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Einrichtung zur Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser
Die Erfindung bezieht sich auf die Getränkeindustrie und ihr Hauptzweck ist die Schaffung von Mitteln, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser ermöglichen, während ein sehr hoher Grad der ursprünglichen Kohlensäureanreicherung in der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (Karbonator) aufrecht erhalten bleibt.
Ein solches Mittel ist die Anwendung sehr kleiner Kapillarspalte, durch welche das kohlensäurehaltige Wasser bei seinem Weg zur Ausgabestelle durchzufliessen gezwungen wird, wobei sich diese Spalte in der Grössenordnung von 0-05 mm bewegen.
Ein anderes Mittel betrifft eine Kapillardüse von der sogenannten"Rillentype", welche eine Verbesserung des erstgenannten Mittels darstellt. Es wurde nämlich gefunden, dass es möglich ist, durch Anwendung von rillenförmigen Durchgängen die Grösse der Durchgangswege von 0-05 auf 0. 25 mm zu erhöhen. Diese Vergrösserung der Durchgangswege hat sich vom betriebstechnischen Standpunkt aus als sehr vorteilhaft erwiesen, obgleich es sich gezeigt hat, dass eine weitergehende Vergrösserung der Durchgangswege noch zweckmässiger wäre. Die vorliegende Erfindung betrifft nun auch Mittel, um dieses Ziel zu erreichen.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kapillardüse, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser mit einem Minimum von Verlusten an Kohlensäure zwischen dem Karbonator und dem Austrittsende der Düse gewährleistet.
Andere Zwecke bestehen darin, eine solche Düse zu schaffen, welche die Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser mit einem Minimum von Schaumbildung gestattet, eine billige Konstruktion besitzt, einen wirtschaftlichen Betrieb mit einer Mindestanzahl von Arbeitsteilen in der Kapillardüse ergibt, sich auch bei der Anwesenheit von Fremdkörpern im Wasser nicht verstopft und die leicht gereinigt werden kann.
Diese und andere Zwecke bzw. Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mehrgängiger, schraubenförmiger Kapillardüsen und durch die Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine er- findungsgemässe Düse in Verbindung mit einer das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (Karbonator) darstellt, Fig. 2 in einem gleichen Schnitt wie Fig. 1 die Düse bei durchfliessendem Wasser zeigt und Fig. 3 in einem teilweisen Längsschnitt in vergrössertem Massstab das Prinzip der Düse mit den Schraubengängen an sich veranschaulicht.
Das der Kapillardüse gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, dass ihre Durchgangswege eine Gestaltung besitzen, bei welcher im wesentlichen die ganze Druckenergie der durch die Düse strömenden Flüssigkeit durch Reibung verbraucht wird, während der Stromlinienfluss in der Flüssigkeit aufrecht erhalten bleibt. Das Mass, in welchem die Druckenergie der Flüssigkeit aufgezehrt wird, ändert sich direkt mit der Lange des kapillaren Durchgangsweges und ist verkehrt proportional'zur vierten Potenz des Durchmessers des Kapillardurchganges.
Hieraus ergibt sich, dass es mathematischen Erwägungen entsprechend moglich wäre, ohne Änderung des Verlustes an Druckenergie der Flüssigkeit den Durchmesser des Durchgangsweges zu vergrössern, wenn in Kompensation auch die Länge des Durchganges
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vierten Potenz des Durchmessers ändert und direkt proportional zur Länge steht, eine grosse Zunahme der Länge notwendig ist, um eine kleine Zunahme des Durchmessers zu erlauben.
Zum Beispiel, wenn ein zweimal so grosser Durchmesser erwünscht ist, so ist es zur Kompensation notwendig, die Länge sechzehnmal zu vergrössern. Dies wurde bisher wegen der beschränkten Raumverhältnisse für undurchführbar angesehen, doch überwindet die vorliegende Erfindung auch diese Schwierigkeiten und ermöglicht den Gebrauch langer Kapillarwege in einem verhältnismässig kleinen Raum.
In Fig. 1 der Zeichnung ist 10 ein mit unter Druck stehendem kohlensäurchaltigem Wasser gefüllter Behälter (Karbonator), und 11 ein mit Gewinde versehener Bodenstutzen des Karbonators, der eine die Flüssigkeit führende
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Bohrung 12 und einen Ventilsitz 13 besitzt.
14 ist eine Muffe und 15 der Kapillarzapfen, auf dessen Umfläche mehrere V-förmige, nach
Schraubenlinien verlaufende Kapillarwege 16 angeordnet sind. Der Zapfen 15 ist zweckmässig mit Schrumpfpassung in die Muffe 14 ein- gesetzt und kann nach Durchführung der
Schrumpfverbindung in der gezeichneten Lage ständig verbleiben.
17 ist ein Ventil an dem Ende einer Ventil- stange 18, die samt dem Ventil durch eine Ventil- feder 19 nach oben gegen den Ventilsitz 13 gedrückt wird. 20 ist ein Mundstück, das an das untere Ende der Ventilstange 18 aufgeschraubt ist.
Bei der Betätigung des Ventiles wirkt der nach unten gerichtete Druck auf die obere Seite des Mundstückes 20 und bewegt dieses nach unten. Die Ventilstange 18 und das Ventil 17 werden gleichzeitig entgegen dem Druck der
Feder 19 nach unten gezogen und der Ventil- sitz 13 wird frei, so dass das kohlensäurehaltige
Wasser aus dem Karbonator 10 durch die
Bohrung 12 in die Kammer 21 einströmen kann.
Von der Kammer 21 bewegt sich das Wasser durch die V-förmigen, nach Schraubenlinien verlaufenden, also stetig ihre Richtung ändernden,
Kapillarkanäle 16. Zufolge der Flüssigkeits- reibung in diesen Kanälen 16 und der durch die schraubenförmige Gestaltung des Düsenteiles erzwungenen Änderung der Strömungsrichtung wird die Druckenergie der Flüssigkeit im wesent- lichen aufgebraucht und das kohlensäurehaltige
Wasser tritt am unteren Ende der schrauben- förmigen Kapillarkanäle ungefähr mit Atmo- sphärendruck und mit verhältnismässig kleiner
Geschwindigkeit aus.
Demzufolge besteht nur eine geringe Neigung, das im Wasser befindliche
Kohlensäuregas aufzurühren, so dass das Wasser einen grossen Prozentsatz jener Kohlensäurc- anreicherung beibehält, die es ursprünglich im
Karbonator 10 aufgewiesen hat.
Vom Austrittsende der schraubenförmigen
Kapillardurchgänge weg fliesst das Wasser durch das Mundstück 20 und dann in ein darunter befindliches Glas oder ein anderes geeignetes
Gefäss.
Es ist klar, dass die Anordnung von Kapillar- durchgängen in Schraubenform gegenüber den eingangs erwähnten Einrichtungen einen unter- schiedlichen und neuen Vorteil gewährleistet.
Der Hauptvorteil der Anordnung von mehr- gängigen Kapillardurchgängen ist, die potentielle Flüssigkeitsenergie durch Reibung aufzubrauchen und so weit als möglich die Umwandlung dieser potentiellen Energie in Geschwindigkeit zu ver- hindern. Durch die Ausbildung der Kapillar- durchgänge in Schraubenform wird das kohlensäurehaltige Wasser beim Durchgang gezwungen, sich in einer Schraubenlinie zu bewegen, woraus sich eine konstante und wesentliche Änderung der Strömungerichltung der durchströmenden Flüssigkeit ergibt. Diese Geschwindigkeits- änderung kann nur durch Aufwand an Energie erreicht werden und so wird ein sehr beträchtlicher Anteil an Energie der Flüssigkeit zur kontinuierlichen Änderung ihrer Strömungsrichtung aufgebraucht.
Zusätzlich zu dem Energieverbrauch durch Flüssigkeitsreibung in den Kapillarkanälen wird auch noch eine wesentliche Menge Energie durch die inhärente Form der Kanäle verbraucht.
Wie bereits ausgeführt, wurde es früher bei Kapillardüsen als unbedingt notwendig erachtet, sehr kleine Durchgänge anzuwenden, um eine genügend grosse Reibung zur vollständigen Ver- nichtung der verfügbaren Energie zu erzielen. Die vorliegende Erfindung verbraucht bereits einen wesentlichen Teil dieser Energie durch die Wirkung der schraubenförmigen Gestalt der Durchgangswege ; es verbleibt daher weniger Energie zur Vernichtung durch Reibung, so dass es möglich ist, den lichten Querschnitt des Kapillardurchganges zu vergrössern und trotzdem gleichzeitig optimale Ergebnisse in bezug auf die Aufrechterhaltung einer hohen Kohlensäureanreicherung und hinsichtlich der Beseitigung des Schäumens an der Düse zu erreichen.
Diese Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes ist praktisch von grösster Wichtigkeit, da, je grosser der Durchgang ist, um so geringer die Gefahr einer Verstopfung durch im Wasser befindliche Fremdkörper ist, um so leichter die Düse zu reinigen ist und um so rascher die Einrichtung in wirtschaftlicher Weise erzeugt werden kann.
Wie vorstehend ausgeführt, verwenden die Kapillardüsen nach einem der eingangs erwähnten Vorschläge, die nicht auf dem Prinzip der schrau- benförmigen Durchgangswege beruhen, Durchgänge mit einer Weite in der Grössenordnung von 0-05 mm. Eine Verbesserung dieser Kapillar- düsen m der Form der sogenannten"Rillentype", wie sie der eingangs an zweiter Stelle angeführte
Vorschlag betrifft, macht es möglich, Durchgänge mit der Weite von 0-25 mm anzuwenden. Bei der vorliegenden schraubenförmigen Kapillardüse wurde es für praktisch gefunden, die Durchgänge auf 1 mm zu vergrössern, was einen wesentlichen
Fortschritt gegenüber den anderen Ausführungen sowohl vom Standpunkt der Herstellung, als auch dem des Betriebes darstellt.
Es ist klar, dass die genauen Abmessungen der
Kapillardurchgänge, die Zahl der Windungen, deren Durchmesser u. dgl., von den der praktischen
Ausführung zugrunde liegenden Bedingungen ab- hängig sind. So ist z. B. bei den typischen Soda- fontänen, bei welchen der Betriebsdruck des
Karbonators bis zu 10 kg pro cm2 betragen kann, eine etwas andere Kapillarausbildung angezeigt als z.
B. bei den Verkaufsautomaten für Getränke, bei welchen der Arbeitsdruck des Karbonators etwa
4 kg pro cm2 beträgt. Um ein praktisches Beispiel von der Art und Grösse dieser Kapillardurchgänge zu geben, sei ausgeführt, dass für einen Verkaufs- automaten eine Kapillardüse zweckmässig ist mit drei parallelen Gängen, einem Steigungswinkel von 60 , einer Tiefe von 1 mm und einer grössten
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Breite der V-Form von 1. 6 mm. Die Gänge sind auf der Aussenseite eines Zylinders von etwa 25 bis 12 mm und das ganze Kapillarstück hat eine wirkliche Länge von zirka 20 mm.
Bei der vergrösserten Ausführung nach Fig. 3 ist das Ventil gemäss den Fig. 1 und 2 weggelassen, um den grundlegenden Aufbau der Düse klar zum Ausdruck zu bringen. In der Flüssigkeitsleitung 12 oder an einer anderen Stelle können Absperrmittel zur Regelung des Durchganges der Flüssigkeit durch die Düse angeordnet sein, eine Anordnung, wie sie bei gewissen Ausführungen bevorzugt wird.
Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, dass die Erfindung allgemein in der Anordnung eines Kapillarweges zwischen der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung und der Ausgabestelle für das kohlensäurehaltige Wasser, und im besonderen in einer neuen und vorteilhaften mehrgängige Schrauben-Kapillardüse besteht, welche die potentielle Energie von kohlensäurehaltigem Wasser durch Reibung vernichtet und im hohen Grade die Umwandung dieser potentiellen Energie vermeidet, mit dem Ergebnis, dass unerwünschte Schaumbildung und Verluste an Kohlensäure nicht eintreten. Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist von einfacher Bauart, einfach in der Herstellung, sicher im Betrieb und durchaus vorteilhaft für die beabsichtigten Zwecke.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Ausgabe von kohlensäurehaltigem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Wege von der das kohlensäurehaltige Wasser liefernden Einrichtung (10) zur Ausgabestelle ein den Ausfluss des Wassers regelndes Ventil und ein oder mehrere kapillare Durchgänge für das Wasser vorgesehen sind.