VORRICHTUNG ZUM ANREICHERN VON WASSER MIT KOHLENDIOXID-GAS ZUR ERZEUGUNG VON KARBONISIERTEM WASSER

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser in einem Vorratsbehälter, welcher zur Kühlung seines Inhalts und zur Bildung eines Eismantels im Wandungsbereich mit Kühlleitungen eines Kühlkreislaufs beaufschlagt ist, in dessen Inneren eine Umwälzpumpe angeordnet ist, durch welche CO₂-Gas aus dem Kopfbereich des Vorratsbehälters in das Wasser eingemischt und/oder das Wasser innerhalb des Vorratsbehälters in Rotation und/oder Zirkulation versetzt wird, und in den sowohl Wasser als auch CO₂-Gas im Kopfbereich zuführbar und aus dem karbonisiertes Wasser im Bodenbereich entnehmbar ist.

[0002] Derartige Vorrichtungen zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser werden beispielsweise in Geräten zum Einsatz gebracht, durch welche CO₂-haltige Erfrischungsgetränke durch Mischung von karbonisiertem Wasser mit einem entsprechenden Getränkekonzentrat bereitet und ausgegeben werden können. Das dem Getränkekonzentrat zuzumischende Sodawasser wird dabei in dem Vorratsbehälter durch Anreicherung von Wasser mit zugeführtem CO₂-Gas erstellt und zur besseren Karbonisierung sowie als Voraussetzung für ein bereitetes kühles Erfrischungsgetränk gekühlt. Diesem Vorratsbehälter, dem sogenannten Karbonisator, wird normales Wasser in Trinkqualität entweder aus der Leitung eines Wasserversorgungssvstems oder einem Vorratsbehälter unter ausreichendem Druck zugeführt, wobei das zugeführte Wasser selbst unter Druck stehen kann oder aber durch eine Druckpumpe ausschließlich oder zusätzlich in den Karbonisator gefördert wird. Außerdem wird dem Karbonisator CO₂-Gas zugeführt, und zwar aus einem CO₂-Gas-Vorratsbehälter über ein Druckminder-Regelventil, so daß im Karbonisator ein Druck von beispielsweise ca. 4 Bar aufgebaut ist. Durch verschiedene Maßnahmen wird die Karbonisierung des Wassers im Karbonisator mit dem zugeführten CO₂-Gas durchgeführt bzw. unterstützt, wobei sich der Einsatz von im Karbonisator angeordneten Umwälzpumpen bewährt hat. Diese saugen aus dem mit CO₂-Gas gefüllten Kopfbereich des Karbonisators dieses CO₂-Gas an und führen dieses in das in Bewegung, insbesondere in Drehung versetzte Wasser ein. Wie bereits ausgeführt, dient eine Kühlung des Karbonisators zum einen der Verbesserung der Karbonisierung und zum anderen als Voraussetzung, daß das endgültig bereitete und ausgegebene Getränk die gewünschte niedrige und im wesentlichen konstante Temperatur aufweist. Die Kühlung des Karbonisators erfolgt zweckmäßig über ein Kühlsystem, das in der Lage ist, im Seitenbereich der Seitenwandungen des Karbonisators einen Eismantel aufzubauen, welcher sich durch das umgewälzte Wasser einigermaßen gleich stark ausbildet. Dadurch wird "Kältekapazität" gespeichert und das Kühlsystem braucht nicht extrem leistungsstark ausgelegt werden, wie dies bei Durchflußkühlung notwendig wäre. Anordnungen mit einem entsprechenden Aufbau sind bekannt (DE-A-40 25 986.2).

[0003] Wird beispielsweise im beschriebenen Anwendungsfall die Ausgabe eines frisch bereiteten Erfrischungsgetränks gewünscht, so wird in einer an den Bodenbereich des Karbonisators anschließenden Leitung ein Absperrventil geöffnet und das gekühlte, karbonisierte Wasser zu diesem Zweck entnommen. Da das Wasser von im Hinblick auf den sich ausbildenden Eismantel im Bereich der Kühlschlangen in die Nähe des Gefrierpunktes gekühlt ist, besteht eine gewisse Gefahr, daß Eisteilchen oder -teile in den Bereich der Ausflußöffnung gelangen und diese verstopfen.

[0004] Die Eisbildung innerhalb des Vorratsbehälters soll in Bereichen erfolgen, die für die sonstige Betriebsweise des Vorratsbehälters als Karbonisator unproblematisch sind. Diese Bereiche sind die seitlichen Wandungen des Vorratsbehälters, welche von den Kühlschlangen des Kühlsystems thermisch gut leitend umgeben sind. In diesem Bereich wird sich auch tatsächlich die Eisbildung entwickeln und ein bereits vorhandener Eismantels wird bei weiterer Kühlung sich auch dort vergrößern. Probleme bei der Betriebsweise von derartigen karbonisierenden Vorratsbehältern haben zu Beobachtungen geführt, die ergaben, daß zumindest bei karbonisiertem Wasser sich dieses bei üblich angewandten, stetigen Wärmeentzug unter die typische Gefriertemperatur abkühlen läßt, ohne daß eine Eisbildung einsetzt. Durch Wärmefluß und Konvektion kann sich dann im Vorratsbehälter im wesentlichen über den gesamten Bereich ein Temperaturwert einstellen, der unter dem eigentlichen Gefrierpunkt liegt, mit der Folge, daß nunmehr der Gefriervorgang in unkontrollierter Weise an beliebigen Stellen oder in Form von Sulzbildung über weite Bereiche gleichzeitig eintreten kann. Damit tritt die gewünschte und gezielte Eisbildung an den Wandungen im Nahbereich der Kühlschlangen des Kühlsystems nicht ein, oder kann erst mit störender Verzögerung sich realisieren.

[0005] Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieser unkontrollierten Eisbildung im Vorratsbehälter wirksam zu begegnen, und zwar mit möglichst geringem Aufwand.

[0006] Eine Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser in einem gekühlten Vorratsbehälter, die dieser Aufgabe gerecht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Vorratsbehälter im Bereich seiner mit den Kühlleitungen des Kühlkreislaufs versehenen Wandung von den Kühlleitungen verschiedene konstruktive Maßnahmen zur gezielten örtlichen, gegenüber den übrigen Bereichen vorgezogenen Eisbildung getroffen sind.

[0007] Als Maßnahme zur bevorzugten lokalen Eisbildung im Vorratsbehälter im Nahbereich, in dessen Kühlleitung ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemmäßen Vorrichtung ein Raum für den Vorratsbehälterinhalt abgetrennt, welcher strömungsarm oder strömungslos zum Vorratsbehälterinneren offen ist. Bevorzugt ist dieser abgetrennte Raum kleiner als 100 mm³ und es ist zweckmäßig in kleiner als 10 mm³ auszubilden.

[0008] Diese bevorzugte Ausgestaltung in Form eines vom Vorratsbehälterinneren strömungstechnisch abgetrennten Raum ist beispielsweise durch ein auf die Vorratsbehälterwandung im Bereich der Kühlleitung aufgesetztes Rohr realisierbar. Eine äußerst zweckmäßige Realisierung ist auch derart gegeben, daß der strömungstechnisch beruhigte Raum gebildet ist durch eine nach außen zwischen zwei Kühlleitungswendel gerichtete Ausprägung der Wandung des Vorratsbehälters und eine diese Ausprägung weitestgehend gegenüber dem Vorratsbehälterinneren abdeckenden Platine. Eine weitere bevorzugte Maßnahme zur partiellen, vorgezogenen Eisbildung läßt sich dadurch realisieren, daß die Wandung des Vorratsbehälters zumindest partiell im bevorzugt durch die Kühlleitung beaufschlagten oberen Bereich gegenüber dem Vorratsbehälterinneren aufgerauht und ansonsten im unteren Bereich des Vorratsbehälters glatt ausgestaltet ist.

[0009] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen dazu, daß partiell in einem begrenzten Bereich Kristallisationspunkte für die Eisbildung geschaffen werden, von denen aus die Bildung des gewünschten Eismantels bei entsprechend kühlem Wasser sich wunschgemäß ausbildet. Partielle Unterkühlungen der Wandung sind ansonsten schwer zu realisieren, da durch die Wärmeleitung in der Wandung und durch die Wärmeleitung und insbesondere die Konvektion in der Flüssigkeit derartige Unterschiede kaum relevant wirksam gemacht werden können, es sei denn mit erheblichem Aufwand. Das Abtrennen einer kleinen Flüssigkeitsmenge von der Gesamtflüssigkeit jedoch bewirkt in diesem relativ kleinen und strömungstechnisch abgeschotteten Raum eine gezielte vorgezogene Eisbildung, die sich durch kleine, offene stellen von diesem abgetrennten Raum in den Vorratsbehälter fortpflanzt. Die gemäß den bevorzugten Ausgestaltungen abgetrennten kleinen Räume sind in diesem Zusammenhang besonders hilfreich und wirksam, jedoch hat sich auch gezeigt, daß partielle Aufrauhungen der Vorratsbehälterwandungen im Bereich der Kühlleitungen gegenüber ansonsten glatten Wandungen einen brauchbaren Beitrag in der gewünschten Richtung bringen, und zwar wohl deshalb, weil in diesem Bereich die Konvektion des Wassers gehemmt ist.

[0010] Anhand eines in der Zeichnung mit Varianten dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen von außen durch Kühlschlangen gekühlten Vorratsbehälter und

Fig. 2a bis Fig. 2d

Varianten zur lokal bevorzugten Eiskristallisation.

[0011] Ein Vorratsbehälter 1, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, ist für den Einsatz in Geräten zur Bereitung von Erfrischungsgetränken durch Zumischung eines entsprechenden Konzentrats zu karbonisiertem Wasser oder ggf. auch zu normalem Wasser geeignet und bestimmt. Über eine Zuleitung 2 wird dem Vorratsbehälter 1 bei Bedarf Frischwasser und über eine Zuleitung 3 CO₂-Gas zugeführt. Über eine nicht dargestellte Ausgangsleitung wird zum Bereiten eines Erfrischungsgetränks ausreichend im Vorratsbehälter 1 karbonisiertes und gekühltes Wasser portionsweise entnommen. Die ausreichende Karbonisierung erfolgt zumindest unterstützt durch eine durch einen Elektromotor 4 angetriebene Umwälzpumpe 5, welche aus dem Kopfbereich 6 des Vorratsbehälters 1 das sich dort befindliche CO₂-Gas über ein Ansaugrohr 7 ansaugt und in Höhe der Umwälzpumpe 5 in das bevorratete Wasser einmischen. Dabei wird dieses CO₂-Gas weitestgehend im Wasser 8 gelöst.

[0012] Die Kühlung des Wasservorrats erfolgt über Verdampferschlangen 9 eines nicht dargestellten Kühlsystems, und zwar derart, daß im Inneren des Vorratsbehälters 1 im Bereich der Verdampferschlangen 9, die gut thermisch leitend an der Wandung des Vorratsbehälters anliegen, sich ein Eismantel 10 aufbaut. Die Stärke dieses Eismantels 10 wird durch einen Eissensor 11 überwacht, von dem aus der Kältekreislauf und damit die Kälteleistung gesteuert wird. Der Eismantel 10 bewirkt eine sehr konstante Wassertemperatur in der Nähe des Gefrierpunkts und bietet Kältepotential bei Ausgabe von kaltem Wasser aus dem Vorratsbehälter und Nachfüllen von dem gegenüber wärmerem Wasser in den Vorratsbehälter.

[0013] Um die ursprüngliche Bildung des Eismantels 10 gezielt einzuleiten, ist im Bereich der untersten Windung der an der Wandung des Vorratsbehälters 1 thermisch gut leitend anliegenden Verdampferleitung 9 ein Raum zum Inneren des Vorratsbehälters zwar offen, aber strömungstechnisch in das dort befindliche Wasser beruhigend angeordnet.

[0014] Figur 2a zeigt diesen Raum etwas vergrößert als Innenbereich eines kleinen Rohres 13, welches senkrecht auf die Wandung des Vorratsbehälters 1 gegenüber einer Windung der Verdampferleitung 9 aufgesetzt ist. Es zeigt sich, daß sich in diesem Raum 12 bei Abkühlung des Wassers zum und unter den Gefrierpunkt bevorzugt Eis bildet und bei in diesem Fall unterkühltem Wasser sich von dieser Kristallisationsstelle der Eismantel relativ rasch und schlagartig an der Wandung, die von der restlichen Verdampferleitung 9 umgeben ist, ausbreitet. Die sonstigen Bereiche innerhalb des Vorratsbehälters 1 bleiben demgegenüber eisfrei. Oberhalb dieser Kristallisationsstelle durch den Raum 12 ist aufgrund des Dichteverhaltens von Wasser eher eine stärkere Unterkühlung anzutreffen, so daß sich die Eisbildung nach oben zügig entwickelt.

[0015] Die Figur 2b zeigt einen noch stärker gegenüber dem Inneren des Vorratsbehälters 1 abgeschlossenen Raums 12', der lediglich über den ihn umgebenden Käfig mit dem Vorratsbehälterinneren über zwei kleine Bohrungen 15 in Verbindung steht. Dadurch wird dieser Raum gesichert mit Wasser gefüllt und die Eiskristalle können sich im wesentlichen ungehindert nach außen entwickeln.

[0016] Die Figur 2c zeigt insoweit eine Modifikation der Ausbildung eines abgetrennten, der Eiskrstallisationsbildung dienenen Raumes 12'' als dieser Raum durch eine Einbuchtung in der Wandung des Vorratsbehälters 1 zwischen zwei Windungen der Verdampferleitung realisiert ist, die durch ein Abdeckplättchen 17 mit zwei kleinen Durchbrüchen 18 abgedeckt ist.

[0017] Die Figur 2d zeigt ebenfalls eine mögliche Maßnahme zur Realisierung eines zwar gegenüber dem Vorratsbehälterinneren offenen, jedoch strömungstechnisch beruhigten Raumes 12''' mit einer auf die Wandung des Vorratsbehälters 1 entsprechend aufgesetzten Kalotte 19, gegenüber einer Windung der Verdampferleitung 9. In jedem Fall muß sichergestellt sein, daß in den abgeschlossenen Raum 12 Flüssigkeit des Vorratsbehälters eindringen kann und dort bis zur Eisbildung auch verbleibt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Anreichern von Wasser mit CO₂-Gas zur Erzeugung von karbonisiertem Wasser in einem Vorratsbehälter (1), welcher zu Kühlung seines Inhalts und zur Bildung eines Eismantels (10) im Wandungsbereich mit Kühlleitungen (9) eines Kühlkreislaufes beaufschlagt ist, in dessen Inneren eine Umwälzpumpe (5) angeordnet ist, durch welche CO_2-Gas aus dem Kopfbereich des Vorratsbehälters (1) in das Wasser eingemischt und/oder das Wasser innerhalb des Vorratsbehälters (1) in Rotation und/oder Zirkulation versetzt wird und in den sowohl Wasser als auch CO2-Gas im Kopfbereich zuführbar und aus dem karbonisiertes Wasser im Bodenbereich entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorratsbehälter (1) im Bereich seiner mit den Kühlleitungen (9) des Kühlkreislaufs versehenen Wandungen von den Kühlleitungen (9) verschiedene konstruktive Maßnahmen zur gezielt örtlichen, gegenüber den übrigen Bereichen vorgezogenen Eisbildung vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maßnahme zur bevorzugten lokalen Eisbildung im Vorratsbehälter (1) im Nahbereich dessen Kühlleitung (9) ein Raum für den Vorratsbehälterinhalt abgetrennt ist, welcher strömungsarm oder strömungslos zum Vorratsbehälterinneren offen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Vorratsbehälterinneren abgetrennte Raum kleiner als 100 mm³ ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Vorratsbehälterinneren abgetrennte Raum kleiner als 10 mm³ ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Vorratsbehälterinneren strömungstechnisch beruhigte Raum durch ein von der Wandung des Vorratsbehälters im Bereich der Kühlleitung aufgesetztes Rohr (13) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungstechnisch beruhigte Raum gebildet ist durch eine nach außen zwischen zwei Kühlleitungswendeen gerichtete Ausprägung (12'') der Wandung des Vorratsbehälters (1) und ein diese Ausprägung weitestgehend gegenüber dem Vorratsbehälterinneren abdeckende Plättchen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Vorratsbehälters (1) zumindest partiell im bevorzugt durch die Kühlleitung beaufschlagten oberen Bereich gegenüber dem Vorratsbehälterinneren aufgerauht und ansonsten insbesondere im unteren Bereich des Vorratsbehälters glatt ausgestaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zur gezielt örtlichen, gegenüber den übrigen Bereichen vorgezogenen Eisbildung im unteren Bereich der Kühlleitungen (9) an der Wandung des Vorratsbehälters (1) getroffen ist.

Claims

1. Device for enriching water with CO₂ gas to produce carbonated water in a storage tank (1), which is provided with cooling pipes (9) of a cooling circuit to cool the contents of the storage tank (1) and to form an ice shell (10) in the wall area, in whose interior a circulating pump (5) is placed, by which CO₂ gas from the head area of the storage tank (1) is mixed with the water and/or the water inside the storage tank (1) is put in rotation and/or circulation, and in which both water and CO₂ gas can be fed to the head area and removed from the carbonated water in the bottom area, characterized in that structural measures for specific local ice formation preferred over the other areas are taken in the storage tank (1) in the area of its wall provided with the cooling pipes (9) of the cooling circuit, which measures being different from the cooling pipes (9).

2. Device according to claim 1, characterized in that a space for the contents of the storage tank (1) is separated as a measure for the preferred local ice formation in the storage tank (1) in the immediate vicinity of its cooling pipe (9), space which is deficient in flow or without flow and open toward the interior of the storage tank (1).

3. Device according to claim 2, characterized in that the space separated in the interior of the storage tank is smaller than 100 mm³.

4. Device according to claim 3, characterized in that the space separated in the interior of the storage tank is smaller than 10 mm³.

5. Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the space stabilised with respect to flow in the interior of the storage tank is formed by a pipe (13) mounted to the wall of the storage tank in the area of the cooling pipe.

6. Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the space stabilised with respect to flow is formed by a projection (12'') of the wall of the storage tank (1) directed outward between two cooling pipe coils and a plate covering this projection to the greatest possible extent relative to the interior of the storage tank.

7. Device according to claim 1, characterized in that the wall of the storage tank (1) is at least partially roughened relative to the interior of the storage tank in the upper area preferably provided with the cooling pipe and otherwise is made smooth especially in the lower area of the storage tank.

8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the measures for specific local ice formation, preferred relative to the other areas, are taken in the lower area of the cooling pipes (9) on the wall of the storage tank (1).

Revendications

1. Dispositif pour enrichir de l'eau en gaz CO₂ pour la production d'eau gazéifiée dans un réservoir (1), qui, pour le refroidissement de son contenu et la formation d'une enveloppe de glace (10), est chargé, au niveau de sa paroi, par des canalisations de refroidissement (9) d'un circuit de refroidissement, à l'intérieur duquel est disposée une pompe de circulation (5), à l'aide de laquelle du gaz CO₂ tiré de la partie de tête du réservoir (1) est mélangé à l'eau et/ou l'eau est entraînée en rotation et/ou est amenée à circuler à l'intérieur du réservoir (1), et dans lequel aussi bien de l'eau que du gaz CO₂ peuvent être envoyés dans la zone de tête et de l'eau gazéifiée peut être prélevée dans la zone du fond, caractérisé en ce que des dispositions constructives, différentes des canalisations de refroidissement (9), pour la formation locale ciblée de glace préférée par rapport aux autres zones, sont prévues dans le réservoir (1) au niveau de ses parois équipées des canalisations de refroidissement (9) du circuit de refroidissement.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme disposition pour la formation locale préférée de glace dans le réservoir (1), au voisinage immédiat de la canalisation de refroidissement (9) de ce dernier est prévu séparément un espace pour le contenu du réservoir, qui est ouvert en direction de l'intérieur du réservoir, en laissant passer un faible écoulement ou en ne laissant passer aucun écoulement.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'espace séparé à l'intérieur du réservoir a un volume inférieur à 100 mm³.

4. Dispositif selon 1 revendication 3, caractérisé en ce que l'espace séparé dans l'intérieur du réservoir a un volume inférieur à 10 mm³.

5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'espace, qui est rendu calme du point de vue de la technique des écoulements à l'intérieur du réservoir, est formé par un tube (13), qui est monté dans la zone de la conduite de refroidissement de manière à s'étendre à partir de la paroi du réservoir.

6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'espace, qui est rendu calme du point de vue de la technique des écoulements, est formé par une moulure (12') de la paroi du réservoir (1), dirigée vers l'extérieur entre deux spires de la canalisation de refroidissement et par une plaquette qui sépare dans une très large mesure cette moulure vis-à-vis de l'intérieur du réservoir.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du réservoir (1) est rendue rugueuse au moins partiellement dans la partie supérieure, chargée de préférence par la canalisation de refroidissement, par rapport à l'intérieur du réservoir et est agencée, ailleurs, avec une configuration lisse notamment dans la partie inférieure du réservoir.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les dispositions pour obtenir la formation locale ciblée de glace, préférée par rapport aux autres zones, sont prévues dans la partie inférieure des canalisations de refroidissement (9) sur la paroi du réservoir (1).

Zeichnung