DE102022123078A1

DE102022123078A1 - Method and device for enriching a liquid with carbon dioxide

Info

Publication number: DE102022123078A1
Application number: DE102022123078.3A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anreichern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Getränks, mit Kohlendioxid, bei dem die Flüssigkeit auf ein erstes Druckniveau gebracht und der Flüssigkeit eine Menge Kohlendioxid zugeführt wird, anschließend die Flüssigkeit von dem ersten auf ein zweites Druckniveau entspannt wird, wobei eine Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids aus der Flüssigkeit ausgast, und die aus der Flüssigkeit ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids auf dem zweiten Druckniveau abgeführt wird.

The invention relates to a method for enriching a liquid, in particular a drink, with carbon dioxide, in which the liquid is brought to a first pressure level and a quantity of carbon dioxide is supplied to the liquid, then the liquid is expanded from the first to a second pressure level, wherein a Subset of the supplied carbon dioxide is outgassed from the liquid, and the subset of carbon dioxide outgassed from the liquid is removed at the second pressure level.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anreichern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Getränks, mit Kohlendioxid.The present invention relates to a method for enriching a liquid, in particular a drink, with carbon dioxide.

Die Anreicherung von Kohlendioxid in Flüssigkeiten ist hinlänglich bekannt und wird üblicherweise auch als Karbonisierung bezeichnet. Hierunter versteht man im Allgemeinen das Versetzen von Getränken mit Kohlensäure, wie dies beispielsweise im Stand der Technik nach der DE 100 28 676 A1 erläutert wird.The accumulation of carbon dioxide in liquids is well known and is usually referred to as carbonization. This generally refers to the carbonation of drinks, as is the case, for example, in the prior art DE 100 28 676 A1 is explained.

Insbesondere im Lebensmittelbereich bestehen die zu karbonisierenden Getränke üblicherweise aus einem hohen Anteil an Wasser, welches sich durch eine hohe Affinität zur Absorbierung von Kohlendioxid auszeichnet. Diese Absorbierung geschieht immer dann, wenn die Oberfläche eines Wasserkörpers respektive ein Wasserteilvolumen in Kontakt mit einer relativ reinen Kohlendioxidatmosphäre gebracht werden. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, dass der Grad der endgültigen Absorption von Kohlendioxid von der Temperatur der Flüssigkeit und des Gases und vor allem auch von dem Druck abhängt, unter welchem Gas und Wasser miteinander in Kontakt gebracht werden.Particularly in the food sector, the drinks to be carbonated usually consist of a high proportion of water, which is characterized by a high affinity for absorbing carbon dioxide. This absorption always occurs when the surface of a body of water or a partial volume of water is brought into contact with a relatively pure carbon dioxide atmosphere. In this context, it is also known that the degree of final absorption of carbon dioxide depends on the temperature of the liquid and gas and, above all, on the pressure under which gas and water are brought into contact with each other.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass mit steigendem Druck in der Flüssigkeit die Menge des anzureichernden Kohlendioxids zunimmt, entsprechend kann ausgehend von einer gewünschten vorbestimmten Menge an Kohlendioxid ein sogenannter Sättigungsdruck bestimmt werden, mit welchem die Flüssigkeit beaufschlagt werden muss, um eine bestimmte vordefinierte Menge an Kohlendioxid in die Flüssigkeit einbringen zu können. Liegt das Druckniveau unterhalb dieses Sättigungsdruckes kann sich das Kohlendioxid nicht in der Flüssigkeit anreichern und liegt dann separat von der Flüssigkeit, z.B. in Form von Gasblasen, vor.In this context, it should be noted that as the pressure in the liquid increases, the amount of carbon dioxide to be enriched increases; accordingly, starting from a desired predetermined amount of carbon dioxide, a so-called saturation pressure can be determined, with which the liquid must be subjected to a certain predefined amount To be able to introduce carbon dioxide into the liquid. If the pressure level is below this saturation pressure, the carbon dioxide cannot accumulate in the liquid and is then present separately from the liquid, for example in the form of gas bubbles.

Nach dem Karbonisieren wird die Flüssigkeit üblicherweise auf einen vorbestimmten Fülldruck gebracht, damit diese über ein Füllelement in die Behälter, z.B. Getränkebehälter, eingefüllt werden kann. Hierbei besteht jedoch das Problem, das häufig unerwünschte Fremdgase (z.B. Stickstoff oder Sauerstoff) in der Flüssigkeit eingebunden sind und im Zuge der Druckentlastung Mikrobläschen bilden. Je nach Art der Flüssigkeit bzw. des Getränkes können diese Mikrobläschen zu einer starken Schaumbildung führen, welche die Behandlung und Abfüllung der Flüssigkeit massiv beeinträchtigt.After carbonization, the liquid is usually brought to a predetermined filling pressure so that it can be filled into the containers, e.g. beverage containers, via a filling element. However, the problem here is that undesirable foreign gases (e.g. nitrogen or oxygen) are often incorporated into the liquid and form microbubbles as the pressure is relieved. Depending on the type of liquid or beverage, these microbubbles can lead to strong foam formation, which massively impairs the treatment and filling of the liquid.

Vor diesem Hintergrund ist es oftmals gewünscht, die Fremdgase aus der Flüssigkeit zu entfernen, um eine entsprechende Schaumbildung zu vermeiden.Against this background, it is often desirable to remove the foreign gases from the liquid in order to avoid the formation of foam.

Hierbei ist es allgemein bekannt, die Wasserkomponente der Flüssigkeit vor der Karbonisierung in ein Vakuum zu spritzen, wobei im Zuge der starken Druckentlastung die Fremdatome aus der Flüssigkeit herausgelöst werden. Allerdings lässt sich dieses Verfahren nur in sehr begrenztem Maße bei Getränken einsetzen. Beispielsweise beinhaltet eine Vielzahl von Softdrinks neben einem Hauptanteil an Wasser einen weiteren Anteil an Sirup oder an Fruchtpulpe, so dass diese mit diesem Verfahren, welches auch als Vakuumentgasung bezeichnet wird, nicht behandelt werden können.It is generally known to inject the water component of the liquid into a vacuum before carbonization, whereby the foreign atoms are released from the liquid during the strong pressure relief. However, this process can only be used to a very limited extent for beverages. For example, a large number of soft drinks contain, in addition to a main proportion of water, a further proportion of syrup or fruit pulp, so that they cannot be treated with this process, which is also known as vacuum degassing.

Aus der EP 1 120 048 A2 ist es bekannt, die Flüssigkeit, bei der es sich insbesondere um ein Mischgetränk aus Wasser und Sirup handelt, zunächst auf ein gewünschtes Druckniveau zu bringen, welches dem Sättigungsdruck einer vorbestimmten Menge an Kohlendioxid entspricht. Sodann wird über einen gewissen Zeitraum kontinuierlich Kohlendioxid zugeführt, welcher sich jedoch nicht in der Flüssigkeit anreichern kann und unmittelbar nach Einbringen wieder aus der Flüssigkeit ausgast. Im Zuge dieser Ausgasung werden dann die Fremdgase herausgelöst und können zusammen mit dem Kohlendioxid abgezogen werden.From the EP 1 120 048 A2 It is known to first bring the liquid, which is in particular a mixed drink of water and syrup, to a desired pressure level, which corresponds to the saturation pressure of a predetermined amount of carbon dioxide. Carbon dioxide is then continuously supplied over a certain period of time, but this cannot accumulate in the liquid and gases out of the liquid again immediately after introduction. In the course of this outgassing, the foreign gases are then released and can be removed together with the carbon dioxide.

Wenngleich sich dieses Verfahren grundsätzlich bewährt hat, so ist es insbesondere im Sinne einer kontinuierlichen Verfahrensführung nur bedingt einsetzbar. Although this process has proven itself in principle, it can only be used to a limited extent, particularly in terms of continuous process management.

Insbesondere muss die Flüssigkeit über einen gewissen Zeitraum mit Kohlendioxid beaufschlagt werden, bevor eine Weiterverarbeitung, z.B. in einer Füllanlage, möglich ist.In particular, the liquid must be exposed to carbon dioxide over a certain period of time before further processing, for example in a filling system, is possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid, welches eine effektive Entfernung der Fremdgase ermöglicht und vorzugsweise zudem im Rahmen einer kontinuierlichen Verfahrensführung einsetzbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for enriching a liquid with carbon dioxide, which enables effective removal of foreign gases and can preferably also be used as part of a continuous process, as well as a device for carrying out such a method.

Gegenstand und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12.The object and solution to this problem is a method according to claim 1 and a device according to claim 12.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst die Flüssigkeit auf ein erstes Druckniveau gebracht und sodann der Flüssigkeit eine Menge Kohlendioxid zugeführt wird. Anschließend wird die Flüssigkeit von dem ersten auf ein geringeres zweites Druckniveau entspannt, wobei eine Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids aus der Flüssigkeit ausgast. Die ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids wird dann auf dem zweiten Druckniveau abgeführt.According to the invention it is provided that first the liquid is brought to a first pressure level and then a quantity of carbon dioxide is supplied to the liquid. The liquid is then expanded from the first to a lower second pressure level, with a portion of the carbon dioxide supplied being outgassed from the liquid. The outgassed portion of the carbon dioxide is then removed at the second pressure level.

Entsprechend ist es vorgesehen, dass zunächst im Zuge der Karbonisierung eine große Menge an Kohlendioxid in der Flüssigkeit angereichert wird, welche oberhalb einer gewünschten, vorbestimmten Soll-Menge liegt (Überkarbonisierung). Die gewünschte, vorbestimmte Soll-Menge richtet sich insbesondere nach der Art der Flüssigkeit bzw. nach der Art des Getränkes und wird im Vorfeld festgelegt. Um eine entsprechend große Menge an Kohlendioxid im Zuge der Karbonisierung in die Flüssigkeit einbringen zu können muss ein entsprechend hohes Druckniveau gewählt werden, damit ein ausreichend hoher Sättigungsdruck vorliegt. Im Zuge der Entspannung auf das zweite Druckniveau sinkt der Sättigungsdruck des Kohlendioxids, sodass eine Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids ausgast und im Zuge dessen die Fremdgase aus der Flüssigkeit entfernt. Die ausgegaste Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids kann dann zusammen mit den entfernten Fremdgasen auf dem zweiten Druckniveau abgeführt werden. Accordingly, it is envisaged that, in the course of carbonization, a large amount of carbon dioxide is initially enriched in the liquid, which is above a desired, predetermined target amount (over-carbonization). The desired, predetermined target quantity depends in particular on the type of liquid or the type of drink and is determined in advance. In order to be able to introduce a correspondingly large amount of carbon dioxide into the liquid during carbonization, a correspondingly high pressure level must be selected so that a sufficiently high saturation pressure is present. In the course of relaxation to the second pressure level, the saturation pressure of the carbon dioxide drops, so that a portion of the carbon dioxide supplied is outgassed and in the process the foreign gases are removed from the liquid. The degassed portion of the carbon dioxide supplied can then be removed together with the removed foreign gases at the second pressure level.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das zweite Druckniveau dem Sättigungsdruckniveau einer vorbestimmten Soll-Menge an Kohlendioxid in der Flüssigkeit entspricht. Wie bereits zuvor erläutert, handelt es sich bei der vorbestimmten Soll-Menge um die Menge an Kohlendioxid, welche in der fertigen, karbonisierten Flüssigkeit gewünscht ist. Dieser vorbestimmten Soll-Menge kann ein entsprechendes Sättigungsdruckniveau zugeordnet werden, welches erforderlich ist, um die vorbestimmte Soll-Menge an Kohlendioxid in die Flüssigkeit einbringen zu können. Durch die Entspannung von dem ersten auf das zweite Druckniveau wird gewährleistet, dass bereits die gewünschte Soll-Menge an Kohlendioxid in der Flüssigkeit auf dem zweiten Druckniveau vorliegt.It is particularly preferably provided that the second pressure level corresponds to the saturation pressure level of a predetermined target amount of carbon dioxide in the liquid. As already explained previously, the predetermined target amount is the amount of carbon dioxide that is desired in the finished, carbonated liquid. This predetermined target amount can be assigned a corresponding saturation pressure level, which is required in order to be able to introduce the predetermined target amount of carbon dioxide into the liquid. The relaxation from the first to the second pressure level ensures that the desired target amount of carbon dioxide is already present in the liquid at the second pressure level.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Druckniveau zwischen 1,2:1 und 3:1. Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen 1,5:1 und 2:1.According to a preferred embodiment, the ratio between the first and second pressure levels is between 1.2:1 and 3:1. The ratio is particularly preferably between 1.5:1 and 2:1.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass die Flüssigkeit nach dem Entspannen auf das zweite Druckniveau einem ersten Vorratsbehälter, z.B. einem Tank, zugeführt wird. Über einen entsprechenden Vorratsbehälter ist es dann in besonders einfacher Art und Weise möglich, die karbonisierte Flüssigkeit von dem ausgegasten Kohlendioxid zu trennen. Hierbei ordnet sich die ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids in einem oberen Bereich des Vorratsbehälters an und kann in einfacher Art und Weise abgeführt werden. Im Gegensatz dazu liegt die karbonisierte Flüssigkeit in einem unteren Bereich des Vorratsbehälter vor und kann entsprechend auch in einfacher Art und Weise z.B. der Füllanlage zugeführt werden. Neben einer einfacheren Trennung und Prozessführung kann der Vorratsbehälter auch noch einen gewissen Zeitpuffer ermöglichen, in dem eine Ausgasung der Flüssigkeit in einem ausreichenden Maße ermöglicht wird. Entsprechend steht der entspannten, karbonisierten Flüssigkeit ein gewisser Zeitrahmen für die Ausgasung der Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids zur Verfügung, bevor eine Zuführung in weitere Anlagenkomponenten, insbesondere die Füllanlage, vorgesehen ist.A further development of the invention further provides that the liquid is fed to a first storage container, for example a tank, after expansion to the second pressure level. Using a corresponding storage container, it is then possible to separate the carbonated liquid from the outgassed carbon dioxide in a particularly simple manner. The outgassed portion of the carbon dioxide is arranged in an upper region of the storage container and can be removed in a simple manner. In contrast, the carbonated liquid is present in a lower region of the storage container and can therefore also be supplied in a simple manner, for example to the filling system. In addition to simpler separation and process control, the storage container can also enable a certain time buffer in which the liquid can be degassed to a sufficient extent. Accordingly, the relaxed, carbonated liquid has a certain time frame available for the degassing of the subset of the carbon dioxide supplied before it is fed into further system components, in particular the filling system.

Bevorzugt kann die Flüssigkeit anschließend in einen zweiten Vorratsbehälter gefüllt und/oder einer Füllanalage bereitgestellt werden.Preferably, the liquid can then be filled into a second storage container and/or made available to a filling system.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass die Flüssigkeit im ersten Vorratsbehälter mit Mitteln zum Durchmischen der Flüssigkeit, insbesondere einem Rührwerk, und/oder mithilfe von Ultraschall-Wellen zum Unterstützen des Ausgasens von Kohlendioxid, behandelt wird.A preferred development of the invention further provides that the liquid in the first storage container is treated with means for mixing the liquid, in particular an agitator, and/or with the aid of ultrasonic waves to support the outgassing of carbon dioxide.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass die ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids einem nachströmenden Teil der Flüssigkeit zugeführt wird, bevor dieser auf das erste Druckniveau gebracht wird. Entsprechend kann die entnommene Teilmenge des Kohlendioxids für eine Vor-Karbonisierung der Flüssigkeit verwendet werden, sodass entsprechend die eingesetzte Menge des Kohlendioxids effektiv und ressourcenschonend eingebunden werden kann.A particularly preferred embodiment of the invention further provides that the degassed portion of the carbon dioxide is fed to a subsequent part of the liquid before it is brought to the first pressure level. Accordingly, the partial amount of carbon dioxide removed can be used for pre-carbonization of the liquid, so that the amount of carbon dioxide used can be incorporated effectively and in a resource-saving manner.

Eine solche Ausgestaltung ist besonders dann sinnvoll, wenn die ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids zunächst aufbereitet wird, bevor die ausgegaste Teilmenge des Kohlendioxids dem nachströmenden Teil der Flüssigkeit zugeführt wird. Diese Aufbereitung kann insbesondere vorsehen, dass die ausgegaste Teilmenge von Fremdgasen befreit wird, wobei die Fremdgase insbesondere herausgefiltert werden.Such a configuration is particularly useful if the outgassed subset of carbon dioxide is first processed before the outgassed subset of carbon dioxide is fed to the downstream part of the liquid. This processing can in particular provide for the outgassed subset to be freed from foreign gases, with the foreign gases in particular being filtered out.

Darüber hinaus kann die Zuführung der ausgegasten Teilmenge des Kohlendioxids bevorzugt auf einem dritten Druckniveau erfolgen, welches kleiner oder aber gleich dem zweiten Druckniveau ist. Gemäß einer solchen Ausgestaltung wird also die Flüssigkeit in einem Vor-Karbonisierungs-Schritt zunächst auf ein drittes Druckniveau gebracht und sodann mit der abgeführten Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids vorkarbonisiert. Die so vorkarbonisierte Flüssigkeit wird dann der eigentlichen Karbonisierungsstufe zugeführt, in der eine Zuführung von externem Kohlendioxid auf dem ersten Druckniveau erfolgt.In addition, the outgassed portion of carbon dioxide can preferably be supplied at a third pressure level, which is less than or equal to the second pressure level. According to such an embodiment, the liquid is first brought to a third pressure level in a pre-carbonization step and then pre-carbonized with the removed partial amount of the supplied carbon dioxide. The liquid pre-carbonized in this way is then fed to the actual carbonization stage, in which external carbon dioxide is supplied at the first pressure level.

Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Wasser oder ein Getränk, insbesondere ein Mischgetränk auf Wasserbasis. Das Mischgetränk kann insbesondere aus Wasser, aus Flüssigzucker, aus einem Sirup und/oder aus Aromen gebildet sein.The liquid is in particular water or a drink, in particular a water-based mixed drink. The mixed drink can in particular be formed from water, liquid sugar, a syrup and/or flavors.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zumindest der Wasseranteil der Flüssigkeit vor dem Zuführen von Kohlendioxid einer Entgasung, insbesondere einer Vakuumentgasung, unterzogen. Die Vakuumentgasung wurde bereits im Zuge des Standes der Technik erläutert und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren, bei dem das Wasser zunächst in ein Vakuum zerstäubt wird und hierdurch die in dem Wasser befindlichen Fremdgase entfernt werden. Durch die Vakuumentgasung ist es möglich, zumindest einen Teil der Fremdgase aus dem Wasser zu entfernen, wobei dann im Zuge der Überkarbonisierung mit anschließender Entspannung vor allem die Fremdgase aus dem Sirup entfernt werden. Eine Kombination der Vakuumentgasung und der Überkarbonisierung mit anschließender Entspannung ermöglicht eine besonders effektive Behandlung von Mischgetränken. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, auf eine Vakuumentgasung zu verzichten und allein durch die Überkarbonisierung mit anschließender Entspannung sowohl die Fremdgase aus dem Wasseranteil als auch aus dem Sirup gleichermaßen zu entfernen.According to a further development of the invention, at least the water portion of the liquid is subjected to degassing, in particular vacuum degassing, before carbon dioxide is supplied. Vacuum degassing has already been explained in the context of the prior art and refers in particular to a process in which the water is first atomized into a vacuum and the foreign gases in the water are thereby removed. Through vacuum degassing it is possible to remove at least some of the foreign gases from the water, with the foreign gases in particular being removed from the syrup in the course of over-carbonization with subsequent depressurization. A combination of vacuum degassing and over-carbonatation with subsequent relaxation enables particularly effective treatment of mixed drinks. Of course, it is also possible to forego vacuum degassing and to remove both the foreign gases from the water portion and from the syrup in equal measure through over-carbonization and subsequent expansion.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid, insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst eine Flüssigkeitsleitung, eine Kohlendioxid-führende Zuführleitung und zumindest eine erste Karbonisierungsstufe, in der die Kohlendioxid-führende Leitung hinter einem ersten Druckerzeuger mit der Flüssigkeitsleitung kommuniziert. Hinter der ersten Karbonisierungsstufe ist eine Entgasungseinheit vorgesehen, welche mit einer Kohlendioxid-führenden Abführleitung verbunden ist. Vorzugsweise die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.The invention furthermore relates to a device for enriching a liquid with carbon dioxide, in particular according to the method according to the invention. The device comprises a liquid line, a carbon dioxide-carrying supply line and at least a first carbonization stage in which the carbon dioxide-carrying line communicates with the liquid line behind a first pressure generator. Behind the first carbonization stage, a degassing unit is provided, which is connected to a discharge line carrying carbon dioxide. Preferably the device is set up to carry out the method according to the invention.

In diesem Zusammenhang wird sich immer auf eine betriebsgemäße Strömungsrichtung in der Vorrichtung bezogen, sodass beispielsweise die Entgasungseinheit stromabwärts von der ersten Karbonisierungsstufe angeordnet ist. Entsprechend erfolgt also auch erst ein Druckaufbau über den ersten Druckerzeuger in der Flüssigkeitsleitung und sodann die Zuführung von Kohlendioxid über die Kohlendioxid-führende Zuführleitung in die Flüssigkeit, welche innerhalb der Flüssigkeitsleitung transportiert wird.In this context, reference is always made to an operational flow direction in the device, so that, for example, the degassing unit is arranged downstream of the first carbonization stage. Accordingly, pressure is first built up via the first pressure generator in the liquid line and then carbon dioxide is supplied via the carbon dioxide-carrying supply line into the liquid, which is transported within the liquid line.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Entgasungseinheit ein Drosselventil auf, welches in der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist. Im Zuge des Durchlaufens dieses Drosselventils kann der Druck in der Flüssigkeitsleitung reduziert werden, sodass entsprechend auch der Sättigungsdruck fällt und eine Teilmenge des in der Flüssigkeit gebundenen Kohlendioxids ausgasen kann.According to a further development of the invention, the degassing unit has a throttle valve which is arranged in the liquid line. In the course of passing through this throttle valve, the pressure in the liquid line can be reduced, so that the saturation pressure also falls accordingly and a subset of the carbon dioxide bound in the liquid can outgas.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vor der ersten Karbonisierungsstufe eine zweite Karbonisierungsstufe vorgesehen, in der die Kohlendioxid-führende Abführleitung vor dem ersten Druckerzeuger und vorzugsweise hinter einem zweiten Druckerzeuger mit der Flüssigkeitsleitung kommuniziert. Eine solche Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren eine Vor-Karbonisierung vorsieht. Entsprechend kann dann das durch die Kohlendioxid-führende Abgasleitung abgeführte Kohlendioxid für die Vor-Karbonisierung verwendet werden. Die Karbonisierungsstufen sind hierbei im Wesentlichen gleich ausgebildet und weisen jeweils einen Druckerzeuger sowie einen die Kohlendioxid-führenden Leitungen mit der Flüssigkeitsleitung verbindenden Anschlussknoten auf.According to a development of the invention, a second carbonization stage is provided before the first carbonization stage, in which the carbon dioxide-carrying discharge line communicates with the liquid line in front of the first pressure generator and preferably behind a second pressure generator. Such a configuration is particularly suitable if the method according to the invention provides for pre-carbonization. Accordingly, the carbon dioxide discharged through the carbon dioxide-carrying exhaust pipe can then be used for pre-carbonization. The carbonization stages are designed essentially the same and each have a pressure generator and a connection node connecting the carbon dioxide-carrying lines with the liquid line.

Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Abscheideeinheit zur Abscheidung von Fremdgasen in der Kohlendioxid-führenden Abführleitung angeordnet ist. Entsprechend ist es möglich, über diese Abscheideeinheit die abgeführte Teilmenge des Kohlendioxids aufzubereiten, sodass die mitgerissenen Fremdgase nicht erneut der Flüssigkeit zugeführt werden können.Based on such a configuration, it is preferably provided that a separation unit for separating foreign gases is arranged in the discharge line carrying carbon dioxide. Accordingly, it is possible to process the removed partial amount of carbon dioxide via this separation unit, so that the entrained foreign gases cannot be fed back into the liquid.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass die Kohlendioxid-führende Zuführleitung und die Kohlendioxid-führende Abführleitung jeweils über ein steuerbares Ventil mit der Flüssigkeitsleitung verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, die zugeführte Menge an Kohlendioxid aktiv zu steuern.A further development of the invention further provides that the carbon dioxide-carrying supply line and the carbon dioxide-carrying discharge line are each connected to the liquid line via a controllable valve. This makes it possible to actively control the amount of carbon dioxide supplied.

Ferner kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, welche mit den steuerbaren Ventilen jeweils über ein Signalkabel verbunden ist. Entsprechend kann dann über die Steuereinheit aktiv die zugeführte Menge an Kohlendioxid gesteuert werden. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, den ersten und/oder den zweiten Druckerzeuger ebenfalls über ein weiteres Signalkabel mit der Steuereinheit zu verbinden. Entsprechend ist auch eine Anpassung der Druckniveaus je nach verwendeter Flüssigkeit möglich. Eine Weiterbildung sieht ferner Messeinrichtungen in der Flüssigkeitsleitung vor, welche zur Bestimmung des Durchflusses und/oder des Kohlenstoffgehaltes ausgebildet sind. Diese Messeinrichtungen können dann ebenfalls mit der Steuereinheit über ein Signalkabel verbunden werden, wobei eine Steuerung der steuerbaren Ventile auf Basis des gemessenen Volumenstromes und/oder auf Basis der gemessenen Kohlenstoffgehalte erfolgen kann.Furthermore, a control unit can be provided, which is connected to the controllable valves via a signal cable. Accordingly, the amount of carbon dioxide supplied can then be actively controlled via the control unit. In this context, it is also conceivable to connect the first and/or the second pressure generator to the control unit via another signal cable. Accordingly, it is also possible to adjust the pressure levels depending on the liquid used. A further development also provides measuring devices in the liquid line, which are designed to determine the flow and/or the carbon content. These measuring devices can then also be connected to the control unit via a signal cable, with the controllable valves being able to be controlled based on the measured volume flow and/or based on the measured carbon contents.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit Kohlendioxid;
2 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. Show it:

1 a schematic representation of a device according to the invention for enriching a liquid with carbon dioxide;
2 an alternative embodiment of the device according to the invention.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit einer Flüssigkeitsleitung 1, in der ein Getränk während der Karbonisierung gefördert wird.The 1 shows a device according to the invention for enriching a liquid with a liquid line 1 in which a drink is conveyed during carbonation.

Für die Karbonisierung sind insgesamt zwei Karbonisierungsstufen, nämlich eine erste Karbonisierungsstufe 2 und eine zweite Karbonisierungsstufe 3, vorgesehen, wobei die zweite Karbonisierungsstufe 3 in Strömungsrichtung vor der ersten Karbonisierungsstufe 2 angeordnet ist und für eine Vor-Karbonisierung der in der Flüssigkeitsleitung 1 angeordneten Flüssigkeit vorgesehen ist.A total of two carbonization stages are provided for the carbonization, namely a first carbonization stage 2 and a second carbonization stage 3, the second carbonization stage 3 being arranged in the flow direction in front of the first carbonization stage 2 and being provided for pre-carbonization of the liquid arranged in the liquid line 1 .

Bei der Flüssigkeit handelt es sich in dem vorliegenden Fall insbesondere um ein Getränk, welches einerseits einen Wasseranteil und andererseits einen Anteil aus Sirup aufweist.In the present case, the liquid is in particular a drink which has, on the one hand, a water component and, on the other hand, a syrup component.

In der ersten Karbonisierungsstufe 2 wird die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1 über einen ersten Druckerzeuger 4 auf ein erstes Druckniveau gebracht und sodann eine Menge an Kohlendioxid zugeführt. Hierzu steht die Flüssigkeitsleitung 1 an einem ersten Anschlussknoten 5 mit einer Kohlendioxid-führenden Zuführleitung 6 in Wirkverbindung, wobei die Kohlendioxid-führende Zuführleitung 6 an eine Kohlendioxidquelle 7 angeschlossen ist. Die zugeführte Menge an Kohlendioxid kann über ein erstes stellbares Ventil 8a eingestellt werden.In the first carbonization stage 2, the liquid in the liquid line 1 is brought to a first pressure level via a first pressure generator 4 and a quantity of carbon dioxide is then supplied. For this purpose, the liquid line 1 is in operative connection at a first connection node 5 with a carbon dioxide-carrying supply line 6, the carbon dioxide-carrying supply line 6 being connected to a carbon dioxide source 7. The amount of carbon dioxide supplied can be adjusted via a first adjustable valve 8a.

Die Besonderheit des Verfahrens ist darin begründet, dass der Druckerzeuger 4 die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1 auf ein relativ hohes erstes Druckniveau fördert, welches dazu geeignet ist, dass sich eine große Menge an Kohlendioxid in der Flüssigkeit anreichern kann. Diese Menge an Kohlendioxid ist größer als eine gewünschte, vorbestimmte Menge an Kohlendioxid in dem fertigen Getränk.The special feature of the method is that the pressure generator 4 delivers the liquid in the liquid line 1 to a relatively high first pressure level, which is suitable for a large amount of carbon dioxide to accumulate in the liquid. This amount of carbon dioxide is greater than a desired, predetermined amount of carbon dioxide in the finished beverage.

Sodann wird die Flüssigkeit einer Entgasungseinheit 9 zugeführt, welche ein Drosselventil 10 aufweist, welches in der Flüssigkeitsleitung 1 angeordnet ist und eine Absenkung des Druckniveaus auf ein erstes Druckniveau bewirkt. Dieses zweite Druckniveau richtet sich nach dem Sättigungsdruck für die vorbestimmte Menge an Kohlendioxid in der Flüssigkeit. Durch die Herabsetzung des Druckniveaus wird eine Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids herausgelöst, wobei sowohl die herausgelöste Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids als auch die karbonisierte Flüssigkeit einem ersten Vorratsbehälter 11 zugeführt werden, in dem sich die karbonisierte Flüssigkeit von der ausgegasten Teilmenge des zugeführten Kohlendioxids absetzen kann.The liquid is then fed to a degassing unit 9, which has a throttle valve 10 which is arranged in the liquid line 1 and causes the pressure level to be reduced to a first pressure level. This second pressure level depends on the saturation pressure for the predetermined amount of carbon dioxide in the liquid. By reducing the pressure level, a subset of the carbon dioxide supplied is released, with both the released subset of the supplied carbon dioxide and the carbonated liquid being fed to a first storage container 11, in which the carbonated liquid can separate from the degassed subset of the supplied carbon dioxide.

Im Zuge der Ausgasung des Kohlendioxids werden dann auch Fremdgase aus der Flüssigkeit gelöst, wobei es sich vor allem um Sauerstoff und Stickstoff handelt. Diese Fremdgase können über eine Kohlendioxid-führende Abführleitung 12 abgeführt werden, wobei die Fremdgase in einer Abscheideeinheit 13 abgetrennt werden. Der so aufbereitete Kohlenstoff kann über die Kohlendioxid-führende Abführleitung 12 der zweiten Karbonisierungsstufe 3 zugeführt werden, wobei zunächst ein zweiter Druckerzeuger 14 die Flüssigkeit auf ein drittes Druckniveau bringt und sodann an einem zweiten Anschlussknoten 15 das Kohlendioxid aus der Kohlendioxid-führenden Abführleitung 12 zugeführt wird. Auch hier ist ein steuerbares Ventil 8b vorgesehen, über das die zugeführte Kohlendioxidmenge gesteuert werden kann.During the outgassing of the carbon dioxide, foreign gases are also released from the liquid, primarily oxygen and nitrogen. These foreign gases can be removed via a carbon dioxide-carrying discharge line 12, with the foreign gases being separated in a separation unit 13. The carbon prepared in this way can be fed to the second carbonization stage 3 via the carbon dioxide-carrying discharge line 12, whereby first a second pressure generator 14 brings the liquid to a third pressure level and then the carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide-carrying discharge line 12 at a second connection node 15 . Here too, a controllable valve 8b is provided, via which the amount of carbon dioxide supplied can be controlled.

Zur Steuerung ist eine Steuereinheit 16 vorgesehen, welche sowohl mit den steuerbaren Ventilen 8a, 8b der Karbonisierungsstufen 2, 3 als auch mit diversen Messeinrichtungen jeweils über ein Signalkabel verbunden ist. Bei diesen Messeinrichtungen handelt es sich um Durchflussmesser 17, sowie Kohlendioxid-Messeinrichtungen 18, welche den Kohlendioxidgehalt in der Flüssigkeit messen.A control unit 16 is provided for control, which is connected to both the controllable valves 8a, 8b of the carbonization stages 2, 3 and to various measuring devices via a signal cable. These measuring devices are flow meters 17 and carbon dioxide measuring devices 18, which measure the carbon dioxide content in the liquid.

Nachdem die Flüssigkeit in einem ausreichenden Maße karbonisiert wurde, kann diese einer Füllanlage zur Verfügung gestellt werden. Ergänzend kann auch ein zweiter Vorratsbehälter 19 vorgesehen sein, wobei dann über eine Pumpeinrichtung 20 die Flüssigkeit aus dem ersten Vorratsbehälter 11 abgezogen und dem zweiten Vorratsbehälter 19 zugeführt wird.After the liquid has been carbonized to a sufficient extent, it can be made available to a filling system. In addition, a second storage container 19 can also be provided, in which case the liquid is then withdrawn from the first storage container 11 via a pump device 20 and fed to the second storage container 19.

Die 2 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die überkabonisierte Flüssigkeit zunächst in einen Pufferbehälter 21 gepumpt wird, wobei in dem Pufferbehälter 21 keine Beeinflussung der Flüssigkeit erfolgt. Sodann erfolgt die Druckentlastung in der Entgasungseinheit 10 und das Einbringen in den ersten Vorratsbehälter 11. Von dem Vorratsbehälter 11 wird die Flüssigkeit direkt über die Pumpeinrichtung 20 in eine Füllanlage gepumpt.The 2 shows an embodiment in which the carbonized liquid is first pumped into a buffer container 21, with the liquid not being influenced in the buffer container 21. The pressure is then relieved in the degassing unit 10 and introduced into the first storage container 11. The liquid is pumped from the storage container 11 directly into a filling system via the pump device 20.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: FlüssigkeitsleitungFluid line
22: erste Karbonisierungsstufefirst carbonization stage
33: zweite Karbonisierungsstufesecond carbonization stage
44: erster Druckerzeugerfirst pressure generator
55: erster Anschlussknotenfirst connection node
66: Kohlendioxid-führende ZuführleitungCarbon dioxide-carrying supply line
77: KohlendioxidquelleCarbon dioxide source
8a8a: erstes stellbares Ventilfirst adjustable valve
8b8b: zweites stellbares Ventilsecond adjustable valve
99: EntgasungseinheitDegassing unit
1010: DrosselventilThrottle valve
1111: erster Vorratsbehälterfirst storage container
1212: Kohlendioxid-führende AbführleitungCarbon dioxide-carrying discharge line
1313: AbscheideeinheitSeparation unit
1414: zweiter Druckerzeugersecond pressure generator
1515: zweiter Anschlussknotensecond connection node
1616: SteuereinheitControl unit
1717: Durchflussmesserflow meter
1818: Kohlendioxid-MesseinrichtungenCarbon dioxide measuring devices
1919: zweiter Vorratsbehältersecond storage container
2020: PumpeinrichtungPumping device
2121: PufferbehälterBuffer container

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10028676 A1 [0002]
EP 1120048 A2 [0008]

Claims

Method for enriching a liquid, in particular a drink, with carbon dioxide, in which - the liquid is brought to a first pressure level and a quantity of carbon dioxide is added to the liquid, - the liquid is then expanded from the first to a second pressure level, with a portion of the carbon dioxide supplied being outgassed from the liquid, - And the subset of carbon dioxide gassed out of the liquid is removed at the second pressure level.

Procedure according to Claim 1 , wherein the second pressure level corresponds to the saturation pressure level of a predetermined target amount of carbon dioxide in the liquid.

Method according to one of the preceding claims, wherein the liquid is fed to a first storage container (11) after expansion to the second pressure level.

Procedure according to Claim 3 , wherein the liquid is then filled into a second storage container (19) and / or provided to a filling system.

Procedure according to Claim 3 or 4 , characterized in that the liquid in the first storage container (11) is treated with means for mixing the liquid and / or using ultrasonic waves.

Method according to one of the preceding claims, wherein the degassed portion of the carbon dioxide is supplied to a downstream part of the liquid before it is brought to the first pressure level.

Procedure according to Claim 6 , wherein the outgassed subset of carbon dioxide is processed, in particular at least partially freed from foreign gases, before the outgassed subset of carbon dioxide is fed to the inflowing part of the liquid.

Procedure according to Claim 6 or 7 , whereby the outgassed portion of carbon dioxide is supplied at a third pressure level.

Procedure according to Claim 8 , where the third pressure level is less than or equal to the second pressure level.

A method according to any preceding claim, wherein the liquid is water or a water-based beverage.

Procedure according to Claim 10 , wherein at least the water portion of the liquid is subjected to degassing, in particular vacuum degassing, before carbon dioxide is supplied.

Device for enriching a liquid with carbon dioxide, in particular according to a method according to one of the preceding claims, with a liquid line (1), a carbon dioxide-carrying supply line (6) and at least one first carbonization stage (2), in which the carbon dioxide-carrying supply line ( 6) communicates with the liquid line (1) behind a first pressure generator (4) and a degassing unit (9) is provided behind the first carbonization stage (2), which is connected to a discharge line (12) carrying carbon dioxide.

Device according to Claim 12 , wherein the degassing unit (9) has a throttle valve (10) which is arranged in the liquid line (1).

Device according to one of the Claims 11 until 13 , wherein a second carbonization stage (3) is provided in front of the first carbonization stage (2), in which the carbon dioxide-carrying discharge line (12) is connected to the liquid line (1) in front of the first pressure generator (4) and preferably behind a second pressure generator (14). communicated.

Device according to one of the Claims 11 until 14 , wherein a separation unit (13) for separating foreign gases is arranged in the carbon dioxide-carrying discharge line (12).

Device according to one of the Claims 11 until 15 , wherein the carbon dioxide-carrying supply line (6) and the carbon dioxide-carrying discharge line (12) are each connected to the liquid line (1) via a controllable valve (8a, 8b).

Device according to Claim 16 , wherein a control unit (16) is provided, which is connected to the controllable valves (8a, 8b) via a signal cable.