DE10240667B4 - Vorrichtung zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser sowie Verfahren zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser - Google Patents

Vorrichtung zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser sowie Verfahren zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser, wobei ein Düsenbehälter (1) einen oberen Zulauf (9) für das Wasser und eine Zuführöffnung (10) für das Gas sowie eine untere Ausströmöffnung (7) für das Gas-Wassergemisch aufweist, wobei ein Düsenkörper (2) im oberen Teil mit darunter befindlicher Düsenaustrittskammer (3) mit anschließendem Düsenaustrittsraum (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Düsenaustrittsraum (4) unterhalb ein Druckstabilisator (8) zugeordnet ist, und daß der Düsenkörper (2) eine zur Führung und Verteilung des Wassers dienende Düsenringkammer (11) mit abschließendem Düsenringspalt (12) und eine mittige Gaszuführung (10) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anreicherung von Gas- oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Anreicherung von Gas- oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Gasanreicherungen in trinkbarem Wasser werden ausschließlich mit hohen Drücken realisiert und benötigen durchweg große Beruhigungskammern für das gasangereicherte Wasser, die ebenfalls unter einem hohen Druck stehen. Die bauliche Gestaltung ist meist umfangreich und platzzehrend, die Verfahren sind energieaufwendig. Hinzu kommt, daß bei den bekannten Verfahren nicht nur das Wasser unter hohem Druck bereitgestellt werden muß, sondern auch das einzumischende Gas, was zu zusätzlichen besonderen Sicherheitsanordnungen der gesamten Vorrichtung führt und diese somit zusätzlich Platzbedarf für Druckbehälter oder Druckerzeuger sowie deren Sicherheitsummantelung benötigt.
  • Aus der PCT/DE92/00485 bzw. der DE 43 09 546 C2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gasanreicherung bekannt. Durch die von unten durch den Düsenkörper geführte Zuleitung des Wassers entsteht jedoch ein Druckverlust, der so hohe Energieverluste bringt, daß ein Betrieb der Düse mit dem Vordruck aus Haushaltswasserleitungen nicht ohne zusätzliche Druckerhöhung betrieben werden kann. Ferner muß das zugeführte Gas unter dem gleichen Druck wie das zugeführte Wasser zur Verfügung stehen. Auch hier ist eine große Sammel- und Beruhigungskammer und damit eine nicht überall zur Verfügung stehende Einbaugröße erforderlich.
  • Aus DE 296 14 67 U1 ist eine Anlage zur Belüftung von flüssigen Medien bekannt, bei der die Wasserzuführung in eine Anreicherungskammer von oben durch eine einfache Lochdüse und die Gaszufuhr seitlich durch zwei Lochdüsen erfolgt.
  • Aus DE 201 08 721 U1 ist ein Modul zur Vermischung von fließfähigen Flüssigkeiten mit Gasen bekannt, wobei das Modul an jede beliebige wasserführende Leitung angeschlossen werden kann. Die Wasserzuführung erfolgt von oben in eine Anreicherungskammer durch eine einfache Lochdüse und die Gaszuführung durch zwei seitlich angeordnete Lochdüsen. Die Zerstäubung der durch die Lochdüse in die Anreicherungskammer zugeführten Flüssigkeit (Wasser) erfolgt ausschließlich über die Druckentspannung, was gleichbedeutend mit hohem Druckverlust ist. Die Gaseinmischung in das zerstäubte Wasser erfolgt durch den Kontakt in der Anreicherungskammer, wobei das Gas mit einem höheren Druck zugeführt werden muß als in der Anreicherungskammer herrscht.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser vorzuschlagen, wobei mit einem Minimum an Einbaugröße und Energie mit dem Vordruck aus Haushaltswasserleitungen eine Gleichförmigkeit der Gas-Wassermischung erreichbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 13 aufgezeigten Merkmale bzw. Verfahrensschritte gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Das von oben einer Düsenringkammer zugeführte Wasser wird ringförmig verteilt, um dann über einen angeschrägten ringförmigen Düsenspalt auszutreten. Durch eine Querschnittsverengung erfolgt eine Beschleunigung. Das beschleunigte austretende Wasser prallt in einem Mittelpunkt aufeinander, wobei das in die Düsenaustrittskammer zugeführte Gas durch den entstehenden Unterdruck des austretenden Wasserringstrahls mitgerissen und durch die Aufprallenergie in die Wasserstruktur gebunden wird. Das Gas-Wassergemisch tritt über die Ausströmöffnung kontinuierlich aus, wobei eine Regeleinrichtung sowohl dem Vordruck des zugeführten Wassers und ebenso des Gases sowie den Arbeitsdruck in der Düsenvorrichtung konstant hält und eine weitere Regelung in der Zapfleitung verhindert, daß der Entnahmedruck an der Zapfstelle über den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung ansteigt, wodurch es möglich wird, daß die Zapfentnahme sowohl analog manuell jede Entnahmemenge oder bei Mischung im Auslauf mit anderen Wässern jede Mischung zuläßt sowie auch eine digitale Entnahme an der Zapfstelle durch lediglich zwei Zustände von „Auf" und „Zu" ermöglicht, ohne die Funktion Arbeitskontinuität der Düsenvorrichtung einzuschränken.
  • Das Wasser wird ohne nennenswerten Druckverlust bis zum Düsenaustritt geführt, wobei das Gas drucklos oder mit geringem Druck beigegeben wird und die Mischung von Gas und Wasser durch den Mischunterdruck im Prallpunkt so stabil ist, daß sie ohne Drucksammelbehälter im Durchlaufverfahren abgeleitet werden kann. Je nach Durchströmmenge an angereicherter Flüssigkeit kann der Düsenaustrittsraum mit der Ausströmöffnung in seinem Fassungsvolumen in angepaßter Größe als Beruhigungspuffer ausgelegt werden um zu verhindern, daß die Gas-Wasserturbulenzen, die der scharfe Düsenaustrittsstrahl verursacht, sich in die Zapfleitung hineinbewegen und dort zu Zapfgeräuschen führen. Die Stabilität und Gleichförmigkeit der Mischung wird durch eine Druckstabilisierung in der Düsenvorrichtung vor der Ausströmöffnung oder spätestens vor der Zapfstelle erreicht. Der Entnahmedruck an der Zapfstelle steigt nicht über den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung an.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch eine Düsenvorrichtung und
  • 2 ein schematisches Schaltbild für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • In einem senkrechten zylindrischen Düsenbehälter 1 ist im oberen Teil der Düsenkörper 2 und darunter die Düsenaustrittskammer 3 mit anschließendem Düsenaustrittsraum 4 angeordnet. Zwischen Düsenaustrittskammer 3 und Düsenaustrittsraum 4 ist eine Mikrosieblagerung 5 zur Aufnahme von Mikrosieben 6 in verschiedenen Siebgrößen zur Wahlmöglichkeit der Blasenstruktur des Gas-Wassergemisches nach Entnahme aus dem Düsenbehälter 1 vorgesehen. Im unteren Düsenbehälter befindet sich die Ausströmöffnung 7 und davor, zwischen Düsenaustrittsraum 4 und Ausströmöffnung 7, der Druckstabilisator 8, der den Druck in der Düsenaustrittskammer 3 und dem Düsenaustrittsraum 4 angepaßt an den Zuleitungsdruck des Wassers in der Wasserzuführung 9, oberhalb des Düsenkörpers 2, konstant hält.
  • Neben der Wasserzuführung 9 befindet sich die Gaszuführung 10. Das Wasser strömt in die Düsenringkammer 11, während das Gas durch die Mitte des Düsenkörpers 2 in die Düsenaustrittskammer 3 geführt wird. Durch das aus dem Düsenringspalt 12 beschleunigt austretende Wasser wird ein Unterdruck erzeugt, der das in der Düsenaustrittskammer 3 zur Verfügung stehende Gas ansaugt und in dem Prallpunkt in der Düsenaustrittskammer 3 mit dem Wasser vermischt. Diese Mischung sammelt sich zur Beruhigung, um Spritzwasser an der Ausströmöffnung 7 oder Turbulenzen und Zapfgeräusche in einer weiterführenden Zapfleitung 27 zu vermeiden, vor der Ausströmöffnung 7 in dem Düsenaustrittsraum 4, wobei dieser Raum je nach Mengenanforderungen beim Wasserdurchlauf an die Düsenvorrichtung 13 in seiner Baugröße angepaßt ausgelegt werden kann. Mikrosiebe 6 können wahlweise in diesen Übergang eingebracht werden, die die Mischung nach Auswahl der Siebgröße wieder instabiler machen und zu einem verstärkten Aufstieg von beliebig großen Blasen des freigesetzten beigemischten Gases nach der Entnahme des Gas-Wassergemisches sorgen und so eine Auswahl des optischen Eindrucks der entnommenen Flüssigkeit ermöglichen.
  • Kern des Schaltbeispiels ist die Düsenvorrichtung 13. Aus der Ausströmöffnung 7 (1) strömt das Gas-Wassergemisch durch eine Ausströmleitung 26 über das Überströmventil 14, welches den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung 13 konstant hält, über eine Zapfleitung 27 zur Zapfstelle 22, aus der das Mischwasser 23 austritt. In die Zapfstelle 22 führt ein Bypaß 28, über den Wässer ohne Gasbeimischung oder einer anders gearteten Gasbeimischung das Gas-Wassergemisch auf Wunsch in Inhalt und Konsistenz verändert werden können und so beliebig angebotene Arten von Mischwasser 23 ermöglichen.
  • Der Zulaufdruck das Bypasses 28 zur Zapfstelle 22 wird durch das Bypaß-Druckminderventil 21 auf den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung 13 reduziert. In der Zapfleitung 27, zwischen dem Überströmventil 14 und der Zapfstelle 22, verhindert ein Druckwächter 24 den Anstieg des Druckes in der Zapfleitung 27 über den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung 13. Im Falle des Druckanstieges über den Arbeitsdruck hinaus, wird das Wassermagnetventil 20 geschlossen sowie gleichzeitig über einen Gastimer 18 das Gasmagnetventil 19. Der Gastimer 18 sorgt durch ein fest vorgegebenes Programm außerdem dafür, daß nach Abschalten der Tätigkeit der Düsenvorrichtung 13 kein Restwasser in derselben verbleibt und daß nach Anlaufen der Tätigkeit der Düsenvorrichtung 13 das Restgas vor Zuführung neuen Gases abgearbeitet wird. Das Gasrückschlagventil 29 verhindert ein Eindringen von Wasser zum Gasmagnetventil 19. Wie in der Flüssigkeitszuführung 30, die durch ein Rückflußventil 32 und durch ein Druckminderventil 17 stabilisiert wird, ist auch die Gaszuführung 31 durch ein Gas-Durchflußmengenventil 16 und ein Gas-Druckminderventil 15 abgesichert. In die Flüssigkeitszuführung 30 können wahlweise Geschmacks- und/oder Farbbeimischungen 34 durchgeführt werden, bevor die Flüssigkeit durch einen Flüssigkeitsfilter 33 zur Partikelentnahme fließt. Beide Vorrichtungen, Geschmacks- und/oder Farbbeimischungen 34 und Flüssigkeitsfilter 33 zur Partikelentnahme können wahlweise auch in die Bypaßleitung integriert werden. Alternativ kann sowohl die zugeführte Flüssigkeit vor dem Wassermagnetventil 20, wie auch im Bypaß 28 durch ein integrierbares Durchlaufkühlgerät (nicht dargestellt) auf eine gewünschte Temperatur des Mischwassers 23 gebracht werden.
    • 1
    Düsenbehälter
    2
    Düsenkörper
    3
    Düsenaustrittskammer
    4
    Düsenaustrittsraum
    5
    Mikrosieblagerung
    6
    Mikrosiebe
    7
    Ausströmöffnung
    8
    Druckstabilisator
    9
    Wasserzuführung
    10
    Gaszuführung
    11
    Düsenringkammer
    12
    Düsenringspalt
    13
    Düsenvorrichtung
    14
    Überströmventil
    15
    Gas-Druckminderventil
    16
    Gas-Durchflußmengenventil
    17
    Druckminderventil
    18
    Gastimer
    19
    Gasmagnetventil
    20
    Wassermagnetventil
    21
    Bypaß-Druckminderventil
    22
    Zapfstelle
    23
    Mischwasser
    24
    Druckwächter
    26
    Ausströmleitung
    27
    Zapfleitung
    28
    Bypaß
    29
    Gasrückschlagventil
    30
    Flüssigkeitszuführung
    31
    Gaszuführung
    32
    Rückflußventil
    33
    Flüssigkeitsfilter
    34
    Geschmacks- und/oder Farbbeimischung

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser, wobei ein Düsenbehälter (1) einen oberen Zulauf (9) für das Wasser und eine Zuführöffnung (10) für das Gas sowie eine untere Ausströmöffnung (7) für das Gas-Wassergemisch aufweist, wobei ein Düsenkörper (2) im oberen Teil mit darunter befindlicher Düsenaustrittskammer (3) mit anschließendem Düsenaustrittsraum (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Düsenaustrittsraum (4) unterhalb ein Druckstabilisator (8) zugeordnet ist, und daß der Düsenkörper (2) eine zur Führung und Verteilung des Wassers dienende Düsenringkammer (11) mit abschließendem Düsenringspalt (12) und eine mittige Gaszuführung (10) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenringspalt (12) und die Gaszuführung (10) annähernd in einer Ebene enden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Düsenaustrittskammer (3) und dem Düsenaustrittsraum (4) eine Mikrosieblagerung (5) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrosieblagerung (5) zur Aufnahme von Mikrosieben (6) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenringspalt (12) angeschrägt verläuft.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Verlängerung des Düsenringspalts (12) auf die Mittelachse der Düsenaustrittskammer (3) prallt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmöffnung (7) des Düsenbehälters (1) ein Überströmventil (14) zugeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufdruck des Bypasses (28) zur Zapfstelle (22) durch ein Bypaß-Druckminderventil (21) auf den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung (13) reduziert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zapfleitung (27) zwischen dem Überströmventil (14) und der Zapfstelle (22) zur Verhinderung eines Druckanstiegs in der Zapfleitung (27) über den Arbeitsdruck der Düsenvorrichtung (13) ein Druckwächter (24) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wasserzuführung (9) und/oder im Bypaß (28) eine Geschmacks- und/oder Farbbeimischung (34) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Zuordnung eines Flüssigkeitsfilters (33).
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein integriertes Durchlaufkühlgerät.
  13. Verfahren zur Anreicherung von Gas oder Gasmischungen in trinkbarem Wasser, wobei das Wasser von oben einem Düsenkörper (2) eines Düsenbehälters (1), enthaltend eine Düsenaustrittskammer (3) und einen Düsenaustrittsraum (4), und das Gas oder die Gasmischungen über eine Zulauföffnung (10) dem oberen Teil der Düsenaustrittskammer (3) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einer Düsenringkammer (11) verteilt und durch eine Querschnittsverengung in Form eines Düsenringspaltes (12) beschleunigt wird und in einer vorgegebenen Entfernung von der unteren Begrenzung der Düsenringkammer (11) zentrisch aufeinanderprallend geführt ist und dabei das mittig in die Düsenaustrittskammer (3) eingeführte Gas bzw. die Gasmischung durch den entstehenden Unterdruck des Wasserringstrahls mitgerissen wird, wobei die Gas-Wassermischung in dem Düsenbehälter (1) einer Druckstabilisierung unterzogen wird und dadurch eine Gleichförmigkeit und Stabilität der Mischung erreicht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas drucklos oder mit geringem Druck zugeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstabilisierung vor der Ausströmöffnung (7) oder spätestens vor der Zapfstelle (22} durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Wassergemisch vor der Ausströmöffnung (7) in dem zugeordneten Düsenaustrittsraum (4) beruhigt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Wassergemisch im Durchlaufverfahren über den gesamten Betriebszeitraum kontinuierlich geführt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Vordruck des zugeführten Wassers und des Gases sowie der Arbeitsdruck in der Düsenvorrichtung (13) konstant gehalten wird.
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