DE10044697A1

DE10044697A1 - Verfahren und Vorrichtung zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in flüssige Medien

Info

Publication number: DE10044697A1
Application number: DE2000144697
Authority: DE
Inventors: Frank Herrmann; Uwe Wuerdig
Original assignee: Frank Herrmann; Uwe Wuerdig
Current assignee: WÜRDIG, UWE, DIPL.-ING., 13086 BERLIN, DE
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in flüssige Medien, mit der Aufgabe, ein Übertragen von Gasen mit hoher Genauigkeit der Aufbereitung und Druckkonstanz bei Gewährleistung langer Ansatzzeiten zu gestatten. Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser unter Verwendung eines in eine Halterung eingeordneten porigen Dosiermittels, dem an seiner Eingangsseite ein Gas mit hohem Druck zugeführt wird, das im Dosiermittel während seines Durchfließens druckgemindert, reguliert und feinblasig strukturiert, in seiner Menge dosiert, an dessen gegenüberliegender Übergangsseite austretend, einer Überleitungsstelle zugeführt wird, in der das Gas, nochmals druckreguliert, in das vorbeiströmende flüssige Medium zum Einfließen gebracht wird, die einen Verschluss aufweist, mit der das Dosiermittel vor einer Benetzung des flüssigen Mediums bewahrt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser, über ein poriges Dosiermittel und eine Vorrichtung zum stufenlosen Eintragen des Gases in die Flüssigkeit.

Es ist bekannt, Gase in flüssige Medien einzutragen und ihr Volumen durch eine Aufteilung in feine Perlen zu vergrößern. Dazu sind im Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche das Eintragen des Gases und die Erzeugung seiner Perligkeit über poröse Werkstoffe gewährleisten.

Die DE A 13 02 185 stellt eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Wasser mit einem Gas vor, bei der das Gas und das Wasser in eine Kühlschlange gegeben und in einem Behälter angeordnet ist. Das Gas wird mit dem Wasser unter hohem Druck zusammengeführt. Dazu wird ein poröser Körper verwendet, der in ein Wasserzulaufrohr ragt, dessen unteres Ende oberhalb der Mündung eines Auslaufsteigerohres liegt. Die Vorrichtung gewährleistet wohl einen Übergang des Gases in das Wasser und gleichzeitig eine Regulierung des Druckgefälles, gestattet aber keine dauerhafte Verwendung und Funktionstüchtigkeit.

Die Schrift DE C2 31 30 597 stellt ein Verfahren zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum biologischen Aufbereiten von Abwasser, in einem Bioreaktor vor. Dabei wird der Teilstrom oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels im zentralen Bereich des Behälterbodens aus dem Umlaufstrom abgezweigt, mit Gas angereichert und der so behandelte Teilstrom im peripheren Bereich des Behälterbodens dem Umlaufstrom zugeführt. In einer Ausgestaltungsform wird für die Eintragung des Gases, vorrangig normale Umgebungsluft, eine Vorrichtung verwendet, die porös ausgebildet ist.

Die DE U1 297 07 300 offenbart eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden. Hier wird ein erstes Fluid einem zweiten feinteilig und homogen beigemischt. Der dazu verwendete poröse Körper ist beispielsweise aus einer Sinterbronze gebildet und am Kopf einer Lanzette eingeführt, welche in den Flüssigkeitsstrom hineinragt. Anwendung soll die Erfindung bei der Herstellung von vermischten Flüssigkeits-Gas-Gemengen, Gas-Gas- Gemischen, in den Bereichen der Medizin, Pharmamedizin und Ernährungstechnik finden.

Die EP A1 476 732 kennzeichnet eine erfindungsgemäße Lösung, gemäß der ein Mündungsbereich eine Begasungsdüse mit einer Abdeckung aufweist, der einer vom Gas durchströmten Kammer vorgeordnet ist. Das untere Ende der Kammer wird durch einen gasdurchlässigen Rost gebildet. Zwischen diesem und der Abdeckung befinden sich in der so gebildeten Kammer zahlreiche Festkörper, die unter der Wirkung des den Rost und die Kammer durchströmenden Gases ein Wirbelbett bilden.

In der EP A2 945 169 ist eine Vorrichtung unter Schutz gestellt, die ein Rohr mit einem vertikal darauf gerichteten Aufsatz vorstellt, in den ein lanzettenartig in das horizontale Rohr ragendes Dosierstück eingefügt ist, welches in seiner Neigung der Strömungsrichtung der Flüssigkeit folgend an seinem vorderen kopfartig ausgebildeten Ende eine Vorrichtung trägt, über die das Gas in die Flüssigkeit eingetragen wird. Das Gas durchströmt dabei Kanäle und wird über diese einem äußeren Ring zugeführt, der aus gesintertem Material gebildet ist und das Gas feinporig in die umspülende Flüssigkeit einleitet. In einer Ausführungsform der offenbarten Lösung ist der Lanzette eine Dosiereinrichtung vorgeordnet bzw. die Lanzette in schräger Richtung in das Rohr eingeführt. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, dass das poröse Material so eingeordnet ist, dass seine Funktionsdauer sehr eingeschränkt erscheint. Es ist nicht erkennbar, dass dem porösen Material eine über das feinperlig auszubildende Gas hinausgehende Funktion zugeordnet worden ist.

Die WO 99/29404 zeigt eine Möglichkeit, Gas dosiert in vorbeigeführte Flüssigkeiten zu leiten. Das Gas wird druckbeaufschlagt in die Flüssigkeit eingegeben, ohne den ursprünglichen Druck zu variieren und leitet sich feinporig gestaltet in die Flüssigkeit ein. Durch das Verfahren wird eine homogene Mischung und Dosierung erreicht und eine damit bestückte Abfüllmaschine kann kontinuierlich arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser, über ein poriges Dosiermittel und eine Vorrichtung zum stufenlosen Eintragen des Gases in die Medien zu schaffen, mittels denen ein Übertragen von Gasen in die Medien mit hoher Genauigkeit der Aufbereitung und Druckkonstanz bei Gewährleistung langer Einsatzzeiten vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung ist vorteilhaft ausgestaltet, wenn mit dem Durchdringen der Dosierstelle das konditionierte Gas den erforderlichen Druck und die notwendige Feinperligkeit zum Eintragen in das flüssige Medium erreicht. Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft ausgestaltet, wenn das Gas in seiner Übergangsstelle im Bereich des bewegten flüssigen Mediums einer weiteren Druckregulierung ausgesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erhält eine Ausgestaltung durch eine Vorrichtung zum mengen- und druckregulierten Eintrag von Gas in flüssige Medien, die in einem von dem flüssigen Medium durchflossenen Gehäuse eingeordnet ist. Der Vorrichtung ist ein Dosiermittel zugeordnet, das in dem Gehäuse aufgenommen, einseitig an seiner Eingangsseite mit einem unter Druck gehaltenen Gas beaufschlagt, durchflossen wird. Die Ausgangsseite des Dosiermittels ist einer Gasüberleitungsstelle zugerichtet, die von einer das flüssige Medium von dem Dosiermittel fernhaltenden Manschette fest und kraftschlüssig umschlossen ist.

Die Erfindung ist vorteilhaft ausgebildet, wenn das Dosiermittel mit der Gasüberleitungsstelle durch eine lanzettenartige Führung verbunden ist, in der das aus dem Dosiermittel mit einem konstanten Druck feinperlig austretende Gas aus der in das flüssige Medium ragende Gasüberleitungsstelle zugeordnet ist, die Gasauslassöffnungen trägt. Die Gasauslassöffnungen sind von der Manschette fest umschlossen. Die Manschette verschließt dadurch die Gausauslassöffnungen von außen gegen den Zutritt des flüssigen Mediums, in welches die lanzettenartige Führung eingetaucht ist. Durch die Abschirmung des Innenraumes der lanzettenartigen Führung ist es gewährleistet, dass die Dosierstelle von Schwebestoffen des flüssigen Medium unberührt bleibt und ihre Porigkeit nicht durch die Ablage der Schwebestoffe des flüssigen Mediums verliert. Wie dargestellt, verschließt die Manschette die Gasauslassöffnung mit einer konstanten Spannung und liegt fest an den zylindrischen Außenflächen, die Öffnungen überspannend, an. Sie hat die Funktion eines Membran. Die konstante Spannung erzeugt einen Flächendruck der Innenfläche der Manschette in einer spezifischen Größe, welche aus dem Dosiermittel der Gasüberleitungsstelle zufließt. Das Gas hat den Druck zu überwinden, um in dem Spalt zwischen der Manschette und der lanzettenartigen Führung hindurch zu gelangen und mit dem flüssigen Medium in Kontakt zu kommen. Bei konstantem Druck der Manschette und gleichbleibendem Außendruck erfolgt eine zusätzliche Feinkonditionierung des in dem Dosiermittel druckkonstant und feinperlig eingestellten Gases, insbesondere eines Sauerstoffs. Das Gas tritt zwischen den Anlageflächen gleitend aus, ist dabei druckkonstant und hat eine weitergehende gleichmäßigere Perlung erhalten, wie an der Übergangsseite der Dosierstelle. Die Erfindung ist dadurch ausgeformt, dass das Dosiermittel ein Diaphragma ist, durch welches das Gas in einem konstanten Druck gehalten, in eine perlige Struktur gebracht, bewegt ist. Die Einrichtung ist dadurch erfindungsgemäß weiter ausgebildet, dass das Diaphragma an den parallel zu seiner Längsmittenachse verlaufenden Seitenflächen abgedichtet umschlossen, in den Einsatz der Einrichtung eingeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung weist eine Vielzahl von den Stand der Technik überragenden Vorzügen auf. Zum einen gewährleistet die erfindungsgemäße Einrichtung in ihrer Gestaltung die Erzeugung von unter dem Gesichtswinkel eines konstanten druck- und mengenmäßig konditionierten, in einer gleichmäßigen feinperligen Struktur vorliegenden Gases. Diese Voraussetzungen sind die Basis dafür, dass chemische und biologische Abläufe, wie das Oxidieren von mit Wasserinhaltsstoffen, wie mangan- und eisenbelasteten Medien, vor allem Trinkwasser, aus Brunnenanlagen, mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können. Dem mitlesenden Fachmann wird es deshalb nicht fremd sein, wenn er, ohne das Konzept der erfindungsgemäßen Lösung zu verlassen, der Dosiereinrichtung eine Gasperlenzähleinrichtung vorordnet, um die Menge des der Einrichtung zufließenden Sauerstoffs feststellen und die auszulösenden Reaktionen im Rahmen der Verfahrensschritte genau steuern zu können. Es bietet sich vorteilhaft an und passt in das erfinderische Konzept der Lösung, wenn die Einrichtung im Sinne des Verfahrens bei Wasserversorgungsanlagen, deren gefördertes Wasser Beimengungen enthält, die durch Einbeziehung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Einrichtungen unkompliziert über- und untererdig, also in Filterreaktoren und in den den jeweiligen Brunnen umgebenden Bodenschichten durch Rückfließen des vorher geförderten Wassers Verwendung findet. Die vorteilhafterweise erreichte Druckkonstanz, einhergehend mit der Feinperligkeit des Gases, vorrangig eines Sauerstoffs, ist geeignet, in Rohrleitungen von flüssigen Medien, wie Trink- und Brauchwasser, aufbereitetem Abwasser und ähnlichen Medien, zum Eintrag zu gelangen, und den Beginn eines Oxidationsvorganges zu gewährleisten, dessen Abläufe bewusst zu steuern und die Lebensvoraussetzungen von Mikroorganismen zu fördern, die für eine biologische Aufbereitung der flüssigen Medien notwendig sind. Nicht nur die Feinperligkeit und die Druckkonstanz des verfahrensgemäß aufbereiteten Gases garantieren die vorteilhafte Gestaltung der Erfindung, sondern gleichermaßen der hohe Grad der Gaskonzentration, vorteilhafterweise eines Sauerstoffs, der unter solchen Voraussetzungen in die Flüssigkeit eingetragen, mit nahezu einer 100%igen Konzentration eingeleitet und von diesen vollständig aufgenommen werden kann.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Die Einrichtung, in einem Gehäuse, eingetaucht in durchfließendes Brauchwasser;

Fig. 2: Die Anordnung der Einrichtung in einer Rohrleitung mit vorgeordnetem Blasenzähler sowie einer Gasquelle.

Fig. 1 zeigt die Dosiereinrichtung 1 in einer Vorderansicht im Schnitt. Die Dosiereinrichtung 1 ist hier umgekehrt T-förmig ausgebildet, wobei der waagerechte Strang 14 der Vorrichtung 1 in Richtung eines Pfeils 13 von einem flüssigen Medium, beispielsweise einem Brauchwasser, durchflossen ist. Vertikal auf die Längsmittenachse des waagerechten Stranges 11 gerichtet, ist ein Dom 14 aufgesetzt, der an seinem oberen Ende eine Verschlusskappe 15 trägt, in den ein Sauerstoffeinlass 12 eingearbeitet ist. In den Dom 14 ist ein Einsatz 3 eingebracht, der eine zentrische Bohrung trägt, die mit einem Zwischenstück verjüngt ist, an dem sich anpassend eine lanzettenartige Führung 2 anschließt, welche eine durchgehende Innenbohrung trägt. Am äußeren Ende der lanzettenartigen Führung 2 ist eine Auslassöffnung 7 eingearbeitet. Die Auslassöffnung 7 kann aus einer oder mehreren, gleichmäßig oder ungleichmäßig, radialgerichteten Bohrungen gebildet sein. Die durchgehende Innenbohrung der lanzettenartigen Führung 2 ist mit einem Stopfen 9 oder einer ähnlichen Verschlussmöglichkeit versehen. Im Bereich der Auslassöffnung 7 ist die lanzettenartige Führung 2 mit einer Manschette 8 umschlossen, welche die Auslassöffnungen 7 und Partien der Außenflächen der lanzettenartigen Führung 2, deren Auslassöffnungen 7 verschließend, fest, jedoch kraftschlüssig haftend aufgebracht ist. Über der lanzettenartigen Führung 2 ist im Einsatz 3, dem Sauerstoffeinlass 12 zugewendet, ein Dosiermittel eingesetzt. Das Dosiermittel ist ein Diaphragma 6 mit äußerst feinporiger Struktur. Das Diaphragma 6 ist mittels eines seine parallel zur Längsmittenachse verlaufenden Außenflächen bedeckenden Führungsgummis 5 fest im Einsatz 3 eingefügt und ruht mit seiner unteren Übergangsseite auf einem Absatz, der als Eindrehung eines Zwischenstückes 10 ausgebildet ist. Die Eingangsseite des Diaphragmas 6 ist gegen den Einlass 12 des Sauerstoffs gerichtet, der über eine Leitung mit hohem Transportdruck auf dem Diaphragma 6 aufliegt und es in Richtung der lanzettenartigen Führung 2 durchdringt. Dabei wird das Gas, hier Sauerstoff, feinperlig aufgeteilt und auf einen konstanten Druck eingestellt. Das jetzt konditionierte Gas strömt von der Übergangsseite 17 des Diaphragmas 6 durch die Innenbohrung der lanzettenartigen Führung 2 zu der Überleitungsstelle 18 und presst sich in die Auslassöffnungen 7. Die fest anliegende Manschette 8 wird im Bereich der Auslassöffnungen 7 axial unter Druck gesetzt und der äußerst feinperlige Sauerstoff überwindet den Kraftschluss zwischen Manschette 8 und Außenwand der Führung und verlässt ihn durch den entstehenden weniger als haarfeinen Spalt. Da die Anpresskraft der Manschette 8 und seine Anlagefläche konstant bleiben, wird der spezifische Druck, der zum Diffundieren des Sauerstoffs durch den Spalt führt, nochmals relativiert, gleichmäßig eingestellt und konstant gehalten. Die lanzettenartige Führung 2 ist an ihrer unteren Stirnseite mit einem Verschlussstück, in der Art eines Stopfens 9, verschlossen. Die in das Wasser eingetauchte Lanzette ist damit gegen ein Eindringen des vorbeifließenden, mit Gas zu versetzenden Wassers verschlossen und die darin enthaltenen Schwebestoffe können nicht in den Bereich des Diaphragmas 6 gelangen und dessen Poren verstopfen. Durch diese Maßnahme ist eine langanhaltende Funktionstüchtigkeit der Einrichtung gewährleistet.

Fig. 2 zeigt die Möglichkeit, einen Sauerstoffblasenzähler 21 in der Leitung 20; 22 zwischen der Sauerstoffquelle 19 und der Dosiereinrichtung 1 einzuordnen, um die Menge Sauerstoff bewusst dosiert der Dosiereinrichtung 1 zuzuleiten, die in der Leitung 23; 24 angeordnet ist. Der mitlesende Fachmann erkennt, dass die Leitung 23 in Richtung des Pfeils 13 das flüssige Medium in die Dosiereinrichtung 1 einspeist, welche es mit der Leitung 24 wieder verlässt. Die Einordnung des Blasenzählers 21 vor der Dosier einrichtung 1 in die Leitungen 20; 22 gewährleistet eine bereits sichere Regulierung der zugeführten Gasmenge, die in der Dosiereinrichtung 1 konditioniert wird.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Dosiereinrichtung

2

lanzettenartige Führung

3

Einsatz

5

Führungsgummi

6

Diaphragma

7

Auslassöffnung

8

Manschette

9

Stopfen

10

Zwischenstück

11

Strang

12

Sauerstoffeinlass

13

Durchflussrichtung

14

Dom

15

Verschlusskappe

16

Eingangsseite

17

Übergangsseite

18

Überleitungsstelle

19

Sauerstoffquelle

20

Leitung

21

Blasenzähler

22

;

23

;

24

Leitung

Claims

1. Verfahren zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser, unter Verwendung eines in eine Halterung eingeordneten porigen Dosiermittels, dem an seiner Eingangsseite ein Gas mit hohem Druck zugeführt wird, das im Dosiermittel während seines Durchfließens druckgemindert, reguliert und feinblasig strukturiert, in seiner Menge dosiert, an dessen gegenüberliegender Übergangsseite austretend, einer Überleitungsstelle zugeführt, in der das Gas nochmals druckreguliert, in das vorbeiströmende flüssige Medium zum Einfließen gebracht wird und die einen Verschluss aufweist, mit der das Dosiermittel vor einer Benetzung des flüssigen Mediums bewahrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermittel ein feinporiges Diaphragma ist, in welchem das Gas zur Herstellung eines konstanten Drucks zur Ausbildung einer feinblasigen Struktur bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas an der Überleitungsstelle in das flüssige Medium für eine weitere Druckregulierung den Kraftschluss einer als Membran ausgebildeten Manschette überwinden muss.

4. Vorrichtung zum stufenlosen, mengen- und druckregulierten Eintragen von Gas in flüssige Medien mit einem von dem Medium durchflossenen Gehäuse, das ein feinporiges Diaphragma (6) aufweist, das einseitig an seiner Einlassseite (16), mit einem unter Druck gehaltenen Gas beaufschlagt, durchflossen und über seine Übergangsseite (17) mit einer Überleitungsstelle (18) verbunden ist, die von einer das flüssige Medium von dem Diaphragma (6) fernhaltenden Manschette (8) fest umschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma (6) an seiner Übergangsseite (17) mit einer lanzettenartigen Führung (2) verbunden ist, an der das aus dem Diaphragma (6) mit einem konstanten Druck feinblasig austretende Gas einer in das flüssige Medium ragenden Überleitungsstelle (18) zugeleitet ist, in der Gasaustrittsöffnungen (7) vorgesehenen sind, die von der Manschette (8) fest anliegend, das Innere der lanzettenartigen Führung (2) vor einem Flüssigkeitszutritt bewahren, umschlossen ist, wobei ihre mit der lanzettenartigen Führung (2) in Kontakt gebrachte Innenseite fest anliegt und das Gas zwischen der lanzettenartigen Führung (2) und der Innenseite der Manschette (8) zum Austreten gebracht ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma (6) an seinen parallel zu seinen Längsmittenachsen verlaufenden Außenflächen abgedichtet umschlossen, in den Einsatz (3) eingesetzt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lanzettenartige Führung (2) im Bereich ihrer Überleitungsstelle (18) mindestens eine Auslassöffnung (7) trägt, die von der Manschette (8) überdeckt ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (8) ein Membran ist und durch den Druck in der lanzettenartigen Führung (2) für ein Durchgleiten des Sauerstoffs im Bereich der Anlageflächen neben den Auslassöffnungen (7) bewegbar ist.