DE4039385C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zur Kohlensäu­ re-Anreicherung von Leitungswasser oder dgl. in Getränke­ automaten eingesetzt. Durch die Flüssigkeitsströmung, wie beispielsweise eine zirkulierende Strömung, soll die Auf­ nahme von Kohlendioxidgas dadurch verbessert werden, daß die Oberflächenberührung zwischen der Flüssigkeit und einem im oberen Bereich des Druckbehälters gebildeten Kohlendioxid­ polster verbessert wird. Für eine gute Aufnahme des Kohlen­ dioxids durch die Flüssigkeit bedarf es einer erheblichen Turbulenz innerhalb der Flüssigkeitsmenge, da die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Kohlendioxid und der im Ruhezu­ stand befindlichen Flüssigkeitsmenge im Vergleich zur Flüs­ sigkeitsmenge gering ist.

Es ist ferner auch der Einsatz der Flüssigkeitsströmung zur Unterstützung einer raschen und gleichmäßigen Abkühlung der Flüssigkeit bekannt. Die Flüssigkeitsströmung kann da­ bei beispielsweise auch dazu beitragen, daß über eine dem Druckbehälter zugeordnete Kühleinrichtung eine innerhalb des Druckbehälters ausgebildete Eisschicht eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.

Bei einem bekannten Verfahren zum fortgesetzten Erzeugen und Abgeben von Kohlendioxid gelöst enthaltendem und gekühltem Wasser (DE-PS 25 59 651) wird die in dem Druckbehälter be­ findliche Flüssigkeitsmenge mittels eines nahe dem Druckbe­ hälterboden angeordneten Rotors in zwei konzentrische Teil­ mengen unterschiedlicher Größe unterteilt. Der Flüssigkeits­ strömung der größeren Teilmenge wird über ein Zuführrohr, das bis nahe an den Boden des Druckbehälters reicht und das an seinem unteren Ende in eine Keramikkerze oder in einen anderen porösen Körper mündet, Kohlendioxid zugeführt, das in feinen Bläschen ausperlt. Die Anordnung eines über einen Motor antreibbaren Rotors kann bei zufriedenstellender An­ reicherung der Flüssigkeit mit Kohlendioxid zu einer Ge­ räuschentwicklung während des Einsatzes dieser Vorrichtung führen. Auch für einfachere Anordnungen zur Begasung von Flüssigkeiten ist es bekannt (DE-OS 31 51 160), zur Verbes­ serung der Begasung elektromotorisch betriebene Zentrifu­ gal-Zerstäuberräder einzusetzen.

Dies gilt entsprechend für eine weitere bekannte Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid (DE-PS 28 32 377) bei der Kohlendioxid über ein, an dem Austrittsende mit einem porösen keramischen Körper verbundenem Zulaufrohr dem unteren Bereich des Druckbehälters zugeführt wird. Zum Erzeugen einer Umlaufströmung ist im Bodenbereich eines Druckbehälters eine Unterwasserpumpe angeordnet, in deren Unterdruckbereich ein Austrittsende eine Ansaugleitung für Kohlendioxid mündet.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (DE-OS 28 48 146) ist der Innenbereich des Druckbehälters durch eine im Ab­ stand von einer Innenwand des Druckbehälters angeordnete hohlzylinderförmige Kühlfläche in zwei die Flüssigkeitsmen­ ge aufnehmende Bereiche unterteilt. Dem radial einwärtigen Bereich ist eine Unterwasserpumpe zugeordnet, mit jeweils einer Ansaugöffnung und einer druckseitigen Austrittsöffnung in einem in Längsrichtung des Druckbehälters mittleren Bereich und im Bodenbereich des Druckbehälters. Dadurch soll die Flüssigkeitsmenge in eine zur Längsachse der Kühlfläche rotierende Strömung versetzt werden, die im wesentlichen laminar ausgebildet ist. Über die Unterwasserpumpe soll auch das in den Druckbehälter eingeleitete Kohlendioxid zwangs­ weise zirkuliert werden; zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß eine oder mehrere Unterwasserpumpen getrennte Ansaugbereiche für Wasser und für in einem oberen Bereich des Druckbehäl­ ters angesammeltes Kohlendioxidgas haben.

Es ist schließlich auch bekannt, bei einer Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid in dem Druck­ behälter ein Rührwerk anzuordnen (DE-OS 20 21 237). Der Einsatz eines Rührwerkes kann zu einem erhöhten Aufwand hin­ sichtlich der Herstellung und der Wartung führen. Die Zir­ kulation der Flüssigkeitsmenge über ein Rührwerk kann ferner zu einer ungleichmäßigen Anreicherung der Flüssigkeitsmenge führen.

Weiterhin ist es bekannt (DE-PS 35 16 144), bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsaerosols als Schwingquarze ausgebildete Schwingungserzeuger zum Einsatz zu bringen, durch die die Flüssigkeit so in Schwingung ver­ setzbar ist, daß diese an ihrer Oberfläche zerstäubt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemä­ ße Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlen­ dioxid so weiterzubilden, daß bei geringem gerätetechnischem Aufwand und somit geringem Herstellungsaufwand eine im we­ sentlichen gleichmäßige und in ausreichender Menge erfolgen­ de Anreicherung mit Kohlendioxid ermöglicht wird, wobei der Betrieb der Vorrichtung im wesentlichen geräusch- und war­ tungsfrei ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Einrichtung einen piezoelektrischer Schwinger ist, der innerhalb eines von der Au­ ßenwand des Druckbehälters beabstandeten, im wesentlichen hohlzylinderförmigen Leitkörpers in dem dem Gaspolster be­ nachbarten Bereich innerhalb der Flüssigkeitsmenge auf einem Schwingerhalter angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines piezoelektrischen Schwingers können in einfacher und im wesentlichen geräusch­ freier Weise Ultraschallschwingungen entsprechend hoher Am­ plitude erzeugt werden, die in der Flüssigkeitsmenge auf­ grund des Schallstrahlungsdruckes eine Gleichströmung erzeu­ gen. An der an ein Kohlendioxid-Gaspolster angrenzenden Flüssigkeitsoberfläche kann diese Gleichströmung eine Levi­ tation bzw. die Ausbildung einer Flüssigkeitsströmung über die Oberfläche hinaus in das Gaspolster bewirken. Durch die in das Gaspolster zerstäubte bzw. verteilte Flüssigkeitstropfen wird in einfacher Weise die Voraussetzung für eine besonders schnelle, intensive und gleichmäßige Anreicherung der Flüssigkeit durch Kohlendioxid geschaffen.

Durch die Anordnung des Schwingers und/oder einen entsprechend gewählten Schallstrahlungsdruck kann eine in das Kohlendioxidpolster gerichtete Flüssigkeitsfontäne erzeugt werden. Durch entsprechend gebündelte Ultraschallschwingungen können somit in einfacher Weise in das Kohlendioxidpolster gerichtete Flüssigkeitsstrahlen erzeugt werden. Bei einer entsprechenden Schallintensität platzen diese Flüssigkeitsstrahlen ab einer gewissen Länge dadurch, daß Molekülschwingungen Kohäsionskräfte überwinden, auseinander. Demzufolge wird Flüssigkeit innerhalb des mit Kohlendioxid gefüllten oberen Bereichs des Druckbehälters bzw. des Kohlendioxid- Gaspolsters zerstäubt. Dadurch wird die Voraussetzung für ein im wesentlichen gleichmäßiges Anreichern der Flüssigkeit mit einer ausreichenden Kohlendioxidmenge geschaffen.

Es hat sich dazu als vorteilhaft herausgestellt, daß ein im wesentlichen hohlzylinderförmiger Leitkörper mit Abstand von einer Außenwand des Druckbehälters um den Schwinger angeord­ net ist. Damit wird in einfacher Weise eine Gleichströmung für einen Teil der Flüssigkeitsmenge erzeugt, die zu einer Fontäne bzw. zu Flüssigkeitsstrahlen führt, die in das Koh­ lendioxidpolster gerichtet sind.

Für eine gezielte Beaufschlagung des Flüssigkeitspolsters mit einer Fontäne bzw. mit Flüssigkeitsstrahlen hat es sich weiterhin als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß das in den Druckbehälter ragende Ende des Leitkörpers durch eine im wesentlichen ringförmige Stirnwand geschlossen ist. Diese Stirnwand kann dabei in vorteilhafter Weise in der dem Schwinger abgewandten Richtung sich trichterförmig verjün­ gend ausgebildet sein.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Schwingerhalter und dem Leitkörper eine mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehene Zwischenwand angeordnet. Durch diese Zwischenwand ergibt sich eine Unterteilung hin­ sichtlich des Leitkörpers, die dazu beiträgt, daß die durch den Schalldruck des Schwingers erzeugte Gleichströmung im wesentlichen zu dem Kohlendioxidpolster gerichtet ist. Dane­ ben ist durch die Anordnung der mindestens einen Durchgangs­ öffnung in der Zwischenwand sichergestellt, daß Flüssig­ keit kontinuierlich in den zwischen dem Schwinger bzw. der Zwischenwand und der Stirnwand gelegenen Raum innerhalb des Leitkörpers strömen kann, um von dort aus über den Schall­ druck in Richtung auf das Kohlendioxidpolster verdrängt zu werden.

Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß die Zwischenwand in der dem Schwinger abgewandten Rich­ tung sich trichterförmig erweiternd ausgebildet ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schwingerhalter an einem in den Druckbehälter ragenden Ende eines Halterohres befestigt, wobei in vorteilhafter Weise Flüssigkeitsstrahlen in das Kohlendioxidpolster gerichtet werden.

In vorteilhafter Weise ist das Halterohr gegenüber dem Druckbehälter abgeschlossen, wobei es einen Kanal zur Auf­ nahme elektrischer Anschlußleitungen für den Schwinger bil­ det. Zur Erzeugung einer intensiven, zu dem Kohlendioxid ge­ richteten Gleichströmung der Flüssigkeit wird der Schwinger dadurch einseitig mit Flüssigkeit beaufschlagt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Hal­ terohr einstückig mit einer Flüssigkeits-Ablaufleitung aus­ gebildet. Halterohr und Flüssigkeits-Ablaufleitung sind da­ bei in besonders einfacher Weise, beispielsweise aus Kunst­ stoff herstellbar und in den Druckbehälter einsetzbar. Die einstückige Ausbildung des Halterohres und der Flüssigkeits- Ablaufleitung führt weiterhin dazu, daß es zum Abdichten beider Teile gegenüber dem Druckbehälter nur einer einzigen Dichtstelle bedarf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem Druckbehälter eine Kühleinrichtung zugeordnet. Damit kann neben einem Anreichern mit Kohlendioxid im wesentlichen gleichzeitig ein Kühlen der Flüssigkeit erfolgen.

Dabei hat es sich zum einen als vorteilhaft herausgestellt, daß die Kühleinrichtung ein innerhalb und/oder außerhalb der Außenwand des Druckbehälters angeordnetes Kühlrohr aufweist. Damit kann in einfacher Weise sichergestellt werden, daß neben einer ausreichenden Anreicherung der Flüssigkeit mit Kohlendioxid auch eine zu einer im wesentlichen gleich­ mäßigen Abkühlung der Flüssigkeitsmenge führende Kühlung erfolgt.

Zum anderen hat es sich für eine gute Kühlung und Anreiche­ rung der Flüssigkeit auch als vorteilhaft herausgestellt, daß die Kühleinrichtung mindestens ein außerhalb des Druck­ behälters angeordnetes Peltierelement aufweist, das an der Außenseite eines über den Schwinger mit einer Flüssigkeits­ strömung beaufschlagbaren Bereichs des Druckbehälters im wesentlichen flächig anliegt. In vorteilhafter Weise kann dabei über das Gaspolster in den über das Peltierelement gekühlten Wandungsbereich gelangende Flüssigkeit gezielt ge­ kühlt werden.

Das Peltierelement kann dabei dem Leitkörper im wesentlichen gegenüberliegend an der Außenseite des Druckbehälters an­ geordnet sein. In einfacher Weise wird damit erreicht, daß eine Flüssigkeitsfontäne bzw. Flüssigkeitsstrahlen, die aus dem Leitkörper in das Kohlendioxidpolster und damit in den Bereich von der dem Leitkörper im wesentlichen gegenüberlie­ genden Außenseite des Druckbehälters kommen, intensiv ge­ kühlt werden.

Drei Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung werden anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen jeweils in einem Längsschnitt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit einer außerhalb des Druckbehälters angeordneten Kühleinrich­ tung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer in­ nerhalb des Druckbehälters angeordneten Kühl­ einrichtung und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer ein Peltierelement aufweisenden Kühleinrichtung.

Jedes der drei Ausführungsbeispiele weist einen Druck­ behälter 1 auf, mit einem im wesentlichen topfförmigen Grundkörper 3 und einem diesen abschließenden Deckel 5. Bei allen drei Ausführungsbeispielen ist weiterhin der topf­ förmige Grundkörper 3 und der Deckel 5 zumindest bereichs­ weise von einer Isolierschicht 7, 7′, 7′′ beispielsweise aus Polyurethanschaum umgeben. Die Markierung von Bezugszei­ chen mit einem oder zwei hochgestellten Strichen verweist jeweils auf das in der Fig. 2 dargestellte zweite und das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel. Die Iso­ lierschicht 7, 7′, 7′′ kann beispielsweise durch Umschäumen des Grundkörpers 3, 3′, 3′′ und durch zumindest teilweises Umschäumen des beispielsweise aus einem hochfesten Thermo­ plast gespritzten Deckels, 5, 5′ bzw. des aus Metall herge­ stellten Deckels 5′′ hergestellt werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Deckel 5 an seiner dem Grundkörper 3 abgewandten Seite im wesentlichen vollständig von der Isolierschicht 7 umge­ ben. Der Grundkörper 3 besteht aus einem Edelstahl. Durch die Isolierschicht 7 und den Deckel 5 sind ein Flüssig­ keitszulauf 9, eine Gaszuführung 11, eine Füllstandsson­ de 13 zum Erfassen einer maximalen Füllhöhe, eine Füll­ standssonde 15 zum Erfassen einer Mindestfüllhöhe und eine Eissonde 17 zum Erfassen der Dicke eines Eismantels 19 geführt; sie sind dabei gegenüber dem Deckel 5 abgedichtet und können zusammen mit dem Einschäumen des Deckels 5 in die Isolierschicht 7 mit eingeschäumt werden. Ein Massean­ schluß wird dabei durch die Wandung des Grundkörpers 3 ge­ bildet. Über ein Außengewinde des Deckels 5 ist mit diesem ein Überwurfring 21, der ein Innengewinde aufweist, derart verbunden, daß zwischen einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Abschnitt des Deckels 5 und des Überwurfrings 21 ein flanschartiger Bereich 23 des Grundkörpers 3 ge­ klemmt wird. Ein in einer Ringnut des Deckels 5 aufgenomme­ ner Dichtring 25 liegt dabei für eine dichtende Verbindung an dem flanschartigen Bereich 23 an.

Die nicht weiter dargestellte Kühleinrichtung weist behäl­ terseitig der Außenwand eines in Längsrichtung mittleren Abschnittes des Grundkörpers 3 benachbart ein in einer Aussparung der Isolierschicht 7 angeordnetes Kühlrohr 27 auf. Dieses besteht beispielsweise aus Kupferrohr und kann auf einer Wickelvorrichtung so geformt werden, daß einander benachbarte Wicklungen innerhalb des Kühlrohres 27 miteinander in Berührung stehen, wobei der Durchmesser des Kühlrohres 27 weiterhin so bemessen ist, daß sich ein guter Kontakt zu dem Grundkörper 3 ergibt. Für einen guten Wärmeaustausch kann zwischen einzelnen Rohrwindungen des Kühlrohres 27 auch eine wärmeleitende Paste 29 angebracht werden. Über ein das Kühlrohr 27 umgebendes Abklebeband 31 wird während des Aufschäumens der Isolierschicht 7 ein Ein­ dringen des Isolierstoffes in das Kühlrohr 27 verhindert.

Der dem Deckel 5 gegenüberliegende Bodenbereich 33 des Grundkörpers 3 ist wie der Deckel 5 in einer dem Innenraum 35 des Druckbehälters 1 abgewandten Richtung gewölbt ausge­ bildet. Durch den Bodenbereich 33 und die Isolierschicht 7 ist ein koaxial zur Längsachse 38 des Druckbehälters 1 ver­ laufendes Halterohr 39 angeordnet. Das Halterohr 39 weist einen in Längsrichtung im wesentlichen bis zur Mitte des Kühlrohres 27 ragenden, trichterförmig erweiternden Endab­ schnitt 41 auf, mit einer Aufnahme für einen piezoelektri­ schen Schwinger 43 über eine diesen am Außenumfang umgeben­ den, im wesentlichen ringförmige Dichtung 45. Das Halterohr 39 ist durch die Dichtung 45 und den Schwinger 43 gegen­ über dem Innenraum 35 abgedichtet und bildet einen Kanal für elektrische Anschlußleitungen 44, 46 für den Schwinger 43. Der Endabschnitt 41 hat ein Außengewinde mit dem ein rohrförmiger Ansatz 47 einer Zwischenwand 49 so verschraubt ist, daß die Dichtung 45 und damit der piezoelektrische Schwinger 43 sicher zwischen dem Endabschnitt 41 und einer horizontalen Anschlagfläche 51 des Ansatzes 47 gehalten sind. Die Zwischenwand 49 weist zwei sich in Richtung zu dem Deckel 5 hin trichterförmig erweiternde Bereiche 53, 55 auf, von denen der radial auswärtig gelegene Bereich 55 einen größeren Neigungswinkel aufweist. Der Bereich 55 geht in einen hohlzylinderförmigen Absatz 57 über, der an der Innenseite eines im wesentlichen hohlzylinderförmigen Leit­ körpers 59 anliegt und mit diesem verbunden ist. Dieser er­ streckt sich mit Abstand von dem Bodenbereich 33 von einem unteren Bereich des Druckbehälters 1 im wesentlichen bis zu dem dem Deckel 5 benachbarten Ende des Kühlrohres 27. Der Leitkörper 59 ist zum Bodenbereich 33 hin offen und an seinem dem Deckel 5 zugewandten Ende durch eine ringförmige Stirnwand 61 mit einer zentralen Öffnung 63 teilweise ge­ schlossen. Die Stirnwand 61 ist in der dem Schwinger 43 ab­ gewandten Richtung gewölbt ausgebildet. Innerhalb des Leit­ körpers 59 sind vorwiegend vier Rippen 65 ausgebildet, die an dem Absatz 57 anliegen und von dort aus sich keilförmig verbreiternd zu der Stirnwand 61 verlaufen.

An dem durch den Bodenbereich 33 und die Isolierschicht 7 geführten Ende des Halterohres 39 ist an diesem eine Flüs­ sigkeits-Ablaufleitung 67 einstückig ausgebildet. Halterohr 39 und Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 sind beispielsweise aus einem Kunststoff als Formteil herstellbar. Das Hal­ terohr 39 und die Flüssigkeits-Ablaufleitung weisen einen ersten, innerhalb des Druckbehälters 1 angeordneten Ansatz 69 und einen im Abstand davon innerhalb der Isolierschicht 7 angeordneten zweiten Ansatz 71 auf. Innerhalb der beiden Ansätze 69, 71 liegt an dem durch das Halterohr 39 und die Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 gebildeten Formstück ein hohlzylinderförmig ausgebildeter Öffnungsbereich 73 des Grundkörpers 3, an der sich in einer dem Deckel 5 abgewand­ ten Richtung von dem Bodenbereich 33 erstreckt. Der Öff­ nungsbereich 73 wird über ein ihn überdeckendes Ringstück 75 gegen entsprechende Bereiche des Halterohres 39 bzw. der Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 gedrückt. Für eine dichtende Verbindung zwischen dem Grundkörper 3 einerseits und dem Halterohr 39 sowie der Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 ande­ rerseits ist zwischen dem ersten Ansatz 69 und dem diesem gegenüberliegenden Abschnitt des Bodenbereichs 33 ein Dich­ tungsring 77 angeordnet.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten zweiten und dritten Ausführungsbeispiel sind mit dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen und es wird diesbezüglich eine Beschrei­ bung nicht wiederholt.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß der Grundkörper 3′ eine dickere Wandstärke aufweist und aus einem schlagzähen und druckfe­ sten Kunststoff, beispielsweise als Spritzformteil herge­ stellt ist. Das Kühlrohr 27′ ist dabei an der Innenwandung des Grundkörpers 3′ anliegend innerhalb des Druckbehälters 1′ angeordnet. Den Füllstandssonden 13′ und 15′ für die maximale Füllhöhe bzw. der Mindestfüllhöhe und der Eis­ sonde 17′ gegenüberliegend, ist ein Masseanschluß 28 durch den Bodenbereich 33′ geführt. Die genannten Sonden wirken wie diejenigen 13, 15 und 17 nach dem ersten Ausführungs­ beispiel gegen ein Nullpotential, das im Fall des ersten Ausführungsbeispiels durch den Grundkörper 3 gegeben ist. Da die Wandstärke des Grundkörpers 3′ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel größer ist, ist dementsprechend sowohl der Anschluß gegenüber dem Deckel 5′ als auch gegenüber dem Halterohr 39 bzw. der Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel leicht abgewan­ delt. So ist der Dichtring 25′ zwischen einer Stirnfläche des Grundkörpers 3′ und einer Ringnut in dem Deckel 5′ an­ geordnet. Der hohlzylinderförmige Öffnungsbereich 73′ ist stark verkürzt ausgebildet, wobei das Ringstück 75′ einer­ seits an einer Stirnfläche des Öffnungsbereichs 73′ und an­ dererseits an dem zweiten Ansatz 71 anliegt. Der Aufbau des Halterohres 39 des piezoelektrischen Schwingers 43 und des Leitkörpers 59 einschließlich der Stirnwand 61 und der Zwi­ schenwand 49, stimmt mit denjenigen gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel überein.

Dies trifft auch für das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel zu, bei dem der Grundkörper 3′′ entspre­ chend dem Grundkörper 3′ gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel ausgebildet ist, so daß der Anschluß zu dem Deckel 5′′ einerseits und dem Halterohr 39 sowie der Flüssigkeits-Ab­ laufleitung 67 mit demjenigen nach dem zweiten Ausführungs­ beispiel übereinstimmt.

Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die Kühleinrichtung kein Kühlrohr aufweist. Statt dessen ist einem nicht mit einer Isolierschicht 7′′ versehenen Abschnitt des Deckels 5′′ ein Peltierelement 79 zugeordnet, das zwischen dem Deckel 5′′ und einem auf diesem befestigten Lamellenkühlkörper 81 angeordnet ist. Der Dec­ kel 5′′ besteht dabei aus einem gut wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und er ist zum Schutz gegen eine Erosion an seiner gewölbten Innenseite mit einer Chromauflage 82 oder dgl. versehen. Im Gegen­ satz zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, sind weiterhin der Flüssigkeitszulauf 9′′, die Gaszuführung 11′′, die Füllstandssonden 13′′ und 15′′ für die maximale Füllhöhe bzw. die Mindestfüllhöhe, eine der Eissonden 17, der beiden anderen Ausführungsbeispiele entsprechende Temperatursonde 17′ und ein Masseanschluß 28 dem Deckel 5′′ gegenüberlie­ gend, durch den Bodenbereich 33′′ und die diesem zugeordnete Isolierschicht 7′′ geführt. Da die Anschlüsse und Meßfühler im Gegensatz zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel somit nicht von oben über den Deckel 5′′, sondern von unten über den Bodenbereich 33′ geführt sind, sind die Gaszufüh­ rung 11′′ und die Füllstandssonden 13′′ und 15′′ entsprechend länger ausgebildet.

Dem Peltierelement 79 bzw. dem Lammellenkühlkörper 81 ist weiterhin ein schematisch dargestelltes Gebläse 83 mit ei­ nem Gebläserad 84, einem Antriebsmotor 85 und einem Leitka­ nal 87 zugeordnet; über den Leitkanal 87 kann somit der La­ mellenkühlkörper 81 mit Kühlluft beaufschlagt werden.

Für einen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst Flüssigkeit über den Flüssigkeitszulauf 9, 9′ über den Deckel 5, 5′ bzw. bei dem dritten Ausführungsbeispiel über den Flüssigkeitszulauf 9′′ über den Bodenbereich 33′′ in das Innere des Druckbehälters 1, 1′, 1′′ bzw. des Grund­ körpers 3, 3′, 3′′ zugeführt. Als Flüssigkeit ist dabei beispielsweise Leitungswasser über eine nicht dargestellte Wasserversorgungsanlage zuführbar. Bei Erreichen der Min­ destfüllhöhe, die über die Füllstandssonde 15, 15′ bzw. 15′′ erfaßt wird, wird der piezoelektrische Schwinger 43 akti­ viert. Eine Aktivierung bzw. Inbetriebnahme des Schwingers 43 vor Erreichen der Mindestfüllhöhe könnte infolge der dann auftretenden Wärmeentwicklung zu einer Herabsetzung der Lebensdauer bzw. zu einem Zerstören des Schwingers 43 führen. Nachdem aufgrund einer fortgesetzten Flüssigkeits­ zufuhr der maximale Füllstand erreicht und über die Füll­ standssonde für die maximale Füllhöhe 13, 13′ bzw. 13′′ er­ faßt worden ist, wird die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen. Erst zu diesem Zeitpunkt wird Kohlendioxid (CO₂) über die Gaszuführung 11, 11′, 11′′ zugeführt, bis ein Druck von etwa 5 Bar in dem Innenraum innerhalb des Druckbehälters 1 er­ reicht wird. Ein Einleiten von Kohlendioxid vor dem Errei­ chen der maximalen Füllhöhe hätte demgegenüber zur Folge, daß Flüssigkeit über eine nicht dargestellte Druckpumpe ge­ gen den durch das Gas erzeugten Druck in den Druckbehälter 1 gefördert werden müßte.

Der Gaszuführung 11, 11′, 11′′ ist in nicht dargestellter Weise ein Druckregler mit einem Überdruckventil sowie ein Kohlendioxidbehälter zugeordnet.

Gleichzeitig mit dem Beginn der Flüssigkeitszufuhr wird bei einer Vorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Ausführungs­ beispiel über ein nicht dargestelltes Kälteaggregat der Kühleinrichtung dem Kühlrohr 27, 27′ ein Kältemittel zuge­ führt, so daß eine Abkühlung des Kühlrohres 27, 27′ auf ei­ ne Temperatur von etwa minus 20°C erreicht wird. Dies trägt zum Aufbau des Eismantels 19 bei. Sobald dieser eine Dicke erreicht hat, die durch die Eissonde 17, 17′ erfaßt wird, erfolgt ein Abschalten des Kälteaggregates.

Durch den piezoelektrischen Schwinger 43 werden Ultra­ schallwellen erzeugt, die eine Gleichströmung der Flüssig­ keit verursachen, in deren Verlauf eine Flüssigkeitsfontäne bzw. Flüssigkeitsstrahlen 89 aufgebaut werden, die aus dem Leitkörper 59 über die zentrale Öffnung 63 der Stirnwand 61 austreten, und die fast bis an die Unterseite des Deckels 5, 5′ reichen. Die Flüssigkeitsstrahlen 89 können abhäng­ ig von der Leistung und Anordnung des Schwingers 43 auch derart ausgebildet sein, daß insbesondere bei dem durch ein Peltierelement 79 gekühlten Deckel 5′′ gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, ein Beaufschlagen des dem Leitkörper 59 gegenüberliegenden Bereichs 82 erfolgt. In dem oberhalb der Flüssigkeitsfüllhöhe innerhalb des Druckbehälters 1, 1′, 1′′ befindlichen Kohlendioxid-Gaspolsters 88 vernebelt ein Teil der über den Schwinger 43 eingebrachten Flüssig­ keit unter Aufnahme von Kohlendioxid. Durch die Anordnung des Leitkörpers 59 führt aus dem Kohlendioxid-Polster 88 in den darunter liegenden Bereich des Druckbehälters 1 ge­ langende Flüssigkeit zu einer Umwälzbewegung für die Flüs­ sigkeitsmenge, wobei über die in der Zwischenwand 49 ange­ ordneten, vorwiegend vier Öffnungen 50 Flüssigkeit in den oberhalb des Schwingers 43 und der Zwischenwand 49 gelege­ nen Bereich innerhalb des Leitkörpers 59 strömen kann.

Durch die in den Figuren durch Strömungslinien dargestellte Umwälzbewegung der Flüssigkeit erfolgt ein im wesentlichen gleichmäßiges Abkühlen der Flüssigkeitsmenge. Sich während der Abwärtsbewegung in Richtung zu dem Bodenbereich 33, 33′ an dem Eismantel 19 abkühlende Flüssigkeit führt dazu, daß der Eismantel 19 bereichsweise so abgetaut wird, daß über seine gesamte Höhe eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke des Eismantels erhalten wird. Für den Fall, daß beispiels­ weise bei schnell aufeinanderfolgenden Entnahmen von mit Kohlendioxid angereicherter Flüssigkeit über die Flüssig­ keits-Ablaufleitung 67 und eine entsprechend häufige Zufuhr von eine höhere Temperatur aufweisenden Flüssigkeit über den Flüssigkeitszulauf 9, 9′, die Dicke des Eismantels 19 so verringert wird, daß die Eissonde 17, 17′ keinen Kontakt mehr zu dem Eismantel 19 hat, wird die Kühleinrichtung er­ neut betätigt. Der Eismantel 19 wird demzufolge wieder bis zur Eissonde 17, 17′ aufgebaut.

Die Temperatur der unter einem Druck von etwa 5 Bar ste­ henden, mit Kohlendioxid angereicherten Flüssigkeit liegt dabei bei etwa 0°C. Werden höhere Temperaturen hinsichtlich der angereicherten Flüssigkeit angestrebt, dann kann auf den Aufbau eines Eismantels 19, 19′ verzichtet werden. Es kann dann anstelle des Einsatzes einer Eissonde 17, 17′ über einen Meßfühler 17′′ die Flüssigkeitstemperatur erfaßt und geregelt werden, wie dies bei einer Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Unabhängig davon, ob ein Eismantel 19, 19′ aufgebaut wird, oder ob Flüssigkeit ohne einen derartigen Eismantel abge­ kühlt wird, ergibt sich bei Vorrichtungen gemäß allen drei Ausführungsbeispielen eine Flüssigkeitsströmung, ausgehend von dem Schwinger 43 und hervorgerufen durch dessen Ul­ traschallschwingungen, zunächst in einer Richtung ver­ tikal aufwärts innerhalb des Leitkörpers 59 und durch die zentrale Öffnung 63, von dessen Stirnwand 61 hindurch in Richtung zu dem Deckel 5, 5′, 5′′. Dabei wird Flüssigkeit als Flüssigkeitsfontäne bzw. in Form von Flüssigkeitsstrah­ len 89 in das unterhalb des Deckels 5, 5′, 5′′ befindliche Kohlendioxidpolster 88 gefördert. Von dort aus gelangt die Flüssigkeit nach einer intensiven Anreicherung mit Koh­ lendioxid aufgrund ihres Eigengewichts nach unten, wobei sich eine im wesentlichen gleichmäßige Beaufschlagung des ringförmigen Raumes zwischen der Außenwand des Grundkörpers 3, 3′, 3′′ und derjenigen des Leitkörpers ergibt. In diesem Raum in Richtung zu dem Bodenbereich 33, 33′, 33′′ strömende Flüssigkeit gelangt über dessen unteres offenes Ende in den Leitkörper 59 und kann dort über die Öffnungen 50 der Zwi­ schenwand 49 in den oberhalb der Zwischenwand 49 gelegenen Bereich gelangen, der durch den Schwinger 43 beaufschlagt wird.

Neben einer intensiven Anreicherung der Flüssigkeit mit Kohlendioxid ergibt sich bei dieser, in einfacher Weise durch den Schwinger 43 erzeugten und durch ihn steuerbaren Flüssigkeitsströmung, auch eine im wesentlichen gleichmäßi­ ge, wirksame Abkühlung der Flüssigkeit. Im Falle des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels erstreckt sich der genann­ te ringförmige Zwischenraum nicht zwischen den Leitkörper 59 und der Wandung des Grundkörpers 3, 3′, sondern le­ diglich zur Innenfläche des Eismantels 19. Der Einsatz des Schwingers 43 führt weiterhin zu einem im wesentlichen ge­ räusch- und wartungsfreien Betrieb.

Bei Entnahme von mit Kohlendioxid angereicherter Flüssig­ keit über die Flüssigkeits-Ablaufleitung 67 wird über die Füllstandssonde 13, 13′, 13′′ für maximale Füllhöhe die Druckpumpe solange eingeschaltet, bis die maximale Füllhö­ he wiederum über die Füllstandssonde 13, 13′ bzw. 13′′ er­ faßt wird. Die angereicherte Flüssigkeit wird in nicht dar­ gestellter Weise bedarfsabhängig, beispielsweise über eine Mischeinrichtung, in ein Gefäß abgegeben.

Bei einem Absinken des Füllstandes unter die über die Füll­ standshöhe 15, 15′, 15′′ erfaßbare Mindestfüllhöhe wird der Schwinger 43 abgeschaltet. Ein Einschalten des Schwingers 43 erfolgt dabei wiederum dann, wenn über die Füllstands­ sonde 15, 15′, 15′′ erneut die Mindestfüllhöhe erfaßt wird.

In vorteilhafter Weise kann die Geschwindigkeitsrate, be­ treffend die über den Flüssigkeitszulauf 9, 9′, 9′′ in den Druckbehälter 1, 1′, 1′′ geförderte Flüssigkeit größer aus­ gelegt werden, als diejenige der über die Flüssigkeits-Ab­ laufleitung 67 aus dem Druckbehälter 1, 1′, 1′′ abführbaren Flüssigkeit. Damit wird ein Absinken des Flüssigkeitsstan­ des unter die Mindestfüllhöhe und gleichzeitig ein Abschal­ ten des Schwingers 43 vermieden.

Nachfließende Flüssigkeit wird unmittelbar mit der rest­ lichen Flüssigkeit innerhalb des Druckbehälters 1, 1′, 1′′ vermischt, abgekühlt und mit Kohlendioxid angereichert. Abhängig von der Menge der zugeführten wärmeren Flüssigkeit wird der Eismantel 19 abgetaut und es wird dann über die Eissonde 17, 17′ das Kühlaggregat erneut eingeschaltet. Dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechend wird anstelle des Eismantels die Flüssigkeitstemperatur über einen Tem­ peraturfühler 17′′ überwacht und bei einem entsprechenden Anstieg der Flüssigkeitstemperatur wird die das Peltierele­ ment 79 aufweisende Kühleinrichtung aktiviert.

Bei der Kühlung mit dem Peltierelement 79 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Schwinger 43 so betrieben, daß die Flüssigkeitsstrahlen 89 an dem durch das Peltierelement 79 gekühlten Deckel 5′′ bzw. auf dessen Auflage 82 aufpral­ len, um dort sofort abgekühlt zu werden. Das Peltierelement 79 ist dabei in nicht dargestellter Weise an eine Gleich­ spannungsquelle angeschlossen. Dabei kühlt sich dessen Un­ terseite ab und es kann aufprallende Flüssigkeit über den gut wärmeleitenden Deckel 5′′ gekühlt werden. Die sich dabei erwärmende Oberseite des Peltierelementes 79 steht mit dem Lamellenkühlkörper 81 in wärmeleitender Verbindung, der über eine durch das Gebläse 83 erzeugte Kühlungsströmung gekühlt werden kann.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Koh­ lendioxid, mit einem Druckbehälter, dem über einen Flüssigkeitszulauf eine vorgebbare Flüssigkeitsmen­ ge und über eine Gaszuführung Kohlendioxid mit vor­ gebbarem Druck zuführbar ist, durch das oberhalb der Flüssigkeitsmenge ein Kohlendioxid-Gaspolster gebildet wird, dem über eine Flüssigkeits-Ablaufleitung ange­ reicherte Flüssigkeit entnehmbar ist, und mit einer antreibbaren Einrichtung zum Erzeugen einer Flüssig­ keitsströmung, dadurch gekennzeich­ net, daß die antreibbare Einrichtung ein piezoelektrischer Schwinger (43) ist, der innerhalb eines von der Außenwand des Druckbehälters (1, 1′, 1′′) beabstandeten, im wesentlichen hohlzylin­ derförmigen Leitkörpers (59) in dem dem Gaspolster (88) benachbarten Bereich innerhalb der Flüssigkeitsmenge auf einem Schwingerhalter angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des piezoelektrischen Schwingers (43) im wesentlichen mit der Längsachse (38) des des Druckbehälters (1, 1′, 1′′) übereinstimmt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Druckbehälter (1, 1′, 1′′) ragende Ende des Leitkörpers (59) durch eine im wesentlichen ringförmige Stirnwand (61) teilweise ge­ schlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (61) in der dem Schwinger (43 abgewandten Richtung sich trichterförmig verjüngend ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwingerhalter und dem Leitkörper (59) eine mit mindestens seiner Durch­ gangsöffnung (50) versehene Zwischenwand (49) angeord­ net ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (49) in der dem Schwinger (43) abgewandten Richtung sich trichterförmig erweiternd ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingerhalter an einem in den Druckbehälter (1, 1′, 1′′) ragenden Ende eines Halterohres (39) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterohr (39) gegenüber dem Druckbehälter (1, 1′, 1′′) abgeschlossen ist und einen Kanal zur Auf­ nahme elektrischer Anschlußleitungen (44, 46) für den Schwinger (43) bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Halterohr (39) einstückig mit einer Flüssigkeits-Ablaufleitung (67) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch eine dem Druckbehälter (1, 1′, 1′′) zu­ geordnete Kühleinrichtung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein innerhalb und/oder außer­ halb der Außenwand des Druckbehälters (1, 1′) angeord­ netes Kühlrohr (27) aufweist.