EP1685893A1 - Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas - Google Patents

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EP1685893A1
EP1685893A1 EP05077874A EP05077874A EP1685893A1 EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1 EP 05077874 A EP05077874 A EP 05077874A EP 05077874 A EP05077874 A EP 05077874A EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1
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gas
pressure
treatment chamber
liquid
kpa
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EP05077874A
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Uwe Dipl.-Ing. Würdig
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    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0468—Numerical pressure values

Definitions

  • the invention relates to a device for enriching liquid media with gas.
  • gas is introduced into a flowing liquid and dissolved to enrich the liquid with the gas in the liquid.
  • the liquid is optionally, for example, by swirling baffles in the flow paths, still swirled.
  • the measures shown are indeed conducive to absorption of the gas by the liquid, but that the saturation limit is actually not nearly reached.
  • the saturation limit is actually not nearly reached.
  • a corresponding device for introducing gas into liquids is described for example by DE 100 44 697 A1.
  • the core of the device is a metering point, in which a gas through which flows through the housing via a dome with a diaphragm arranged therein and guided through the dome lancet-like leadership, with gas outlet openings, a gas is finely introduced into the flowing liquid.
  • the object of the invention is to provide a device for introducing gases into liquids, with which a higher degree of enrichment of the gas is achieved in the liquid, as is the case with previously known devices of a comparable type. Another object is to achieve a simple construction of a corresponding device, which is as low maintenance as possible in the invention.
  • the device according to the invention for enriching liquid media with gas comprises at least one pressure-regulated gas source and a treatment chamber, to which the gas supplied by the gas source is supplied.
  • a gas supply such as a gas cylinder
  • suitable units for regulating pressure is of course also suitable for the gas supply.
  • the gas is introduced into the treatment chamber in the liquid flowing through it.
  • at least one spray nozzle is arranged in the treatment chamber, wherein in addition, with respect to the flow direction of the liquid, a gas supply unit opens into the treatment chamber in front of the spray nozzle.
  • a gas supply unit opens into the treatment chamber in front of the spray nozzle.
  • the pressures are namely set according to the invention so that the input-side pressure, ie the pressure at the liquid inlet 5 of the treatment chamber, at least 50 kPa greater than that at its liquid outlet 6, wherein the input-side fluid pressure but at the same time by at least 50 kPa is less than the pressure of the gas bubbling out of at least one gas outlet opening of the gas supply unit.
  • the gas supply unit comprises according to a preferred embodiment of the invention, a metering lance, which projects into the treatment chamber. The gas exits at this metering lance via one or more holes or in the treatment chamber.
  • a flexible hose or a flexible sleeve is pushed onto the gas outlet openings of the metering lance.
  • the hose or the shell is under a bias, which is overcome by the fine bubbles from the gas outlet openings escaping gas due to its pressure, wherein the hose or the shell inflates slightly at the outlet of a gas bubble.
  • the use of a piece of silicone tubing, with an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the outer diameter of the metering lance, has proven to be suitable, the respective wall thickness to be provided depending on the gas pressure, which in turn is adapted to the water pressure.
  • a throttle valve with associated pressure gauge in the pathways for the gas enriched with the liquid.
  • the input-side pressure can either be due to an existing system pressure (eg in water supply systems or if this is sufficient) applied or accomplished by the use of a treatment chamber upstream pressure booster pump with associated pressure gauge, wherein in the case of the use of a system pressure, depending on the type the plant, if necessary also pressure-reducing means may be provided before the liquid inlet of the treatment chamber.
  • the adjustment of the gas pressure is preferably carried out by means of a control valve arranged in front of the gas supply unit or metering lance with an upstream pressure reducer.
  • the treatment chamber is followed by a measuring device for determining the concentration of the gas dissolved in the liquid.
  • the corresponding measuring device, the units for adjusting the pressure conditions of the liquid before and after the treatment chamber and a control valve for gas metering via a control device in operative connection with each other in a control circuit and the respective pressures by the control means by means of corresponding actuators automatically in dependence be set to the ratio of an output side detected in the liquid gas concentration to a predetermined value.
  • the most favorable pressure values with regard to the desired degree of enrichment according to the respective application case are, of course, dependent on the type of liquid and the gas and have hitherto been based on empirically obtained empirical values.
  • the treatment chamber is associated with an ultrasonic source whose vibrations penetrate the treatment chamber, but at least the region of the treatment chamber located behind the spray nozzle, preferably also the spray nozzle, relative to the flow direction of the liquid.
  • the liquid already passing through this region is vibrated, which advantageously destroys the gas bubbles at the boundary layer between gas and liquid and thereby contributes to an even better enrichment of the liquid with the gas.
  • an ultrasonic source for example, a piezoelectric transducer is considered.
  • an inlet pressure at the water inlet of the treatment chamber has between 500 kPa and 800 kPa, at the same time with respect to this 50 kPa to 150 kPa, preferably 100 kPa, reduced initial pressure proved to be favorable.
  • the inlet pressure is also dependent on the desired flow rate of the gas to be enriched with the oxygen.
  • further spray nozzles can be arranged in parallel in the treatment chamber.
  • Fig. 1 the essential part of the device according to the invention is shown in a sectioned and highly schematic representation.
  • This is the treatment chamber 1, ie that part of the device according to the invention in which the actual enrichment of the liquid with the gas takes place.
  • the explanation of the construction and the function is exemplary of an embodiment by means of which oxygen is introduced into water for the purpose of water treatment.
  • the treatment chamber 1 is a treatment chamber through which a liquid, in the present example from the water, flows, within which a spray nozzle 2 is arranged in the flow path of the water.
  • a metering lance 4 protrudes as part of a Gas supply unit 3 in the treatment chamber 1 inside.
  • the metering lance in terms of the entry of oxygen, in the context of the embodiment below will also be referred to as oxygen lance.
  • oxygen lance Starting from a not shown oxygen supply, so for example an oxygen cylinder, via a likewise not shown pressure reducing valve for adjusting the pressure with an associated control valve for metering the introduced into the treatment chamber oxygen and the metering or oxygen lance 4, the oxygen of the treatment chamber 1 in fed fine-peared form.
  • the said outlet openings 7 are coated with a piece of hose 8, preferably made of silicone, the function of which will be explained later.
  • the treatment chamber 1 with arranged spray nozzle 2 shown in the example is a commercially available spray head which has been modified for the intended purpose.
  • the water of the treatment chamber 1 under pressure, is supplied.
  • the gas bubbles introduced via the gas supply unit 3 with the metering lance 4 are entrained and atomized together with the water in the spray nozzle 2 with destruction of the gas bubbles, gas and water being brought into very intimate contact.
  • the water from the spray nozzle 2 does not escape under ambient pressure. Rather, the treatment chamber 1 is also supplied on the output side (with respect to the flow direction r) with an overpressure, which is lower than the inlet pressure. It has been found that with respect to the enrichment of water with oxygen at a slight pressure difference of preferably 100 kPa, ie 1 bar, between inlet and outlet pressure, a maximum enrichment of the water with the oxygen is achieved. In a test setup particularly good results were achieved at a water inlet pressure of 700 kPa or 7 bar and an outlet pressure of 600 kPa and 6 bar.
  • the wall thickness of the silicone tube 8 and the pressure of the supplied oxygen are coordinated so that the oxygen bubbles between the outer surface of the oxygen lance 4 and the inner surface of the silicone tube 8 can escape into the treatment chamber 1.
  • the silicone tube 8 is characterized by from the Outlet openings 7 emerging oxygen bubbles each slightly inflated, causing the settling in this area impurities of the water with each leakage of an oxygen bubble from the silicone tube 8 and the laterally in the transition to the silicone tube 8 adjacent areas of the oxygen lance 4 quasi flake off.
  • the silicone tube 8 has an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the diameter 4 of the metering lance and is tuned in its wall thickness so that the oxygen bubbles at a pressure of the water at the inlet 5 of the treatment chamber 1 by 100 kPa to 200 kPa and 1 bar to 2 bar excess oxygen pressure unhindered from the lance 4 can escape.
  • the treatment chamber 1 is assigned a piezoelectric transducer 9. This acts as an ultrasonic source 9, whose vibrations penetrate the treatment chamber 1 on the output side of the spray nozzle 2.
  • FIG. 2 shows a modified embodiment of the treatment chamber 1 according to FIG. 1.
  • This is a treatment chamber 1 having a plurality of spray nozzles 2 arranged in the example 2, three.
  • the treatment chamber 1 also has a relation to the embodiment according to FIG enlarged diameter.
  • the oxygen lance 4 projecting into the treatment chamber 1 is correspondingly extended and has a higher number of gas or oxygen outlet openings 7.
  • the gas outlet openings 7 are, with respect to the axial extent of the lance 4, arranged in several planes with each other.
  • each of these levels is coated in accordance with the example explained above with a deposit of impurity preventing piece of silicone tube 8, which, in deviation from the illustration, if necessary, only one, all gas outlet openings 7 covering piece of hose 8 can act.
  • treatment chambers 1 with a larger number of spray nozzles conceivable, which may optionally, as in the example of FIG. 2, relative to the flow direction r in several levels in the treatment chamber 1 may be arranged.
  • the dimensioning of the treatment chamber 1 and the number of spray nozzles 2 arranged therein depends on the particular application, in particular the flow rate of the liquid to be enriched with the gas.

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Abstract

Die vorgeschlagene Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas besteht aus mindestens einer druckregulierten Gasquelle und einer Behandlungskammer (1), welcher das Gas zugeleitet und in durchströmende Flüssigkeit eingetragen wird.
Erfindungsgemäß ist in der Behandlungskammer (1) mindestens eine Sprühdüse (2) angeordnet. Bezogen auf die Strömungsrichtung (r) der Flüssigkeit mündet vor der Sprühdüse (2) eine Gaszuführungseinheit (3) in die Behandlungskammer (1) ein, wobei das über diese eingebrachte Gas von der strömenden Flüssigkeit mitgerissen und mit ihr gemeinsam an der Sprühdüse (2) vernebelt wird. Vor und nach der Behandlungskammer (1) sind Druckregulierungseinheiten in die Strömungswege der Flüssigkeit eingeordnet, mittels derer der Flüssigkeitseingang (5) sowie der Flüssigkeitsausgang (6) der Behandlungskammer (1) mit einem Überdruck beaufschlagt werden, wobei der eingangsseitige Druck wenigstens um 50 kPa größer als der ausgangsseitige Druck und um wenigstens 50 kPa geringer ist, als der Druck des aus mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) der Gaszuführungseinheit (3) herausperlenden Gases.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas. Mittels der Einrichtung wird Gas in eine strömende Flüssigkeit eingebracht und zur Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas in der Flüssigkeit gelöst.
  • Zu unterschiedlichsten Zwecken ist es erforderlich, flüssige Medien mit Gasen anzureichern. Entsprechende Erfordernisse bestehen beispielsweise bei der Erzeugung von Löschmitteln, bei denen zur Erreichung eines möglichst hohen Löscheffektes inerte Gase in Flüssigkeiten eingebracht werden. Aber auch bei der Aufbereitung von Brauchwasser ist es bekannt, dem Wasser zum Zwecke der Enteisenung und/oder der Ausfällung von Mangan gezielt Sauerstoff zuzuführen. Eine Schwierigkeit besteht dabei darin, das jeweilige in eine Flüssigkeit eingeleitete Gas so in die Flüssigkeit einzubringen, dass das Gas von der Flüssigkeit möglichst vollständig aufgenommen, also nahezu vollständig darin gelöst wird. Bei bekannten Einrichtungen, wie sie beispielsweise zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden, geschieht die Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas dadurch, dass das Gas in Form feiner Bläschen in die strömende Flüssigkeit eingetragen wird. Dabei geht man davon aus, dass bereits durch die Feinperligkeit des eingebrachten Gases sichergestellt ist, dass dieses von dem strömenden Wasser so gut aufgenommen wird, dass eine Annäherung an die Sättigungsgrenze erreicht wird. Zur Unterstützung der Aufnahme des Gases durch die Flüssigkeit wird die Flüssigkeit gegebenenfalls, beispielsweise durch Einordnung von Prallflächen in die Strömungswege, noch verwirbelt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die dargestellten Maßnahmen zwar einer Aufnahme des Gases durch die Flüssigkeit förderlich sind, dass jedoch die Sättigungsgrenze tatsächlich nicht annähernd erreicht wird. Auch ist es bei den bekannten Verfahren, unabhängig von der Frage eines annähernden Erreichens der Sättigungsgrenze, im Grunde nicht möglich, die Menge des von der Flüssigkeit aufgenommenen Gases wirklich zu steuern.
  • Zudem tritt häufig das Problem auf, dass sich die Gasauslässe, über welche das Gas der Flüssigkeit feinperlig zugeführt wird, im Laufe der Zeit durch Anlagerungen von Verunreinigungen zusetzen. Daher ist eine kostenintensive, ständige Wartung entsprechender Einrichtungen erforderlich.
    Eine entsprechende Vorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, wird beispielsweise durch die DE 100 44 697 A1 beschrieben. Kern der Vorrichtung ist eine Dosierstelle, bei der in ein von der Flüssigkeit durchströmtes Gehäuse über einen Dom mit einem darin eingeordneten Diaphragma und eine durch den Dom geführte lanzettenartige Führung, mit Gasaustrittsöffnungen, ein Gas feinperlig in die strömende Flüssigkeit eingeleitet wird. Es wurde gefunden, dass durch die Maßnahmen zur Erzielung der Feinperligkeit des einströmenden Gases zwar eine verhältnismäßig gute Anreicherung der Flüssigkeit mit Gas erreicht wird, aber ein höherer Anreicherungsgrad dennoch wünschenswert ist, da dieser zumeist noch deutlich unterhalb der Sättigungsgrenze liegt. Zudem sind bei der Vorrichtung kaum Möglichkeiten gegeben, den Anreicherungsgrad gezielt einzustellen bzw. an bestehende Erfordernisse anzupassen. Auch das schon angesprochene Problem der Ablagerung von Verunreinigungen im Bereich der Gasaustrittsöffnungen ist hier zu beobachten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Einbringung von Gasen in Flüssigkeiten bereitzustellen, mit welcher ein höherer Grad der Anreicherung des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, als dies bei bisher bekannten Einrichtungen vergleichbarer Art der Fall ist. Ein weiteres Ziel besteht darin, einen einfachen Aufbau einer entsprechenden Einrichtung zu erreichen, der in Weiterbildung der Erfindung möglichst wartungsarm ist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten gelöst, welche durch die Merkmale des Hauptanspruchs charakterisiert ist. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas umfasst mindestens eine druckregulierte Gasquelle und eine Behandlungskammer, welcher das von der Gasquelle gelieferte Gas zugeleitet wird. Für die Gasversorgung kommt, selbstverständlich auch in Abhängigkeit der Art des einzubringenden Gases, der Anschluss an ein entsprechendes Versorgungsnetz oder der Bezug aus einem Vorrat, wie einer Gasflasche, mit entsprechenden Einheiten zur Druckregulierung in Betracht. Das Gas wird in der Behandlungskammer in die, diese durchströmende Flüssigkeit eingetragen. Erfindungsgemäß ist in der Behandlungskammer mindestens eine Sprühdüse angeordnet, wobei außerdem, bezogen auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, vor der Sprühdüse eine Gaszuführungseinheit in die Behandlungskammer einmündet. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die erfindungsgemäß, bezogen auf den Druck sowohl der Flüssigkeit, als auch des Gases, an der Behandlungskammer einzustellenden Druckverhältnisse. Die Drücke werden nämlich erfindungsgemäß so eingestellt, dass der eingangsseitige Druck, also der Druck am Flüssigkeitseingang 5 der Behandlungskammer, wenigstens um 50 kPa größer ist, als der an ihrem Flüssigkeitsausgang 6, wobei der eingangsseitige Flüssigkeitsdruck aber gleichzeitig um wenigstens 50 kPa geringer ist, als der Druck des aus mindestens einer Gasaustrittsöffnung der Gaszuführungseinheit herausperlenden Gases. Durch die eingangsseitigen Druckverhältnisse, also die Einstellung des Drucks der Flüssigkeit und des vor der Sprühdüse feinperlig in die Behandlungskammer eingeführten Gases, wird erreicht, dass das Gas in der Behandlungskammer von dem sie passierenden Flüssigkeitsstrom mitgerissen und mit der Flüssigkeit gemeinsam an der Sprühdüse vernebelt wird. Im Zuge des gemeinsamen Versprühens von Flüssigkeit und Gas werden insbesondere die Gasbläschen zerschlagen und so eine innige Durchsetzung der Flüssigkeit mit dem Gas erreicht. Überraschender Weise wurde aber außerdem gefunden, dass die aufgrund des gemeinsamen Versprühens bzw. Vernebelns von Flüssigkeit und Gas erreichte gute Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas erfindungsgemäß durch einen ausgangs der Sprühdüse anstehenden Überdruck noch zusätzlich begünstigt wird. Durch den ausgangsseitigen Überdruck wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, anders als dies sonst beim Einsatz von Sprühdüsen üblicher Weise der Fall ist, die Flüssigkeit nach dem Passieren der Düse nicht sofort entspannt. Gerade diese Maßnahme hat sich jedoch vorteilhafter Weise als äußerst wirkungsvoll für die Erreichung höherer Anreicherungsgrade, hinsichtlich der Lösung des Gases in der Flüssigkeit, erwiesen. Zur Einstellung der Drücke sind vor und nach der Behandlungskammer Druckregulierungseinheiten in die Strömungswege der Flüssigkeit eingeordnet, mittels derer der Flüssigkeitseingang sowie der Flüssigkeitsausgang der Behandlungskammer mit dem Überdruck beaufschlagt werden.
    Die Gaszuführungseinheit umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Dosierlanze, welche in die Behandlungskammer hineinragt. Das Gas tritt an dieser Dosierlanze über eine oder mehrere Bohrungen aus bzw. in die Behandlungskammer ein. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist auf die Gasaustrittsöffnungen der Dosierlanze ein flexibler Schlauch oder ein flexible Hülle aufgeschoben. Der Schlauch bzw. die Hülle steht dabei unter einer Vorspannung, welche durch das feinperlig aus den Gasaustrittsöffnungen austretende Gas aufgrund seines Drucks überwunden wird, wobei sich der Schlauch oder die Hülle beim Austritt eines Gasbläschens jeweils leicht aufbläht. Als geeignet hat sich die Verwendung eines Stücks Silikonschlauch, mit einem Untermaß von einigen Zehntelmillimetern gegenüber dem Außendurchmesser der Dosierlanze, erwiesen, wobei die jeweils vorzusehende Wandstärke von dem wiederum auf den Wasserdruck abzustimmenden Gasdruck abhängt.
    Ausgangsseitig der Behandlungskammer ist entsprechend einer möglichen Ausbildungsform als Druckregulierungseinheit ein Drosselventil mit zugeordnetem Druckmesser in die Leitungswege für die mit dem Gas angereicherte Flüssigkeit eingeordnet. Der eingangsseitige Druck kann entweder aufgrund eines bestehenden Anlagendrucks (z. B. bei Wasserversorgungsanlagen bzw. sofern dieser ausreichend ist) aufgebracht oder durch den Einsatz einer der Behandlungskammer vorgeschalteten Druckerhöhungspumpe mit zugeordnetem Druckmesser bewerkstelligt werden, wobei im Falle der Nutzung eines Anlagendrucks, je nach Art der Anlage, gegebenenfalls auch druckreduzierende Mittel vor dem Flüssigkeitseingang der Behandlungskammer vorgesehen sein können. Die Einstellung des Gasdrucks erfolgt vorzugsweise mittels eines vor der Gaszuführungseinheit bzw. Dosierlanze angeordneten Regelventils mit vorgeschaltetem Druckminderer. In ergänzender Weiterbildung der Einrichtung ist der Behandlungskammer eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases nachgeschaltet. Dabei ist es denkbar dass die entsprechende Messeinrichtung, die Einheiten zur Einstellung der Druckverhältnisse der Flüssigkeit vor und nach der Behandlungskammer sowie ein Regelventil zur Gasmengendosierung über eine Steuereinrichtung miteinander in einem Regelkreis in Wirkverbindung gebracht und die jeweiligen Drücke durch die Steuereinrichtung vermittels entsprechender Stellglieder automatisch in Abhängigkeit zum Verhältnis einer ausgangsseitig in der Flüssigkeit festgestellten Gaskonzentration zu einem dafür vorgegebenen Wert eingestellt werden. Die im Hinblick auf den, entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall, angestrebten Anreicherungsgrad jeweils günstigsten Druckwerte sind dabei selbstverständlich abhängig von der Art der Flüssigkeit und des Gases und beruhen bisher auf empirisch gewonnenen Erfahrungswerten.
    Eine mögliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist noch dadurch gegeben, dass der Behandlungskammer eine Ultraschallquelle zugeordnet ist, deren Schwingungen die Behandlungskammer, zumindest aber den, bezogen auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, hinter der Sprühdüse befindlichen Bereich der Behandlungskammer, vorzugsweise aber auch die Sprühdüse durchdringen. Hierdurch wird die diesen Bereich durchströmende bereits mit dem Gas durchsetzte Flüssigkeit in Schwingungen versetzt, welche die Gasblasen an der Grenzschicht zwischen Gas und Flüssigkeit in vorteilhafter Weise zerstören und dadurch zu einer noch besseren Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas beitragen. Als Ultraschallquelle kommt beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler in Betracht.
    Bei einer zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff ausgebildeten Einrichtung hat sich ein Eingangsdruck am Wassereingang der Behandlungskammer zwischen 500 kPa und 800 kPa, bei einem gleichzeitig gegenüber diesem um 50 kPa bis 150 kPa, bevorzugt 100 kPa, erniedrigten Ausgangsdruck als günstig erwiesen. Der Eingangsdruck ist dabei aber auch von der gewünschten Durchflussmenge des mit dem Sauerstoff anzureichernden Gases abhängig. Zudem sei in diesem Zusammenhang darauf verwiesen, dass gegebenenfalls über die mindestens eine Sprühdüse hinaus, bei entsprechend hohen Durchflussmengen weitere Sprühdüsen parallel in der Behandlungskammer angeordnet sein können. Bei der zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff eingerichteten Ausbildungsform hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn der an den Gasaustrittsöffnungen der Gaszuführungseinheit anstehende Druck des Sauerstoffs gegenüber dem eingangsseitigen Wasserdruck um 80 kPa bis 220 kPa erhöht ist.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles nochmals näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    Den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Ausführungsform zum Eintragen von Sauerstoff in Wasser
    Fig. 2:
    Den Einrichtungsteil gemäß Fig. 1 in einer modifizierten Ausführungsform
  • In der Fig. 1 ist der wesentliche Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer geschnittenen sowie stark schematisierten Darstellung wiedergegeben. Es handelt sich hierbei um die Behandlungskammer 1, also denjenigen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung, in dem die eigentliche Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas erfolgt. Die Erklärung des Aufbaus und der Funktion bezieht sich beispielhaft auf eine Ausführungsform, mittels welcher Sauerstoff in Wasser, zum Zwecke der Wasseraufbereitung, eingebracht wird.
    Bei der Aufbereitungskammer 1 handelt es sich um eine von der Flüssigkeit, vorliegend also vom Wasser, durchströmte Behandlungskammer innerhalb welcher eine Sprühdüse 2 in den Strömungsweg des Wassers eingeordnet ist. Seitlich, quer zur Strömungsrichtung r des Wassers und in Strömungsrichtung r vor der Sprühdüse 2, ragt eine Dosierlanze 4 als Teil einer Gaszuführungseinheit 3 in die Behandlungskammer 1 hinein. Dabei soll die Dosierlanze, im Hinblick auf den Eintrag von Sauerstoff, im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nachfolgend auch als Sauerstofflanze bezeichnet werden.
    Ausgehend von einem hier nicht gezeigten Sauerstoffvorrat, also beispielsweise einer Sauerstoffflasche, über ein ebenfalls nicht gezeigtes Druckminderventil zur Einstellung des Drucks mit einem zugehörigen Regelventil zur Mengendosierung des in die Behandlungskammer einzuführenden Sauerstoffs sowie über die Dosier- beziehungsweise Sauerstofflanze 4 wird der Sauerstoff der Behandlungskammer 1 in feinperliger Form zugeführt. Der Sauerstoff tritt aus der Dosierlanze 4 über eine oder mehrere an dieser vorgesehene Austrittsöffnungen bzw. Bohrungen oder Schlitze 7 aus der Lanze 4 aus. Allerdings sind die genannten Austrittsöffnungen 7 mit einem Stück Schlauch 8, vorzugsweise aus Silikon, überzogen, dessen Funktion später noch erläutert werden soll. Bei der im Beispiel gezeigten Behandlungskammer 1 mit eingeordneter Sprühdüse 2 handelt es sich um einen handelsüblichen Sprühkopf, der für den vorgesehenen Einsatzzweck modifiziert wurde. Eingangsseitig wird das Wasser der Behandlungskammer 1, unter Druck stehend, zugeführt. Dabei werden die über die Gaszuführungseinheit 3 mit der Dosierlanze 4 eingetragenen Gasbläschen mitgerissen und gemeinsam mit dem Wasser in der Sprühdüse 2 unter Zerschlagung der Gasbläschen vernebelt, wobei Gas und Wasser in einen sehr innigen Kontakt gebracht werden. Anders, als beim Einsatz von Sprühdüsen üblich, tritt jedoch das Wasser aus der Sprühdüse 2 nicht unter Umgebungsdruck aus. Vielmehr ist die Behandlungskammer 1 auch ausgangsseitig (bezogen auf die Strömungsrichtung r) mit einem Überdruck beaufschlagt, welcher aber niedriger ist als der Eingangsdruck. Dabei hat sich gezeigt, dass im Hinblick auf die Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff bei einer geringfügigen Druckdifferenz von vorzugsweise 100 kPa, also 1 bar, zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck eine maximale Anreicherung des Wassers mit dem Sauerstoff erzielt wird. In einem Versuchsaufbau wurden besonders gute Ergebnisse bei einem Wassereingangsdruck von 700 kPa bzw. 7 bar und einem Ausgangsdruck von 600 kPa bzw. 6 bar erzielt. Es wird angenommen, dass durch die Beaufschlagung des Ausgangs 6 mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck eine besonders gute Lösung des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, weil Gas und Flüssigkeit nach ihrer Verwirbelung und dem Austritt aus der Sprühdüse 2 noch über eine gewisse Strecke in einem innigen Kontakt bleiben, welcher die Lösung des Gases in der Flüssigkeit begünstigt. Der Eingangsdruck resultiert entweder unmittelbar aus dem jeweiligen Anlagendruck oder wird durch den Einsatz einer Druckerhöhungspumpe erreicht. Der erhöhte Ausgangsdruck lässt sich mittels eines in der Figur ebenfalls nicht gezeigten, der Behandlungskammer 1 nachgeschalteten Drosselventils realisieren. Durch Einordnung entsprechender Druckmesser und mit diesen gekoppelter Stellglieder in die ein- und ausgangsseitigen Leitungswege lassen sich die jeweils benötigten Druckverhältnisse problemlos einstellen. Dabei ist es möglich, bezogen auf das dargestellte Beispiel, die Sauerstoffkonzentration ausgangs der Behandlungskammer mit einem Messgerät bekannter Art zu bestimmen und die Druckverhältnisse am Ein- und Ausgang 5, 6 so einzuregeln, dass die gewünschte Sauerstoffkonzentration im Wasser erhalten wird.
    Wie bereits dargestellt, gelangt der Sauerstoff über entsprechende Austrittsöffnungen 7 in der Sauerstofflanze 4 in die von der Flüssigkeit durchströmte Behandlungskammer 1. Da der Sauerstoff über die Austrittsöffnungen 7 geringen Durchmessers beziehungsweise geringer Öffnungsweite feinperlig in die Behandlungskammer 1 eingebracht wird, ergibt sich das eingangs bereits geschilderte Problem, dass sich die feinen Austrittsöffnungen 7 im Laufe der Zeit durch im Wasser enthaltene Verunreinigungen zusetzen könnten. Um dem zu begegnen, ist auf die Austrittsöffnungen ein Stück Silikonschlauch 8 gezogen. Hierdurch wird gleichzeitig eine zuverlässige Trennung des Gassystems vom Flüssigkeitssystem erreicht, so dass insbesondere keine Flüssigkeit in die Gaszuführungswege eindringt. Die Wandstärke des Silikonschlauchs 8 und der Druck des zugeführten Sauerstoffs sind so aufeinander abgestimmt, dass die Sauerstoffbläschen zwischen der Außenfläche der Sauerstofflanze 4 und der Innenfläche des Silikonschlauchs 8 in die Behandlungskammer 1 austreten können. Dabei zeigt sich folgender vorteilhafter Effekt. Der Silikonschlauch 8 wird durch die aus den Austrittsöffnungen 7 heraustretenden Sauerstoffblasen jeweils geringfügig aufgebläht, wodurch die sich in diesem Bereich absetzenden Verunreinigungen des Wassers mit jedem Austreten einer Sauerstoffblase von dem Silikonschlauch 8 und den lateral im Übergang zum Silikonschlauch 8 angrenzenden Bereichen der Sauerstofflanze 4 quasi abplatzen. Dadurch wird zuverlässig eine massive Anlagerung von Verunreinigungen und damit ein Zusetzen der Austrittsöffnungen 7 vermieden. Der Silikonschlauch 8 weist gegenüber dem Durchmesser 4 der Dosierlanze ein Untermaß von einigen Zehntelmillimetern auf und ist in seiner Wandstärke so abgestimmt, dass die Sauerstoffbläschen bei einem den Druck des Wassers am Eingang 5 der Behandlungskammer 1 um 100 kPa bis 200 kPa bzw. 1 bar bis 2 bar übersteigenden Sauerstoffdruck ungehindert aus der Lanze 4 austreten können. Bei der in dem Beispiel gezeigten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Behandlungskammer 1 ein piezoelektrischer Wandler 9 zugeordnet. Dieser wirkt als eine Ultraschallquelle 9, deren Schwingungen die Behandlungskammer 1 ausgangsseitig der Sprühdüse 2 durchdringen. Im Ergebnis ist, wie bereits dargestellt, eine noch bessere Anreicherung der in Schwingungen versetzten Flüssigkeit mit dem Gas zu erreichen.
    Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Behandlungskammer 1 gemäß Fig. 1. Hierbei handelt es sich um eine Behandlungskammer 1 mit mehreren, im Beispiel 2, drei darin angeordneten Sprühdüsen 2. Die Behandlungskammer 1 weist zudem einen gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 vergrößerten Durchmesser auf. Daran angepasst ist die in die Behandlungskammer 1 hineinragende Sauerstofflanze 4 entsprechend verlängert und weist eine höhere Anzahl von Gas- bzw. Sauerstoffaustrittsöffnungen 7 auf. Die Gasaustrittsöffnungen 7 sind, bezogen auf die axiale Erstreckung der Lanze 4, in mehreren Ebenen untereinander angeordnet. Jede dieser Ebenen ist entsprechend dem zuvor erläuterten Beispiel mit einem die Anlagerung vor Verunreinigungen verhindernden Stück Silikonschlauch 8 überzogen, wobei es sich hierbei, abweichend von der Darstellung gegebenenfalls auch nur um ein, alle Gasaustrittsöffnungen 7 überziehendes Stück Schlauch 8 handeln kann. In analoger Ausführung sind selbstverständlich auch Behandlungskammern 1 mit einer größeren Anzahl von Sprühdüsen denkbar, die gegebenenfalls, wie in dem Beispiel gemäß Fig. 2, bezogen auf die Strömungsrichtung r in mehreren Ebenen in der Behandlungskammer 1 angeordnet sein können. Die Dimensionierung der Behandlungskammer 1 und die Anzahl der darin angeordneten Sprühdüsen 2 hängt vom jeweiligen Einsatzfall, insbesondere der Durchflussmenge der mit dem Gas anzureichernden Flüssigkeit ab.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    Behandlungskammer
    2
    Sprühdüse(n)
    3
    Gaszuführungseinheit
    4
    Dosierlanze (ggf. Sauerstofflanze)
    5
    Eingang bzw. Flüssigkeitseingang
    6
    Ausgang bzw. Flüssigkeitsausgang
    7
    Gasaustrittsöffnung(en)
    8
    Schlauch oder Hülle (ggf. Silikonschlauch)
    9
    Ultraschallquelle (piezoelektrischer Wandler)
    r
    Strömungsrichtung der Flüssigkeit

Claims (15)

  1. Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas, mit mindestens einer druckregulierten Gasquelle und einer Behandlungskammer(1), welcher das Gas zugeleitet und in eine die Behandlungskammer (1) durchströmende Flüssigkeit eingetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Behandlungskammer (1) mindestens eine Sprühdüse (2) angeordnet ist und, bezogen auf die Strömungsrichtung (r) der Flüssigkeit, vor der Sprühdüse (2) eine Gaszuführungseinheit (3) in die Behandlungskammer(1) einmündet, über welche das Gas in die Behandlungskammer (1) und den diese passierenden Flüssigkeitsstrom eingetragen und von der strömenden Flüssigkeit mitgerissen sowie mit ihr gemeinsam an der Sprühdüse (2) vernebelt wird und dass vor und nach der Behandlungskammer (1) Druckregulierungseinheiten in die Strömungswege der Flüssigkeit eingeordnet sind, mittels derer der Flüssigkeitseingang (5) sowie der Flüssigkeitsausgang (6) der Behandlungskammer (1) mit einem Überdruck beaufschlagt werden, wobei der eingangsseitige Druck wenigstens um 50 kPa größer als der ausgangsseitige Druck und um wenigstens 50 kPa geringer ist, als der Druck des aus mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) der Gaszuführungseinheit (3) herausperlenden Gases.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungseinheit (3) eine Dosierlanze (4) umfasst und das Gas über eine oder mehrere Bohrungen oder Schlitze (7) der in die Behandlungskammer (1) hineinragenden Dosierlanze (4) austritt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Gasaustrittsöffnungen (7) der Dosierlanze (4) ein flexibler Schlauch oder ein flexible Hülle (8) unter Vorspannung aufgeschoben ist, dessen oder deren Vorspannung durch das feinperlig aus den Gasaustrittsöffnungen (7) austretende Gas überwunden wird, wobei sich der Schlauch oder die Hülle (8) beim Austritt eines Gasbläschens leicht aufbläht.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Gasaustrittsöffnungen (7) ein Stück Silikonschlauch (8) aufgeschoben ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierlanze (4) quer zur Strömungsrichtung (r) der Flüssigkeit in die Behandlungskammer (1) hineinragt.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckregulierungseinheit im Bereich des Flüssigkeitsausgangs (6) der Behandlungskammer (1) ein Drosselventil mit zugeordnetem Druckmesser angeordnet ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskammer (1) eine Ultraschallquelle (9) zugeordnet ist, deren Schwingungen die Behandlungskammer (1) durchdringen.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ultraschallquelle (9) um einen piezoelektrischen Wandler handelt.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Flüssigkeitseingang (5) der Behandlungskammer (1) eine Druckerhöhungspumpe mit zugeordnetem Druckmesser angeordnet ist.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Gaseintrags vor der Gaszuführungseinheit (3) ein Regelventil mit vorgeschaltetem Druckminderer angeordnet ist.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskammer (1) eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases nachgeschaltet ist, mit deren Hilfe der Gaseintrag anlagenspezifisch regelbar ist.
  12. Einrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Wassereingang (5) der Behandlungskammer (1) zwischen 500 kPa und 800 kPa beträgt.
  13. Einrichtung nach Anspruch 1, zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff, oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Wasserausgang (6) der Behandlungskammer (1) gegenüber dem Druck an deren Wassereingang um 50 kPa bis 150 kPa erniedrigt ist.
  14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen eingangsseitigem Wasserdruck und ausgangsseitigem Wasserdruck etwa 100 kPa beträgt.
  15. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Gasaustrittsöffnungen (7) der Gaszuführungseinheit (3) anstehende Druck des Sauerstoffs gegenüber dem eingangsseitigen Wasserdruck um 80 kPa bis 220 kPa erhöht ist.
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