VERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE ANREICHERUNG EINES FLÜSSIGKEITSSTROMS MIT EINEM GAS

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren und Vorrichtung für die Anreicherung eines Trinkwasserstroms mit Kohlendioxid. Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einer Karbonisierung einer Flüssigkeit die Rede ist, so ist damit im Allgemeinen die Anreicherung der Flüssigkeit mit einem Gas gemeint. Die Anreicherung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit gasförmigem Kohlendioxid ist dabei als mit umfasster Spezialfall der allgemein zu verstehenden Formulierung anzusehen.

Stand der Technik

[0002] Vorrichtungen für die Anreicherung von Trinkwasser mit Kohlendioxid (auch als Karbonisierung des Trinkwassers bezeichnet) sind seit langem bekannt. Bei den meisten dieser Vorrichtungen erfolgt die Karbonisierung des Trinkwassers in einem Vorratsbehälter, meistens als Karbonatorkessel bezeichnet. Karbonatorkessel sind mit Sensoren bestückt, die regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden. Weiterhin sind in der Regel mehrere Magnetventile vorhanden. Die Wartungskosten während der Nutzungsdauer sind häufig höher als die Anschaffungskosten. Hinzu kommen häufig Hygieneprobleme durch die Anzahl der Bauteile in der Wasserführung sowie den Vorratsbehälter selbst aufgrund der geringen Strömung.

[0003] In letzter Zeit wurden jedoch auch Vorrichtungen entwickelt, um in Privathaushalten oder Gaststätten Leitungswasser im Durchlaufverfahren mit Kohlendioxid anzureichern. Bei diesem Durchlaufverfahren erfolgt die Karbonisierung in einem Durchlaufmischer, der unmittelbar an die Trinkwasserleitung angeschlossen ist. Im Vergleich zu klassischen Vorrichtungen mit Vorratsbehälter hat die Durchlaufkarbonisierung ohne Vorratsbehälter den Vorteil wesentlich kompakter, kostengünstiger und zudem auch hygienischer zu sein.

[0004] Ein Nachteil der Durchlaufkarbonisierung ist jedoch, dass es sehr aufwendig ist, bei Druckschwankungen in der Trinkwasserleitung eine einwandfreie und gleichmäßige Karbonisierung zu erzielen. In der Regel werden bislang als Mischsysteme Venturi- und Wasserstrahldüsen eingesetzt. Hier erfolgt der Übergang des Gases in das Wasser erst nach dem Mischen in der Zapfleitung. Die erforderlichen langen Zapfleitungen verursachen Hygieneprobleme und unterliegen meist aufwendiger Reinigung und Wartung.

[0005] Eine Vorrichtung zur Anreicherung von Trinkwasser mit Kohlendioxid im Durchlaufverfahren ist z.B. in der WO 2004/024306 beschrieben. In dieser Schrift schlägt man vor, den Druck im Durchlaufmischer mittels eines Überströmventils in der Zapfleitung und eines zusätzlichen Druckstabilisators im Durchlaufmischer selbst konstant zu halten. In der Gaszuleitung ist weiterhin ein Durchflussmengenventil angeordnet, das die in den Durchlaufmischer pro Zeiteinheit eingespeiste Gasmenge konstant halten soll. Weiterhin umfasst die Regelung ein Magnetventil im Wasseranschluss und Magnetventil im Gasanschluss des Durchlaufmischers. Beide Magnetventile werden geschlossen, falls ein Druckwächter in der Zapfleitung einen Druckanstieg über den Arbeitsdruck hinaus feststellt. Es handelt sich hierbei um eine relativ aufwendige Regelungstechnik deren Abstimmung ebenfalls relativ kompliziert ist.

[0006] Die WO 02/38 488 A1 befasst sich allgemein mit einem Einspeisungsbauteil für einen rohrförmigen Durchlaufmischer mit Siebeinsätzen. Diese Schrift scheint vorzuschlagen, den Einspeisedruck des Gases in den Durchlaufmischer in Abhängigkeit des Wasserdrucks zu regeln. Es wird hierzu ein relativ kompliziertes Druckregelventil für das Gas vorgestellt. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche Regelung des Einspeisedrucks des Gases in Abhängigkeit des Wasserdrucks, bei starken Wasserdruckschwankungen oder kleinen Zapfmengen jedoch noch keine zufrieden stellende Karbonisierung gewährleistet.

[0007] Die DE 1 792 378 A offenbart eine Vorrichtung und Verfahren zum Karbonisieren von Getränken. Das Karbonisierungssystem weist zwei Regelvorrichtungen für die Zuführung von Kohlendioxid auf. Eine erste Regelvorrichtung sorgt dafür, dass eine konstante Druckdifferenz zwischen dem zugeführten Kohlendioxid und dem Getränkedruck in dem Fließweg vorhanden ist. Ferner ist ein Mengensteuerventil vorgesehen, das in Abhängigkeit des statischen Flüssigkeitsdrucks des Getränks die Menge des zugeführten Kohlendioxids steuert.

[0008] Aus der GB 2 261 383 A ist ein Karbonisierungssystem bekannt, bei demmit Kohlendioxid anzureicherndes Wasser über Leitungen in ein Membranmodul geleitet, wo es mit Kohlendioxid in Verbindung gerät. Ausgangsseitig des Membranmoduls ist eine regelbare Blende vorgesehen, die die Durchflussmenge des mit Kohlendioxid angereicherten Wassers in Abhängigkeit des Wasserdrucks regelt.

[0009] Die WO 2006/114086 A1 offenbart ein Einspeisungsbauteil für Flüssigkeiten und Gase, das zur Karbonisierung angewendet wird. Eine über Öffnungen einströmende Flüssigkeit wird über Schüttgut vernebelt und anschließend mit Kohlendioxid vermischt.

Aufgabe der Erfindung

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas anzugeben, welches die vorgenannten Probleme vermeidet. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas anzugeben, welche die vorgenannten Probleme vermeidet.

[0011] Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

[0012] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Flüssigkeitsstrom durch einen Durchlaufmischer geleitet, das Gas in diesen Durchlaufmischer eingespeist, so dass es sich hierin mit dem Flüssigkeitsstrom vermischt, wobei der Einspeisedruck des Gases derart geregelt wird, dass die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas weitgehend konstant ist.

[0013] Entsprechend einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms durch einen Durchflussmengenregler weitgehend unabhängig von Schwankungen des Flüssigkeitsdrucks konstant gehalten.

[0014] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umsetzen dieses Verfahrens umfasst: einen Durchlaufmischer, mit

a) einem Anschluss für den Flüssigkeitsstrom,

b) einem Anschluss für das Gas und

c) einem Entnahmeanschluss für den angereicherten Flüssigkeitsstrom;

sowie einen Gasdruckregler zum Regeln des Gasdrucks in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdrucks (z.B. im Hauswassernetz oder bei Druckschwankungen, die durch eine Druckerhöhungspumpe (Karbonatorpumpe) hervorgerufen werden), derart dass die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas weitgehend konstant ist.

[0015] Entsprechend einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst diese Vorrichtung weiterhin einen nachgeschalteten Durchflussmengenregler (d.h. stromabwärts des Durchlaufmischers) zum Konstanthalten der Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms pro Zeiteinheit weitgehend unabhängig von Druckschwankungen in dessen Zulauf, d.h. sowohl in der Speiseleitung der Flüssigkeit, die mit einem Gas anzureichern ist, als auch ausgangsseitig des Durchlaufmischers.

[0016] Durch die Kombination einer:

a) Konstanthaltung der Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom (vornehmlich Trinkwasser) und dem eingespeisten Gas (vornehmlich Kohlendioxid) über eine Regelung des Gaseinspeisedrucks, und einer

b) Konstanthaltung der Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms mittels eines Durchflussmengenreglers stromabwärts des Durchlaufmischers,

lässt sich ohne großen Regelaufwand eine sehr gleichmäßige und von Druckschwankungen unabhängige Gasanreichung erzielen, wobei die Anordnung aufgrund ihrer Durchströmgeschwindigkeit und Wasserführung weitestgehend wartungsfrei und hygienesicher ist. Insbesondere ergibt sich für die mit dem Gas angereicherte Flüssigkeit ein sehr gleichmäßiges Zapfbild.

[0017] Auch bei starken Druckschwankungen im Flüssigkeitsstrom, insbesondere auch während kurzen Zapfvorgängen, funktioniert die Gasanreicherung ohne irgendwelche Nachregulierung optimal. Die Vorrichtung ist insbesondere für den Haushaltsbereich geeignet. Vor allem wegen ihren unproblematischen Betriebs- und Wartungseigenschaften.

[0018] Das Resultat der Gasanreicherung kann hierbei über den Differenzdruck zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas und / oder die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms und / oder die Eigenschaften des Durchlaufmischers, insbesondere die Variation der Spaltweite in einem nachstehend beschriebenen Durchlaufmischer mit Düsenkammer (z.B. gemäß der Lehre der WO 2004/024306 A1) beeinflusst bzw. fest geregelt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung betrifft die Erfindung somit ein Verfahren zur Anreicherung einer Flüssigkeit mit einem Gas, wobei der Anreicherungsgrad variabel ist.

[0019] Ein bevorzugter Durchflussmengenregler umfasst einen Drosselkörper, der in einem Durchflussquerschnitt des Durchflussmengenreglers derart angeordnet ist, dass er den Durchflussquerschnitt verkleinert, falls der Druck in der ihn durchströmenden Flüssigkeit ansteigt, und denselben vergrößert, wenn der Druck in der ihn durchströmenden Flüssigkeit abfällt. Ein solcher Durchflussmengenregler braucht in der Tat keine separaten Sensoren und keine Energieversorgung. Er kann einfach in eine Zapfleitung oder einen Zapfhahn eingebaut werden. Es kann ein fest eingestellter oder ein einstellbarer Durchflussmengenregler zum Einsatz kommen. Mit einem einstellbaren Durchflüssmengenregler hat man zusätzlich die Möglichkeit, durch Nachregulierung der Durchflussmenge das Resultat der Gasanreicherung zu beeinflussen.

[0020] Vorstehend war bereits darauf eingegangen worden, dass das Resultat der Gasanreicherung, d.h. der Karbonisierungsgrad, auch über eine Verstellbarkeit des Differenzdrucks zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas und / oder den Eigenschaften des Durchlaufmischers, insbesondere die Variation der Spaltweite in einem nachstehend beschriebenen Durchlaufmischer mit Düsenkammer (z.B. gemäß der Lehre der WO 2004 / 024 306 A1) beeinflusst werden kann. Dies ist insbesondere gegenüber den aus dem Stand der Technik vorbekannten Karbonisatoren vorteilhaft, bei denen eine Variation des Karbonisie-, rungsgrads durch einfaches Zumischen von nicht karbonisiertem Wasser zum karbonisierten Wasser in einem variablen Mischungsverhältnis erzielt wird. Das geschieht in der Regel durch den Einsatz einer Steuerung mit Magnetventilen, die je nach Einstellung des Kohlensäuregrades unterschiedlich viel stilles Wasser aus einer parallelen Leitung zum karbonisierten Wasser in den Auslauf gelangen lassen. Dieses geschieht vorzugsweise über eine Steuerung mit Taktung. Die Taktzahl bestimmt den Kohlensäuregehalt im Getränk. Erforderlich ist somit bei Karbonisatoren dieses Typs ein hoher technischer Aufwand, der mit einem hohen Wartungsaufwand verbunden ist. Der aufwendige Aufbau und die erforderliche Wartung bringt unvermeidlich Kostennachteile mit sich. Andererseits bestehen hygienische Nachteile, da die Gefahr besteht, dass das Leitungsnetz des nicht karbonisierten Wassers (stilles Wasser) über die Zapfstelle hoher Gefahr der Verkeimung ausgesetzt ist.

[0021] Der Karbonisator gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen weist eine solche zusätzliche Zufuhrleitung für stilles Wasser nicht auf, so dass der Nachteil des erhöhten technischen Aufwands grundsätzlich vermieden wird. Weiterhin ist praktisch das gesamte Wasser, welches bei Nichtgebrauch des erfindungsgemäßen Karbonisators in dessen Leitungen steht, karbonisiert und weist damit eine deutlich verringerte Neigung zur Keimbildung auf.

[0022] In einer besonders einfachen und zuverlässigen Ausführung ist der Drosselkörper des Durchflussmengenreglers ein elastisch verformbarer Körper, der durch den auf ihn einwirkenden Druck verformbar ist.

[0023] In einer besonders bewährten Ausführung ist der Drosselkörper ein O-Ring, der im Durchgangskanal um einen zentralen Regelkörper mit Längsrillen derart angeordnet ist, dass er durch den Druckunterschied zwischen Wassereintrittsseite und Wasseraustrittsseite verformbar und in die Längsrillen des Regelkörpers eindrückbar ist.

[0024] Mit steigendem Fließdruck (also steigender Durchflussmenge) verkleinert der O-Ring somit den Durchflussquerschnitt der Längsrillen des Regelkörpers. Bei sinkendem Fließdruck (also fallender Durchflussmenge) nimmt der O-Ring wieder seine ursprüngliche Form an, wodurch sich der Durchflussquerschnitt der Längsrillen des Regelkörpers wieder vergrößert. Insbesondere lässt sich ein solcher verstellbarer Durchflussmengenregler - wie aber auch ein anders aufgebauter variabler oder feststehender Durchflussmengenregler - vorteilhaft kostengünstig in Kunststoff-Spritzgusstechnik erstellen. Über einen verstellbaren Durchflussmengenregler, der stromabwärts des Durchflussmischers abgeordnet ist, lässt sich mit relativ geringer Veränderung der durchfließenden Litermenge eine sehr unterschiedliche Karbonisierleistung erzielen, die von stillem Wasser über "Medium" (mittlere Karbonisierung) bis "Classic" (starke Karbonisierung) reicht und die stufenlos individuell einstellbar ist.

[0025] Eine bevorzugte Ausführung des Durchlaufmischers umfasst einen Düsenkörper und eine daran anschließende Mischkammer. Der Düsenkörper weist einen Düsenringspalt und eine zentral zum Düsenringspalt angeordnete Gaseinblasdüse auf, wobei der Anschluss für den Flüssigkeitsstrom mit dem Düsenringspalt und der Anschluss für das Gas mit der Gaseinblasdüse verbunden ist. Mit einem solchen Durchlaufmischer, zu dessen Aufbau sich der WO 2004 / 024306 A1 weitere Einzelheiten entnehmen lassen, lassen sich mit relativ geringem Druckverlust sehr gute Karbonisierungsergebnisse erzielen.

[0026] Die Breite des Düsenringspalts ist vorteilhaft wählbar bzw. verstellbar, so dass man durch die Wahl oder das Verstellen des Düsenringspalts den Druck des Flüssigkeitsstroms in der Mischkammer und damit den Karbonisierungsgrad beeinflussen kann.

[0027] In einer alternativen Ausführung des Durchlaufmischers weist dieser einen konstanten Düsenringspalt auf. Der Karbonisierungsgrad kann dann z.B. über einen variablen Durchflussmengenregler - wie vorstehend erwähnt - variiert werden. Ein Durchlaufmischer mit konstantem Düsenringspalt lässt sich vorteilhaft in Kunststoff-Spritzgusstechnik erstellen und erlaubt somit die Realisierung relevanter Kostenvorteile.

[0028] In Kombination mit einem variablen Durchflussmengenregler, der ebenfalls in Kunststoff-Spritzgusstechnik erstellt werden kann, lassen sich so stufenlos einstellbare Karbonsierungsergebnisse bei geringsten Gestehungskosten realisieren.

[0029] Schließlich kann auch das im Zulauf des Durchlaufmischers angeordnete Differenzdruckventil, d.h. der Gasdruckregler zum Regeln des Gasdrucks in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdrucks, in Kunststoff-Spritzgusstechnik erstellt werden, was zu einer weiteren Reduktion der Gestehungskosten führt.

[0030] Schließlich sei darauf hingewiesen, dass aufgrund der nicht zu hohen Drucke, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens z.B. in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auftreten, selbst die Flüssigkeits- bzw. Gasführenden Leitungen vollständig oder teilweise aus Kunststoff bestehen können, insbesondere in Kunststoff-Spritzgusstechnik erstellt sein können.

[0031] Werden möglichst viele der Komponenten:

a) Differenzdruckventil

b) Durchlaufmischer

c) (feststehender bzw. variabler) Durchflussmengenregler (stromabwärts des Durchlaufmischers) bzw. (feststehende bzw. variable) Drossel

d) Flüssigkeits- bzw. Gasführende Leitungen

e) Verbinder

[0032] in Kunststoff ausgeführt, so ist einerseits eine sehr hohe Integration mehrerer Komponenten in einem Bauteil möglich, andererseits können Verbindungsprobleme an Anschlussstellen zwischen einzelnen Komponenten und Leitungen minimiert werden. Beispielhaft sei hier eine Integration von Differenzdruckventil und Durchlaufmischer in einem Bauteil genannt, alternativ auch von Durchlaufmischer und Durchflussmengenregler bzw. variabler Drossel, insbesondere einschließlich der erforderlichen Verbindungsleitungen.

[0033] Weiterhin ist es auch möglich, den Durchlaufmischer sowie den Durchflussmengenregler bzw. die Drossel als feststehende - also nicht einstellbare - Teile auszuführen, und den Differenzdruckregler variabel auszugestalten. In dieser Ausgestaltung kann ein Benutzer über eine Variation des Differenzdrucks zwischen Flüssigkeit und eingespeistem Gas den Karbonisierungsgrad einstellen.

[0034] Schließlich können auch beliebige Kombinationen von feststehenden / variablen Differenzdruckreglern, Durchlaufmischern, Drosseln und / oder Durchlaufmengenreglern verwendet werden.

[0035] Besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich, wenn die Druckdifferenz zwischen eingespeistem Gas und der Flüssigkeit auf etwa Null eingestellt ist. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig die Ausbildung von Gasblasen in den dem Durchlaufmischer nachgeordneten Leitungen / Komponenten verhindern, wodurch ein sehr homogenes Zapfbild gewährleistet wird. Möglich ist dies beispielsweise mit dem im nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Durchlaufmischer mit feststehender Düsenkammer und Ringspalt. Weiterhin ist ein Betrieb mit einem im Wesentlichen verschwindenden Differenzdruck mit einem Durchlaufmischer gemäß der WO 2005 / 105 279 A1, deren Lehre wie auch die Lehre der WO 2004 / 024 306 A1 durch diese Bezugnahme vollständig zur Lehre dieser Anmeldung hinzugefügt wird.

[0036] Es sei aber darauf hingewiesen, dass ein Betrieb der Vorrichtung sowie eine Ausführung des Verfahrens auch bei einer von Null verschiedenen Druckdifferenz möglich sind. Der Gasdruck kann allgemein - abhängig vom verwendeten Durchlaufmischer - sowohl über als auch unter dem Druck der Flüssigkeit, liegen. Insbesondere erlaubt die Verwendung eines Durchlaufmischers gemäß der Lehre der WO 2004 / 024 306 A1 die Einstellung eines Gasdrucks, der auch unter dem Druck der Flüssigkeit liegt. In diesem Fall lässt sich eine besonders effiziente Gasanreicherung bei kleinster Blasenbildung erzielen.

[0037] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Karbonisierung von Trinkwasser. Hierbei ist der Anschluss für den Flüssigkeitsstrom dann normalerweise mit einer Trinkwasserleitung oder mit einem Vorratsbehälter und einer nachgeschalteten Druckerhöhungspumpe verbunden. Der Anschluss für das Gas ist über den Differenzdruckregler mit einer Kohlendioxidflasche und der Zapfanschluss über den Durchflussmengenregler mit einem Zapfventil verbunden.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0038] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figur 1 entnommen werden, welche ein vereinfachtes Schaltschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas zeigt.

Beschreibung einer/mehrerer Ausgestaltung(en) der Erfindung

[0039] Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung 10 wurde insbesondere für die Karbonisierung von Trinkwasser im Durchlaufverfahren beim Endverbraucher oder in Gaststätten entwickelt. Sie umfasst einen wasserseitigen Anschluss 12, einen gasseitigen Anschluss 14 und einen Zapfanschluss 16. Der wasserseitige Anschluss 12 ist über einen Trinkwasserfilter 12, einen Rückflussverhinderer 14 und ein Absperrventil 16 an eine Trinkwasserleitung 18 angeschlossen. Der gasseitige Anschluss 14 ist über ein Absperrventil 20 an einen Kohlendioxidbehälter 22 angeschlossen, wobei das Bezugszeichen 24 ein gasseitiges Sicherheitsventil bezeichnet. Der Zapfanschluss 16 ist mit einem Zapfhahn 26 ausgestattet.

[0040] Die eigentliche Karbonisierung, d.h. Anreicherung des Trinkwassers mit Kohlendioxid, erfolgt bevorzugt in einem rohrförmigen Durchlaufmischer 28 mit einem Düsenkopf 30, einer Mischkammer 32 und einer Beruhigungskammer 34. Der Düsenkopf 30 ist vorteilhaft, wie in der WO 2004 / 024 306 A1 beschrieben ausgebildet. Er umfasst demnach einen Düsenringspalt 36, welcher über eine Wasserzuleitung 38 mit dem wasserseitigen Anschluss 12 in Verbindung steht, und Gaseinblasdüse 40, welche in einem zentralen Kern 41 angeordnet ist und über eine Gaszuleitung 42 mit dem gasseitigen Anschluss 14 in Verbindung steht. Die Breite des Düsenringspalt 36 lässt sich vorteilhaft verstellen, in der Mischkammer 32 vermischt sich das zentral eingeblasene Gas äußerst effizient mit dem umgebenden Wasserstrom zu einem Wasser-Gas-Gemisch. Dieses Gemisch strömt dann vorteilhaft über Mikrosiebe 44 in die Beruhigungskammer 34 über. Die Mikrosiebe 44 gewährleisten hierbei eine homogenere Blasenbildung im Flüssigkeitsstrom. Über die Maschenweite der Mikrosiebe 44 kann man zudem die Größe der Gasblasen im Wasserstrom steuern.

[0041] Im Gegensatz zu der in der WO 2004/024306 beschriebenen Ausführung des Durchlaufmischers weist die in Fig. 1 gezeigte Ausführung des Durchlaufmischers 20 keinen Druckstabilisator am Ausgang der Beruhigungskammer 34 auf. Das Gaswassergemisch mündet vielmehr über eine Austrittsöffnung 46 der Beruhigungskammer 34 unmittelbar h eine Zapfleitung 48.

[0042] In der Gaszuleitung 42 sind ein Druckregelventil 50 und ein Rückflussverhinderer 52 angeordnet. Das Druckregelventil 50 regelt die Druckdifferenz zwischen dem Gas in der Gaszuleitung 42 und dem Wasser in der Wasserzuleitung 38 auf einen konstanten Sollwert, der insbesondere Null sein kann. Hierzu wird ein Stellglied 54 (Kolben oder Membrane) des Druckregelventils 50 mit dem Wasserdruck in der Wasserzuleitung 38 und dem Gasdruck in der Gaszuleitung 42 beaufschlagt. Steigt die Differenz zwischen Gas- und Wasserdruck über einen vorgegebenen Sollwert, so wird der Gasstrom in der Gaszuleitung 42 über ein mit dem Stellorgan 54 verbundenes Gasventil 56 gedrosselt. Fällt die Differenz zwischen Gas- und Wasserdruck unter den vorgegebenen Sollwert, so wird das Gasventil 56 wieder entsprechend geöffnet. Ein konstanter Sollwert für die Druckdifferenz kann z.B. über ein Federmittel 58 vorgegebenen werden. Durch Wahl der Vorspannung des Federmittels 58, kann man den vorgegebenen Sollwert für die Druckdifferenz verstellen; wobei je nach Anordnung des Federmittels 58 der Gasdruck höher oder niedriger als der Wasserdruck sein kann.

[0043] Es ist jedoch ebenfalls möglich einen Druckregler mit einem fest eingestellten Druckdifferenz-Sollwert zu benutzen. Weiterhin ist es auch möglich, ganz auf das Federmittel zu verzichten, da Federmittel häufig herstellungsbedingt eine große Streuung aufweisen, vorzeitig ermüden oder brechen können und hygienische Nachteile mit sich bringen können.

[0044] Ein Spezialfall ist hierbei ein Druckregler mit einem Druckregelkolben der ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 und kein Federmittel zum Vorgeben einer Druckdifferenz aufweist. Ein solcher Druckregler gewährleistet dann, dass der Gasdruck in der Gaszuleitung 42 ungefähr gleich dem Wasserdruck in der Wasserzuleitung 38 ist. Er weist darüber hinaus hygienische Vorteile gegenüber solchen Druckreglern auf, die Federmittel aufweisen, da bei diesen das Federmittel häufig mit Flüssigkeit in Berührung kommt und somit eine Quelle für Keimbildung sein kann.

[0045] Will man bei diesem Druckregler einen (dynamischen) Wasserdruck im Durchlaufmischer 28 einstellen, der niedriger als der Gasdruck im Durchlaufmischer 28 ist, so kann man z.B. die Breite des Düsenringspalts 36 verringern oder ein (verstellbares) Drosselventil (nicht gezeigt) in die Wasserzuleitung 38 zwischen den Druckregler 50 und den Durchlaufmischer 28 einbauen. Soll hingegen der Wasserdruck im Durchlaufmischer höher als der Gasdruck im Durchlaufmischer sein (dies kann z.B. der Fall bei einem Venturimischer sein), so kann man z.B. ein Drosselmittel (nicht gezeigt) in die Gasleitung 42 zwischen den Druckregler 50 und den Durchlaufmischer 28 einbauen. Solche Drosselmittel können z.B. Blenden und/oder Drosselventile sein.

[0046] Mit dem Bezugszeichen 52 ist ein Rückflussverhinderer gezeigt, welcher gewährleistet, dass kein Wasser in die Gaszuleitung 42 eindringt, falls z.B. der Gasdruck in der Gaszuleitung 42 unter den Wasserdruck im Durchlaufmischer 28 fällt. Letzteres ist z.B. der Fall, falls der Gasbehälter weitgehend leer ist. Selbstverständlich kann die Punktion des Rückflussverhinderer 52 auch an das Druckregelventil 50 integriert, werden. Letzteres gilt ebenfalls für die weiter oben beschriebene Sicherheitsfunktion des Sicherheitsveritils 24.

[0047] In der Zapfleitung 48 ist, stromabwärts des Durchlaufmischers 28, ein einfacher Durchflussmengenregler 60 angeordnet, der die Durchflussmenge des Trinkwasserstroms in der Zapfleitung weitgehend unabhängig von Druckschwankungen z.B. in der Frischwasserzuführung konstant hält.

[0048] Durch die Kombination einer Konstanthaltung der Druckdifferenz zwischen dem Gas in der Gaszuleitung 42 und dem Wasser an der Wasserzuleitung 38 über eine Regelung des Gaseinspeisedrucks einerseits mit einer Konstanthaltung der Wasserdurchflussmenge in der Zapfleitung 48 mittels eines einfachen Durchflussmengenreglers 60 andererseits lässt sich eine sehr gleichmäßige und stabile fest eingestellte Karbonisierung erzielen. Wird der Durchflussmengenregler verstellbar ausgeführt, so kann darüber hinaus der Karbonisierungsgrad vom Benutzer gewählt werden.

[0049] Auch bei starken Druckschwankungen in der Trinkwasserleitung, insbesondere auch während kurzen Zapfvorgängen, funktioniert die Karbonisierung ohne irgendwelche Nachregulierungen stets optimal.

[0050] Erstaunlicherweise wurde ebenfalls festgestellt, dass bereits mit sehr einfachen Durchflussmengenreglern, wie sie z.B. unter der Bezeichnung "Wassersparer" als Standard-Einsätze in Sanitärarmaturen eingesetzt werden, erstaunlich gute Resultate erzielt werden.

[0051] Die erzielten Resultate waren erstaunlicherweise sogar besser als mit aufwendigen wasserseitigen Druckreglungen, mit welchen man bisher versucht hat, einen konstanten Wasserdruck und/oder Gasdruck im Durchlaufmischer einzuregeln. Solche einfachen Durchflussmengenregler basieren z.B. auf dem Funktionsprinzip, dass in einem Durchgangskanal ein O-Ring um einen zentralen Regelkörper mit Längsrillen derart angeordnet ist, dass er durch den Druckunterschied zwischen Wassereintrittsseite und Wasseraustrittsseite verformt und in die Längsrillen des Regelkörpers gedrückt wird. Mit steigendem Fließdruck (also steigender Durchfluss- oder Litermenge), verkleinert der O-Ring somit den freien Durchflussquerschnitt der Längsrillen im zentralen Regelkörper. Bei sinkendem Fließdruck (also fallender Durchfluss- oder Litermenge), nimmt der O-Ring wieder seine ursprüngliche Form an, wodurch sich der freie Durchflussquerschnitt der Längsrillen wieder vergrößert.

[0052] Solche "Wassersparer-Einsätze" sind nicht nur äußerst kostengünstig, sondern als Standard-Einsätze in Sanitärarmaturen auch bereits langzeiterprobt. Zudem lassen sich diese Einsätze sehr einfach in die Zapfleitung 48 oder das Zapfventil 26 einbauen. Es gibt ebenfalls einstellbare Durchflussmengenregler. Bei Letzteren ist der zentrale Regelkörper mit den Längsrillen z.B. konisch ausgebildet und relativ zum O-Ring verstellbar.

[0053] Mit den Durchlaufmischern des vorbeschriebenen Typs der Fig. 1 wurden in ausgiebigen Tests außergewöhnlich gute Karbonisierungsresultate mit der kombinierten Differenzdruck-/Durchflussmengen-Regelung erzielt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass auch bei anderen Durchlaufmischern, wie z.B. Venturimischern oder Durchlaufmischern mit Siebeinsätzen, durch die Kombination einer Konstanthaltung der Druckdifferenz zwischen dem Gas in der Gaszuleitung 42 und dem Wasser in der Wasserzuleitung 38 über eine Regelung des Gaseinspeisedrucks einerseits mit einer Konstanthaltung der Wasserdurchflussmenge in der Zapfleitung mittels eines einfachen Durchflussmengenreglers 60 andererseits eine wesentliche Verbesserung des Karbonisierungsresultats erzielt werden kann. Der Grad der Karbonisierung (die Karbonisierungsleistung) wird hierbei auf eine äußerst einfache Art und Weise, zuverlässig und stabil durch die Druckdifferenz zwischen dem Gas und dem Wasser im Durchlaufmischer 28 und durch die vom Durchflussmengenregler 60 vorgegebene Durchflussmenge eingestellt.

[0054] Beim Durchlaufmischer 28 hat man zudem die Möglichkeit über die verstellbare Breite des Düsenringspalts 36 auf die Karbonisierung einzuwirken.

Ansprüche

1. Verfahren für die Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas,
wobei:

a. der Flüssigkeitsstrom durch einen Durchlaufmischer (28) geleitet wird; das Gas in diesen Durchlaufmischer (28) eingespeist wird, worin es sich mit dem Flüssigkeitsstrom vermischt; und

b. die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas weitgehend konstant gehalten wird, wobei der Einspeisedruck des Gases mittels eines Druckregelventils (50) geregelt wird;
dadurch gekennzeichnet,

c. dass die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms weitgehend unabhängig von Schwankungen des Flüssigkeitsdrucks durch einen Durchflussmengenregler (60) konstant gehalten wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms durch einen stromabwärts des Durchlaufmischers (28) angeordneten Durchflussmengenregler (60) konstant gehalten wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenregler (60) verstellbar ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas verstellbar ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas im Wesentlichen Null beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms durch eine stromaufwärts des Durchlaufmischers (28) angeordnete Drossel konstant gehalten wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel verstellbar ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrom durch einen rohrförmigen Durchlaufmischer (28) mit einem Düsenkopf (30), der einen Düsenringspalt (36) mit variabler Spaltweite aufweist, geleitet wird.

9. Vorrichtung für die Anreicherung eines Flüssigkeitsstroms mit einem Gas, umfassend:

a. einen Durchlaufmischer (28) mit einem Anschluss für den Flüssigkeitsstrom (12), einem Anschluss für das Gas (14) und einem Entnahmeanschluss für den angereicherten Flüssigkeitsstrom (16); und

b. einen Differenzdruckregler (50) zum Regeln des Gasdrucks in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdrucks, wobei der Differenzdruckregler (50) die Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstrom und dem eingespeisten Gas weitgehend konstant hält;
gekennzeichnet durch

c. einen Durchflussmengenregler (60) zum Konstanthalten der Durchflussmenge des Flüssigkeitsstroms weitgehend unabhängig von Druckschwankungen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Durchflussmengenregler (60) stromabwärts des Durchlaufmischers (28) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Durchflussmengenregler (60) einen Drosselkörper umfasst, der in einem Durchflussquerschnitt des Durchflussmengenreglers angeordnet ist und den Durchflussquerschnitt verkleinert, falls der Druck in der ihn durchströmenden Flüssigkeit ansteigt und der denselben vergrößert, falls der Druck in der ihn durchströmenden Flüssigkeit abfällt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Drosselköper ein elastisch verformbarer Körper ist, der durch den auf ihn einwirkenden Differenzdruck verformbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Drosselkörper ein O-Ring ist, der im Durchgangskanal um einen zentralen Regelkörper mit Längsrillen angeordnet ist und der durch den Druckunterschied zwischen Ein- und Austrittsseite des Flüssigkeitsstroms verformbar und in die Längsrillen des Regelkörpers eindrückbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Durchlaufmischer (28) einen Düsenkopf (30) und eine daran anschließende Mischkammer (32) umfasst, und der Düsenkopf (30) einen Düsenringspalt (36) und eine zentral zum Düsenringspalt (36) angeordnete Gaseinblasdüse (40) aufweist, wobei der Anschluss für den Flüssigkeitsstrom (12) mit dem Düsenringspalt (36) und der Anschluss für das Gas (14) mit der Gaseinblasdüse (40) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Breite des Düsenringspalts (36) verstellbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Differenzdruckregler (50) fest auf eine Druckdifferenz von etwa Null eingestellt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Differenzdruckregler (50) und / oder der Durchflussmengenregler (60) einstellbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei der Anschluss für den Flüssigkeitsstrom (12) mit einer Trinkwasserleitung (18) und der Anschluss für das Gas (14) über den Differenzdruckregler (50) mit einer Kohlendioxidflasche (22) verbunden sind, und der Zapfanschluss (16) über den Durchflussmengenregler (60) mit einem Zapfventil (26) verbunden ist.

Claims

1. Process for the enrichment of a liquid stream with a gas wherein:

a. the liquid stream is directed through a flow mixer (28); the gas is fed into this flow mixer (28), in which the gas mixes with the liquid stream; and

b. the pressure difference between the liquid stream and the gas fed in is kept largely constant, wherein the feeding pressure of the gas is regulated by a pressure control valve (50);

characterized in,
that the mass flux of the liquid stream is kept largely independent of fluctuations of the liquid pressure by a mass flux regulator (60).

2. Process according to claim 1, characterized in,
that the mass flux of the liquid stream is kept constant by a mass flux regulator which is positioned downstream of the flow mixer (28).

3. Process according to claim 2, characterized in,
that the mass flux regulator (60) is adjustable.

4. Process according to claim 1, characterized in,
that the pressure difference, between the liquid stream and the fed in gas, is adjustable.

5. Process according to claim 1, characterized in,
that the pressure difference, between the liquid stream an the fed in gas, is essentially zero.

6. Process according to claim 1, characterized in,
that the mass flux of the liquid stream is kept constant by a restrictor which is positioned upstream of the flow mixer (28).

7. Process according to claim 6, characterized in,
that the restrictor is adjustable.

8. Process according to claim 1, characterized in,
that liquid stream is directed through a tubular flow mixer (28) with a nozzle head (30), comprising an annular passage (36) with a variable gap width.

9. Apparatus for the enrichment of a liquid stream with a gas, comprising:

a. a flow mixer (28) with a connector for the liquid stream (12), a connector for the gas (14) and an outlet connector for the enriched liquid stream (16); and

b. a differential pressure regulator (50) to regulate the pressure of the gas depending on the pressure of the liquid, wherein the differential pressure regulator (50) keeps the pressure difference between the liquid stream and the fed in gas largely constant;
characterized in,

c. a mass flux regulator (60) to keep the mass flux of the liquid stream constant, largely independent of pressure fluctuations.

10. Apparatus according to claim 9, wherein,
the mass flux regulator (60) is positioned downstream of the flow mixer (28).

11. Apparatus according to claim 9 or 10, wherein,
the mass flux regulator (60) comprises a restricting body, which is arranged in a flow cross section of the mass flux regulator and which reduces the flow cross section in case of increasing pressure of the fluid flowing through it,
and which enlarges the same in case of falling pressure of the fluid flowing trough it.

12. Apparatus according to claim 11, wherein,
the restricting body is an elastically deformable body, which may be deformed by the pressure imposed on it.

13. Apparatus according to claim 12, wherein,
the restricting body is an o-ring, which is arranged in the conduit around a central body of regulation with longitudinal grooves,
and which may be deformed by the pressure difference between the inlet and the outlet side of the fluid stream,
and which can be pressed into the longitudinal grooves of the body of regulation.

14. Apparatus according to one of the claims 9 to 13, wherein,
the flow mixer (28) comprises a nozzle head (30) and an adjacent mixing chamber (32),
and the nozzle head (30) comprises an annular passage (36) and comprises a gas injection valve (40) arranged centrally to this annular passage (36),
wherein the connector for the liquid stream (12) is connected to the annular gap (36) and wherein the connector for the gas (14) is connected to the gas injection valve (40).

15. Apparatus according to claim 14, wherein,
the width of the annular gap (36) is adjustable.

16. Apparatus according to one of the claims 9 to 15, wherein,
the differential pressure regulator (50) is fixedly set to a pressure difference of about zero.

17. Apparatus according to one of the claims 9 to 15, wherein,
the differential pressure regulator (50) and / or the mass flux regulator (60) are adjustable.

18. Apparatus according to one of the claims 9 to 17, wherein,
the connector for the liquid stream (12) is connected to a fresh water pipe (18),
and the connector for the gas (14) is connected to a carbon dioxide bottle (22) through the differential pressure regulator (50),
and the tapping connector (16) is connected to a tapping valve (26) through the mass flux regulator (60).

Revendications

1. Procédé pour l'enrichissement d'un courant de liquide avec un gaz où :

a. le courant de liquide est conduit à travers un mélangeur continu (28) ; le gaz est injecté dans ce mélangeur continu (28) où il se mélange avec le courant de liquide ; et

b. la différence de pression entre le courant de liquide et le gaz injecté est maintenue sensiblement constante, où la pression d'injection du gaz est régulée au moyen d'une vanne de régulation de pression (50) ;
caractérisé

c. en ce que le débit du courant de liquide est maintenu constant sensiblement indépendamment des fluctuations de la pression de liquide par un régulateur de débit (60).

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débit du courant de liquide est maintenu constant par un régulateur de débit (60) disposé en aval du mélangeur continu (28).

3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le régulateur de débit (60) est réglable.

4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la différence de pression entre le courant de liquide et le gaz injecté est réglable.

5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la différence de pression entre le courant de liquide et le gaz injecté est sensiblement égale à zéro.

6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débit du courant de liquide est maintenu constant par un étranglement disposé en amont du mélangeur continu (28).

7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'étranglement est réglable.

8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le courant de liquide est dirigé à travers un mélangeur continu (28) tubulaire avec une tête de buse (30) qui comporte un interstice annulaire de buse (36) à largeur d'interstice variable.

9. Dispositif pour l'enrichissement d'un courant de liquide avec un gaz comprenant :

a. un mélangeur continu (28) avec un raccordement pour le courant de liquide (12), un raccordement pour le gaz (14) et un raccordement de prélèvement pour le courant de liquide enrichi (16) ; et

b. un régulateur de pression différentielle (50) pour réguler la pression du gaz en fonction de la pression du liquide où le régulateur de pression différentielle (50) maintient sensiblement constante la différence de pression entre le courant de liquide et le gaz injecté ; caractérisé par

c. un régulateur de débit (60) pour maintenir constant le débit du courant de liquide sensiblement indépendamment des fluctuations de pression.

10. Dispositif selon la revendication 9 où le régulateur de débit (60) est disposé en aval du mélangeur continu (28).

11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10 où le régulateur de débit (60) comprend un corps d'étranglement qui est disposé dans une section transversale d'écoulement du régulateur de débit et qui réduit la section transversale d'écoulement lorsque la pression dans le liquide qui le traverse augmente et qui l'augmente quand la pression du liquide qui le traverse diminue.

12. Dispositif selon la revendication 11 où le corps d'étranglement est un corps élastiquement déformable qui est déformable par la pression différentielle agissant sur lui.

13. Dispositif selon la revendication 12 où le corps d'étranglement est un joint torique qui est disposé dans le canal de passage autour d'un corps de régulation central avec des rainures longitudinales et qui est déformable par la différence de pression entre le côté d'entrée et le côté de sortie du courant de liquide et qui peut être enfoncé dans les rainures longitudinales du corps de régulation.

14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13 où le mélangeur continu (28) comporte une tête de buse (30) et une chambre du mélange (32) qui s'y raccorde, et la tête de buse (30) présente un interstice annulaire de buse (36) et une buse d'injection de gaz (40) disposée de manière centrale par rapport à l'interstice annulaire de buse (36), où le raccordement pour le courant de liquide (12) est relié à l'interstice annulaire de buse (36) et le raccordement pour le gaz (14) est relié à la buse d'injection de gaz (40).

15. Dispositif selon la revendication 14 où la largeur de l'interstice annulaire de buse (36) est réglable.

16. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 15 où le régulateur de pression différentielle (50) est réglé de manière fixe sur une différence de pression d'environ zéro.

17. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 15 où le régulateur de pression différentielle (50) et/ou le régulateur de débit (60) sont réglables.

18. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 17 où le raccordement pour le courant de liquide (12) est relié à une conduite d'eau potable (18) et le raccordement pour le gaz (14) est relié par le biais du régulateur de pression différentielle (50) à une bouteille de dioxyde de carbone (22), et le raccordement de distribution (16) est relié à une vanne de distribution (26) par le biais du régulateur de débit (60).

Zeichnung