DE102011118893B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Imprägnierung von Wasser mit Gas, gekennzeichnet durch die Schritte: Einspeisen von Wasser und mindestens einem Gas in eine Pumpenvorrichtung (4); gleichmäßige Vermischung des Wassers und des Gases durch Bewegungen in der Pumpenvorrichtung (4), um ein Wasser-Gas-Gemisch zu bilden, wobei das Gas im Wasser gelöst ist; Zuführen des Wasser-Gas-Gemisches von einem Ausgleichsbehälter (6) über eine Leitung zu einer Schlitzdüse (7) und Konstanthalten eines Vordrucks in der Leitung durch die Schlitzdüse (7); Zerstäuben des Wassers mit dem darin gelösten Gas und Bildung von Gasbläschen durch die Schlitzdüse (7); Entspannung des Wassers mit dem gelösten Gas beim Einleiten in eine mit Wasser gefüllte Badevorrichtung (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas.
  • Kohlensäurebäder (im Folgenden CO2-Bäder) dienen der Linderung von verschiedenen Beschwerden, beispielsweise Durchblutungsstörungen, chronischen Wunden oder Bluthochruck. Durch wiederholte Anwendungen von CO2-Bädern lässt sich die durchblutungsfördernde und entlastende Wirkung der Kohlensäure auf das Herz-Kreislauf-System und die Organe eine Zeit lang stabilisieren.
  • Bei herkömmlichen CO2-Bädern wird dem Badewasser CO2 beigemischt. Dabei wird warmes Wasser des Bades mit kaltem Wasser, welches Kohlensäure enthält, angereichert. In der Regel wird dabei eine Konzentration von 500–1400 Milligramm CO2 pro Wasserliter zugesetzt, um eine therapeutische Wirkung zu erzielen. Die Kohlensäure wird in Form von Gasbläschen freigesetzt, die sich auf der Haut des Patienten festsetzen. Ist die Menge an Kohlensäure freigesetzt, können keine weitern Gasbläschen erzeugt werden.
  • Aus DE 295 11 811 U1 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher Wasser und Gas einer Pumpenvorrichtung zugeführt werden, wobei das Wasser-Gas-Gemisch anschließend über mehrere Düsen in eine Badevorrichtung eingeleitet wird. Jeder Düse ist eine gesonderte Kreiselpumpe zugeordnet.
  • DE 35 44 002 A1 offenbart eine Pumpenvorrichtung für eine Wirbelstrom-Badewanne zu Massagezwecken, wobei durch Verwendung eines Kompressors der Luftanteil in den Massage-Wasserstrahlen erhöht wird, um einen intensiven Massageeffekt zu erzielen. Das in der Wanne befindliche Wasser wird durch eine Saugleitung angesaugt, mit Luft aus dem Kompressor vermischt und unter hohem Druck wieder in die Wanne durch Massagedüsen eingeleitet.
  • Des Weiteren ist aus DE 87 18 102 U1 die Verwendung einer Schlitzdüse als Hydro-Massagedüse bekannt. Um hierdurch einen breitflächigen Strahl in das Innere eines Wasserbeckens erzeugen zu können, ohne dass in vertikaler Richtung Spritzwasser entsteht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas bereitzustellen, wobei die Imprägnierung unbegrenzt in der Zeitlänge ist und die Gasbläschen eine Größe von wenigen μm aufweisen können, um dadurch langsam im Wasser einer Badevorrichtung aufzusteigen und bei einer in der Badevorrichtung befindlichen Person einen Film auf der Haut zu bilden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeben.
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas bereitgestellt, wobei eine Pumpenvorrichtung, beispielsweise eine Kreiselpumpe, welche hohe Gas-Wassergemische fördern kann, mit Wasser gespeist wird, welches insbesondere temperiert sein kann. Saugseitig wird eine Gasleitung angeschlossen, in welche verschiedenen Gase oder Gasgemische, insbesondere CO2, N2 oder O2 zudosiert werden können.
  • Durch Kreisbewegungen innerhalb der Pumpenvorrichtung kann das Gemisch aus Gas und Wasser gleichmäßig verteilt werden. Durch Bewegungen von Schaufelrädern einer Kreiselpumpe können Gasblasen in Gasbläschen zerstäubt werden. Dadurch kann die Oberfläche der Gasblasen erhöht werden. Durch eine Druckerhöhung innerhalb der Pumpenvorrichtung können große Volumina an Gas in geringer Zeit im Wasser gelöst werden. Vorzugsweise kann ein Druck von größer 3 bar verwendet werden.
  • Die in Wasser gelösten Gase sind unsichtbar gelöst, bis eine Entspannung des Wassers stattfindet. Eine Entspannung des Gas-Wasser-Gemisches findet beim Einströmen des Gemisches in die Badevorrichtung, beispielsweise eine Badewanne, statt. Hierzu wird eine Schlitz-Düse verwendet, durch welche das gespannte Gas-Wasser-Gemisch direkt unter Wasser in das Wasser der Badevorrichtung eingedüst werden kann.
  • Mittels einer definierten Schlitzweite und Durchflussmenge der Schlitz-Düse, wobei Schlitzweite und Durchflussmenge abhängig von der Größe der Badevorrichtung ist, kann ein Vordruck in einer Leitung bis zum Ausströmen des Gas-Wassergemisches konstant gehalten werden, so dass keine vorzeitige Ausgasung durch Druckverlust stattfinden kann. Beim Durchströmen des mit Gas angereicherten Wassers durch die Düse erfolgt eine Zerstäubung und eine gleichmäßige Verteilung der Gasblasen im Gas-Wassergemisch.
  • Bei der Einleitung des Gas-Wassergemisches in das Wasser der Badevorrichtung kann das mit Gas angereicherte Wasser entspannen und die Gasblasen oder Gasperlen werden freigesetzt.
  • Durch das Verfahren und die Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser ist es möglich, dauerhaft Gas in ein Kreislaufsystem einzubringen, um eine Entgasung durch Gewinnung von Gasblasen von einer Größe im μm-Bereich in Wasser dauerhaft zu erzeugen und somit einen lang anhaltenden Film von Gasbläschen auf der Haut einer Person, welche sich in der Badevorrichtung befindet, zu erzeugen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Dotierung von Wasser mit Gas gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung mit einer frequenzgesteuerten Pumpvorrichtung.
  • 1 zeigt eine Vorgehensweise eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Dotierung von Wasser mit Gasen gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei es sich bei dem Gas um CO3, N2, O2 oder um ein Gemisch verschiedener Gase handeln kann. Die Vorrichtung zur Einspeisung von Gas wird mittels eines Schaltmittels 3, beispielsweise ein Druckschalter, am Ausgang einer Pumpenvorrichtung 4, beispielsweise eine Kreiselpumpe, gesteuert.
  • Die Kreiselpumpe, welche hohe Gas-Wassergemische fördern kann, wird mit temperiertem Wasser, vorzugsweise Wasser mit einer Temperatur von 30°C–40°C, gespeist. Saugseitig wird eine Gasleitung angeschlossen, durch welche Gase in vorbestimmten Volumen- bzw. Massenverhältnissen von Wasser zu Gas zudosiert werden können.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung werden mit einem Ausgleichsbehälter (6) betrieben. Sobald ein Druck am Ausgang der Kreiselpumpe 4 ein eingestelltes Minimum unterschreitet, wird die Kreiselpumpe 4 aktiviert, und der Druck im Ausgleichsbehälter 6 wird wieder erhöht. Gleichzeitig werden Ventilmittel 5, beispielsweise Magnetventile, welche eine Zufuhr des Gases regeln, eingeschaltet und das Gas wird mit der zuvor an einem Durchflussregler 2 eingestellten Durchflussrate von der Kreiselpumpe 4 zudosiert.
  • In der Kreiselpumpe 4 wird das Gas-Wasser-Gemisch durch schnelle Kreisbewegungen der Schaurfelräder homogenisiert, indem die Gasblasen durch die schnelle Bewegung der Schaufelräder der Kreiselpumpe in kleinste Gasbläschen zerstäubt werden. Dadurch kann die Oberfläche der Gasblasen erhöht werden und durch Erhöhung des Druckes innerhalb der Kreiselpumpe 4 können große Volumina an Gas in kurzer Zeit im Wasser gelöst werden. Insbesondere wird ein Druck größer oder gleich drei bar bevorzugt in der Kreiselpumpe 4 eingestellt.
  • Ein Eindringen von Wasser in die Gasleitungen wird durch eingebaute Rückschlagventile 1 verhindert.
  • Nach Erreichen eines eingestellten Druckmaximums am Ausgang der Pumpenvorrichtung 4 werden die Kreiselpumpe 4 und die Ventilmittel 5 wieder von einer (nicht gezeigten) Steuerung deaktiviert.
  • Vom Ausgleichsbehälter 6 aus wird das mit Gas versetzte Wasser über eine Leitung zu einer Düse 7, beispielsweise eine Schlitz-Düse, geführt. Durch die Düse 7 wird das hochgespannte Wasser d. h. hohe Konzentration von Gas im Wasser, direkt unter Wasser in das Wasser der Badevorrichtung 10, beispielsweise eine Badewanne, eingedüst. Durch eine definierte Schlitzweite oder einen definierten Bohrungsdurchmesser und eine definierte Durchflussrate durch die Düse, wobei die Düsenweite und die Durchflussrate von der Größe der Badevorrichtung 10 abhängig gewählt sind, kann somit der Druck in der Leitung bis zum Ausströmen konstant gehalten werden, so dass keine vorzeitige Ausgasung durch Druckverlust stattfinden kann. Durch die schlagartige Entspannung des Gas-Wasser-Gemischs erst beim Einströmen in das Wasser der Badevorrichtung 10 entstehen gleichmäßig verteilte Gasbläschen mit einem Durchmesser von wenigen μm.
  • Nach Einleiten des Gas-Wasser-Gemisches, d. h. des dotierten Wassers, in das Wasser der Badeeinrichtung 10 erfolgt eine Entspannung des Wassers und die Gasbläschen im μm-Bereich werden freigesetzt. Durch die kleine Größe der Gasbläschen ist die Auftriebsgeschwindigkeit reduziert, und die Gasbläschen können sich auf der gesamten Oberfläche einer Person, welche sich in der Badevorrichtung 10 befindet, anlagern. Durch die Möglichkeit einer andauernden Zufuhr von dotiertem Wasser in die Badevorrichtung 10 ist ein Aufenthalt einer Person in der Badevorrichtung aus technischen Gründen nicht zeitlich beschränkt.
  • 2 zeigt eine Vorrichtung zur Dotierung von Wasser mit Gasen, wie in 1 dargestellt ist mit einer frequenzgesteuerten Pumpenvorrichtung 4, beispielsweise eine frequenzgesteuerte Kreiselpumpe. Die Vorrichtung wird wie in 1 gezeigt mittels eines Schaltmittels 3, beispielsweise ein Druckschalter, am Ausgang der Pumpenvorrichtung 4 gesteuert.
  • Sobald der Druck am Ausgang der Pumpenvorrichtung 4 ein eingestelltes Minimum unterschreitet, wird die Pumpe 4 aktiviert und der Druck im Ausgleichsbehälter 6 wird wieder erhöht. Gleichzeitig werden Ventilmittel 5, die die Gaszufuhr regeln, eingeschaltet, und das Gas wird mit der vorher am Durchflussregler 2, 2' eingestellten Durchflussrate vor der Pumpe 4 zudosiert. Um ein Eindringen von Wasser in die Gasleitungen zu verhindern, sind zusätzlich automatische Rückschlagventile 1 eingebaut.
  • Vor Erreichen eines eingestellten Druckmaximums kann die Leistung der Pumpe 4 durch Veränderung einer Frequenz des Motors der Pumpe 4 auf die einzustellende Durchflussrate reduziert werden. Bei einem richtig eingestellten Vordruck kann die Pumpe 4 am Ansaugteil Unterdruck herstellen mit dem man zusätzlich zum medizinisch wirksamen Gas (z. B. Kohlendioxid) noch Luft durch die Schlitz-Düse 7 in die Badevorrichtung 10 zudosieren kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rückschlagventil
    2
    Durchflussregler
    3
    Druckschalter
    4
    Pumpenvorrichtung
    5
    Magnetventil
    6
    Ausgleichsbehälter
    7
    Düse
    8
    Gasbehälter
    9
    Wasserzulauf
    10
    Badevorrichtung

Claims (15)

  1. Verfahren zur Imprägnierung von Wasser mit Gas, gekennzeichnet durch die Schritte: Einspeisen von Wasser und mindestens einem Gas in eine Pumpenvorrichtung (4); gleichmäßige Vermischung des Wassers und des Gases durch Bewegungen in der Pumpenvorrichtung (4), um ein Wasser-Gas-Gemisch zu bilden, wobei das Gas im Wasser gelöst ist; Zuführen des Wasser-Gas-Gemisches von einem Ausgleichsbehälter (6) über eine Leitung zu einer Schlitzdüse (7) und Konstanthalten eines Vordrucks in der Leitung durch die Schlitzdüse (7); Zerstäuben des Wassers mit dem darin gelösten Gas und Bildung von Gasbläschen durch die Schlitzdüse (7); Entspannung des Wassers mit dem gelösten Gas beim Einleiten in eine mit Wasser gefüllte Badevorrichtung (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen eingespeisten Gas um CO2, N2, O2 oder ein Gasgemisch handelt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen von Wasser in einer Kreiselpumpe stattfindet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingespeiste Wasser eine Temperatur zwischen 30°C und 40°C aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüse (7) derart ausgestaltet ist, dass die Gasbläschen mit einer Größe von bis zu 10 μm erzeugt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Pumpenvorrichtung (4) ein Druck von mehr als 3 bar verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung des Wassers mit dem darin gelösten Gas in einer Badewanne oder in einem Badebecken stattfindet.
  8. Vorrichtung zur Imprägnierung von Wasser mit Gas, gekennzeichnet durch eine Pumpenvorrichtung (4), in welche Wasser und mindestens ein Gas gespeist wird; einen Durchflussregler (2), welcher mit einer bestimmten Durchflussrate das Gas in der Pumpenvorrichtung (4) dosiert; eine Schlitzdüse (7) zum Einleiten des mit dem Gas vermischten Wassers in eine mit Wasser befüllte Badevorrichtung (10), um dabei das Gas in Gasbläschen zu zerstäuben; und eine Steuerung, welche durch die Schlitzdüse (7) einen Vordruck in einer Leitung, welche sich von einem Ausgleichsbehälter (6) zur Schlitzdüse (7) erstreckt, bis zum Ausströmen des mit Gas gelösten Wassers konstant hält.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindest ein Schaltmittel (3), welches die Vorrichtung am Ausgang der Pumpenvorrichtung (4) steuert, und mindestens ein Ventilmittel (5), welches mit einem Gasbehälter (8) verbunden ist und eine Zufuhr des Gases regelt, umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einleitung des mit dem Gas vermischten Wassers an einer Unterseite der Badevorrichtung ausgestaltet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche beim Unterschreiten eines eingestellten Druckminimums am Ausgang der Pumpenvorrichtung (4) die Pumpenvorrichtung (4) aktiviert, und einen Druck in dem Ausgleichsbehälter (6), welcher mit der Pumpenvorrichtung (4) und der Düse (7) verbunden ist, erhöht und das mindestens eine Ventilmittel (5), welches mit einem Gasbehälter (8) verbunden ist, einschaltet.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass eine frequenzgesteuerte Kreiselpumpe zur Einstellung der Wasser- und Gas-Durchflussrate vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche beim Erreichen eines eingestellten Druckmaximums die Pumpenvorrichtung (4) und mindestens eines der Ventilmittel (5) abschaltet.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Badevorrichtung (10) eine Badewanne ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gas, welches in einem Reservoir gelagert und durch eine Zuleitung bereitgestellt ist, um CO2, N2 oder O2 oder ein Gasgemisch handelt.
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