DE4016727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit, insbesondere zum Eintragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk, bestehend aus einem Vereinigungsteil und aus einem nachfolgenden Inline- Mischungsteil, wobei das Vereinigungsteil aus einer zumin­ dest eine Infusionskammer bildenden Zylinderwandung mit stromaufseitiger Zuführöffnung für das eine Fluid und mit zumindest einer stromabseitigen Radialbohrung zum Einführen des anderen Fluids besteht.

Unter einem Gas wird im Rahmen der Erfindung auch eine Gas­ mischung verstanden. Entsprechend meint Flüssigkeit auch Flüssigkeitsmischungen. Vorrichtungen der in Rede stehenden Art in der Ausführungsform zum Eintragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk bezeichnet man als Carboni­ siersysteme.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (CH-PS 6 64 703), die zum Aufbereiten von Flüssigkeiten zum Düngegießen von Pflanzen für Haushalt und Hobbygärtner dient, wird das Gas bzw. Kohlendioxid ebenso wie bei üb­ lichen Carbonisiersystemen in die Flüssigkeit bzw. das Getränk eingedüst und hernach im nachfolgenden Inline- Mischungsteil bzw. -Mischer intensiv vermischt. Der Nachteil solcher Vorrichtungen ist darin zu sehen, daß der gewünschte Carbonisiereffekt nur für einen vorgegebenen Durchsatz ge­ lingt. Bei anderen Durchsätzen wird keine zufriedenstellende Carbonisierung erreicht. Bei Einsatz beispielsweise vor einer Abfüllanlage, die in einem erheblichen Umfang mit unterschiedlichen Durchsätzen gefahren wird, kann im Rahmen der bekannten Maßnahmen nur mit unterschiedlich ausgelegten Vorrichtungen oder nachgeschalteten Puffersystemen gearbei­ tet werden, was extrem aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei in weiten Grenzen sich änderndem Durchsatz ein konstanter Eintragungs­ effekt erreicht wird.

Hierzu lehrt die vorliegende Erfindung, daß das Gas über die stromaufseitige Zuführöffnung zuführbar und die Flüssigkeit über die stromabseitige(n) Radialbohrung(en) einspritzbar ist, daß in der Infusionskammer eine axial verstellbare, mit Abfuhröffnungen versehene Kammerabschlußplatte mit Außen­ rand zum Abdecken der Austrittsöffnung der Radialbohrung(en) angeordnet ist, und daß das Inline-Mischungsteil mit Turbu­ lenzerzeugerausbildungen versehen ist.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß bei einem Einspritzen der Flüssigkeit in das Gas über Radial­ bohrungen mit einstellbarer Austrittsöffnung ein konstanter Einmischungseffekt bei variierendem Durchsatz erreichbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich im Zuge einer praktischen Erprobung bestens bewährt und erlaubt auf wesentlich einfachere Art und Weise eine Einstellung bzw. Anpassung an variierende Durchsätze.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfin­ dung mehrere Möglichkeiten. So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Kammerabschlußplatte einen entgegen Strömungsrichtung spitz zulaufenden, kragen­ förmigen Außenrand aufweist. Der Mischungseffekt wird weiter gefördert, wenn die Abfuhröffnungen als Blendenbohrungen ausgeführt sind. Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß sich Verunreinigungen zwischen Zylinderwandung und Außenrand festsetzen, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vor­ gesehen, daß die Zylinderwandung jeweils unterhalb der in einer Ebene liegenden Radialbohrungen mit einer umlaufenden Reinigungsnut versehen ist, deren Höhe größer ist als die des Außenrandes; durch entsprechende Absenkung der Kammer­ abschlußplatte in den Bereich der Reinigungsnut wird dann auch die Kammerabschlußplatte am Außenrand umströmt und gereinigt. Je nach Art der zu mischenden Gas/Flüssigkeits­ kombination kann bereits eine Infusionskammer im Vereini­ gungsteil genügen. In anderen Fällen, wie z. B. beim Ein­ tragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk, empfiehlt es sich jedoch, mehrere, insbesondere vier axial hintereinander angeordnete Infusionskammern vorzusehen; in der ersten Kammer wird dann das Gas oberhalb des Sättigungs­ gleichgewichtes eingegeben, so daß sich eine Zwei-Phasen- Mischung bildet, die auch der Geräuschminderung zugute kommt; in den weiteren Stufen erfolgt dann eine Rückver­ dünnung bis auf die gewünschte Gaskonzentration. Die Kammer­ abschlußplatten sämtlicher Infusionskammern sind zweckmäßi­ gerweise an einer gemeinsamen zentralen Stellstange be­ festigt, so daß zur Einstellung der Kammerabschlußplatten sämtlicher Infusionskammern nur eine einzige gemeinsame Betätigung erforderlich ist. Die Flüssigkeitszufuhr kann ohne weiteres und in besonders einfacher Weise über einen Ringraum erfolgen, der die Zylinderwandung im Bereich der Radialbohrung umgibt. Die in die erste Infusionskammer ein­ mündende Gaszufuhröffnung kann ebenfalls in der Zylinder­ wandung vorgesehen sein, so daß am stromaufseitigen Ende der Zylinderwandung ein Stellantrieb an der Stellstange befes­ tigt werden kann. Die Stellstange kann dann entweder in Ab­ hängigkeit von einem äußeren Signal (Druck, Durchfluß usw.) oder von einem inneren Systemdruck, z. B. über eine am stromaufseitigen Ende der Zylinderwandung befindliche Steuermembran, gesteuert werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung auch selbständige erfinderische Bedeu­ tung zukommt, besteht das Inline-Mischungsteil aus einer oder je nach Durchsatzleistung auch mehreren parallelen, axial durchströmten Ringkammern, die an ihren einander zu­ gewandten Mantelflächen komplementäre Turbulenzerzeugeraus­ bildungen aufweisen, durch axiale Relativverstellung der zugeordneten Mantelflächen ergeben sich dann änderbare Durchtrittsquerschnitte und Wirbelkammern. Die äußere Ring­ kammer des Inline-Mischungsteiles kann dabei bevorzugt von einer Verlängerung der Zylinderwandung und einem darin axial verstellbar angeordneten Zusatzzylinder gebildet sein. Vor­ teilhaft ist in diesem Zusammenhang auch eine Ausführungs­ form, bei der der Zusatzzylinder ebenfalls an der Stell­ stange befestigt ist, d. h. daß das Inline-Mischungsteil gemeinsam mit dem Vereinigungsteil einstellbar ist. Die Turbulenzerzeugerausbildungen können aus Radialflanschen bestehen, mit deren Hilfe das Inline-Mischungsteil bis in eine Schließstellung verstellbar ist. Besonders geeignet sind Turbulenzerzeugerausbildungen, die in Strömungsrichtung gesehen ein sägezahnförmiges Profil aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungs­ beispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrich­ tung,

Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungen eines Teils der Vor­ richtung nach Fig. 1 in verschiedenen Arbeits­ stellungen und

Fig. 6 eine weitere Variante des in den Fig. 2 bis 5 dar­ gestellten Vorrichtungsteils.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit, insbesondere zum Eintragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die Vorrichtung aus einem Vereinigungsteil 1 und aus einem nachfolgenden Inline- Mischungsteil 2, wobei letzteres aus zumindest einer im wesentlichen axial durchströmten, Turbulenzerzeugerausbil­ dungen 3 aufweisenden Ringkammer 4 besteht.

Das Vereinigungsteil 1 besteht aus einer Zylinderwandung 5, die zunächst eine erste Infusionskammer 6 bildet. Stromauf­ seitig ist eine Gaszufuhröffnung vorgesehen, während dar­ unter, d. h. stromabseitig in einer Ebene mehrere Radial­ bohrungen 8 zum Einspritzen der Flüssigkeit vorgesehen sind. Die Austrittsöffnung dieser in einer Ebene vorgesehenen Radialbohrungen 8 ist durch den Außenrand 9 einer axial ver­ stellbaren, mit Abfuhröffnungen 10 versehenen Kammerab­ schlußplatte 11 stufenlos abdeckbar und damit einstellbar.

Wie man aus der Fig. 1 und dem vergrößerten Detail Z entnimmt, weist die Kammerabschlußplatte 11 einen kragenförmigen Außenrand 9 auf, der entgegen Strömungsrichtung spitz zu­ läuft. Die Abfuhröffnungen 10 sind als Blendenbohrungen aus­ geführt. Unterhalb der in einer Ebene liegenden Radialboh­ rungen 8 ist die Zylinderwandung 5 noch mit einer umlaufen­ den Reinigungsnut 13 versehen, deren Höhe größer ist als die des Außenrandes 9.

Hinter der beschriebenen ersten Infusionskammer 6 folgen drei weitere axial hintereinander angeordnete Infusions­ kammern 14-16, die identisch ausgebildet sind und über die Blendenbohrungen 10 der jeweils unmittelbar vorgeschalteten Infusionskammer 6 bzw. 14, 15 versorgt werden. Sämtliche Kammerabschlußplatten 11 der Infusionskammer 6, 14-16 sind an einer gemeinsamen zentralen Stellstange 17 befestigt.

Im Bereich der Radialbohrungen 8 für die Zuführung der Flüs­ sigkeit ist die Zylinderwandung 5 von einem die Flüssigkeit zuführenden Ringraum 18 umgeben. Dieser Ringraum 18 ist von einer weiteren Zylinderwandung 19 und ringförmigen Trenn­ flanschen 20 gebildet. Diese weitere Zylinderwandung 19 ent­ hält auch die Zuführstutzen 27, 21 und 22 für das Gas, die Flüssigkeit und die Abfuhr der Mischung. Entsprechend ist die Gaszufuhröffnung 7 in der erstgenannten Zylinderwandung 5 vorgesehen, während das stromaufseitige Ende dieser Zylin­ derwandung durch eine Steuermembran oder einen Stellantrieb 23 verschlossen ist, an der die Stellstange 18 befestigt ist.

Die äußere Ringkammer 4 des Inline-Mischungsteils 2 ist von einer Verlängerung 24 der Zylinderwandung 5 und einem darin axial verstellbar angeordneten Zusatzzylinder 25 gebildet, wobei die Verlängerung 24 sowie der Zusatzzylinder 25 an ihren einander zugewandten Mantelflächen komplementäre Turbulenzerzeugerausbildungen 3 in Form von Radialflanschen 26 aufweisen. Der Zusatzzylinder 25 ist ebenfalls an der Stellstange 17 befestigt. Mit Hilfe der genannten Radial­ flansche 26 kann das Inline-Mischungsteil 2 bis in eine Schließstellung verstellbar sein. Das verdeutlichen die Fig. 2 bis 5. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Turbulenzerzeugerausbildungen 3 aus rechteckigen Flanschen gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weisen die Turbulenzerzeugerausbildungen 3 einen dreieckigen Querschnitt auf. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Radialflansche 26 durch zwischenliegende halbkreis­ förmige Ausnehmungen gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 schließlich ist eine sägezahnförmige Gestaltung ge­ wählt.

Während bei den Ausführungen nach den Fig. 2 bis 5 das Inline-Mischungsteil 2 jeweils nur eine Ringkammer 4 auf­ weist, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 6 zwei par­ allele bzw. konzentrische Ringkammern 4, 40 vorgesehen. Die innere Ringkammer 40 wird dabei von Zusatzzylinder 25 und einem die Stellstange 17 führenden zentralen Zylinderein­ satz 28 gebildet.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Mischen eines Gases und einer Flüssig­ keit, insbesondere zum Eintragen von Kohlendioxid in ein wasserhaltiges Getränk, bestehend aus einem Vereinigungs­ teil und aus einem nachfolgenden Inline-Mischungsteil, wobei das Vereinigungsteil aus einer zumindest eine Infusions­ kammer bildenden Zylinderwandung mit stromaufseitiger Zu­ führöffnung für das eine Fluid und mit zumindest einer stromabseitigen Radialbohrung zum Einführen des anderen Fluids besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas über die stromaufseitige Zuführöffnung (7) zu­ führbar und die Flüssigkeit über die stromabseitige(n) Radialbohrung(en) (8) einspritzbar ist, daß in der In­ fusionskammer (6) eine axial verstellbare, mit Abfuhröff­ nungen (10) versehene Kammerabschlußplatte (11) mit Außen­ rand (9) zum Abdecken der Austrittsöffnung der Radial­ bohrung(en) (8) angeordnet ist, und daß das Inline-Mischungs­ teil (2) mit Turbulenzerzeugerausbildungen (3) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerabschlußplatte (11) einen entgegen Strömungsrich­ tung spitz zulaufenden kragenförmigen Außenrand (9) auf­ weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abfuhröffnungen (10) als Blendenbohrungen aus­ geführt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zylinderwandung (5) jeweils unterhalb der in einer Ebene liegenden Radialbohrungen (8) mit einer umlaufenden Reinigungsnut (13) versehen ist, deren Höhe größer ist als die des Außenrandes (9).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch mehrere, insbesondere vier axial hinter­ einander angeordnete Infusionskammern (6, 14-16).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerabschlußplatten (11) der Infusionskammern (6, 14-16) an einer gemeinsamen zentralen Stellstange (17) be­ festigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwandung (5) im Bereich der Radialbohrungen (8) von einem die Flüssigkeit zuführenden Ringraum (18) umgeben ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zuführöffnung (7) für das Gas in der Zylinder­ wandung (5) vorgesehen ist und am stromaufseitigen Ende der Zylinderwandung (5) ein Stellantrieb (23) an der Stellstange (17) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inline-Mischungsteil (2) aus einer oder mehreren parallelen, axial durchströmten Ringkammern (4, 40) besteht, die an ihren einander zugewandten Mantel­ flächen komplementäre Turbulenzerzeugerausbildungen (3) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ringkammer (4) des Inline-Mischungsteils (2) von einer Verlängerung (24) der Zylinderwandung (5) und einem darin axial verstellbar angeordneten Zusatzzylinder (25) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zusatzzylinder (25) ebenfalls an der Stellstange (17) befestigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Turbulenzerzeugerausbildungen (3) aus Radialflanschen (26) bestehen, mit deren Hilfe das Inline- Mischungsteil (2) bis in eine Schließstellung verstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugerausbildungen (3) in Strömungsrichtung gesehen ein sägezahnförmiges Profil aufweisen.