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Die
Erfindung betrifft einen Imprägnierer nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Imprägnierer
werden verwendet, um in Schankanlagen Flüssigkeiten, bzw. Getränkevorprodukte
mit Gasen zu imprägnieren
bzw. Gase in den Flüssigkeiten
zu lösen
und so trinkfertige Getränke
erst in der Schankanlage herzustellen. Als Beispiele für zu imprägnierende
Flüssigkeiten
kommen Limonaden, (-sirupe) und insbesondere ein kohlensäurearmes
bzw. -loses Biervorprodukt in Frage. Neben aromahaltigen Gasen kommen
als Imprägniergase
insbesondere Kohlensäure
(genauer gesagt: CO2) und Stickstoff (genauer
gesagt N2) in Frage, um beispielsweise eine
sprudelnde Limonade und insbesondere ein kohlensäurehaltiges Bier zu erzeugen.
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Ein
derartiger Imprägnierer
wird beispielsweise in der
DE
198 51 360 A1 vorgeschlagen. Dabei handelt es sich um einen
Rohrsiebkarbonator, bei dem in einer als Rohr ausgebildeten Mischzelle,
an die Gas- und Flüssigkeitszufuhr
anschließbar
sind, eine Vielzahl von Mischsieben aneinander gereiht sind. Die
Mischsiebe stellen dabei in ihrer Gesamtheit eine große Oberfläche bereit,
an der ein Stoffaustausch beim Lösen
beispielsweise von Kohlensäure
in einem Getränkevorprodukt
stattfinden kann. Ein weiterer, derartiger Rohrsiebkarbonator ist
auch der Patentanmeldung
DE
105 55 137 A1 zu entnehmen.
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Daneben
existieren auch Imprägnierer
bzw. Karbonatoren, bei denen die gemäß dem ersten Fickschen Gesetz
nötige
große
Oberfläche
durch die Mischzelle eingefülltes
Schüttgut
bereitgestellt wird. Ein Beispiel dafür ist der deutschen Patentanmeldung
DE 101 60 397 A1 zu
entnehmen.
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Schließlich zeigt
die eigene, noch unveröffentlichte
Patentanmeldung
DE 102 006
014 814 einen Imprägnierer,
bei dem in der Mischzelle Festkörper
angeordnet sind, die beispielsweise als Schwamm oder aus Sintermaterial
mit einer Vielzahl von Poren ausgestattet sind, um die gewünschte große Oberfläche bereitzustellen.
An die Mischzelle schließt
dabei einlassseitig ein T-förmiges
Kopfstück an,
an welches auf der einen Seite eine Gaszufuhr und auf der anderen
Sei te ein Flüssigkeitszufuhr
angeschlossen werden kann. Gas- und Flüssigkeitszufuhr sind dabei über Rückschlagventile
gegen ein Rückströmen gesichert.
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Durch
einen vorgegebenen Gas- und Flüssigkeitsdruck – bei der
Imprägnierung
von kohlensäurelosem
Biervorprodukt mit CO2 haben sich dabei 4
Bar Flüssigkeitsdruck
und 5 Bar Gasdruck als geeignet erwiesen – wird dabei versucht, das
gewünschte
Verhältnis
Gas zu Flüssigkeit
in der Mischzelle und einen optimalen Druck in der Mischzelle einzustellen,
so dass die gewünschte
Lösung
des Gases in der Flüssigkeit
erfolgt.
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Allerdings
werden derartige Imprägnierer
oft in Inline-Begasungs-Schankanlagen eingesetzt, bei denen das
Getränkevorprodukt
mit Kolbenpumpen aus einem Tank heraus gesaugt wird, so dass der
Imprägnierer
eingangsseitig den Druckstößen der
Kolbenpumpe ausgesetzt ist und kein konstanter Flüssigkeitsdruck
erreicht werden kann. Desweiteren hängt der Volumenstrom, welcher
pro Zeiteinheit in die Mischzelle eintritt, wesentlich davon ab,
mit welcher Zapfgeschwindigkeit der Zapfer das Getränk zapft. Ändert sich
die Zapfgeschwindigkeit, wird das Druckgefälle von der Gaszufuhr- bzw.
Flüssigkeitszufuhrseite
zur Mischzelle hin ebenfalls geändert,
so dass der Öffnungsgrad
der Gaszufuhr und der Flüssigkeitszufuhr
schwanken, obwohl der externe Druck auf einen festen Wert eingestellt
ist. Dadurch ändern sich
auch die in die Mischzelle eintretenden Volumenströme, so dass
das Gas- Flüssigkeitsmischverhältnis vom
Optimum für
das Lösen
des Gases in der Flüssigkeit
beim jeweiligen Druck in der Mischzelle abweichen kann.
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Hiervon
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Imprägnierer
so weiter zu bilden, dass mit hoher Zuverlässigkeit ein gutes Mischergebnis
erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist dazu
ein Gaseinlassventil und ein Flüssigkeitseinlassventil
vorgesehen, welche zum Freigeben und Schließen des Gas- und des Flüssigkeitseinlasses
des Imprägnierers
entsprechend der Größe eines
Druckgefälles
von der Einlassseite zur Mischstelle hin eingerichtet sind, wobei
das Gaseinlass ventil ein in einem Gaseinlasskanal angeordnetes Gaseinlassschließelement
aufweist, und das Flüssigkeitseinlassventil
ein in einem Flüssigkeitseinlasskanal
angeordnetes Flüssigkeitseinlassschließelement,
und wobei das Gaseinlassschließelement
und das Flüssigkeitseinlassschließelement
so miteinander gekoppelt sind, dass das Gaseinlassventil den Gaseinlass
abhängig
von einem sich einstellenden Öffnungsgrad
des Flüssigkeitseinlasses
zu einem vorgegebenen Öffnungsgrad
freigibt.
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Über die
erfindungsgemäße Koppelung
des Öffnungsgrads
des Gaseinlasses mit dem Öffnungsgrad
des Flüssigkeitseinlasses
gelingt es somit, für unterschiedliche
Zapfgeschwindigkeiten ein für
den Imprägniervorgang
im Mischzelleninneren geeignetes Mischverhältnis einzustellen. Je nach
gewählter Flüssigkeit
bzw. Gas und das für
den jeweiligen Druck optimale Verhältnis der beiden zueinander kann
die Kopplung dabei linear oder degressiv bzw. progressiv mit dem
Druck ansteigend sein. Öffnet
der Flüssigkeitseinlass
weit, so öffnet
auch der Gaseinlass entsprechend weit, so dass beispielsweise die nötige Kohlensäure zum
Imprägnieren
eines kohlensäurelosen
Biervorprodukts einströmt.
Wird der Öffnungsgrad
des Flüssigkeitseinlasses
dagegen verringert, verringert sich auch der Öffnungsgrad des Gaseinlasses
entsprechend, so dass sich wiederum ein für den Imprägniervorgang in der Mischzelle
geeignetes Mischverhältnis
an Gas und Flüssigkeit
einstellt.
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Auf
diese Weise gelingt es, sowohl die Auswirkungen von Druckschwankungen
auf der Mischzellenseite auf das Verhältnis von einströmendem Gas
zu einströmender
Flüssigkeit
auszugleichen, als auch die Auswirkungen von Druckschwankungen auf der
Flüssigkeitseinlassseite.
Denn wenn der Druck in der Mischzelle abfällt, verringert das Flüssigkeitseinlassschließelement
den Öffnungsgrad
des Flüssigkeitseinlasses
und damit das damit gekoppelte Gaseinlassschließelement den Öffnungsgrad
des Gaseinlasses entsprechend. Das Gleiche gilt bei einem Ansteigen
des Drucks in der Mischzelle, wobei das Gaseinlassschließelement
den Öffnungsgrad
entweder im gleichen Verhältnis,
oder einer für
den jeweiligen Imprägniervorgang
geeigneten Gesetzmäßigkeit (Mischverhältnisverlauf über den
Druck) folgend verringert wie das Flüssigkeitseinlassschließelement.
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Kommt
es dagegen zu Druckstößen auf
der Flüssigkeitseinlassseite,
die, wie vorstehend angesprochen, durch den Einsatz von Kolbenpumpen ausgelöst werden
können,
so wird das Flüssigkeitseinlassventil
den Flüssigkeitseinlass
in Abhängigkeit
vom zum jeweiligen Zeitpunkt existierenden Druckgefälle vom
Flüssigkeitseinlass
zur Mischzelle hin zu einem bestimmten Grad freigeben, wobei über die
Ankoppelung des Gaseinlassventils auch der Gaseinlass entsprechend
weit geöffnet
wird.
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Vorteilhaft
ist das Flüssigkeitseinlassschließelement
dabei zur Flüssigkeitseinlassseite
hin vorgespannt und einstückig
mit dem Gaseinlassschließelement
verbunden, so dass eine Verschiebung des Flüssigkeitseinlassschließelements
auf das Gaseinlassschließelement übertragen
wird. Die so gebildete Einheit kann nach Art eines Kolbenschiebers
ausgebildet sein, wenn der Mischzellenkopf des Imprägnierers
wie ein T-Stück
aufgebaut ist, d.h. wenn Flüssigkeitseinlass
und Gaseinlass miteinander fluchten. Es gelingt somit auf baulich
einfache Weise, den einströmenden
Flüssigkeitsmassenstrom
ebenso wie den einströmenden
Gasmassenstrom in Abhängigkeit von
dem Druckgefälle
von der Flüssigkeitseinlassseite
zur Mischzelle hin festzulegen.
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Alternativ
dazu könnte
auch eine elektrische Kopplung der Schließelemente vorgesehen sein. Ferner
könnte
eine aus dem Gaseinlassschließelement
umd dem Flüssigkeitseinlassschließelement bestehende
Kolbenschiebereinheit nach Art eines Wegeventils auch bei einem
Mischkopf eingesetzt werden, bei dem 2 parallel verlaufende Einlasskanäle in das
Mischzelleninnere führen.
Dazu könnte
beispielsweise eine Schließstellung
vorgesehen sein, in der der Kolbenschieber sowohl den Gaseinlasskanal, als
auch den Flüssigkeitseinlasskanal
dichtet, sowie eine Öffnungsstellung,
in der der Kolbenschieber mit einer oder mehrerer ihn durchdringenden Öffnungen sowohl
vor die Flüssigkeits-
als auch Gaseinlassöffnung
geschoben wird, so dass der jeweilige Einlass freigegeben wird.
Bei dieser Anordnung ist jedoch eine zusätzliche Maßnahme nötig, um den Kolbenschieber
in Abhängigkeit
vom Druckgefälle
von der Flüssigkeitseinlassseite
zur Mischzelle hin zu betätigen,
beispielsweise eine entsprechende Bypassleitung zu einer Stirnseite
des Kolbenschiebers von der Flüssigekitseinlassseite
her und eine auf die andere Stirnseite des Kolbenschiebers wirkende
Vorspanneinrichtung. Dieser Aufbau ist jedoch relativ kompliziert.
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Bevorzugt
ist daher ein T-stückartiger
Mischkopf mit fluchtendem Flüssigkeitseinlasskanal
und Gaseinlasskanal, bei dem der aus Flüssigkeitseinlassschließelement
und Gaseinlassschließelement gebildete
Kolbenschieber direkt in dem Flüssigkeitseinlasskanal
und dem Gaseinlasskanal sitzt und durch eine Verschiebung in Richtung
zum Gaseinlass hin sowohl den Gaseinlass als auch den Flüssigkeitseinlass
im gewünschten
Maß freigibt.
Durch eine Verschiebung zum Flüssigkeitseinlass
hin wird dagegen sowohl der Gaseinlass als auch der Flüssigkeitseinlass
geschlossen.
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In
einer ersten Ausführungsform
könnte
dieses Ansprechen auf das Druckgefälle vom Flüssigkeitseinlass zur Mischzelle
dadurch bewerkstelligt werden, dass das Gaseinlassschließelement
ein sich zur Gaszufuhrseite hin kegelig aufweitender Kolben ist,
welcher sich in einem sich ebenfalls kegelig aufweitenden Gaseinlasskanalabschnitt
befindet und über
einen Kolbenschieberabschnitt mit dem Flüssigkeitseinlassschließelement
verbunden ist. Das Flüssigkeitseinlassschließelement
kann ein sich zur Flüssigkeitszufuhrseite
hin kegelig verjüngender
Schieber sein, der sich in einer ebenfalls kegelig zur Flüssigkeitszufuhrseite
hin verjüngende
Flüssigkeitszufuhr
befindet und auf seiner der Flüssigkeitszufuhrseite
abgewandten Seite zur Flüssigkeitszufuhr
hin vorgespannt ist.
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Wegen
eines einfachen und kostengünstigeren
Aufbaus bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der der Flüssigkeitsdurchtritt
von der Flüssigkeitszufuhrseite
in die Mischzelle durch das Flüssigkeitseinlassschließelement
hindurch erfolgt und die Gaszufuhr durch das Gaseinlassschließelement hindurch.
Dazu kann das Flüssigkeitsschließelement ein
mehrseitig umschlossener Hohlkörper
sein, welcher zur Flüssigkeitszufuhrseite
hin offen ist, wobei in den den Hohlkörper mehrseitig umschließenden Wänden zumindest
eine Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung für die Flüssigkeit
vorgesehen ist. In der Schließstellung,
in der das Flüssigkeitseinlassschließelement
den Flüssigkeitseinlasssperrabschnitt
ausfüllt,
erfolgt somit kein Flüssigkeitsdurchtritt.
Wird das Flüssigkeitseinlassschließelement
jedoch in eine Öffnungsstellung
gebracht, in der es in ein mischzellenseitiges Volumen hin einragt,
wird der Flüssigkeitsdurchtritt
zumindest zum Teil freigegeben und das von der Flüssigkeitszufuhrseite
in den Hohlkörper
geströmte
Getränkevorprodukt
kann in die Mischzelle strömen.
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Das
Gaseinlassschließelement
kann auch in diesem Fall als kegeliges Schieberelement in einem kegeligen
Gaseinlasskanal vorgesehen sein. Vorteilhaft ist jedoch, auch auf
der Gaseinlassseite ein Hohlkörper
als Gaseinlassschließelement
vorgesehen, wobei dieser Hohlkörper
jedoch zur Mischzelle hin offen ist und in einer Schließstellung
den Gaszufuhrkanal ausfüllt
und in einer Öffnungsstellung
soweit in ein gaszufuhrseitiges Volumen hinein verschoben wird,
dass zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung für das Gas freigegeben wird,
durch welche das Gas von der Gaszufuhrseite in das Mischzelleninnere
strömen
kann.
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Es
versteht sich von selbst, dass es für den Fall, dass die von der
Gasseite her auf den Kolbenschieber wirkende Kraft größer ist
als die von der Flüssigkeitsseite
her wirkende Kraft, auch möglich ist,
den flüssigkeitsseitigen
Hohlkörper
mit Öffnung zur
Mischzelle hin vorzusehen und mit verschließbaren Flüssigkeitsdurchtritten zur Flüssigkeitszufuhrseite
hin, wenn gleichzeitig das Gaseinlassschließelement zur Gasseite hin offen
ist und zur Mischzelle hin verschließbar.
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Vorteilhaft
ist dabei ein Dichtelement zwischen dem Gaseinlassschließelement
und dem Gaseinlasssperrabschnitt vorgesehen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Flüssigkeitsdurchtritte über die
Wand des Flüssigkeitseinlassschließelements
verteilte Bohrungen sind, also im Verhältnis zum Durchmesser des Flüssigkeitseinlasssperrabschnitts
relativ klein, dafür
in hoher Anzahl vorhanden sind. Das Gleiche gilt für die Gasdurchtritte.
Vorteilhaft liegt das Durchmesserverhältnis ins Schließelement:
Durchtrittsbohrung dabei über
1:10, bevorzugt über
1:20. Auf diese Weise gelingt es, die Anzahl an für den Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchtritt
zur Verfügung
stehenden Durchtrittsbohrungen je nach Stellung des Ventilkolbenschiebers genau
zu dosieren.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn die Flüssigkeits- und/oder Gasdurchtrittsbohrungen
als spiralförmig
um die Seitenwand des jeweiligen Schließelements angeordnete Kette
von Bohrungen angeordnet sind. Denn in diesem Fall steigt die für den Flüssigkeits-
bzw. Gasdurchtritt zur Verfügung stehende
Anzahl von Bohrungen nicht schlagartig an, bzw. fällt nicht
schlagartig ab, sondern erhöht bzw.
verringert sich beim Verschieben des Kolbenschiebers schrittweise
um jeweils eine Bohrung, so dass der gewünschte Gas- bzw. Flüssigkeitsmassenstrom
noch genauer eingestellt werden kann in Abhängigkeit vom Druckgefälle von
der Flüssigkeitseinlassseite
zur Mischzelle hin.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Die
einzelnen Merkmale der Ausführungsformen
gemäß den Ansprüchen lassen
sich dabei, soweit es sinnvoll erscheint, beliebig kombinieren.
Es versteht sich von selbst, dass die vorstehend genannten und die
nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen.
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Im
Folgenden werden einzelne vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Festkörper-Imprägnierers
gemäß des Standes
der Technik;
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2a eine
Schnittansicht eines Imprägnierers
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2b eine
der 2a entsprechende Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Achse des Gas- und des Flüssigkeitseinlasskanals
in 2b senkrecht zur Blattrichtung;
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4 eine
Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3 einer
leicht abgewandelten Form der in 2b gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung; und
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5 eine
der 4 entsprechende Ansicht einer leichten Abwandlung
der in 2b gezeigten Ausführungsform.
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Zunächst wird
Bezug genommen auf
1, um die prinzipiellen Funktionsweise
eines Imprägnierers
zu erläutern.
1 zeigt
einen bekannten Imprägnierer
gemäß der eigenen,
nachveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 10 2006
014 814.2 .
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Mit 1 ist
dabei die rohrförmige
Mischzelle bezeichnet. In der Mischzelle sind scheibenförmige Imprägnierkörper 11, 13, 15 in
Reihe nacheinander einpresst, so dass die die Mischzelle 1 durchströmende Flüssigkeit
und das die Mischzelle 1 durchströmende Gas bzw. das bereits
vorvermischte Gas-Flüssigkeitsgemisch
durch die Imprägnierkörper 11, 13, 15 hindurchtreten
muss und so an der Oberfläche
der mit Punkten angedeuteten Poren in Lösung gehen kann. Dabei ist
der von der Zulaufseite her gesehen erste Imprägnierkörper 11 aus einem
feinporigeren Sintermaterial als die beiden darauffolgenden Imprägnierkörper 13, 15.
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An
die Imprägnierkörper schließt sich
ein mit 10 bezeichneter Beruhigungsabschnitt an, in dem das
als turbulente Strömung
aus dem ablaufseitigen Imprägnierkörper 15 austretende
Gas-Flüssigkeitsgemisch
zu einer laminaren Strömung
beruhigt wird, bevor es durch eine Ablauföffnung 7 aus dem Imprägnierer
austritt und beispielsweise zu einem Zapfhahn in der Zapfanlage
hingeleitet wird.
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Das
Ablaufrohr 7 ist dabei in einem auf das Mischrohr 1 aufgeschraubten
Deckel vorgesehen, welcher mit einem O-Ring gegen das Mischrohr
abgedichtet ist. Zulaufseitig ist das Mischrohr 1 ebenfalls
mit einem eingeschraubten Bauteil, einem Kopfstück 21 verschlossen
und mit einem O-Ring abgedichtet.
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An
das Kopfstück 21 kann
einerseits – in
der Zeichnung links – die
Gaszufuhr G an und andererseits – in der Zeichnung rechts – die Flüssigkeitszufuhr
F angeschlossen werden. Dazu ist das Kopfstück 21 von einem Gaszufuhrkanal
durchdrungen, welcher über
einen Rohrstummel 3 in die Mischzelle mündet, und von einem Flüssigkeitsdurchtrittkanal, der
an einer mit 6 bezeichneten Stelle exzentrisch in die Mischzelle 1 mündet. Sowohl
gaszufuhrseitig als auch flüssigkeitszufuhrseitig
sind in dem Kopfstück Gewindebohrungen
vorgesehen, in welche jeweils Anschlussstücke 33, 31 eingeschraubt
sind, in denen jeweils ein Rückschlagventil 29, 27 aufgenommen ist,
mit dem der Gas- bzw. Flüssigkeitszufuhrkanal gegen
Rücklauf
aus der Mischzelle 1 gesichert sind. In das gaszufuhrseitige
Anschlussstück 33 ist
wiederum ein Anschlusszapfen 23 eingeschraubt, welcher
mit einer Gaszufuhrleitung steckverbunden werden kann, wohingegen
auf der Flüssigkeitszufuhrseite
ein Anschlusszapfen 25 in das dortige Anschlussstück 31 eingeschraubt
ist, auf den ein Flüssigkeitsschlauch
mit einem geeigneten Steckstück
aufgesteckt werden kann. Dabei weist der Gaszufuhrkanal im Bereich
des gaszufuhrseitigen Anschlusszapfens 23 eine mit 22 bezeichnete
Querschnittsverengung auf, welche als Druckbegrenzungsdüse 22 dient.
Mit der Druckbegrenzungsdüse 22 wird
sichergestellt, dass der Gasdruck nicht so hoch wird, dass das Gas die
Flüssigkeit
in der Mischzelle verdrängt,
wobei der Gasdruck und darüber
der Mischvorgang trotzdem ausreichend steuerbar bleibt.
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Der
vorstehend angesprochene Rohrstummel 3, in den der das
Kopfstück
durchdringende Gaszufuhrkanal zentrisch einmündet, weist dabei an seiner
dem Kopfstück 21 abgewandten
Seite einen Teller 5 bzw. eine umlaufende Schulter 5 auf,
und ist an seiner dem Kopfstück 21 zugewandten
Seite in den mit einem Innengewinde versehenen, zentrisch zur Mischrohrmittelachse
A verlaufenden Gaszufuhrkanal eingeschraubt. Zwischen dem Teller 5 und
einem entsprechenden, umlaufenden Anschlag an dem Kopfstück 21 ist
eine Vorimprägnierhülse 17 eingespannt.
Die Vorimprägnierhülse 17 ist
dabei kopfstückseitig
mit einem als Innenschulter an einem Schaufelrad 19 ausgebildeten
Dichtring gegen das Kopfstück
abgedichtet und anderenends gegen das Teller 5 des Rohrstummels 3,
wobei in der Zeichnung der Rohrstummel 3 in einem noch
nicht vollständig
in die Gewindebohrung im Kopfstück
eingetretenen Zustand dargestellt ist. Das Schaufelrad 19 weist über seinen
Umfang verteilte Leitschaufeln auf, mit denen die am Flüssigkeitszulauf 6 in
die Mischzelle 1 eintretende Flüssigkeit in eine spiralförmige verwirbelte Strömung versetzt
wird. Der den Gaszulauf in die Mischzelle 1 bildende Rohrstummel 3 weist
dagegen auf seinen Umfangsoberflächen
zwei Langlöcher 4 auf,
durch die das Gas aus dem Gaszufuhrkanal durch die Vorimprägnierhülse 17 hindurch
in die Mischzelle 1 eintreten kann.
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Der
Mischvorgang läuft
also wie folgt:
Von einer angeschlossenen Gaszufuhr G wird
Gas über
den das Kopfstück 21 durchdringenden
Gaszufuhrkanal zu den Langlöchern 4 des
Rohrstummels 3 geleitet und tritt dort aus. Das ausgetretene
Gas diffundiert zwangsweise durch die an beiden Enden abgedichtet
aufgenommene Vorimprägnierhülse 17 hindurch,
wodurch sich die als Gasstrahl eintretende Gasströmung zu
einer großflächig über die
der Mischzelle 1 zugewandten Oberfläche der Vorimprägnierhülse 17 verteilte
an der Oberfläche
der Poren des porösen
Materials, aus dem die Vorimprägnierhülse 17 gebildet
ist, verwirbelte Gaseinblasung wandelt bevor sie in die Mischzelle 1 eintritt.
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Gleichzeitig
tritt von einer angeschlossenen Flüssigkeitszufuhr F aus Flüssigkeit
exzentrisch zur Mischrohrmittelachse A durch einen das Kopfstück 21 durchdringenden
Flüssigkeitszufuhrkanal
an der Stelle 6 in die Mischzelle 1 ein. Dort
trifft die Flüssigkeitsströmung auf
die Leitschaufeln 20 des Schaufelrads 19 und wird
durch diese mit einem Drall in Querrichtung zur Einströmrichtung
beaufschlagt, so dass auch die Flüssigkeitseinströmung zunächst abgebremst
und verwirbelt wird. Dadurch, dass die Vorimprägnierstufe 17 aus
einem lediglich semipermeablen, hydrophoben Material besteht kann
die Flüssigkeitseinströmung aber
nicht bis zu den Gasaustrittsöffnungen 4 vordringen.
Eine erste Vorvermischung der weitflächig verteilten, turbulenten
Gaseinströmung
und der verwirbelten Flüssigkeitseinströmung in
der Mischzelle 1 findet somit im Zulaufbereich in Nähe des Kopfstücks 21 statt.
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Die
aus dem mit der Flüssigkeit
bereits vorvermischten Gas bestehende Strömung tritt im weiteren Verlauf
in den ersten Imprägnierkörper 11 ein, welcher
aus einem feinporösen
Material besteht. Die Oberfläche
des porösen
Festkörperimprägnierkörpers 11 wird
dabei nicht nur durch seine Außenoberfläche gebildet,
sondern auch durch die Oberfläche der
Poren im Inneren des Imprägnierkörpers 11 und ist
daher sehr groß,
so dass es zu einer großen
Turbulenz der durchtretenden Strömung
und aufgrund der großen
Phasengrenzfläche
hohen Lösung
des Gases in der Flüssigkeit
kommt. An den ersten Imprägnierkörper 11 schließen zwei
weitere Imprägnierkörper 13, 15 an,
mit denen die Feineinstellung des Mi schungsverhältnisses des Gas-Flüssigkeits-Gemischs
vorgenommen wird. Dabei sind die Imprägnierkörper 11, 13, 15 aus
einem porösen
Sintermaterial scheibenförmig
hergestellt und in das Mischrohr 1 eingestopft, so dass
sie dessen Durchmesser vollständig
abschließen
und die Zuströmung
gezwungen ist, durch das Material der Imprägnierkörper 11, 13, 15 hindurch
zu diffundieren. Die beiden Imprägnierkörper 13, 15 weisen
dabei eine geringere Porenzahl als der vorderste Imprägnierkörper 11 auf.
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Nach
dem Durchtritt durch die Haupt-Imprägnierstufe, die durch die Imprägnierkörper 11, 13, 15 gebildet
wird, gelangt das Gas-Flüssigkeits-Gemisch in
einen durch die Imprägnierkörper 11, 13, 15 von der
restlichen Mischzelle 1 abgetrennten Beruhigungsbereich 10,
in dem die turbulente Strömung
abgebremst und in eine laminare Strömung überführt wird, welche über die
Ablauföffnung 7 aus
der Mischzelle austreten kann.
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2a zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Imprägnierers,
bei dem die Imprägnierung
zwar auch nach dem gleichen Prinzip wie bei dem bekannten Imprägnieren
erfolgt, wobei jedoch auf der Einlassseite der Mischzelle eine Ventilanordnung
vorgesehen ist, bei der ein Gaseinlassschließelement 121 und ein
Flüssigkeitseinlassschließelement 127 gekoppelt
ist, wohingegen auf der Auslassseite der Mischzelle eine Druckkompensatoranordnung
vorgesehen ist. Auch bei stark schwankenden Druckverhältnissen
und Massendurchsätzen
kann damit ein konstant gutes Imprägnierergebnis erzielt und gleichzeitig
die Schankbarkeit des hergestellten Getränks sichergestellt werden.
Die mischzelleneinlassseitige Ventilanordnung und die mischzellenauslassseitige
Druckkompensatoranordnung ergänzen
sich dabei im Hinblick darauf, Druck- oder Mengenschwankungen im
Zulauf und auf der Zapfhahnseite abzufangen. Dies ist insbesondere
im Hinblick auf die schankseitige Bierbegasung mit CO2 von
großer
Bedeutung, da Bier ein Getränk
ist, welches leicht zu schäumen
beginnt. Wenn das Bier bzw. das Bier-Gas-Gemisch in der Zapfanlage
jedoch unter Schaumbildung aufreißt, kann kein befriedigendes
Zapfergebnis mehr erzielt werden.
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Die
Flüssigkeit
strömt
dabei durch den Flüssigkeitseinlass
F und das Gas durch den Gaseinlass G in den Mischkopf 121 und
wird dort in die Mischzelle 1 weitergeleitet, in der der
eigentliche Imprägniervorgang
stattfindet. Das Gaseinlass schließelement 129 hat dabei
die Form eines kegelig zum Gaseinlass G hin spitz zulaufenden Kolbens,
wobei das Flüssigkeitseinlassschließelement 127 ein
kegelstumpfartig sich zum Flüssigkeitseinlass
hin verjüngender
Kolben ist und die beiden Schließelemente 127, 129 über einen
abschnittsweise nadelartig ausgebildeten Verbindungsabschnitt 128 zu
einer Ventilschiebereinheit verbunden sind. Das Flüssigkeitseinlassschließelement 127 ist
dabei mit einer sich einerseits an der Rückseite Flüssigkeitseinlassschließkolbens 127 und
andererseits an einer Wand des Flüssigkeitseinlasskanals abstützenden,
den Verbindungsabschnitt 128 umschließenden Ringfeder 134 gegen
den Flüssigkeitszulauf
vorgespannt.
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Wird
nun von der zulaufenden Flüssigkeit eine
Kraft auf das Flüssigkeitseinlassschließelement 127 ausgeübt, die
größer als
die aus dem Mischzelleninnendruck auf die Innenseite des Flüssigkeitseinlassschließelements 127,
der Federkraft und dem Gasdruck auf das Gaseinlassschließelement 129 resultierende
Gegenkraft ist, öffnet
das Flüssigkeitseinlassschließelements 127 den
Flüssigkeitseinlass
und – über den
Verbindungsabschnitt 128 – das Gaseinlassschließelement 129 den
Gaseinlass. Dabei ist der kegelige Verlauf des Gaseinlassschließelements 129 und
des dieses umschließenden
Gaseinlasssperrabschnitts so auf den kegelstumpfartigen Verlauf
des Flüssigkeitseinlassschließelements 127 bzw.
des dieses umschließenden
Flüssigkeitseinlasssperrabschnitts
abgestimmt, dass sich für
jedes Druckgefälle
zwischen Flüssigkeitszulauf
und Mischzelle das für
den Imprägniervorgang
optimale Massenstromverhältnis
Gas : Flüssigkeit
einstellt. Die Gaszufuhr G erfolgt dabei durch einen Vorimprägnierkörper 117 hindurch,
an dem ringförmig
die Flüssigkeitszufuhr
F entlang strömt.
Zum Ausgleich von mischzellen-einlassseitigen Druckschwankungen kann
dabei ferner ein kompressibler Ballon 26 als Volumenausgleichskörper vorgesehen
sein.
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Der
Imprägnieren
befindet sich dabei in der Überkopfstellung,
d.h. der Mischkopf 121 befindet sich unten und die Mischzelle 1 mit
den Imprägnierkörpern 13 weist
einen senkrecht nach oben gerichteten Strömungsverlauf auf. In der Mischzelle 1 nach dem
Durchtritt durch die Imprägnierkörper 13 noch vorhandene
Gasblasen B können
auf diese Weise aufsteigen und in einem Beruhigungsbereich 10 der Mischzelle 1 abgefangen
werden, ohne in die Druckkompensatoranordnung am Mischzellenauslass
einzutreten und dadurch zu Turbulenzen am Zapfhahn zu führen.
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Erreicht
die in der Imprägnier-
bzw. Mischzelle 1 beispielsweise mit Kohlendioxyd imprägnierte Flüssigkeit
bzw. das Getränk,
insbesondere das nunmehr karbonisierte Bier den Einlass zur Druckkompensatoranordnung,
so drückt
sie mit dem Arbeitsdruck in der Mischzelle 1 gegen den
Drosselkörper 108.
Diesem Druck wirkt die Vorspannkraft der rückseitig gegen den Drosselkörper 108 drückenden
Feder 109 entgegen, welche über eine Einstellschraube 9a verstellt
werden kann. Ferner wirkt der Druck auf der Auslassseite A gegen
den Arbeitsdruck in der Mischzelle. Öffnet der Zapfer die auf der
Auslassseite A anschließende
Zapfleitung bzw. den Zapfhahn, fällt der
Druck auf der Auslassseite A ab und der Drosselkörper 108 wird soweit
nach oben gedrängt,
dass die in der Mischzelle 1 imprägnierte Flüssigkeit durch die Druckkompensatoranordnung
hindurch zum Zapfhahn strömen
kann.
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Die
Spaltbreite zwischen der Hülse 102 und dem
Drosselzapfen 108 bestimmt dabei die Strömungsgeschwindigkeit
und damit den Massenstrom und hat gleichzeitig Einfluss auf den
Druckverlust an der Druckkompensatoranordnung. Wird vom Zapfer eine
große
Menge an beispielsweise zapffertig imprägniertem Bier gefordert, fällt der
Druck auf der Zapfseite stark ab und der Drosselkörper 108 öffnet auf
eine große
Spaltbreite. Fällt
der Druck auf der Zapfseite weniger stark ab (weil der Zapfer eine
kleinere Menge anfordert) öffnet
der Drosselkörper 108 auf
eine geringere Spaltbreite.
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Dabei
wirkt die Druckkompensatoranordnung auch auf die Einlassventilanordnung,
da mit der Druckkompensatoranordnung Druckänderungen in der Mischzelle
abgepuffert werden, die aus den verschiedenen Zapfgeschwindigkeiten
resultieren, wodurch die über
die Einlassventilanordnung abzufangenden Gasdosierungsprobleme bei
unterschiedlichen Druckgefällen
zwischen Flüssigkeitseinlass
und Mischzelle verringert werden, da die Druckschwankungen kleiner
werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist dabei in 2b gezeigt.
Der in 2a gezeigte Drosselkörper 108 und
entsprechend die Hülse 102 sind
dabei etwas schlanker als der in 2b gezeigte
Körper 8 bzw.
Hülse 2,
so dass die Reibungsverluste insgesamt etwas geringer sind. Ferner
ist die Hülse 102 vollständig in
dem die Mischzelle auf der Auslassstirnseite abschließenden Stopfen 120 aufgenommen,
an welchen das Auslassstück 130 mit
einem zur Seite hin verlaufenden Auslass A angeflanscht ist und
zur Hülse 102 mit
einem O-Ring abgedichtet ist. Auch der Stopfen 120 ist
dabei mit einem O-Ring und einer stirnseitig eingelegten Flachdichtung
gegen die Seitenwände
der Mischzelle abgedichtet.
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Die
Druckkompensatoranordnung weist somit ein Leitungsstück 2, 30, 12 auf,
welches in eine als Gewindeflansch gestaltete Abschlußwand 20 der Mischzelle 1 eines
Imprägnierers
eingeschraubt ist. Das Leitungsstück 2, 30, 12 weist
eine einlassseitige Hülse 2 auf,
welche in eine entsprechende Aufnahmeöffnung in der die Mischzelle 1 auf
der Auslassstirnseite abschließenden
Wand 20 eingepresst ist. In der Hülse 2 ist ein Drosselkörper bzw.
-zapfen 8 angeordnet, der zur Einlassseite hin spitz zuläuft und damit
der dortigen Aufweitung der Hülse 2 entspricht. Auf
den Zapfen 8 wirkt eine Feder 9, welche den Zapfen 8 zum
Einlass der Hülse 2 hin
drängt,
so dass der Einlass der Hülse 2 bzw.
des Leitungsstücks 2, 30, 12 verschlossen
ist, wenn kein Druck von der Einlassseite her auf den Zapfen 8 wirkt.
Dazu stützt
sich die Feder 9 an einer Ringschulter 16 in dem
Rohrstück 30 ab,
wobei das Rohrstück 30 in
das Innengewinde der Wand 20 abgedichtet eingeschraubt
ist und die Hülse 2 in
der Aufnahme in der Wand 20 hält und mit ihr eine durchgängige, zur
Umgebung hin abgedichtete Leitung bildet. Auf der Auslassseite ist
ein Anschlussstück 12 in
das Rohrstück 30 eingeschoben, so
dass der Imprägnierer über die
Druckkompensatoranordnung an die Schankleitung angeschlossen werden
kann.
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Während die
Druckkompensatoranordnung somit gegenüber der in 2a gezeigten
Ausführungsform
lediglich leicht abgewandelt ist und sich im wesentlichen dadurch
unterscheidet, dass der Getränkeauslass
hier durch die Ringfeder 9 hindurch und dann knickfrei
vertikal nach oben erfolgt, wohingegen gemäß 2a ein
seitlicher Getränkeauslassanschluss
vorgesehen ist, unterscheidet sich die Einlassventilanordnung grundlegender
von der in 2a gezeigten Ausführungsform.
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Das
Flüssigkeitseinlassschließelement 227 ist
dabei wiederum über
eine Ringfeder 234 gegen den Flüssigkeitszulaufdruck abgestützt, welche
einen Verbindungsabschnitt 228 umschließt, welcher das Flüssigkeitseinlassschließelement 227 mit
dem Gaseinlassschließelement 229 zu
einer Kolbenschiebereinheit verbindet, die in dem fluchtenden Gaseinlasskanal
und Flüssigkeitseinlasskanal
verschiebbar ist. Dabei ist der das Flüssigkeitseinlassschließelement 227 bildende
Hohlzylinder zum Flüssigkeitszulauf
hin offen und mischzellenseitig mit einer Stirnwand verschlossen,
wohingegen die das Gaseinlassschließelement 229 bildende
Hohlzylindernadel zur Gaszufuhrseite hin durch eine Stirnwand verschlossen
ist und zur Mischzelle 1 hin über ihren Umfang verteilt mehrere,
in 2b nicht dargestellte Öffnungen aufweist (siehe Bezugszeichen 232 in 3 und 4).
Der das Flüssigkeitseinlassschließelement 227 bildende
Hohlzylinder ist dabei in einer einen Flüssigkeitseinlasssperrabschnitt
bildenden Bohrung mit geringem Spiel aufgenommen, die das Gaseinlassschließelement 229 bildende
Hohlzylindernadel in einer einen Gaseinlasssperrabschnitt bildenden Bohrung,
wobei eine Gasdichtung 239 zwischen Bohrung und Hohlzylindernadel
vorgesehen ist und die beiden Bohrungen miteinander fluchten.
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Mit 236 ist
dabei eine spiralförmig
um die Umfangsseitenwand des Flüssigkeitseinlassschließelement 227 umlaufende
Kette von Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen
beziechnet, mit 238 eine spiralförmig um die Umfangsseitenwand
des Flüssigkeitseinlassschließelement 227 umlaufende
Kette von Gasdurchtrittsöffnungen.
Wird nun von der Flüssigkeitszulaufseite
her ein entsprechend hoher Druck auf das Flüssigkeitseinlassschließelement 227 aufgebracht,
verschiebt sich die gesamte Kolben- bzw. Ventilschieberanordnung
in der Zeichnung nach links, wodurch das Flüssigkeitseinlassschließelement 227 mit
seiner der Mischzelle zugewandten Seite in ein offenes Volumen 237 hineinragt.
Dadurch wird – je
nach aufgebrachtem Flüssigkeitsdruck, Gasdruck
und Mischzelleninnendruck – zumindest ein
Teil der Flüssigkeitsdurchtritte 236 freigegeben, so
dass der in die Mischzelle strömende
Flüssigkeitsmassenstrom
entsprechend eingestellt wird.
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Ähnlich stellt
sich der in die Mischzelle strömende
Gasmassenstrom ein: Wird das Gaseinlassschließelement 229 über den
Verbindungsabschnitt 228 nach links verschoben ragt es
mit seinem der Gaszufuhr zugewandten Ende in ein freies Volumen 235 hinein,
wobei ein dem freigegeben Teil der Füssigkeitsdurchtritte 236 entsprechender
Teil der Gasdurchtrittsbohrungen 238 freigegeben werden,
so dass sich für
jeden einströmunden
Flüssigkeitsmassenstrom
der für
den Imprägniervorgang
optimal passende Gasmassenstrom einstellt.
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Die 4 und 5 zeigen
jeweils Abwandlungen der in 2b gezeigten
Ausführungsform.
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In 4 ist
dabei mit schraffierter Linie eine Öffnungsstellung des aus dem
Flüssigkeitseinlassschließelement 227,
dem Verbindungsabschnitt 228 und dem Gaseinlassschließelement 429 bestehenden
Ventilschiebers angedeutet. Man erkennt dabei, dass die Kette der
Gasdurchtritte 438 mit einer geringeren Steigung um die
Seitenumfangswand des Gaseinlassschließelements 429 umläuft. Damit
werden pro Längeneinheit,
um den der Ventilschieber in die Öffnungsstellung verschoben
wird, eine größere Anzahl
an Gasdurchtritten freigegeben als bei der in 2b dargestellten
Ausführungsform.
Daher kann die in 4 geztiegte Ausführungsform
beispielsweise für
die Herstellung eines anderen Getränks verwednet werden als die
in 2b dargestellte Ausführungsform, beispielsweise
für die
Herstellung von Weizenbier aus einem kohlensäurelosen Weizenbiervorprodukt
und Kohlendioxid im Gegensatz zu der Herstellung von hellem Bier
aus einem kohlensäurelosen
Gerstenbiervorprodukt und Kohlendioxid.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsform ist dagegen sowohl
die gesamte Umfangsseitenwand des Flüssigkeitseinlassschließelements 327 als
auch des Gaseinlassschließelements 329 mit Durchtritten 336 bzw. 338 perforiert.
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Selbstverständlich sind
Abweichungen von den dargestellten Ausführungsformen möglich, ohne den
Namen der Erfindung zu verlassen. Ferner können die Merkmale der dargestellten
Ausführungsformen
beliebig kombiniert werden.