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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Herstellen von flüssigen Lösungen oder
Mischungen definierter Konzentration durch Zumischen von wenigstens
einer zweiten Flüssigkeit
zu einer ersten Flüssigkeit
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bekanntlich
tritt in der Praxis der Vermischungstechnik von Flüssigkeiten,
beispielsweise von zwei wässrigen
Lösungen
oder Suspensionen mit diversen chemischen Inhaltsstoffen, insbesondere
Ionen, die Notwendigkeit auf, die Inhaltsstoffe innerhalb eines
vorgeschriebenen Mischungsverhältnisses
zu mischen. Ein Beispiel sind Desinfektionsmittel, insbesondere
chlorhaltige Desinfektionsmittel, bei denen die Konzentration in
Wasser die vorgegebenen Werte weder über- noch unterschreiten darf. Ist
die Konzentration zu gering, tritt die gewünschte Desinfektionswirkung
nicht ein. Ist die Konzentration zu hoch, besteht die Gefahr von
Schäden.
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Zur
Herstellung von Flüssigkeiten
definierter Konzentration im Durchlaufverfahren bietet die einschlägige Industrie
Dosiereinheiten mit zwei oder mehr Dosierpumpen an. Es handelt sich
dabei um elektrisch angetriebene und mittels Computer gesteuerte
Pumpen, wobei der Pumpentyp in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der zu pumpenden Flüssigkeit
ausgewählt
wird. Bei aggressiven Flüssigkeiten,
wie es die schon erwähnten
Desinfektionsmittel sind, werden gern Membranpumpen eingesetzt,
so dass die Chemikalie keine Metallteile berührt, die einer starken Korrosion
unterliegen würden. Allerdings
unterliegen auch die Membranen einem Verschleiß, einerseits durch den Angriff
der Chemikalie, andererseits durch die fortwährenden Bewegungen.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Dosiervorrichtungen ist, dass die
Pumpen die Ausgangsstoffe in einen Reaktionsbehälter fördern, in dem die Reaktion
stattfindet. Dieser Reaktionsbehälter
steht somit unter Überdruck,
so dass im Falle eines Lecks Flüssigkeit
austreten und Schaden anrichten kann.
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Darüber hinaus
sind computergesteuerte Dosierpumpen groß, schwer, teuer und müssen ständig mit
elektrischer Energie versorgt werden. Dies schränkt den Kreis der möglichen
Benutzer erheblich ein, so dass die beispielsweise erwähnten Desinfektionsmittel
nicht überall
dort zum Einsatz kommen können,
wo es wünschenswert
und erforderlich wäre.
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Derartige
Einsatzgebiete sind beispielsweise der Gartenbau, der Pflanzenbau,
die Landwirtschaft und die Tierhaltung, wo wirksame Desinfektionsmittel gegen
Bakterien, Pilze und Viren eingesetzt werden könnten, wenn sie preiswert,
in der richtigen Konzentration und in der gerade benötigten Menge
zur Verfügung
stünden.
Diese Betriebe können
sich jedoch in der überwiegenden
Zahl der Fälle
die teueren und auf einen elektrischen Anschluss angewiesenen Dosieranlagen
nicht leisten. Diese Betriebe können
daher viele moderne hoch wirksame Desinfektionsmittel mit nur kurzer
Haltbarkeitsdauer nicht verwenden, sondern werden nach wie vor die
bekannten lange haltbaren und daher auch lange nachweisbaren Desinfektionsmittel
einsetzen oder ganz auf Desinfektionsmittel verzichten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Herstellen von flüssigen
Lösungen
oder Mischungen definierter Konzentration durch Dosieren von wenigstens
zwei Flüssigkeiten
anzugeben, die einfach aufgebaut ist und zu wässrigen Lösungen oder Mischungen definierter Konzentration
führt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Wesentlicher
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz einer einzigen
Pumpe, bei der es sich nicht um eine Dosierpumpe und schon gar nicht um
eine computergesteuerte Dosierpumpe handeln muss, wodurch die Konstruktion
drastisch vereinfacht und verbilligt wird. Gleichwohl ist es trotz
Verwendung nur einer einzigen Pumpe möglich, zwei oder mehr Flüssigkeiten
mit beliebiger Dichte mit vordefinierten Mengen- bzw. Konzentrationsverhältnissen
zu fördern
und zu einer Lösung
oder Mischung mit gewünschter
Konzentration zusammen zu führen.
Es versteht sich, dass das gewünschte
Mischungsverhältnis
der zwei oder mehr Ausgangsflüssigkeiten
sichergestellt werden kann entweder durch Fördern der Ausgangsstoffe mit
gleicher Menge und unterschiedlichen Konzentrationen oder mit gleichen Konzentrationen
und unterschiedlichen Mengen pro Zeiteinheit.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die einzige Pumpe eine Schlauch- oder Membranpumpe.
In diesen Pumpen kommt die zu fördernde
Flüssigkeit
lediglich mit dem Schlauch oder der Membran in Kontakt, die jeweils
aus einem geeigneten Material ausgewählt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die einzige Pumpe eine
Proportionalpumpe. Proportionalpumpen ermöglichen die Förderung einer
definierten Menge der zwei oder mehr Flüssigkeiten, angepasst an den
jeweiligen Bedarf.
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Vorteilhafterweise
ist die Proportionalpumpe mittels Wasser angetrieben. Wasser mit
einem für den
Betrieb einer Pumpe erforderlichen Druck steht in vielen Fällen zur
Verfügung,
zumal für
die erforderliche Verdünnung
Wasser gebraucht wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die einzige Pumpe eine Injektorpumpe.
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Gemäß einer
ganz besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Injektorpumpe
eine Wasserstrahlpumpe, die von dem Wasser, mit dem die Lösung oder
Mischung definierter Konzentration hergestellt wird, selbst angetrieben
wird.
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Wasserstrahlpumpen
sind Injektor-Pumpen, die von Robert Bunsen erfunden wurden und
dazu verwendet werden, ein Vakuum zu erzeugen oder Flüssigkeiten
oder Gase abzusaugen. Die Wasserstrahlpumpe besitzt zwei Eingänge und
einen Ausgang. Sie besteht im Prinzip aus zwei ineinander gesteckten
Rohren. Hinter dem Wassereingang tritt der Wasserstrahl aus einer
Düse in
ein Rohr mit größerem Durchmesser.
Zwischen dem schnell strömenden
Wasserstrahl und dem umgebenden Medium entstehen durch Reibung Verwirbelungen
und in der Folge ein Vermischen der Medien. Bei diesem Vorgang wird
kinetische Energie vom Wasserstrahl auf das umgebende Medium übertragen,
womit ein effektiver Fördermechanismus
in Gang kommt. Durch Ausfördern
des Wassers entsteht ein Unterdruck im Rohr, so dass das zu fördernde
Medium durch den Vakuumanschluss nachströmt.
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Von
besonderem Vorteil ist, dass die Saugleistung der Wasserstrahlpumpe
direkt proportional zum Wasserdurchfluss ist. Es hat sich jedoch
herausgestellt, dass die Einhaltung der gewünschten Konzentration bei wechselndem
Wasserdurchfluss nur gewährleistet
ist, wenn das zur Herstellung der Lösung definierter Konzentration
angesaugte Konzentrat der Pumpe durch eine Kapillarleitung zufließt. Bei Verwendung
von Nicht-Kapillarleitungen verändert sich
die Konzentration beispielsweise schon dann, wenn der atmosphärische Luftdruck
schwankt oder die Füllhöhe des Konzentrats
im Vorratsbehälter steigt
oder sinkt.
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In
der Technik versteht man unter Kapillaren Röhrchen mit sehr kleinem Innendurchmesser,
bei denen im Vergleich zu größeren Rohren
Oberflächeneffekte
in den Vordergrund treten. Aufgrund dieser Oberflächeneffekte
lässt sich
die Fördermenge durch
Länge oder
Querschnitt der Kapillarleitung verändern.
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Als
Kapillarleitung kommen je nach Anwendungsfall Rohrleitungen oder
Schlauchleitungen in Betracht. Die Rohrleitungen können aus
Metall, Glas oder Keramik, die Schlauchleitungen aus den unterschiedlichsten
Kunststoffen bestehen, jeweils angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall.
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Von
besonderem Vorteil ist die vorliegende Erfindung, wenn zur Herstellung
der Lösung
definierter Konzentration mehr als ein Konzentrat zudosiert werden
muss. In diesem Fall verteilt sich die Saugleistung der Pumpe auf
zwei oder mehrere Verbindungsleitungen, in denen Flüssigkeiten
mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht und unterschiedlicher
Viskosität
fließen.
Auch hier gelingt es mit Hilfe der Kapillarleitungen, die Mischungsverhältnisse über einen
weiten Betriebsbereich konstant zu halten.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung befindet sich in oder vor der Pumpe
ein geschlossenes Behältnis,
in dem die zwei oder mehr Flüssigkeiten
gemischt werden. Vorzugsweise ist dieses Behältnis ein Reaktor, in den die
mehreren Kapillarleitungen mit den mehreren Ausgangsstoffen münden. Im
Misch- oder Reaktionstank reagieren die zugeführten Ausgangsstoffe zu einem
Konzentrat, das anschließend
mit der einzigen Pumpe gefördert,
gegebenenfalls mit Wasser gemischt und als Lösung mit definierter Konzentration
abgegeben wird. Da das Behältnis
sich vor der Pumpe befindet, herrscht darin ein Unterdruck, so dass
im Falle eines Lecks keine Flüssigkeit
austreten kann.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung enthält
ein Flüssigkeitsbehälter eine
wässrige
Lösung
von Natriumhypochlorit, ein anderer Flüssigkeitsbehälter einen
Sauerstoff-Abspalter wie Wasserstoffperoxid. Auf diese Weise lässt sich
Singulett-Sauerstoff
herstellen, ebenfalls ein starkes Desinfektionsmittel.
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Weiterbildungen
hierzu sind dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flüssigkeitsbehälter eine
die Desinfektion, Reinigung und/oder den Korrosionsschutz verbessernden
Zusatz enthält.
Alternativ oder in Kombination kann wenigstens ein Flüssigkeitsbehälter auch
ein Schaumbildner, Farbstoff, Stabilisator und/oder Geruchsverbesserer
enthalten.
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Auch
sind Zusätze
zur Erhörung
oder Verlängerung
der Reaktionsgeschwindigkeit möglich.
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Ist
das Reaktionsprodukt farbig, kann der Zuleitung zur Pumpe ein Farbsensor
zugeordnet werden, um die Konzentration zu messen.
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Alle
vorbeschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen haben gemeinsam,
dass die Förderung
mit nur einer einzigen Pumpe erfolgt und dass trotzdem die optimalen
Verhältnisse
der zu mischenden bzw. miteinander reagierenden Flüssigkeiten, Lösungen und
Mischungen bequem und sicher eingestellt und über die gesamte Nutzungsdauer
der Anlage eingehalten werden können.
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Anhand
der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Es zeigen jeweils rein schematisch
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1 eine
erste Vorrichtung, mit der mit einer einzigen Pumpe drei Flüssigkeiten
angesaugt, in einem geschlossenem Behälter zur Reaktion gebracht
und weiter gefördert
werden,
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2 eine
zweite Vorrichtung zum Herstellen von flüssigen Lösungen oder Mischungen definierter
Konzentration durch Zumischen von einem Konzentrat zu Wasser mittels
einer Wasserstrahlpumpe und
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3 eine
dritte Vorrichtung zum Herstellen einer wässrigen Lösung definierter Konzentration durch
Zumischen von zwei Flüssigkeiten,
welche unmittelbar vor der Pumpe miteinander reagieren.
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1 zeigt
rein schematisch eine erste Vorrichtung zum Herstellen von flüssigen Lösungen oder Mischungen
definierter Konzentration durch Mischen von in diesem Ausführungsbeispiel
drei in drei Flüssigkeitsbehältern 10.1, 10.2, 10.3 vorrätig gehaltenen Flüssigkeiten
mittels einer einzigen Pumpe 1. Um die drei Ausgangsflüssigkeiten
miteinander zur Reaktion zu bringen, befindet sich zwischen Pumpe 1 und
den drei Flüssigkeitsbehältern 10.1, 10.2, 10.3 ein
geschlossenes Behältnis 12 in
Form eines Reaktionstanks. In das Behältnis 12 münden drei
Kapillarleitungen 11.1., 11.2, 11.3, über die
die drei Ausgangsflüssigkeiten
angesaugt werden. Aus dem Behältnis 12 wird
die fertige Lösung
oder Mischung von der Pumpe 1 über eine weitere Leitung, beispielsweise
Kapillarleitung 11, abgesaugt. Im Behältnis 12 herrscht
ein Unterdruck, so dass im Falle eines Lecks keine Flüssigkeit
austreten kann.
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Während des
Absaugens sinkt die Höhe
der Ausgangsflüssigkeiten
in den drei Flüssigkeitsbehältern 10.1, 10.2, 10.3,
beispielsweise um den Wert Delta H. Dies würde unter normalen Umständen dazu führen, dass
mit absinkendem Flüssigkeitsspiegel weniger
Flüssigkeit
angesaugt wird, wodurch das optimale Mischungsverhältnis der
drei Ausgangsflüssigkeiten
in der Reaktionskammer 12 gestört würde. Durch den Einsatz von
Kapillarleitungen 11.1., 11.2, 11.3 jedoch
und durch die richtige Auswahl von Länge und Querschnitt der Kapillarleitungen
lässt sich das
gewünschte
Mischungsverhältnis
nicht nur einstellen, sondern auch über die gesamte Betriebszeit garantieren.
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2 zeigt
rein schematisch eine Wasserstrahlpumpe 1', umfassend einen Wasserzulauf 2, eine
Düse 3,
einen Vakuumanschluss 4 und einen Wasserauslauf 5.
Der Vorteil der Wasserstrahlpumpe 1' ist, dass außer dem Wasser, aus dem später die gewünschte Lösung oder
Mischung entsteht, kein weiteres Antriebsmittel für die Pumpe
benötigt
wird.
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Des
weiteren erkennt man einen Behälter 10, in
dem ein flüssiges
Konzentrat vorrätig
gehalten wird, welches durch die Saugwirkung der Wasserstrahlpumpe 1 durch
eine Kapillarleitung 11 zu dem Vakuumanschluss 4 der
Wasserstrahlpumpe 1' gefördert wird.
Je nach dem Stand des Konzentrats im Behälter 10 muss die Wasserstrahlpumpe 1 mehr oder
weniger Saugleistung aufbringen, um Konzentrat anzusaugen. Dies
würde jedoch
zu einer Variation der Konzentration des Konzentrats in der fertigen
Lösung
führen,
was nicht hinnehmbar ist. Dank der Kapillarleitung 11 konnten
diese Konzentrationsschwankungen beseitigt werden.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem zwei flüssige
Konzentrate beliebiger, d. h. auch unterschiedlicher Dichte zuerst
in den Reaktionstank 12 und dann in den Vakuumanschluss 4 der
Wasserstrahlpumpe 1' gesaugt
werden. Die Verbindung zwischen den Behältern 10.1, 10.2 und
dem Reaktionstank 12 erfolgt durch Kapillarleitungen 11.1, 11.2,
so dass unterschiedliche Füllhöhen in den
Behältern 10.1, 10.2 keine
negative Auswirkungen auf die Fördermengen
haben.
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Die
in der Wasserstrahlpumpe 1 erzeugte Saugleistung steht
auch im Reaktionstank 12 an, wo sie sich auf die beiden
Kapillarleitungen 11.1., 11.2 verteilt. Es kann
davon ausgegangen werden, dass die in den Behältern 10.1, 10.2 befindlichen
Ausgangsstoffe unterschiedliche Dichten, unterschiedliche spezifische
Gewichte und unterschiedliche Viskositäten haben. Es darf ferner davon
ausgegangen werden, dass die im Reaktionstank 12 benötigten Mengen
der beiden Ausgangsstoffe unterschiedlich sein müssen. Alles dies lässt sich
durch geeignete Veränderungen
von Länge
und/oder Querschnitt der Kapillarleitungen 11.1, 11.2 exakt
einstellen bzw. ausgleichen.
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Um
die Konzentration der die Wasserstrahlpumpe 1' verlassenden
Lösung
oder Mischung noch feiner einstellen zu können, kann wie in 3 dargestellt
in die Leitung zwischen Reaktionstank 12 und Vakuumanschluss 4 ein
Ventil 13 eingesetzt werden.
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In
allen Fällen
erhält
man am Ausgang 5 der Wasserstrahlpumpe 1 eine
wässrige
Lösung
oder Mischung mit definierter Konzentration.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lässt sich
als Desinfektionsmittel beispielsweise Singulett-Sauerstoff herstellen.
Hierzu werden Natriumhypochlorit und Wasserstoffperoxid bzw. ein
Sauerstoff-Abspalter in den Flüssigkeitsbehältern 10.1, 10.2 vorgehalten, über Kapillarleitungen 11.1., 11.2 zum
Reaktionstank 12 gefördert,
dort zur Reaktion gebracht und anschließend mit der Pumpe 1 oder
der Wasserstrahlpumpe 1' abgefordert
und im gewünschten
Mischungsverhältnis
mit Wasser verdünnt.
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Falls
die im Reaktionstank 12 entstehende Lösung oder Mischung farbig ist,
kann zwischen Pumpe 1, 1' und Reaktionstank 12 ein
Farbsensor angebracht werden, mit dessen Hilfe sich die Konzentration
messen und gegebenenfalls nachregulieren lässt.
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Sollte
das Reaktionsergebnis nicht farbig sein, so lässt sich der Farbeffekt auch
dadurch erreichen, dass in einem dritten Flüssigkeitsbehälter 10.3 eine
Farblösung
vorgehalten und im Reaktionstank 12 zugemischt wird.
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Es
versteht sich, dass auf diese Weise nicht nur Farbstoffe sondern
auch Schaumbildner, Stabilisatoren, Geruchsverbesserer, zusätzliche
Desinfektionsmittel, Reinigungsmittel oder auch den Korrosionsschutz
verbessernde Zusätze
zugemischt werden können,
und zwar wie schon mehrfach erwähnt unter
Verwendung nur einer einzigen Saugpumpe als Förderorgan.