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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser gemäss dem Ober- begriff von Anspruch 14.
Vorrichtungen bzw. Verfahren dieser Art zielen darauf ab, die Eigenschaften von Wasser hin- sichtlich seiner Mischbarkeit mit anderen Substanzen bzw. Flüssigkeiten sowie dessen Verträglich- keit für biologische Systeme wie Pflanzen, Tiere oder auch dem menschlichen Organismus zu verbessern. Die Arbeitshypothese hierbei gründet sich auf grundlegende Betrachtungen der physi- kalischen Eigenschaften von Wasser.
Die in vielerlei Hinsicht bemerkenswerten Eigenschaften von Wasser lassen sich auf die Struk- tur des H20-Moleküls zurückführen, in dem die beiden H-Atome unter einem Winkel von 104,5 angeordnet sind. Die unterschiedlichen Elektronegativitäten von Sauerstoff und Wasserstoff führen zu einer Polarisierung der O-H-Bindungen, die somit auch als polare Atombindungen bezeichnet werden. Da die entgegengesetzten elektrischen Pole in ihrer räumlichen Lage nicht zusammenfal- len, bildet das Wassermolekül einen Dipol und verleiht Wasser einen stark polaren Charakter. Das erklärt die Eignung von Wasser als Lösungsmittel für polare Stoffe, die elektrolytische Dissoziation von Salzen, Basen und Säuren, die Neigung zur Komplexbildung, die Hydratation und die Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoff-Brückenbindungen.
Insbesondere die Ausbildung von Wasserstoff-Brückenbindungen hat weitreichende Konse- quenzen und bedingt nicht zuletzt auch die Strukturen von flüssigem und festem Wasser. Zwischen dem positiv geladenen Wasserstoffatom und dem freien Elektronen paar eines Sauerstoffatoms eines Nachbarmoleküls kommt es zu einer elektrostatischen Anziehung, wobei die Bindungsener- gien der Wasserstoff-Brückenbindungen im Bereich von 40 kJ/mol liegen. Diese Wasserstoffbrü- cken erhöhen die Schmelztemperatur, die Siedetemperatur, die Verdampfungsenthalpie, das Dipolmoment, die elektrische Feldkonstante und die Viskosität. So müsste etwa Wasser aufgrund seiner kleinen Molekülmasse von 18 U den wesentlich geringeren Siedepunkt von -70 C aufwei- sen, anstatt des tatsächlich beobachteten Siedepunkts von 100 C und würde daher in der Natur gasförmig vorkommen.
Dies verdeutlicht die herausragende Bedeutung der Fähigkeit des Wassers zur Bildung von Wasserstoff-Brückenbindungen.
Wasserstoff-Brückenbindungen führen aber auch zu typischen Ketten-, Schicht- und Raum- netzstrukturen. Eis etwa besitzt eine hochgeordnete kristalline Struktur mit einem Maximum an Wasserstoffbrücken. Aber auch flüssiges Wasser hat eine teilweise geordnete Struktur, in der sich ständig Gruppen von Molekülen je nach Temperatur über Wasserstoffbrücken zusammenschliessen und wieder auflösen. Diese Gruppen von Wassermolekülen werden als Cluster bezeichnet, deren Grösse experimentell bestimmt werden kann. So kann aus Messdaten geschlossen werden, dass sich die durchschnittliche Clustergrösse bei 10 C bei etwa 50 Wassermolekülen bewegt, während dies bei 50 C nur mehr etwa 20 Moleküle sind.
Wasserstoff-Brückenbindungen sind für die Lebensvorgänge in biologischen Systemen von weitreichender Bedeutung. Sie beeinflussen Strukturen und Eigenschaften von organischen Mole- külen, insbesondere von Biopolymeren wie DNA, Proteine und Polysaccharide. Erst in wässriger Lösung können diese Moleküle bestimmte Funktionen im Stoffwechsel ausüben, etwa als Enzyme, Gene oder Stützgewebe. Bei den für biologische Systeme typischen Temperaturen ist die Bildung von Molekülcluster mit bis zu 40 Wassermolekülen in der Wechselwirkung mit solchen Biopolyme- ren allerdings keine zu vernachlässigende Grösse mehr und beeinträchtigt die Funktionsweise der unterschiedlichen Biopolymere als auch die Aufnahme von Wasser in das Innere von Zellen in nachteiliger Weise.
Somit besteht die Überlegung, durch chemische oder technische Massnahmen die Grösse die- ser Molekülcluster zu verkleinern, um dessen Eigenschaften innerhalb biologischer Systeme bzw. die Mischbarkeit von Wasser mit anderen Substanzen zu verbessern. So wird etwa in JP 6315682 A1 vorgeschlagen, mittels Ultraschall die durchschnittliche Clustergrösse zu verringern.
In US 5 753 124 A wird hingegen vorgeschlagen, durch Anwendung eines magnetischen Feldes Molekülcluster im Wasser aufzubrechen. In EP 0 507 960 B1 wird ein chemischer Lösungsansatz verfolgt, bei dem durch Beimengung wasserlöslicher Mineralien Wasserstoffbrückenbindungen des Wassers aufgebrochen werden sollen. In EP 1 052 226 A1 wird eine Vorrichtung offenbart, die im wesentlichen einen zylindrischen Grundkörper umfasst, in dem Leitschaufeln angeordnet sind, die dem durchströmenden Wasser einen Drall verleihen. Durch diese Verwirbelung soll ebenfalls die
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durchschnittliche Clustergrösse verringert werden.
Vorrichtungen dieser Art zeichnen sich durch einen verhältnismässig komplizierten Aufbau aus.
Es hat sich im Gegensatz dazu überraschenderweise gezeigt, dass sich der gewünschte Effekt, nämlich eine Reduktion durchschnittlicher Clustergrössen, auch durch eine relativ einfache Vorrich- tung verwirklichen lässt, die somit auch preisgünstig herzustellen ist und eine breite Anwendung dieser Art der Wasseraufbereitung ermöglicht. Durch den einfachen Aufbau lässt sich die erfin- dungsgemässe Vorrichtung aber auch wesentlich kleiner bauen, was deren Montage an Wasser- hähne, Duschköpfe und dergleichen ohne grossen Aufwand ermöglicht. Diese Eigenschaften der erfindungsgemässen Vorrichtung werden durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 sichergestellt.
Anspruch 1 sieht hierbei eine Vorrichtung vor, bei der in einer Wirbelkammer ein rotations- symmetrischer Hohlraum mit einer Zuleitung für Wasser und einem Ablauf für das zugeleitete Wasser sowie einer Begrenzungsfläche vorgesehen ist, deren Querschnittsfläche normal zur Rotationsachse des Hohlraums sich vom Bereich der Zuleitung bis zum Bereich des Ablaufs stetig verringert und im Bereich der Zuleitung mindestens viermal so gross ist wie im Bereich des Ablaufs, wobei die Zuleitung in nicht-paralleler Richtung zur Rotationsachse verläuft und in die äusseren Umfangsbereiche des Hohlraums mündet. Dadurch wird erreicht, dass das über die Zuleitung in den Hohlraum zugeführte Wasser in eine Rotation versetzt wird, deren Winkelgeschwindigkeit sich auf dessen Weg zum Ablauf erhöht.
Wird die Querschnittsfläche normal zur Rotationsachse des Hohlraums im Bereich der Zuleitung mindestens viermal so gross wie im Bereich des Ablaufs ge- wählt, so wird in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Anspruch 14 eine ausreichende Verwirbelung des Wassers erzielt, um bereits eine Reduktion von Molekülcluster zu bewirken. Dieser Effekt wird durch die Verwirklichung der Massnahmen gemäss der Ansprüche 2 bis 10 verstärkt. Durch die Massnahmen gemäss der Ansprüche 11 bis 13 wird ermöglicht, die erfin- dungsgemässe Vorrichtung etwa auch zur Beimengung von Substanzen zu verwenden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung sowie das erfindungsgemässe Verfahren werden nun an- hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen dabei Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene B-B in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene A-A in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene C-C in Fig. 4, Fig. 5 einen Schnitt durch die weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene D-D in Fig. 3, Fig. 6a eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung im Aufriss, Fig. 6b eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 6a im Grundriss, Fig.
6c eine Detailansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene A-A in Fig. 6a, sowie Fig. 6d eine Detailansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Ebene B-B in Fig. 6b.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sieht eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung eine rotationssymmetrische Wirbelkammer 2 vor, die im ihrem oberen Abschnitt eine zylindrische Form mit Durchmesser D aufweist und deren unterer Abschnitt sich zunehmend verjüngt, um am unteren Ende der Wirbelkammer 2 einen Ablauf 8 mit dem Durchmesser d2 zu bilden. Dadurch wird ein rotationssymmetrischer Hohlraum 7 mit der Rotationsachse S definiert. Die Begrenzungsfläche 3 des Hohlraums 7 kann unterschiedlich gestaltet werden. Als erzeugende Kurven dienen vor- zugsweise Kurven zweiter Ordnung, insbesondere Kurven gemäss einer Exponentialfunktion, einer Parabelfunktion oder einer Hyperbelfunktion.
Es können aber auch Kurvenausschnitte von Pum- penschaufeln, Tragflügelprofilen oder auch Geraden bzw. beliebig daraus zusammengesetzte Kurven zum Einsatz kommen, sofern sich die dadurch definierte Begrenzungsfläche 3 vom Bereich der Zuleitung 5 zum Ablauf 8 verjüngt. Als besonders effektiv haben sich Kurvenformen erwiesen, die die in der Natur vorkommenden Wirbelformen nachahmen, wie sie etwa entstehen, wenn sich ein Wassertrichter beim Abfluss einer Badewanne bildet.
Eine Zuleitung 5 (Fig. 2), die über einen Mündungsquerschnitt Az verfügt, mündet in den zylind-
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rischen Bereich der Wirbelkammer 2 in einer Weise, dass zugeführtes Wasser in die äusseren Umfangsbereiche des Hohlraums 7 strömt. Durch die rotationssymmetrische Form des Hohlraums 7 wird dadurch die zunächst geradlinige Bewegung des Wassers entlang der Zuleitung 5 beim Einströmen in den Hohlraum 7 in eine Rotationsbewegung versetzt, die durch einen anfänglichen Drehimpuls L1 charakterisiert ist. Verläuft die Zuleitung 5 normal zur Rotationsachse S, so wird hierbei der anfängliche Drehimpuls L, bei gleichbleibendem Einleitdruck optimiert.
Eine weitere Optimierung des anfänglichen Drehimpulses L1 wird etwa dadurch erreicht, dass an der Mündung der Zuleitung 5 eine Leitfläche 13 beginnt, die entlang der Begrenzungsfläche 3 spiralförmig in Richtung des Ablaufs 8 verläuft und sich in ihrer radialen Erstreckung dabei zunehmend verjüngt (Fig. 3 und 4). Das eingeleitete Wasser wird dadurch entlang der Leitfläche 13 dem sich verjün- genden Teil der Wirbelkammer 2 zugeführt.
Vorzugsweise wird die Wirbelkammer 2 mit einem einen Hohlraum 9 aufweisenden Oberteil 1 abgedeckt, wobei die Begrenzungsfläche 3' des Hohlraums 9 in ihrer Form jener vom Hohlraum 7 entspricht (Fig. 1).Alternativ dazu kann die Wirbelkammer 2 auch mit einem Oberteil 10 abgedeckt sein, dessen Form im wesentlichen einer Scheibe entspricht (Fig. 3). Wird der Oberkörper 1,10 mit einer Öffnung 11 mit dem Durchmesser d1 versehen, so besteht die Möglichkeit, Substanzen oder Flüssigkeiten, die mit dem über die Zuleitung 5 zugeführten Wasser vermischt werden sollen, einzuleiten. Wirbelkammer 2 und Oberteil 1 werden vorzugsweise als separate Bauteile ausge- führt, die über Befestigungsmittel 14 verschraubbar sind.
Bei einer Anordnung gemäss Fig. 1 strömt die zugeführte Wassermenge des weiteren in Rich- tung des Ablaufs 8. Aufgrund des erfindungsgemässen Merkmals der sich verjüngenden Begren- zungsfläche 3 und der Tatsache, dass der anfängliche Drehimpuls L, bei der Bewegung in Rich- tung des Ablaufs 8 erhalten bleiben muss, wird sich eine zunehmende Winkelgeschwindigkeit des Wassers einstellen. Ist etwa der Durchmesser D doppelt so gross wie der Durchmesser d2, so wird die Winkelgeschwindigkeit der bewegten Wassermenge im Bereich des Ablaufs 8 ebenfalls ver- doppelt, sofern Reibungseffekte an der Begrenzungsfläche 3 vernachlässigt werden. Das bedeutet, dass bei Erhöhung des Verhältnisses D/d2 ein Vielfaches an Winkelgeschwindigkeiten beim Ablauf 8 erzielt werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist über die Zuleitung 5 vorzugsweise mit einer Wasser- menge pro Zeiteinheit zu beschicken, die die über Ablauf 8 abgeführte Wassermenge pro Zeitein- heit zumindest entspricht. Daraus folgt, dass der Querschnitt Az der Zuleitung 5 in Verbindung mit dem Einleitdruck des Wassers auf den Querschnitt AA des Ablaufs 8 abgestimmt sein muss. Durch die in Anspruch 14 vorgesehene Verfahrensweise wird eine funktionstüchtige Bedienung der erfindungsgemässen Vorrichtung aber sichergestellt, da nur bei entsprechender Beschickung eine Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit des zugeführten Wassers von zumindest auf das Doppelte möglich ist. Der Querschnitt Az sowie die Querschnittsfläche AA des Ablaufs 8 werden sich hierbei in der Regel im Bereich von Quadratmillimeter bis Quadratzentimeter bewegen.
In einem gängigen Anwendungsfall der erfindungsgemässen Vorrichtung, nämlich jenem, wo sie etwa an einem Was- serhahn montiert ist, wird beispielsweise der Hohlraum 7 durch den Oberteil 1 abgeschlossen und die erfindungsgemässe Vorrichtung durch den in der Wasserleitung vorhandenen Wasserdruck mit einer Wassermenge pro Zeiteinheit beschickt, die der über den Ablauf 8 abführbaren Wassermen- ge pro Zeiteinheit übersteigt. In einem anderen Anwendungsfall kann die erfindungsgemässe Vor- richtung aber auch als eigenständige Aufbereitungsanlage betrieben werden, in die bei definiertem Einleitdruck eine definierte Wassermenge pro Zeiteinheit in den Hohlraum 7 eingeleitet wird.
In Verbindung mit der vorgegebenen Querschnittsfläche AA des Ablaufs 8 kann so vorgesehen sein, dass bei stationärem Betrieb genau jene Menge, die pro Zeiteinheit durch den Ablauf 8 abfliessen kann, über die Zuleitung 5 zugeführt wird. Die stationäre Betriebsphase schliesst hierbei an eine Füllphase an, bei der eine grössere Wassermenge pro Zeiteinheit über die Zuleitung 5 zugeführt wird, als durch den Ablauf 8 abfliessen kann. Ziel dieser Vorgangsweise ist ein stationäres Wirbel- feld im Hohlraum 7 der Wirbelkammer 2. Idealerweise bildet sich dabei in Richtung der Rotations- achse S ein Luftschlauch, der sich vom Äusseren der Wirbelkammer 2 durch den Ablauf 8 in den Hohlraum 7 erstreckt.
Um die Wirbelbildung im Hohlraum 7 zu begünstigen, kann auch vorgesehen sein, im Inneren des durch die Wirbelkammer 2 und dem Oberteil 1 gebildeten Hohlraums einen Rotationskörper 6, 6' vorzusehen. Der Rotationskörper kann etwa in Form einer Scheibe bzw. eines Scheibenrings 6'
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ausgebildet sein (Fig. 3), er kann aber auch in Form eines Rotationskörpers 6 geformt sein, dessen äussere Begrenzungsfläche 12 in ihrer Form einem Abschnitt der Begrenzungsfläche 3 des Hohl- raums 7 entspricht (Fig. 1). Der Rotationskörper 6,6' kann entweder lagerungsfrei im durch die Wirbelkammer 2 und dem Oberteil 1 gebildeten Hohlraum angeordnet sein, oder in diesem Hohl- raum rotierbar fixiert sein.
Wie bereits erwähnt wurde, wird sich bei Durchlaufen der eingeleiteten Wassermenge durch die erfindungsgemässe Vorrichtung eine zunehmende Winkelgeschwindigkeit des Wassers einstel- len. Die Winkelgeschwindigkeit der bewegten Wassermenge ist allerdings im Hohlraum 7 entlang des Querschnitts normal zur Rotationsachse S nicht konstant. Wie sich aus theoretischen Betrach- tungen der Turbulenztheorie ergibt, ist die Winkelgeschwindigkeit des Wassers im Nahbereich zur Rotationsachse S um ein Vielfaches grösser als im Nahbereich zur Begrenzungsfläche 3, wo sie im unmittelbaren Kontaktbereich, der sogenannten sublaminaren Grenzschicht, schliesslich gegen Null konvergiert.
Dadurch stellen sich nicht nur grosse Geschwindigkeitsgradienten in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung ein, was bereits im Bereich relativ geringer Absolut- werte für die Winkelgeschwindigkeiten starke hydrodynamische Scherkräfte bewirkt. Molekülcluster im Wasser werden somit gewissermassen "zerrissen".
Die qualitative Veränderung der physikalischen Eigenschaften nach Durchlaufen einer erfin- dungsgemässen Vorrichtung lassen sich auch experimentell bestimmen, etwa durch Messung der Lichtabsorption. Molekülcluster in Wasser besitzen Anregungsenergien im Bereich des UV- Spektrums. Sollte die durchschnittliche Grösse von Molekülcluster bei Durchlaufen der erfindungs- gemässen Vorrichtung tatsächlich abnehmen, so müsste die Durchlässigkeit von Wasser im UV- Bereich von Licht zunehmen. Entsprechende Messdaten des Anmelders bestätigen diesen Sach- verhalt.
Die aussergewöhnliche Effektivität einer dermassen einfachen Vorrichtung hinsichtlich der Zer- störung von Molekülcluster wie jene gemäss der Erfindung begründet sich insbesondere darauf, dass eine turbulente Wirbelströmung erzeugt wird. Turbulenz ist hierbei in physikalischer Hinsicht ein Strömungszustand des Wassers bei sehr hohen Reynoldszahlen, im Gegensatz zum annä- hernd laminaren Strömungszustand in der Zuleitung 5, die durch geringe Reynoldszahlen charak- terisiert ist. Turbulenzen entstehen primär in Wirbelströmungen und sind in mathematischer Hin- sicht durch die wesentlichen Eigenschaften einer Raum-zeitlich irregulären Bewegung sowie einer Existenz einer Hierarchie von Längen- und Zeitskalen gekennzeichnet. Letzteres gestattet die Definition von drei unterschiedlichen Spektralbereichen von Wirbeln (die "Grösse" von Wirbeln).
Für die erfindungsgemässe Vorrichtung (deren Grössenordnung sich im Bereich von Zentimetern bis Dezimeter bewegt) sind lediglich zwei davon entscheidend, nämlich der "inertielle Bereich" und der "Dissipationsbereich". Der inertielle Bereich ist ein durch Nichtlinearität geprägter, trägheitsbe- herrschter Bereich, in dem sich das Wirbelfeld statistisch selbstähnlich verhält. In diesem Bereich wird über makroskopische Wirbel Energie eingebracht, die über kleine Wirbel aufgrund der Viskosi- tät des Wassers wieder abgegeben wird. Sind die Wirbel entsprechend des betrachteten Systems klein, so bewegt sich das Wirbelfeld im Dissipationsbereich, in dem die Energie der Wirbel auf- grund molekularer Reibung in Wärme umgewandelt wird.
Die in erfindungsgemässen Vorrichtungen durch Zuleitung von Wasser in einen rotationssymmetrischen Hohlraum 7 im makroskopischen Massstab eingebrachte Rotationsenergie wird somit durch nichtlineare Wechselwirkungsprozesse zu immer kleiner werdenden Wirbeln transferiert, bevor sie in Wärmeenergie dissipiert werden kann. Dieser Energietransportvorgang wird auch als Kaskadierung der Energie bezeichnet. Ma- thematische Betrachtungen der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Durchmesser D im Grössenbe- reich von Zentimetern bis Dezimetern (eventuell auch im Meterbereich) und bei einem Verhältnis von D zu d2 von mindestens zwei legen es nahe, dass die anfänglich eingebrachte Rotationsener- gie in ausreichendem Ausmass zu kleineren Skalen transferiert werden kann, um eine notwendige Energiedichte im Bereich von etwa 40 kJ/mol zu erzielen.
Damit wird der Energiebereich der Was- serstoff-Brückenbindungen erreicht, wodurch sie aufgebrochen werden können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bzw. das erfindungsgemässe Verfahren sollen im folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels illustriert werden, wenngleich auch andere Ausfüh- rungsformen zur Verwirklichung der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens möglich sind.
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Ausführungsbeispiel:
Fig. 6a zeigt eine mögliche Verwirklichung der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des erfin- dungsgemässen Verfahrens. Hierbei ist die Wirbelkammer 2 in ihrer äusseren Form als Kugel 4 mit einem äusseren Durchmesser von etwa 100 mm ausgeführt, die in ihrem Äquatorialbereich von einer in ihrer äusseren Form zylinderförmigen Ummantelung 15 umgeben ist. Die zylinderförmige Ummantelung 15 und somit auch die Kugel 4 wird von Haltestangen 16 gehalten, wobei die Hal- testangen 16 an einer Grundplatte 17 fest montiert sind. Die Grundplatte 17 ist etwa als Scheibe mit einem Durchmesser von 200 mm ausgeführt, die Gesamthöhe der Vorrichtung gemäss Fig. 6a beträgt etwa 400 mm.
Durch eine der Haltestangen 16 ist ein Schlauch geführt (in Fig. 6 nicht dargestellt), der an einem Ende mit einem Wasserhahn verbunden werden kann und an seinem anderen Ende in die Zuleitung 5 mündet. Die Zuleitung 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Hohlraum im Nahebereich der Äquatorebene E der Kugel 4 gebildet (siehe Fig. 6c und 6d).
Die Zuleitung 5 mündet in einen weiteren Hohlraum innerhalb der Kugel, der sich in die Abschnitte 7,9 und 18 gliedert. Der Mündungspunkt der Zuleitung 5 befindet sich dabei im Hohlraumabschnitt 18 und weist einen Querschnitt von z. B. 4 mm Länge und 3 mm Breite auf. Wahlweise kann sich in der Zuleitung 5 auch eine Rechteckdüse befinden (in Fig. 6 nicht dargestellt). Der Abschnitt 18 hat hierbei zylindrische Form, wobei sich der radiale Abstand der äusseren Begrenzungsfläche des Abschnittes 18 vom Bereich der Zuleitung 5 entlang des Umfanges bis zum Bereich der Zuleitung 5 stetig verringert (siehe insbesondere Fig. 6c). Dadurch wird die Leitfläche 13 gebildet.
Der Hohlraumabschnitt 7 weist die Begrenzungsfläche 3 auf, die im dargestellten Fall hyperbo- lische Form besitzt. Wird im Schnitt gemäss Fig. 6d etwa die als Linie erscheinende Äquatorialebe- ne E als x-Achse und die Rotationsachse S als y-Achse definiert, so erscheint die Begrenzungsflä- che 3 in Fig. 6d als reziproke Funktion, bei der das Produkt der x- und y-Koordinaten der Punkte der Funktion konstant ist, z. B. 50 mm2 beträgt. Die Begrenzungsfläche 3 erfüllt somit gemäss der in Fig. 6d dargestellten Ausführungsform die Bedingung, dass das Produkt der x-, y- und z-Koordinaten der Punkte der Begrenzungsfläche 3 gleich einem konstanten Wert ist.
Die Wirbelkammer 2 verfügt über einen Auslass 8, dessen Durchmesser d2 z. B. 4 mm beträgt.
Der Durchmesser D der Wirbelkammer 2 im Bereich der Zuleitung 5 beträgt z. B. 80 mm. Durch das Verhältnis von Durchmesser D zu Durchmesser d2 von 20 wird eine zwanzigfache Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit am Auslass 8 im Vergleich zu jener im Bereich der Zuleitung 5 der Wirbel- kammer 2 erreicht. Die Wirbelkammer 2 ist des weiteren mit einem Oberteil 1 abgedeckt, dessen innere Begrenzungsfläche 3' in ihrer Form jener der Begrenzungsfläche 3 entspricht. Der Nor- malabstand zwischen den Begrenzungsflächen 3 und 3' beträgt an ihren der Äquatorialebene E nächstliegenden Punkten z. B. 3 mm.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 ist auch der Oberteil 1 mit einer Öffnung 11mit einem Durchmesser von 3 mm versehen, in die etwa eine Zufuhrvorrich- tung (in Fig. 6 nicht dargestellt) für eine Flüssigkeit oder Substanzen, die mit dem über die Zulei- tung 5 eingeleiteten Wasser vermischt werden sollen, eingesetzt werden kann. In diesem Fall kann sich etwa im Bereich der Öffnung 11 ein Gewinde befinden, um über eine Schraubverbindung diese Zufuhrvorrichtung an der Kugel 4 zu montieren.
Beim Betrieb dieser erfindungsgemässen Vorrichtung wird Wasser von einem Wasserhahn über den in einer der Haltestangen 16 geführten Schlauch in die Zuleitung 5 eingeleitet. Der Einleitdruck wird sich bei den hier gewählten Abmessungen bei etwa 3 bar Überdruck (3*105 Pa) bewegen.
Somit werden etwa 8-10 Liter pro Minute in den Hohlraumabschnitt 18 gelangen. Dividiert man die eingeleitete Wassermenge pro Zeiteinheit durch die Querschnittsfläche der Zuleitung 5 an ihrer Mündung in den Hohlraumabschnitt 18, so kann leicht die Einströmgeschwindigkeit des Wassers in die Wirbelkammer 2 errechnet werden. Gemeinsam mit dem Durchmesser D der Wirbelkammer 2 ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel eine anfängliche Winkelgeschwindigkeit von bis zu 350 s1 die bei den hier gewählten Abmessungen auf bis zu 7000 s1 im Bereich des Abflusses 8 erhöht wird. Das diesen extremen physikalischen Bedingungen ausgesetzte und so aufbereitete Wasser verlässt die Wirbelkammer 2 über den Abfluss 8 und wird etwa in einem darunter befindli- chen Auffangbehälter (in Fig. 6 nicht dargestellt) gesammelt.
Durch eine Verwirbelung des Wassers durch die erfindungsgemässe Vorrichtung bzw. des er- findungsgemässen Verfahrens kann eine zumindest teilweise Auflösung von Molekülcluster im aufbereiteten Wasser erreicht werden, wodurch sich etwa Mischungen mit anderen Substanzen
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oder Flüssigkeiten besser herstellen lassen. Zudem ist nachweisbar, dass die Verringerung der durchschnittlichen Clustergrössen eine messbare Erhöhung der Transparenz des Wassers im UV- Bereich bewirkt. Diese Verringerung der durchschnittlichen Clustergrössen bewirkt zudem eine bessere Aufnahme des Wassers durch organische Zellen, was unter anderem durch Keimfähig- keitsversuche von Pflanzensamen gezeigt wurde.
Generell kann bei solcherart aufbereitetem Wasser von einer besseren Resorptionsfähigkeit durch biologische Systeme wie Pflanzen, Tiere oder auch dem Menschen ausgegangen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser mit einer Zuleitung (5) und einem Ablauf (8), da- durch gekennzeichnet, dass in einer Wirbelkammer (2) ein rotationssymmetrischer Hohl- raum (7) mit einer Begrenzungsfläche (3) vorgesehen ist, deren Querschnittsfläche normal zur Rotationsachse (S) des Hohlraums (7) sich vom Bereich der Zuleitung (5) bis zum Be- reich des Ablaufs (8) stetig verringert und im Bereich der Zuleitung (5) mindestens viermal so gross ist wie im Bereich des Ablaufs (8), wobei die Zuleitung (5) in nicht-paralleler Rich- tung zur Rotationsachse (S) verläuft und in die äusseren Umfangsbereiche des Hohlraums (7) mündet.