gelagerten Kohlendioxids ist an einem Schieber 4 eine Druckleitung 6 verbunden, in der - in gleicher Weise wie bei der Anordnung 1 aus Fig. 1 - nacheinander ein weiterer Schieber 10, ein Überdruckventil 11 und ein Mengenregelventil 12 vorgesehen ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verzweigt sich jedoch die Druckleitung 6 stromab zum Mengenregelventil 12 in mehrere - im Ausführungsbeispiel in zwei - Zweigleitungen 21, 22 auf. Die Zweigleitungen 21, 22 münden jeweils an Eintragstellen 23, 24 in Leitungen 25, 26 ein. Bei den Leitungen 25, 26 handelt es sich entweder um Leitungen, durch denen das gleiche Fluid oder unterschiedliche Fluide strömt bzw. strömen. Unmittelbar an den Eintragstellen befinden sich Rückschlagventile 27, 28, durch die gewährleistet wird, dass die Entspannung des Kohlendioxids erst unmittelbar an der jeweiligen Eintragstelle 23, 24 erfolgt und das Kohlendioxid somit in zumindest noch teilweise flüssigen Zustand in das jeweilige, in der Leitung 25, 26 strömende Fluid eingespeist wird. Ähnlich wie bei der Anordnung 1 wird auch hier der Kohlendioxidzustrom durch eine Steuereinheit 14 geregelt. Anstelle einer Mengenregulierung über ein Mengenregelventil 12 in der Druckleitung 6, das den gleichzeitigen Zustrom von Kohlendioxid in beide Zweigleitungen regelt, können auch jeweils separate Mengenregelventile in den Zweigleitungen 21, 22 vorgesehen sein, wobei mittels der Steuerung darauf geachtet werden muss, dass der Druck in den Zweigleitungen bis zu den jeweiligen Rückschlagventilen 27, 28 stets oberhalb des Tripelpunktdrucks von Kohlendioxid bleibt. Anstelle der Einspeisung in unterschiedliche Leitungen 25, 26 können den Zweigleitungen 21, 22 entsprechende Zweigleitungen auch dazu eingesetzt werden, flüssiges Kohlendioxid auch an voneinander beabstandeten Punkten im Strömungsweg ein und derselben Leitung vorzusehen.
  • Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Verstopfen von Leitungen mit Kohlendioxidschnee wirksam verhindert und somit bei niedrigen Investitionskosten eine gleichwohl wirkungsvolle Möglichkeit geschaffen, Kohlendioxid im flüssigen Zustand in ein Fluid einzubringen. Ein Verdampfer für das Kohlendioxid oder eine Eintragseinrichtung zum Einbringen des Kohlendioxids in Form möglichst feiner Gasblasen ist nicht erforderlich.
  • Bevorzugte Bereiche, in denen die Erfindung eingesetzt werden kann, sind beispielweise:
    • Neutralisation von alkalischen Brauch- und Schmutzwässern,
    • Kohlendioxideintrag in Trinkwasser zur pH-Einstellung oder Demineralisation
    • Injektion von Kohlendioxid zum Lösen von Kalziumkarbonat oder zur pH-Einstellung in diversen chemischen Prozessen beispielsweise in der Papierindustrie
    • Kühlprozesse insbesondere in der Lebensmittelindustrie, beispielsweise zum Frosten oder Krusten von Lebensmitteln.
    • Zerstäuben von Produkten.
    Bezugszeichenliste
    • 1.
    Anordnung
    2.
    Tank
    3.
    Pegel
    4.
    Schieber
    5.
    -
    6.
    Druckleitung
    7.
    Eintragstelle
    8.
    Leitung
    9.
    -
    10.
    Schieber
    11.
    Überdruckventil
    12.
    Mengenregelventil
    13.
    -
    14.
    Steuereinheit
    15.
    Rückschlagventil
    16.
    Schließorgan
    17.
    Ventilteller
    18.
    Ventilsitz
    19.
    Federelement
    20.
    Anordnung
    21.
    Zweigleitung
    22.
    Zweigleitung
    23.
    Eintragstelle
    24.
    Eintragstelle
    25.
    Leitung
    26.
    Leitung
    27.
    Rückschlagventil
    28.
    Rückschlagventil

Claims (8)

  1. Anordnung zum Eintragen von Kohlendioxid im flüssigen Zustand in ein fluides Medium, mit einem Versorgungstank (2) für flüssiges Kohlendioxid, einer mit dem Versorgungstank (2) verbundenen und an einem Eintragspunkt (7) in eine fluidführende Leitung (8, 25, 26) einmündende Druckleitung (6) und mit einem in der Druckleitung (6) integrierten Entspannungsorgan (15), mittels dessen in einem zwischen Versorgungstank (2) und Entspannungsorgan (15) angeordneten Abschnitt der Druckleitung (6) ein Druck oberhalb des Drucks des Tripelpunktes von Kohlendioxid aufrecht erhalten werden kann, wobei das Entspannungsorgan (15) unmittelbar an der Einmündung der Druckleitung (6) in die fluidführende Leitung (8) angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (15) derart ausgebildet ist, das es unterhalb eines vorgegebenen Druckes in der Druckleitung (6) automatisch schließt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (15) als Rückschlagventil zum Verhindern des Eindringens von fluidem Medium aus der Leitung (8, 25, 26) in die Druckleitung (6) ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (15) mit einem Ventilteller (31) ausgerüstet ist, der im Schließzustand des Rückschlagventils (15) auf einem von der fluidführenden Leitung (8) abgewandten Seite des Ventiltellers (17) angeordneten Ventilsitz (18) dichtend aufsitzt und durch druckgesteuertes Verschieben in Richtung der fluidführenden Leitung (8) in seinen Öffnungszustand bringbar ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Druckleitung (6) Zweigleitungen ausmünden, die mit gleichfalls mit einem Entspannungsorgan (15) versehenen Eintragpunkten an mehreren voneinander beabstandeten Stellen in die fluidführende Leitung (8, 25, 26).
  6. Anordnung nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Druckleitung (6) Zweigleitungen ausmünden, die mit gleichfalls mit einem Entspannungsorgan (15) versehenen Eintragpunkten (23, 24) in mehrere unterschiedliche fluidführende Leitungen (25, 26) einmünden.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung (6), stromauf zum Entspannungsventil, ein Mengenregelventil (12) sowie eine Steuereinheit (14) vorgesehen sind, welche den Mengendurchfluss am Mengenregelventil (12) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm und/oder von physikalischen oder chemischen Parametern im Medium, regelt.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenregelventil (12) als Auf/Zu-Ventil ausgestaltet ist.
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