DE19817890A1 - Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Gas und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Gas, insbesondere mit Sauerstoff oder einem Mischgas, bestehend aus Sauerstoff und Kohlendio­ xid, bei dem zwangsweise unter Anwendung bestimmter Techniken, Temperaturen und Drücke das Gas in die Flüssigkeit geleitet wird und sich physikalisch oder physikalisch und chemisch in ihr löst.

Darüberhinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Wasser ist für lebende Organismen unentbehrlich.

Der menschliche Organismus enthält rund 60% Wasser und ist auf eine ausreichende Wasserzufuhr, die mindestens 1 1/2 Liter pro Tag betragen sollte, angewiesen.

Außer vielen Mineralstoffen, die im Wasser mehr oder weniger gelöst als geladene Teilchen (Ionen) vorliegen, enthält natürliches Quell- oder Brunnenwasser noch einen physikalisch gebundenen Anteil von Sauerstoff (6-13 mg/l).

Je größer der Anteil von Mineralien, chemischen Substanzen und Kohlensäure im Wasser ist, um so geringer ist der Sauerstoffgehalt des Wassers.

Der überwiegende Teil der heutzutage angebotenen Erfrischungs- oder Heißgetränke enthalten keinen Sauerstoff.

Dabei ist bekannt, daß Sauerstoff für den lebenden Organismus unentbehrlich ist, da er für die Zellatmung und für die Entwicklung von Verdauungsbakterien lebensnotwendig ist und nicht nur über die Lunge, sondern auch über die Haut und die Schleimhäute den verschiedenen Stellen des Organismus zugeführt wird.

Klinische Untersuchungen von Gagarin, Timofeev, Musajev, Gelman u. a. haben in Untersuchungen bei Mensch und Tier die Wirkungen von Sauerstoff im Trinkwasser auf den Organismus nachgewiesen.

Es wurden dabei insbesondere die positiven Wirkungen im Magen/Darm- Bereich, auf die Leber- und Gallenfunktion, die Nierenfunktion, die Zellatmung, Mikrozirkulationsstörungen und zahlreiche phsychovegetative Störungen und auf das Herz- und Kreislaufsystem nachgewiesen.

Dabei wurde der Sauerstoffgehalt von wässrigen Flüssigkeiten, die peroral in Mensch- und Tierversuchen eingesetzt wurden, auf 50-85 mg Sauerstoff/l Flüssigkeit erhöht.

Getränke mit derart erhöhten Sauerstoffkonzentrationen führen durch die direkte Aufnahme des Sauerstoffs über die Mund- und Magenschleimhaut in die Blutzirkulation bereits innerhalb von wenigen Minuten zu einer deutlich meßbaren Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks.

Müdigkeit und Konzentrationsschwäche werden nach dem Genuß von mit Sauerstoff angereicherten Getränken erheblich vermindert.

In klinischen Studien von Prof. Dr. Pakdaman und Prof. Dr. Wannenmacher wurden auch therapeutische Wirkungen auf Durchblutungsstörungen, Lungen- und Atemwegserkrankun­ gen, Herz- und Gefäßfunktionsstörungen, Vergiftungen, Migräne sowie Tinnitus und bei der Krebstherapie nachgewiesen.

Zum Anreichern von wässrigen Flüssigkeiten mit Gasen ist es bekannt, Gas bei normaler Raumtemperatur und Atmosphärendruck in die Flüssigkeit einzuleiten.

Durch besonders intensive Vermischung, in dem man das Gas durch die Flüssigkeit hindurch perlen läßt, kann man einen maximalen Sauerstoffgehalt von ca. 13 mg/l Wasser erreichen. Unter Anwendung spezieller Verfahren versucht man, den Sauerstoffgehalt in wässrigen Flüssigkeiten erheblich zu erhöhen.

So wird beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit der wässrigen Flüssigkeit erheblich z. B. durch kreisende Bewegung erhöht, um mit dem sich bildenden Flüssigkeitstrichter eine Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche zu schaffen, in die quasi das Gas eingesogen wird. Andere Verfahren versprühen unter erhöhtem Druck die Flüssigkeit zu feinem Nebel, um dadurch die Oberfläche stark zu vergrößern und die Annahmefähigkeit für den Sauerstoff zu erhöhen.

Weiterhin ist es bekannt, die wässrige Flüssigkeit im Vakuum zunächst zu entgasen und danach intensiv mit Sauerstoff zu vermischen.

Alle diese bisher bekannten Verfahren sind technisch aufwendig und daher für eine Heimanwendung zu teuer.

Die beschriebene Abfüllung mit Sauerstoff angereicherter Getränke in Flaschen oder derglei­ chen entspricht nicht den heute üblichen hygienischen Anforderungen.

Durch den hohen Sauerstoffgehalt der wässrigen Flüssigkeit kommt es bei normalen Raumtemperaturen zu einer schnellen Vermehrung von Bakterien und Keimen in den Getränken.

In kohlensäurehaltigen Getränken vermindert die Kohlensäure die Verkeimung.

Aber schon in Mineralwässern ohne oder mit niedrigem Gehalt an Kohlensäure, sogenannte stille Wässer, kann es bei Aufbewahrung in warmer Umgebung zu einer explosionsartigen Vermehrung von Wasserkeimen kommen.

Daher wird mit unterschiedlichen Verfahren versucht, die Keimvermehrung durch bestimmte Zusatzstoffe zu vermindern.

Das führt jedoch in der Regel zu einer starken Verringerung des Sauerstoffgehaltes im Wasser oder zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Geschmacks.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich preiswert mit Sauer­ stoff angereicherte Getränke mit Sauerstoffkonzentrationen über 50 mg/l dezentral herstellen lassen und bei denen die Qualität der Getränke den hygienischen Anforderungen in jedem Fall entspricht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Patentanspru­ ches 1 aufweist.

Außerdem wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale der Ansprü­ che 4 bis 6 aufweist.

Entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird eine bestimmte Menge Trinkwasser, das gegebenenfalls mit bekannten Verfahren von unangenehmen Geruchs- und Geschmacksstoffen und/oder mittels Wasserentkeimung von einer zu großen Anzahl von Wasserkeimen befreit wurde, in einem Druckgefäß gekühlt.

Dabei wird die Eigenschaft des Wassers ausgenutzt, daß es bei 4 Grad C seine größte Dichte (1 g/ccm) hat.

Infolge der bei dieser Temperatur vorhandenen dichten Packung der Wassermoleküle entste­ hen bei aufbereitetem reinem Wasser elektrische Felder, die die Sauerstoffmoleküle besonders intensiv in den Molekülverband physikalisch einlagern.

Die Einbringung des Sauerstoffs in das gekühlte reine Wasser erfolgt bei einem Druck zwischen 1,6 und 3 Atmosphären über eine sich über dem Wasser befindlichen Sauerstoffdruckglocke, die in ihrer Belastbarkeit dem Verfahrensdruck angepaßt ist. Mittels Pumpen wird das zugeführte Gas unter die Wasseroberfläche gesogen und perlt durch ein feines Düsensystem durch das Wasser hindurch.

Dadurch, daß der Wasservorrat in dem Druckbehälter dem Mehrfachen der entnommenen Trinkmenge entspricht, wird gewährleistet, daß der Sauerstoff auf die oben beschriebene Weise so längere Zeit immer wieder durch das Wasser hindurch perlen kann.

Durch eine entsprechende räumliche Anordnung kann an der Entnahmestelle mit Sauerstoff angereichertes Wasser entnommen werden, das fast ausschließlich den im Wasser gelösten Sauerstoff enthält und Sauerstoffverluste durch Sprudelblasen im Wasser verhindert. Mittels Kühlvorrichtungen wird die Wassertemperatur im Bereich von 2-6 Grad C konstant gehalten.

Um die bei geringem Getränkebedarf erforderlichen Spülroutinen, die die Handhabung des Gerätes verschlechtern und den Betrieb verteuern, zu vermeiden, wird in der sich über dem reinen Wasser befindlichen Gasglocke ein Gemisch von Sauerstoff und Kohlendioxid zuge­ führt, bei welchem der Anteil des Kohlendioxides zwischen 5 und 30% liegt.

Dadurch ist es möglich, die physikalische Bindung von Sauerstoff in den Molekularverband des Wassers zu erreichen, bevor sich das Wasser mit dem gleichzeitig durchperlenden Kohlendioxid zu Kohlensäure (H₂W₃) verbindet.

Auf diese Art und Weise kann man je nach dem Anteil von Kohlendioxid im Sauerstoffdruck­ gas bis zu 2500 mg Kohlensäure im Liter Sauerstoffwasser erreichen, ohne das die Sauerstoffkonzentration im Wasser auf unter 60 mg Sauerstoff/ 1 Wasser sinkt.

Mit allen anderen bisher bekannten Verfahren läßt sich derartig angereichertes Sauerstoffwas­ ser nur mit einem Kohlensäuregehalt von maximal 100 mg/l herstellen.

Nachfolgend soll anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Abbildung die erfindungsge­ mäße Vorrichtung und das Verfahren näher erläutert werden.

In ein metallisches Druckgefäß (1), das mit einem Deckel (2) luftdicht verschlossen ist, wird über eine Druckpumpe (18) und ein Rückschlagventil (17) ein durch ein im Bedarfsfall mittels Wasserfilter und/oder Entkeimungssystem gereinigtes Trinkwasser in das Druckgefäß gepumpt.

Dabei wird über einen Sensor (12) die maximale Füllstandshöhe eingerichtet, in dem sich die Wasserpumpe (18) bei Wassermangel automatisch zuschaltet und bei Erreichen des Füllstandes automatisch abschaltet.

Um den oberen Teil des metallischen Druckgefäßes sind an diesem eng anliegende metallische Röhren (10) angeordnet, durch welche ein Kühlmittel von einem externen Kühlaggregat durch ein Rohrsystem (9) gepumpt wird.

Die Temperatur des Kühlmittels wird dabei so gewählt, daß sich im Wasser nach einer gewissen Zeit am Rand des metallischen Druckgefäßes ein dünner Eismantel (5) bildet. Die maximale Dicke des Eismantels wird auch bei geringer Getränkeentnahme durch den Eisfühler (11), der die Kühlmittelzufuhr (9) öffnet bzw. schließt, geregelt.

Aus einem Vorratsbehälter (13) wird Sauerstoffgas oder ein Sauerstoff-Kohlendioxid-Gemisch über einen Druckregler (14), eine Verbindungsleitung (15) und ein Magnetventil (16) in die Druckgasglocke (20) über dem Wasservorrat in den Druckbehälter geleitet. Der Gasdruckregler (14) hat die Aufgabe, unabhängig von der Entnahmehäufigkeit und einem Primärdruck im Vorratsbehälter (13) den Gasdruck auf den oben genannten verfahrenstech­ nisch geforderten Wert einzustellen und konstant zu halten.

Das Magnetventil (16) wird geöffnet, wenn sich ausreichend Wasser im Vorratsbehälter (1) befindet.

Damit soll verhindert werden, daß sich im Störungsfall im Druckbehälter kein Wasser befindet und sich eine größere Sauerstoffmenge unter Druck befindet, die am Pumpensystem (6) und am Entnahmeventil (19) Schäden hervorrufen kann.

Die Vermischung von Wasser mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff- Kohlendioxid- Gemisch erfolgt mit der Unterwasserpumpe (6) durch einen Ansaugstutzen (8), der in die Gasglocke über dem Wasservorrat hinein reicht, durch den das Gasgemisch angesaugt und über ein Düsensystem (7) fein verteilt durch das Wasser gedrückt wird.

Dabei wird immer wieder das nach oben durchperlende Gas durch den Ansaugstutzen (8) angesaugt und durch das Wasser hindurchgedrückt, wodurch die hohe Sauerstoffkonzentra­ tion im Wasser entsteht.

Der Eismantel (5) dient als Kühlreserve, um den bei Flüssigkeitsentnahme und dem damit verbundenen Frischwasserzulauf entstehenden Temperatursprung auszugleichen und die vor­ geschriebenen Temperaturparameter genau einzuhalten.

Die Entnahme des mit Sauerstoff angereicherten Wassers mit oder ohne Kohlensäureanteil erfolgt durch ein Leitungssystem am Boden des Druckbehälters außerhalb des Sprudelsystems.

Dadurch wird erreicht, daß durch das Magnetventil (19) vornehmlich mit Sauerstoff angerei­ chertes Wasser ohne gasförmige Anteile hindurchfließt, was den Gasverbrauch der beschriebenen Vorrichtung stark reduziert.

Unmittelbar nach dem Wasserentnahmeventil (19) kann eine übliche Mischeinrichtung, wie sie von Getränkeautomaten bekannt ist, angeschlossen werden, um Geschmacks- oder ge­ sundheitsfördernde Beimengungen in das mit Sauerstoff angereicherte und gegebenenfalls kohlensäurehaltige Wasser einzubringen.

Zur Vermeidung von Kühlverlusten sitzt der Druckbehälter (1) mit seinen oben beschriebenen Einrichtungen in einem thermisch gekapselten Gehäuse (4), so daß durch das Kühlsystem nur die jeweilig zugeführte Frischwassermenge auf die technologisch erforderliche Tempera­ tur heruntergekühlt werden muß.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, sowohl ein mit Sauerstoff angereichertes Premiumwasser, das besonders für therapeutische Zwecke geeignet ist, mit einem Sauerstoffgehalt von 80 mg/l als auch durch Beimischung von Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten ein erfrischendes und belebendes sauerstoffhaltiges Getränk mit einer Sauerstoffkonzentration von 50-70 mg/l herzustellen.

Die so gewonnenen Getränke sind zum sofortigen Verzehr bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Anreichern von Flüssigkeiten mit Gas, insbesondere mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas bei einem Druck zwischen 1, 2 und 3 Atmosphären in ein Druckgefäß gepumpt wird, in dem sich reines Trinkwasser mit einer Temperatur zwischen 2 und 6 Grad C mit einer definierten Füllstandshöhe befindet und daß das Gas über dem Wasser angesaugt und auf den Boden eines Druckgefäßes unter Wasser befördert und von dort durch ein Düsensystem durch das Wasser hindurch gedrückt wird und daß dieser Kreislauf in Abhängigkeit von der Wasserentnahme wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus einem Gemisch von Sauerstoff und Kohlendioxid besteht, wobei der Anteil des Kohlendioxid zwischen 5 und 30% liegt und der dabei einzustellende Druck des Gasgemisches über dem Wasservorrat zwischen 1, 6 und 3 Atmosphären beträgt und beim Betrieb auf ± 15% konstantgehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit Sauerstoff angereicherten Wasser Beimischung wie Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten beigegeben werden.

4. Vorrichtung zum Anreichern von Flüssigkeiten mit Gas, insbesondere mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Druckgefäß 1, das mit einem Deckel 2 luftdicht verschlossen ist, eine Druckpumpe 18 und ein Rückschlagventil 17 zur Befüllung des Druckbehälters 1 an­ geordnet ist und diese Befüllung über einen Sensor 12 geregelt ist, mit dem eine Wasser­ pumpe 18 zu schalten ist und das um den oberen Teil des Druckgefäßes 1 an diesem eng anliegende metallische Röhren 10 angeordnet sind, durch welche ein Kühlmittel von einem externen Kühlaggregat durch ein Rohrsystem 9 zu pumpen ist und daß aus einem Vorratsbehälter 13 Sauerstoffgas oder ein Sauerstoff-Kohlendioxid-Gemisch über einen Druckregler 14, eine Verbindungsleitung 15 und ein Magnetventil 16 in die Druckgasglocke 20 über dem Wasservorrat in den Druckbehälter zu leiten ist und im unteren Teil des Druck­ behälters 1 eine Unterwasserpumpe 6 mit einen Ansaugstutzen 8 angeordnet ist, der in die Gasglocke 20 über dem Wasservorrat hinein reicht, und an seiner Unterseite ein Düsensystem 7 aufweist und daß am Boden des Druckbehälters eine Leitung zur Entnahme der mit Gas angereicherten Flüssigkeit angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Wasserentnahme­ ventil 19 eine Mischeinrichtung zur Beimengungen geschmacks- oder gesundheitsfördernder Zusatzstoffe angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter 1 in einem thermisch gekapselten Gehäuse 4 angeordnet ist.