DE3904018A1 - Verfahren und vorrichtung zur kohlensaeureanreicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kohlensäureanreicherung, welche entweder auf der Erde oder unter Bedingungen mit kleinster Schwer­ kraft im Weltraum anwendbar sind. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer nicht-entlüftenden, feder­ unterstützten Kohlensäureanreicherungsvorrichtung unter Bedingungen geringster Schwerkraft. Ferner befaßt sich die Erfindung mit dem Vermischen von Kohlendioxidgas und Wasser zur Bildung von mit Kohlensäure angereichertem Was­ ser, bei dem eine spezifische Masse des Kohlendioxidgases in ein spezifisches Wasservolumen gedrückt wird, um einen speziellen Kohlensäureanreicherungsgrad zu erzielen. Die­ se Vorrichtung und dieses Verfahren zur Kohlensäureanrei­ cherung stellen sicher, daß das Kohlendioxidgas in der Kohlensäureanreicherungsvorrichtung selbst unter Bedingun­ gen mit kleinster Schwerkraft in Lösung bleibt.

Es gibt viele Arten von Kohlensäureanreicherungsvorrich­ tungen. Beispielsweise ist in der US-PS 33 23 783 eine Gas/ Flüssigkeit-Kontaktiereinrichtung angegeben. Eine Ausfüh­ rungsform in diesem Patent ist angegeben, bei der ein Vor­ mischen und eine Hauptraumkammer verwendet werden. Da je­ doch die untere Kammer ein kleineres Volumen als die obere Kammer hat, bildet sich in der oberen Kammer bei dieser Vor­ richtung ein Kopfraum und eine Phasentrennung tritt daher bei dem Endprodukt auf. Auch verläßt überschüssiges Gas die Kohlensäureanreicherungsvorrichtung zusätzlich zu dem mit Kohlensäure angereicherten Wasser, und der Kohlensäure­ anreicherungsgrad wird bei dieser Vorrichtung durch die Wassertemperatur und den Kohlendioxidgasdruck bestimmt, so daß man hierbei eine komplizierte Überwachungseinrichtung benötigt. Ferner ist eine relativ komplizierte Kolbenanord­ nung bei der Vorrichtung nach der US-PS 33 23 783 erforder­ lich.

Weitere Auslegungsformen von Vorrichtungen zur Kohlensäurean­ reicherung von Wasser sind in der US-PS 46 29 589 angegeben, die den Titel "Getränkeausgabevorrichtung, die zur Verwendung im Weltraum geeignet ist" trägt. Dieses Patent ist auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen. Dieses Patent befaßt sich mit einer Anordnung zur Kohlensäureanreicherung von Wasser unter Bedingungen geringster Schwerkraft im Welt­ raum.

Es besteht ein Bedürfnis nach weiteren Verfahren und Vorrich­ tungen zur Kohlensäureanreicherung von Wasser unter Bedingun­ gen geringster Schwerkraft im Weltraum sowie auf der Erde. Eine solche Auslegung sollte sicherstellen, daß nur mit Koh­ lensäure angereichertes Wasser im Zustand ohne Schwerkraft ausgegeben wird und kein plötzlicher Ausstoß von Kohlendioxid­ gas erfolgt. Daher muß ein Kopfraum vermieden werden, und die jeweilige Vorrichtung sowie das jeweilige Verfahren sollten relativ leicht zu betreiben sein.

Die Erfindung zielt daher hauptsächlich darauf ab, eine Vor­ richtung und ein Verfahren zur Kohlensäureanreicherung bereit­ zustellen, welche sowohl unter Schwerkraftbedingungen von nahezu Null im Weltraum als auch auf der Erde betreibbar sind.

Ferner soll nach der Erfindung eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Kohlensäureanreicherung bereitgestellt werden, bei dem der plötzliche Ausstoß von Kohlendioxidgas vermieden wird.

Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Kohlensäureanreicherung, bei denen eine feste Kohlendioxidgasmenge in Lösung gebracht wird, um mit Kohlensäure angereichertes Wasser zu bilden, ohne daß freies Gas zurückbleibt.

Ferner sollen nach der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kohlensäureanreicherung angegeben werden, bei denen keine zusätzlich antreibbaren Pumpen zur Ausführung des Kohlensäureanreicherungsvorganges erforderlich sind.

Auch soll nach der Erfindung eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Kohlensäureanreicherung derart ausgelegt werden, daß man keinen Kopfraum während der Speicherung des mit Kohlensäure angereicherten Wassers hat, so daß keine Flüssig­ keit/Gas-Phasentrennung auftritt.

Des weiteren bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kohlensäureanreicherung bereitzustellen, bei denen eine feste Menge an Kohlendioxidgas in ein festes Wasservolumen gedrückt wird, so daß man einen festen bzw. vorbestimmten Kohlensäureanreicherungsgrad erhält, um zu vermeiden, daß die Wassertemperatur und der Kohlendioxid­ gasdruck überwacht werden müssen.

Ferner soll nach der Erfindung ein Kohlensäureanreicherungs­ system angegeben werden, das äußerst zuverlässig arbeitet und äußerst wartungsarm ist.

Ferner bezweckt die Erfindung, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Kohlensäureanreicherung anzugeben, bei denen kein überschüssiges Kohlendioxidgas aus der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung abgegeben wird.

Nach der Erfindung zeichnet sich hierzu eine Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung (Karbonateur) zur Erzeugung von mit Kohlensäure angereichertem Wasser dadurch aus, daß ein Be­ hälter zur Aufnahme von wenigstens Kohlendioxidgas und mit Kohlensäure angereichertes Wasser vorgesehen ist, ein be­ weglicher Kolben den Behälter in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, wobei die erste Kammer Kohlendioxidgas mit einem vorbestimmten Druck aufnimmt, daß eine Einrichtung zur selektiven Herstellung einer Verbindung zwischen der er­ sten Kammer und der zweiten Kammer vorgesehen ist, wobei diese Einrichtung zur selektiven Herstellung einer Verbin­ dung eine Offen- und Schließstellung hat, in der Offenstel­ lung das Kohlendioxidgas in der ersten Kammer sich zu der zweiten Kammer bewegen kann und in der Schließstellung eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer unter­ bunden ist, daß eine Einrichtung zur Druckkraftbeaufschlagung des Kolbens vorgesehen ist, um diesen derart zu bewegen, daß das Volumen der ersten Kammer reduziert wird, wenn die eine Verbindung herstellende Einrichtung offen ist, wobei bei der Bewegung des Kolbens das Kohlendioxidgas aus der ersten Kammer in die zweite Kammer gedrückt wird, daß eine Einrich­ tung das Wasser in die zweite Kammer einleitet, nachdem die zweite Kammer mit Kohlendioxidgas unter einem vorbestimmten Druck gefüllt ist, wobei das Wasser und das Kohlendioxid­ gas mit Kohlensäure angereichertes Wasser infolge der Druck­ bedingungen des Wassers und des Kohlendioxidgases bilden, und daß eine Einrichtung zur Ausgabe des mit Kohlensäure an­ gereicherten Wassers aus der zweiten Kammer vorgesehen ist, wobei der bewegliche Kolben zugleich sich mit dieser Ausgabe bewegt, um das Volumen der zweiten Kammer zu verkleinern, so daß das Kohlendioxidgas in Lösung bleibt, wobei die erste Kammer zugleich Kohlendioxidgas aufnimmt, wenn sich der be­ wegliche Kolben bewegt, um das Volumen der zweiten Kammer zu reduzieren.

Ein Verfahren zur Kohlensäureanreicherung von Wasser nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Kohlen­ säureanreicherungsvorrichtung verwendet wird, die einen beweglichen Kolben hat, welcher die Kohlensäureanreiche­ rungsvorrichtung in eine erste Kammer und eine zweite Kam­ mer unterteilt, daß Kohlendioxidgas der ersten Kammer zuge­ leitet wird, die ersten und zweiten Kammern derart in Ver­ bindung miteinander gebracht werden, daß der Druck in jeder Kammer ausgeglichen ist, daß der Kolben bewegt wird, um das Volumen der ersten Kammer zu reduzieren, daß Kohlendioxid­ gas von der ersten Kammer in die zweite Kammer in Abhängig­ keit von der Bewegung des Kolbens eintritt, daß die Ver­ bindung zwischen den Kammern abgesperrt wird, nachdem die zweite Kammer mit Kohlendioxidgas gefüllt ist, wobei das Kohlendioxidgas unter einem vorbestimmten Druck steht, das Wasser in die zweite Kammer eingeleitet wird, nachdem diese Verbindung abgesperrt ist, wobei das Wasser unter einem ge­ wünschten Druck steht, daß das Kohlendioxidgas und das Wasser in der zweiten Kammer zur Bildung von mit Kohlensäure angereichertem Wasser vermischt werden, wobei die Vermischung infolge der Drücke des Wassers und des Kohlendioxidgases erfolgt, daß das mit Kohlensäure angereicherte Wasser aus der zweiten Kammer ausgegeben wird, daß die Kolben zugleich mit der Ausgabe bewegt werden, um das Volumen der zweiten Kammer zu reduzieren, daß das nicht ausgeleitete und mit Kohlensäure angereicherte Wasser in der zweiten Kammer infolge der Bewegung des Kolbens zur Reduzierung des Volumens der zweiten Kammer in Lösung bleibt, und daß die erste Kammer mit Kohlendioxidgas zugleich mit der Bewegung des Kolbens zur Reduzierung des Volumens der zweiten Kammer wieder auf­ gefüllt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Kohlensäure­ anreicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die erste Kammer mit Kohlendioxid­ gas gefüllt wird,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der das Kohlendioxidgas von der ersten zu der zweiten Kammer bewegt wird,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die zweite Kammer mit Kohlendioxid­ gas gefüllt wird,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der das Wasser in die zweite Kammer eingeleitet wird,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der das mit Kohlensäure angereicherte Wasser sich in der zweiten Kammer befindet, und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Kohlensäurean­ reicherungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der das mit Kohlensäure angereicherte Wasser aus der zweiten Kammer ausgegeben wird, während sich die erste Kammer wiederum mit Kohlendioxidgas füllt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist eine nicht-entlüftende Kohlensäureanreicherungs­ vorrichtung 2 gezeigt, die unter Bedingungen kleinster Schwerkraft betreibbar ist. Diese Kohlensäureanreicherungs­ vorrichtung umfaßt eine erste Kammer 4 und eine zweite Kam­ mer 6, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese beiden Kam­ mern sind durch einen beweglichen Kolben 8 voneinander ge­ trennt. Der bewegliche Kolben 8 hat eine einheitliche Kon­ struktion derart, daß ein einziger Kolben den Aufnahmebe­ hälter 9 in die beiden Kammern 4 und 6 unterteilt.

Eine erste Rollmembran 10 ist auf der Seite des Kolbens 8 vorgesehen, die der ersten Kammer 4 zugewandt liegt. Eine zweite Rollmembran 12 ist auf der anderen Seite des beweg­ lichen Kolbens 8 vorgesehen. Diese Rollmembranen stellen sicher, daß man eine wirksame Dichtung mit niedriger Rei­ bung zwischen den beiden Kammern 4 und 6 aufrechterhalten kann.

In der ersten Kammer 4 befindet sich eine Feder 14. Diese Feder 14 erstreckt sich von dem Kolben zu einer Stirn­ wand der Kammer 4. Diese Feder ist im Grundzustand unter Spannung, so daß der Kolben 8 in die mit dem Pfeil 15 in Fig. 2 angedeutete Richtung gedrückt wird.

Eine Kohlendioxidgasleitung 16 ist für die erste Kammer 4 vorgesehen. Ein Einlaß 18 ist derart vorgesehen, daß Koh­ lendioxidgas in die Kammer 4 eingeleitet werden kann. Diese Kammer hat auch einen Kohlendioxidgasauslaß 20, der zu einer Kohlendioxidgasförderleitung 22 führt. Diese Leitung 22 hat ein Ventil 24, welches ermöglicht, daß die Verbindung zwi­ schen der ersten Kammer 4 und der zweiten Kammer 6 wahlweise hergestellt werden kann. Ein Rückschlagventil ist ebenfalls in dieser Leitung vorgesehen. Obgleich das Rückschlagventil 26 lediglich als ein Rückschlagventil gezeigt ist, können na­ türlich auch die Kohlendioxidgasleitungen 16 oder die Lei­ tungen 30 und 38 (die nachstehend noch näher erläutert werden) ebenfalls Rückschlagventile enthalten. Obgleich in der Zeich­ nung nicht gezeigt ist, kann auch die Kohlendioxidgasleitung 16 ein derartiges Ventil enthalten.

Die Kohlendioxidgas-Förderleitung 22 führt zu einem Kohlen­ dioxidgaseinlaß 28 in der zweiten Kammer 6, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese zweite Kammer 6 hat auch eine Was­ serleitung 30, welche ein Leitungsventil 32 und einen Wasser­ einlaß 34 hat. Diese zweite Kammer 6 hat auch einen Auslaß 40 für mit Kohlensäure angereichertes Wasser, der zu einer Lei­ tung 38 für mit Kohlensäure angereichertes Wasser führt, die ein Ventil 42 hat. Diese Elemente werden nachstehend näher erläutert. Wie ebenfalls in Fig. 3 gezeigt ist, enthält die zweite Kammer 6 eine Rühreinrichtung 44. Eine Ausnehmung 46 ist in dem beweglichen Kolben 8 auf der Seite des Kolbens vor­ gesehen, die der zweiten Kammer 6 zugewandt ist. Die Ausneh­ mung 46 ermöglicht, daß der Kolben 8 vollständig das Rühr­ werk 44 umschließt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung näher er­ läutert, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist. Zu Beginn wird die erste Kammer 4 mit Kohlendioxidgas über die Kohlendioxidgasleitung 16 gefüllt. Hierdurch wird bewirkt, daß der bewegliche Kolben 8 sich in der äußersten linken Stellung in der Zeichnung befindet, so daß das Volumen der zweiten Kammer 6 ein Minimum einnimmt. Das Volumen der ersten Kammer 4 nimmt an dieser Stelle ein Maximum ein. An­ schließend wird das Ventil 24 in der Kohlendioxidgasleitung 22 geöffnet. Das Kohlendioxidgas kann nun frei die erste Kammer 4 verlassen und über die Leitung 22 zu der zweiten Kammer 6 gelangen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das Koh­ lendioxidgas, das in den Kammern 4 und 6 ist, steht unter einem Druck von etwa 15, 17 bar Überdruck (22 psig).

Die Feder 14 ist derart vorgesehen, daß sie eine kleine Fe­ derkraft liefert, die so ausreichend groß ist, daß die Reibung des Kolbens überwunden wird, so daß sich der Kolben in die mit dem Pfeil 15 angedeutete Richtung bewegen kann. Diese Feder ist erforderlich, da der Druck in beiden Kam­ mern 4 und 6 ausgeglichen ist, nachdem das Ventil 24 ge­ öffnet ist. Mit einer derartigen Feder 14 kann die Bewegung des Kolbens 8 nicht erzielt werden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, bewegt sich der bewegliche Kolben 8 zu der am äußersten rechten Ende liegenden Position. In dieser Position nimmt das Volumen der ersten Kammer 4 ein Minimum und das Volumen der zweiten Kammer 6 ein Maximum ein. Es ist zu ersehen, daß das Volumen des Kohlendioxids, das von der ersten Kammer 4 verdrängt wurde, gleich dem Volumen des Kohlendioxids ist, das in der zweiten Kammer 6 aufgenommen wird. Eine derartige Auslegung stellt sicher, daß in der zweiten Kammer 6 eine geeignete Menge an Kohlendioxid vorhanden ist, wenn die An­ reicherung mit Kohlensäure vorgenommen wird. Diese Kohlen­ säureanreicherung wird nachstehend näher beschrieben.

Nachdem der Kolben 8 die in Fig. 3 gezeigte Position erreicht hat, wird das Ventil 24 geschlossen. Somit ist die erste Kammer 4 nicht mehr in Verbindung mit der zweiten Kammer 6. Die zweite Kammer 6 enthält nunmehr ein festes Volumen an Kohlendioxidgas unter etwa 2,5 bar absolut (2,5 Atmosphären absolut).

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird nunmehr das Rührwerk 44 einge­ schaltet. Gleichzeitig wird das Ventil 32 geöffnet, um zu ermöglichen, daß Wasser in die Kammer 6 eintritt. Dieses Wasser tritt in die Kammer mit 0°C (32°F) und einem Druck von etwa 20,68 bar Überdruck (30 psig) ein. Da 20,68 bar Überdruck (30 psig) über dem Sättigungsdruck von 2,5 Volumen bei 0°C (32°F) liegt, wird das Kohlendioxidgas in der zwei­ ten Kammer 6 zwangsweise in Lösung gehalten.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, füllt sich die Kammer 6 mit mit Kohlensäure angereichertem Wasser 36. Das Rührwerk 44 kann gestoppt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Das Ventil 32 wird geschlossen und das Wasser wird auf ein Volumen von 2,5 vollständig mit Kohlensäure angereichert. Wie vorstehend angegeben ist, stand das Kohlendioxidgas, das zu Beginn in die Kammer 4 eingetreten ist, unter einem Druck von 15,17 bar (22 psig). Unterschiedliche Kohlensäureanreicherungsgrade kann man dadurch erzielen, daß man den Kohlendioxidgasdruck­ regler in entsprechender Weise einstellt und verstellt, be­ vor das Kohlendioxidgas in die erste Kammer 4 der Kohlen­ säureanreicherungsvorrichtung eintritt.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, kann das Ventil 42 geöffnet werden, um zu ermöglichen, daß mit Kohlensäure angereicher­ tes Wasser abgegeben werden kann. Wenn das mit Kohlensäure angereicherte Wasser abgegeben wird, bewegt sich der beweg­ liche Kolben in Richtung des Pfeils 48. Somit bleibt das Volumen der zweiten Kammer 6 gleich jenem Volumen des darin enthaltenen und mit Kohlensäure angereicherten Wassers. Eine derartige Auslegung vermeidet, daß sich ein Kopfraum bildet, und es wird hierdurch sichergestellt, daß das Kohlen­ dioxidgas in Lösung bleibt. Somit kann ein stetiger Strom von mit Kohlensäure angereichertem Wasser ausgegeben wer­ den, und die Erzeugung eines plötzlichen Ausstoßes von Koh­ lendioxidgas während der Ausgabe wird vermieden.

Der Kolben 8 wird in Richtung des Pfeils 48 in Fig. 6 durch den Druck des Kohlendioxidgases bewegt, der in die erste Kammer 4 durch die Leitung 16 eintritt. Dieses Kohlendioxid­ gas steht unter einem Druck von etwa 15,17 bar Überdruck (22 psig), und es kann bewirken, daß der Kolben sich in die Richtung des Pfeils 48 nur dann bewegt, wenn das Ventil 42 offen ist. Das Ventil 42 kann ständig offengehalten werden, um das mit Kohlensäure angereicherte Wasser 36 vollständig auszugeben, oder es kann sequentiell geöffnet und ge­ schlossen werden, um entsprechend dem Wunsch mit Kohlen­ säure angereichertes Wasser auszugeben.

Wenn der bewegliche Kolben die in der Zeichnung ganz links liegende Lage einnimmt, so daß das Volumen der zweiten Kam­ mer 6 ein Minimum hat, erreicht man wiederum die in Fig. 1 dargestellte Position. Anschließend können die voranstehend beschriebenen Schritte wiederholt werden, so daß man sequen­ tiell eine Bildung und Ausgabe von mit Kohlensäure angerei­ chertem Wasser erzielen kann.

Auch ist noch zu erwähnen, daß die zweite Kammer 6, die zu Beginn mit Kohlendioxid gefüllt wird, dann mit einem glei­ chen Wasservolumen vollständig gefüllt wird, so daß kein zusätzliches Volumen mehr freibleibt, innerhalb dem sich ein Kopfraum bilden kann, der zu einer Phasentrennung führt. Diese Auslegung stellt somit sicher, daß sich ein Kopfraum in der zweiten Kammer 6 nicht bildet, und daß keine Phasen­ trennung in dem Endprodukt des mit Kohlensäure angereicher­ ten Wassers auftritt. Auch stellt diese Auslegung sicher, daß überflüssiges Gas nicht die Kohlensäureanreicherungs­ vorrichtung verläßt, und daß ferner kein überschüssiges Gas zur Umgebung hin abgeleitet wird. Da eine feste Kohlen­ dioxidgasmenge in ein festes Wasservolumen bei der vorlie­ genden Erfindung gedrückt wird, kann man einen festen Kohlen­ säureanreicherungsgrad erreichen. Daher brauchen bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik keine komplizierten Sensoren und Überwachungseinrichtungen verwendet zu werden. Ferner hat der bewegliche Kolben 8 eine einheitliche Auslegung. Daher läßt sich der Kolben leicht herstellen und er arbeitet äußerst wartungsarm.

Ferner wird die Vorrichtung nach der Erfindung durch den Was­ ser- und Kohlendioxidgasdruck sowie durch die Kraft der Feder 14 angetrieben. Diese Auslegung vermeidet die Verwendung von extern vorgesehenen Motoren oder Pumpen, wodurch sich die Arbeitsweise der Vorrichtung wesentlich vereinfacht.

Gesonderte Dosierpumpen zum Zumessen des Kohlendioxidgases, das in die zweite Kammer 6 eingeleitet wird, werden ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung vermieden, da das maximale Volumen der ersten Kammer 4 die Menge an Kohlendioxidgas be­ stimmt, die der zweiten Kammer 6 zugeleitet wird. Somit läßt sich das Zudosieren des Kohlendioxidgases auf genaue und einfache Weise vornehmen.

Auch ist noch zu erwähnen, daß die Kohlensäureanreicherungs­ vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung unter Be­ dingungen kleinster Schwerkraft im Weltraum sowie auf der Erde angewandt werden können. Auch ist es möglich, eine Mehr­ zahl von Kohlensäureanreicherungsvorrichtungen derart zu ver­ wenden, daß sie in einer vorbestimmten Phase betrieben wer­ den können, so daß eine kontinuierliche Ausgabe von mit Koh­ lensäure angereichertem Wasser möglich ist. Obgleich die Vorrichtung und das Verfahren zur Kohlensäureanreicherung im Zusammenhang mit der Ausgabe von mit Kohlensäure ange­ reichertem Wasser erläutert worden sind, können auf diese Weise auch alle anderen bekannten Lösungen mit Hilfe dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens zur Kohlensäureanreiche­ rung behandelt werden. Da ferner diese vorliegende Erfin­ dung dazu bestimmt ist, einen Gebrauch im Weltraum zu er­ möglichen, beziehen sich natürlich die Angaben in der Be­ schreibung im Hinblick auf oben oder unten, links oder rechts nur auf das Beispiel anhand der Zeichnung.

Obgleich die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungs­ form näher erläutert worden ist, sind selbstverständlich noch weitere Änderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungs­ gedanken zu verlassen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung zur Erzeugung von mit Kohlensäure angereichertem Wasser, gekenn­ zeichnet durch:
einen Behälter (9), welcher wenigstens Kohlendioxid­ gas und mit Kohlensäure angereichertes Wasser aufnimmt,
einen beweglichen Kolben (8), der den Behälter (6) in eine erste und zweite Kammer (4, 6) unterteilt, wobei die erste Kammer (4) Kohlendioxidgas mit einem vorbestimmten Druck aufnimmt,
eine Einrichtung (22, 24), welche selektiv eine Ver­ bindung zwischen der ersten Kammer (4) und der zweiten Kammer (6) herstellt, wobei die Einrichtung (24) zur Herstellung einer Verbindung eine Offen- und eine Schließstellung hat, wobei in der Offenstellung das Kohlendioxidgas in die erste Kammer (4) eintreten kann, um sich zu der zweiten Kammer (6) zu bewegen, und wobei in der Schließstellung die Ver­ bindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer (4, 6) unterbunden wird,
eine Einrichtung (14) zum Drücken des Kolbens (8) derart, daß sich dieser bewegt, um das Volumen der ersten Kammer (4) zu reduzieren, wenn die Einrichtung (24) zur Herstellung einer Verbindung ihren Offenzustand einnimmt, wobei die Bewegung des Kolbens (8) das Kohlendioxidgas von der ersten Kammer (4) zu der zweiten Kammer (6) drückt,
eine Leitungseinrichtung (30) zum Einleiten von Wasser mit einem vorwählbaren Druck in die zweite Kammer (6), wobei die Leitungseinrichtung (30) das Wasser in die zweite Kammer (6) einleitet, nachdem die zweite Kammer (6) mit Kohlendioxidgas mit einem vorbestimmten Druck gefüllt worden ist, und wobei das Wasser und das Kohlendioxidgas infolge der Drücke des Wassers und des Kohlendioxidgases mit Kohlensäure angereichertes Wasser bilden, und
eine zweite Leitungseinrichtung (40) zur Ausgabe von mit Kohlensäure angereichertem Wasser aus der zweiten Kam­ mer (6), wobei der bewegliche Kolben (8) zugleich sich bei der Ausgabe bewegt, um das Volumen der zweiten Kammer (6) zu reduzieren, und das Kohlendioxidgas in Lösung zu halten, und wobei die erste Kammer (4) zugleich Kohlendioxidgas aufnimmt, wenn sich der Kolben (8) bewegt, um das Volumen der zweiten Kammer (6) zu reduzieren.

2. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Roll­ membran (10, 12) vorgesehen ist, die mit dem beweglichen Kolben (8) zusammenarbeitet, um den Behälter (9) in die erste und zweite Kammer (4, 6) zu unterteilen, und daß die Einrichtung (22, 24) zur selektiven Herstellung einer Ver­ bindung eine Förderleitung (22) mit einem öffenbaren und schließbaren Ventil (24) aufweist, wobei die Förderleitung (22) zwischen der ersten und der zweiten Kammer (4, 6) verläuft.

3. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlensäure­ anreicherungsvorrichtung (2) zur Verwendung unter Bedin­ gungen mit kleinster Schwerkraft im Weltraum bestimmt ist.

4. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drücken des Kolbens (8) eine Feder (14) aufweist, die derart angeordnet ist, daß der bewegliche Kolben (8) so bewegt wird, daß das Volumen der ersten Kammer (4) ver­ kleinert wird, nachdem die Einrichtung (24) zum selektiven Herstellen einer Verbindung offen ist.

5. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) sich von einer Stirnwand der ersten Kammer (4) zu dem be­ weglichen Kolben (8) derart erstreckt, daß die Feder (14) im Grundzustand gespannt ist.

6. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rührwerk (44) in der zweiten Kammer (6) angeordnet ist, wobei das Rühr­ werk (44) betreibbar ist, um die Bildung von mit Kohlen­ säure angereichertem Wasser zu unterstützen.

7. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Druck des Kohlendioxidgases sich etwa auf 15,17 bar Überdruck (22 psig) beläuft und daß der gewünschte Druck des Wassers etwa 20,68 bar Überdruck (30 psig) beträgt.

8. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (4, 6) jeweils ein maximales Volumen haben, daß die erste Kammer (4) ein maximales Volumen hat, nachdem sie mit Kohlendioxidgas gefüllt ist und bevor die Einrich­ tung (22, 24) zur selektiven Herstellung einer Verbindung geöffnet wird, daß die zweite Kammer (6) ein maximales Vo­ lumen hat, nachdem sie mit mit Kohlensäure angereichertem Wasser gefüllt ist und bevor dieses mit Hilfe der Einrichtung (40) ausgegeben wird, daß das maximale Volumen der ersten Kammer (4) gleich dem maximalen Volumen der zweiten Kammer (6) ist, so daß das Volumen des aus der ersten Kammer (4) aus­ gegebenen Kohlendioxids gleich dem Volumen des in der zweiten Kammer (6) aufgenommenen Kohlendioxids ist, und daß die zweite Kammer (6) kein zusätzliches Volumen hat, in dem sich ein Kopfraum ausbilden kann, so daß eine Phasentrennung nicht auftreten kann, wenn die zweite Kammer (6) vollständig mit mit Kohlensäure angereichertem Wasser gefüllt ist.

9. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Kohlen­ dioxidgasmenge in die zweite Kammer (6) gedrückt wird, und daß ein festes Wasservolumen in die zweite Kammer (6) derart eingeleitet wird, daß man bei dem mit Kohlensäure angereicher­ tem Wasser einen festen Kohlensäureanreicherungsgrad erhält.

10. Vorrichtung zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kol­ ben (8) eine einteilige Auslegung hat, und daß die Bewegung des Kolbens (8) aus den Unterschieden der Drücke zwischen der ersten Kammer (4) und der zweiten Kammer (6) und aus der Drückeinrichtung (14) resultiert, wobei die Drückeinrichtung (14) eine Feder (14) aufweist, die sich von einer Stirnwand einer der Kammern (4, 6) zu dem beweglichen Kolben (8) er­ streckt.

11. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen einer Kohlensäureanreicherungsvorrich­ tung, die einen beweglichen Kolben hat, der die Kohlen­ säureanreicherungsvorrichtung in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt,
Zuführen von Kohlendioxidgas zu der ersten Kammer, Herstellen einer Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer derart, daß der Druck in jeder Kammer ausgeglichen wird,
Bewegen des Kolbens, um das Volumen der ersten Kammer zu verkleinern,
Drücken des Kohlendioxidgases von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens,
Absperren der Verbindung zwischen den Kammern, nachdem die erste Kammer mit Kohlendioxidgas gefüllt ist, wobei das Kohlendioxidgas unter einem vorbestimmten Druck steht,
Einleiten von Wasser in die zweite Kammer nach die­ ser Absperrung, wobei das Wasser unter einem gewünschten Druck steht,
Vermischen des Kohlendioxidgases und des Wassers in der zweiten Kammer, um mit Kohlensäure angereichertes Wasser zu bilden, wobei das Vermischen aufgrund des Drucks des Wassers und des Kohlendioxidgases erfolgt,
Ausgeben des mit Kohlensäure angereicherten Wassers aus der zweiten Kammer,
Bewegen des Kolbens gleichzeitig mit der Ausgabe, um das Volumen der zweiten Kammer zu verkleinern,
Halten des nicht-ausgegebenen und mit Kohlensäure angereicherten Wassers in der zweiten Kammer dadurch, daß der Kolben bewegt wird, um das Volumen der zweiten Kam­ mer zu verkleinern, und
Wiederauffüllen der ersten Kammer mit Kohlendioxid­ gas gleichzeitig mit der eine Verkleinerung des Volumens der zweiten Kammer bewirkenden Bewegung des Kolbens.

12. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte wiederholt ausgeführt werden, um sequentiell mit Kohlen­ säure angereichertes Wasser auszugeben.

13. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Kolbens zur Verkleinerung des Volumens der ersten Kammer ferner den Schritt umfaßt, gemäß dem eine Feder zur Unterstützung der Bewegung verwendet wird.

14. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ferner folgende Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen einer Feder unter Spannung, um eine selbsttätige Bewegung des Kolbens zu bewirken, nachdem die erste und die zweite Kammer in Verbindung miteinander gebracht wurden, und
Herabsetzen der Spannung der Feder, wenn sich der Kolben zur Verkleinerung des Volumens der ersten Kam­ mer bewegt.

15. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schritt vor­ gesehen ist, gemäß dem ein Rührwerk verwendet wird, um die Vermischung von Kohlendioxidgas mit Wasser zu unter­ stützen.

16. Verfahren zur Kohlensäureanreicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren unter Bedingungen mit kleinster Schwerkraft im Weltraum Anwendung findet.