DE19850025C2 - Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß eine Vielzahl physiologischer Prozesse im Organismus durch Verabrei­ chung bzw. Anwendung von mit Sauerstoff angereichertem Wasser begünstigt werden und hierdurch prophylaktische, kurative sowie therapeutische Möglichkeiten eröffnet werden.

Bei der durch A. Pakdaman begründeten sogenannten peroralen Sauerstofftherapie wird mit Sauerstoff angereichertes Wasser zur Erreichung eines erhöhten Sauerstoff-Partialdrucks im Blut oral verabreicht. Es konnte nachgewiesen werden, daß mit Hilfe dieser Therapie eine Reihe von Beschwerden wie Durchblutungsstörungen, Lungen- und Atemwegserkrankun­ gen, Herz- und Gefäß-Funktionsstörungen, Hypoventilation, Störungen der inneren Atmung (Zellatmung), Anämie, Enzymdefekte, Vergiftungen, Mikrozirkulationsstörungen, gestörte Energielieferungen der Zelle, Migräne, gastrointestinale Beschwerden, Immunschwäche, Müdigkeit, Abgeschlagenheit und Leistungsschwäche sowie psychovegetative Störungen positiv beeinflußt werden können.

Als weithin anerkannte Anwendungsbereiche dieser Therapieform gelten überdies Chirurgie, Anästhesie, innere Medizin, Kardiologie, Gastroentologie, Rheumatologie, Lungenerkrankungen, Krebsvorbeugung und -therapie, Gynäkologie, Dermatologie, Hals-Nasen-Ohren- Beschwerden, Ophtalmolgie, Geriatrie sowie Sport- und Raumfahrtmedizin.

Auf der Basis neuerer wissenschaftlicher Befunde hat sich gezeigt, daß der Gasgehalt in Flüssigkeiten, insbesondere der Sauerstoffgehalt in trinkbaren Flüssigkeiten wie beispiels­ weise Trinkwasser in Abhängigkeit des Anwendungsbereichs bzw. der individuellen Erfor­ dernisse und Verträglichkeiten in einem großen Bereich frei wählbar sein muß, um die viel­ fältigen Anforderungen gleichermaßen sowie kostengünstig realisieren zu können. Bei­ spielsweise wurde gefunden, daß die Sauerstoffkonzentration einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf, wenn das mit Sauerstoff angereicherte Wasser oral eingenommen wird, da ein zu hoher Gehalt an Sauerstoff im Organismus zu oxidativem Streß führen kann.

Die US 4 482 509 zeigt eine Vorrichtung zum Karbonisieren von Wasser der eingangs an­ gegebenen Art. In einem Tank befinden sich dabei im unteren Bereich ringförmige Rohre mit kleinen Öffnungen, durch welche hindurch das über eine Leitung zugeführte Kohlendioxid austritt und in das im Tank befindliche Wasser eintritt.

Die US 4 217 217 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zum Karbonisieren von Wasser. In einem Tank befinden sich dabei im unteren Bereich eine Mehrzahl von Diffusionsröhren aus Kera­ mik, durch deren Poren das Kohlendioxid austritt.

Die GB 2 125 309 A zeigt eine weitere Vorrichtung zum Karbonisieren von Wasser. In einem Tank befindet sich dieses Wasser. In den Tank ragt eine Gasdüse, welcher von außen über einen Gaszylinder sowie eine Leitung das Kohlendioxid zugeführt wird.

Die DE 87 12 763 U1 zeigt einen Luftzerstäuber zum Erzeugen feiner Luftbläschen in Was­ ser beispielsweise zum Einsatz in der Balneologie sowie Abwassertechnik. Der Luftzerstäu­ ber weist dabei eine plattenförmige Fassung mit einer Lufteintrittsöffnung auf. In einer Dichtfuge dieser Fassung ist ein Mikrolochblech mit Düsen angeordnet. Die Druckluft tritt dabei aus diesen Düsen fein zerstäubt in die Flüssigkeit aus. Der Durchmesser der Düsen liegt zwischen 100 und 1.000 µm.

Die DE 30 39 969 C2 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gasblasen oder Schaum. Zu diesem Zweck ist in einem Behälter ein Gasausströmer aus einer Dose mit einer oberen Membran angeordnet. Die Membran ist aus einem elastischen Metall geringer Dicke gebildet (z. B. Messing, rostfreier Stahl, Nickel. oder dgl.) und weist gleichmäßig verteilte Öffnungen geringen Durchmessers auf. Der Lochdurchmesser liegt dabei in der Größenordnung von 50 µm.

Die DE 34 10 267 C2 schließlich zeigt ein Begasungsgerät bestehend aus einem tellerförmi­ gen Grundkörper mit einer zentralen Gasdurchtrittsöffnung, welche in ein Gasanschlußstück mündet. Über den Grundkörper ist eine gasdurchlässige Membrane gespannt und mit einem Schellenband oder dgl. auf der Abkantung des Grundkörpers befestigt. Die Membrane weist Durchtrittsöffnungen für das Gas auf, wobei die Größen der Perforierungen im umgekehrten Verhältnis zu der zu erwartenden Dehnung der Membrane stehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff der eingangs angegebenen Art die Anreicherungskonzentration an zugeführtem Sauerstoff zu erhöhen.

Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff hat den Vorteil, daß dadurch auf technisch einfache Weise eine vergleichsweise hohe Konzentration an Sauerstoff von bis mehr als 100 mg/l erreicht werden kann.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 3 weisen die Einspeisungsleitungen für die Flüssigkeit und für das Gas sowie die Abflußleitung zur Zapf- oder Abfüllstelle Magnetventile auf, über die der jeweilige Zu- bzw. Abfluß geregelt werden kann.

Die Einspeisung der Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise gemäß Anspruch 4 nach vorhergehen­ der Filtrierung, um unerwünschte Komponenten wie Feststoffe, Schwebeteilchen sowie an­ organische und organische Verbindungen abzutrennen.

Ferner kann gemäß der Weiterbildung in Anspruch 5 in der Flüssigkeitsleitung ein Druck­ regler angeordnet sein, mit welchem extrem hohe an der Mischkammer anliegende Flüssig­ keitsdrücke auf operable Weise zwischen etwa 0,5 und mehreren 100 bar, regel- bzw. ein­ stellbar ist.

Die Gaseinspeisung erfolgt vorzugsweise aus einer stationären oder mobilen Gasleitung, einem sog. Gaskonzentrator, oder einem Gasbehälter, wobei eine für das gewählte Gas oder Gasgemisch üblicherweise verwendete Gasflasche besonders bevorzugt ist. Sofern die Anreicherung einer Flüssigkeit mit Sauerstoff, insbesondere für die Anwendung am Men­ schen erfolgen soll, erfolgt die Zufuhr von vorzugsweise medizinischem Sauerstoff nach einer Ausführungsform der Erfindung aus einer Druckflasche, die einen Druck von 200 bar aufweist und 2 Liter Sauerstoff beinhaltet, welcher für bis zu 6000 Liter mit Sauerstoff ange­ reichertes Trinkwasser ausreicht. Alternativ kann die Sauerstoffeinleitung aus einem sog. Sauerstoffkonzentrator erfolgen. Vorzugsweise sind in der Gaszufuhrleitung ein Rück­ schlagventil sowie ein Druckminderer angeordnet.

Die Mischkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise gemäß Anspruch 8 als vertikaler Hohlzylinder ausgestaltet, bei welchem die Flüssigkeit und das Gas, ggfs. nach Vormischung, im oberen Bereich oder, besonders bevorzugt, im Bereich der Seitenwandun­ gen eintreten und die hergestellte Flüssigkeit im unteren Bereich abfließt.

Die Einleitung der Flüssigkeit und des Gases in die Mischkammer kann ggfs. nach Vormi­ schung gemeinsam erfolgen, obwohl eine getrennte Einleitung der Mischkomponenten be­ vorzugt ist, wobei die Einleitung des Gases vorzugsweise im Bereich der seitlichen Wan­ dungen der Mischkammer erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Mischkammer gemäß Anspruch 9 sorgt eine im wesentlichen umgekehrt trichterförmig ausgestaltete Geo­ metrie des Flüssigkeits-Einlauftrichters für ein breitflächiges Einschießen, während gemäß Anspruch 10 der Auslaß der Mischkammer eine im wesentlichen trichter- bis eiförmige Geometrie aufweist, wodurch eine Verwirbelung der hergestellten Flüssigkeit begünstigt wird.

Die inneren Wandungen der Mischkammer sind vorzugsweise gemäß Anspruch 11 nicht glatt, sondern verfügen über eine vergrößerte Oberfläche mittels scharfkantiger, z. B. spritz­ geformter Konturen, wodurch das Aufreißen der Cluster oder Wassermoleküle weiter be­ günstigt wird.

Nach einer weiteren Weiterbildung gemäß Anspruch 12 ist im Bereich der Flüssigkeitsfüh­ rung eine Magnetfeldkomponente vorgesehen, wodurch die Oberflächenspannung der Flüs­ sigkeit erniedrigt und die für eine gewünschte Endkonzentration benötigte Gasmenge redu­ ziert werden kann.

Die Ausgestaltung der Eintritts- und Austrittsöffnungen der Mischkammer sind vorzugsweise auf üblicherweise verwendete Kupplungen abgestimmt und ermöglichen auf diese Weise ein schnelles und unkompliziertes Anschließen der Mischkammer.

Bei der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, zunächst den Druck der zu behandelnden Flüssigkeit zu ermitteln, bevor die Anlage in Betrieb genommen wird. Um für einen konstanten Flüssigkeitsdruck zu sorgen bzw. einen sehr hohen anliegenden Flüssigkeitsdruck auf operable Werte zu verringern, kann dieser mittels eines Druck­ reglers gewünschtenfalls auf Werte zwischen etwa 0,5 und mehreren 100 bar eingestellt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Flüssigkeit in die Mischkammer unter konstanten und weitgehend handhabbaren Druckbedingungen eintritt.

Damit sich Schwankungen im anliegenden Flüssigkeitsdruck nicht auf den ordnungsgemä­ ßen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung und somit auf den gewünschten Endgehalt der Flüssigkeit an Gas auswirken, ist es alternativ vorgesehen, den Druckminderer in der Gaszufuhrleitung so auszuformen, daß er in der Lage ist, diese Schwankungen durch Ver­ änderung des Gasdrucks auszugleichen. Beispielsweise wird hierfür ein Druckminderer ein­ gesetzt, in welchen die Flüssigkeitszufuhrleitung eingeschleift wird, und welcher Druckver­ änderungen mittels einer eingebauten Federspirale o. ä. über einen Ventilkegel, welcher vertikal zur Gaszufuhrleitung angeordnet ist und in diese eintreten kann, an die Gaszufuhr­ leitung weiterleitet. Sowohl die Federspirale als auch der Ventilkegel sind hinsichtlich ihrer Oberfläche vorzugsweise so ausgelegt, daß sie Reibungsverluste dieser Komponenten so­ wie die Schließkräfte der Feder kompensieren.

Die vorzugsweise aus einer handelsüblichen Sicherheitsflasche und ggfs. über einen Druckminderer und ein Rückschlagventil erfolgende Einspeisung des Gases erfolgt - wie auch die Einspeisung der Flüssigkeit - über ein der Mischkammer vorgeschaltetes Magnet­ ventil.

Das Magnetventil in der Gaszufuhrleitung vor der Mischkammer ist mit einer Düse ausge­ stattet, deren Bohrung einen bevorzugten Durchmesser von etwa 0,15 mm bis etwa 0,3 mm aufweist, wobei ein Innendurchmesser von etwa 0,2 mm besonders bevorzugt ist. Vorzugs­ weise sitzt im Magnetventil auf der Zulaufseite ein Feinstsieb mit einer durchschnittlichen Porengröße von 30 bis 50 µm.

Das Magnetventil wird vorzugsweise über eine Steuerung geschaltet, welche in Abhängigkeit des eingestellten oder anliegenden Flüssigkeitsdrucks sowie des gewünschten Gasgehaltes in der herzustellenden Flüssigkeit die Feindosierung der Gaszufuhr garantiert.

Die Feindosierung der Gaszufuhr zur Mischkammer erfolgt im wesentlichen durch Steuerung bzw. Regelung der in die Kammer durch den anliegenden Gasdruck eingespeisten Gas­ menge sowie vorzugsweise durch einen permanenten Abgleich zwischen Soll-Ist-Werten. Da der anliegende Gasdruck vorzugsweise konstant ist, resultiert die Gasmenge und somit auch der Endgehalt der zu behandelnden Flüssigkeit an Gas ausschließlich aus der Einstel­ lung der Öffnungs- und Schließzeiten des Magnetventils in der Gaszufuhrleitung.

Die Öffnungs- und Schließzeiten des Magnetventils werden durch einstellbare Zeitbausteine üblicher Bauweise getaktet, wobei die verwendeten Baugruppen erfindungsgemäß so aus­ gewählt werden, daß Taktfrequenzen von bis zu etwa 20 ms erreicht werden. Die Einstellung dieser Schaltkomponenten erfolgt grundsätzlich anhand von empirischen Daten, die zuvor im Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Auswertung der über einen ent­ sprechenden Gasfühler gemeldeten Konzentrationswerte generiert worden sind.

Die erfindungsgemäß realisierte Möglichkeit der freien Wählbarkeit des Endgehaltes der Flüssigkeit an Gas im wesentlichen ohne Veränderung der anliegenden Drücke wird nun durch eine besondere Regelung realisiert. Die vollautomatische Regelung umfaßt eine Son­ de zur Messung des in der behandelten Flüssigkeit vorliegenden Gasgehaltes, sowie einen Prozessor, welcher anhand der Sondendaten die Taktung der Öffnungs- und Schließzeiten des Magnetventils errechnet und mittels oben erwähnter Zeitbausteine steuert.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, daß das Gas in die Mischkammer bereits in Form kleinster Bläschen eintritt, deren Größe durch die o. g. Taktung variiert und standardisiert werden kann.

Neben der exakten Dosierung und der erfindungsgemäß gewährleisteten Standardisierbar­ keit des Herstellungsverfahrens bedeutet die Anwendung der Impulstechnik in hohes Maß an Sicherheit, da es konstruktionsbedingt nicht möglich ist, daß größere Mengen Gas aus­ strömen und eine Gefahr für den Benutzer der Anlage darstellen. Wie erwähnt, wird das Gas vorzugsweise durch Magnetventile und durch ein Rückschlagventil gesichert, während für die Flüssigkeit ebenfalls ein Magnetventil vorgesehen ist. Vorzugsweise wird das Flüssig­ keit/Gas-Gemisch zusätzlich noch durch ein Magnetventil gesichert. Das Gas kann folglich zu keinem Zeitpunkt des Verfahrens aus der Vorrichtung ausströmen, da die Magnetventile stromlos geschlossen und zusätzlich zwei Magnetventile nachgeschaltet sind. Hierdurch wird eine Sicherheit des Systems erreicht, die die bekannten Verfahren vermissen lassen, da das Gas bei ihnen permanent ausströmt und somit eine dauerhafte Gefahr für den Betreiber nicht ausgeschlossen werden kann.

Analysen eines erfindungsgemäß hergestellten Trinkwassers mit erhöhtem Sauerstoffgehalt ergeben, daß das Trinkwasser mit elektrisch geladenen Sauerstoffionen energetisiert ist. Auch hierdurch wird die physiologische Relevanz einer derart aufbereiteten Flüssigkeit un­ terstrichen. Insbesondere für Anwendungen am lebenden Organismus ist eine auf diese Weise gesteigerte Bioverfügbarkeit der ohnehin in der zu behandelnden Flüssigkeit vorhandenen oder bestimmter der Flüssigkeit zugegebener Verbindungen und Wirkstoffe im hohen Maße erwünscht.

Folglich werden durch die vorliegende Erfindung auch Verfahren zur Herstellung von Arz­ neimitteln unter Verwendung der erfindungsgemäß mit vorzugsweise Sauerstoff angerei­ cherten Flüssigkeit wie beispielsweise physiologischer Saline zur peroralen, topischen und ggfs. intravenösen Verabreichung sowie Verfahren zur therapeutischen oder kurativen Be­ handlung der eingangs geschilderten Indikationen bereitgestellt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff
mit einer Mischkammer zur Aufnahme des Trinkwassers sowie
mit einer vorzugsweise im unteren Bereich der Mischkammer angeordneten Sauerstoff­ zuführung mit mehreren, vorzugsweise horizontal angeordneten Durchflußrestriktionen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußrestriktionen in Form von Lochplatten, perforierten Scheiben oder Membranen, insbesondere Edelstahlmembranen, mit einer durchschnittlichen Poren­ größe von etwa 40 bis etwa 150 µm, insbesondere von etwa 100 µm ausgestaltet sind und
daß mehrere Durchflußrestriktionen derart hintereinander angeordnet sind, daß sie zu­ nehmend kleinere Durchtrittsöffnungen bzw. Porengrößen aufweisen.

2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung die Gaszufuhr zur Erreichung eines im Bereich von 0 bis mehr als 100 mg/l frei wählbaren Endgehalts der Flüssigkeit an Gas im wesentlichen ohne Ver­ änderung der anliegenden Drücke steuert.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungs- und Abflußleitungen Magnetventile aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vor dem Eintritt in die Mischkammer einen Filter zur Abtrennung von unerwünschten Stoffen und Teilchen bzw. Verbindungen durchläuft.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeitszuflußleitung ein Druckregler angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszuführleitung ein Druckminderer und ein Rückschlagventil angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhrleitung in den Druckminderer eingeschleift ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer als vertikaler Hohlzylinder ausgestaltet ist, bei welchem die Flüs­ sigkeit und das Gas im oberen oder vorzugsweise seitlichen Bereich eintreten und die hergestellte Flüssigkeit im unteren Bereich abfließt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung der Mischkammer für die Flüssigkeit eine umgekehrt trichter­ förmige Geometrie aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung der Mischkammer eine trichter- bis eiförmige Geometrie auf­ weist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der Mischkammer nicht glatt ist, sondern über eine erhöhte Oberfläche verfügt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Flüssigkeitsführung eine Magnetfeldkomponente angeordnet ist.