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Einrichtung zur Ozonisierung einer Flüssigkeit
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 definierten Gattung.
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Die Entkeimung des Wassers von Schwimmbecken oder dergleichen erfolgt
sowohl im kommunalen als auch im privaten Bereich nahezu ausnahmslos durch Zusatz
von Chlor, obwohl Chlor keineswegs ein ideales Entkeimungsmittel ist, weil es zwar
Viren, Pilze, Bakterien und andere im Wasser enthaltene Schadstoffe wirksam vernichtet,
jedoch unangenehm auf die Badenden wirkt und bei diesen Allergien und Augenbrennen
verursachen kann.
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Zur Entkeimung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser,ist es daher
auch bereits bekannt, diese mit Ozon anzureichern, das ebenfalls eine ausgezeichnete
Entkeimungswirkung besitzt und für den Menschen verträglicher ist. Die Ozonisierung
erfolgt allgemein dadurch, daß mittels eines Schlauchs, eines Rohrs, eines Venturirohrs
oder dergleiche Ozonblasen in die zu entkeimende Flüssigkeit geleitet werden. Unabhs
gig davon, ob die Ozonzufuhr im Gegenstrom erfolgt oder die OZOnb1<]Se n
von der strömenden Flüssigkeit mitgerissen werden, ist bei allen bekannten Ozonisierungseinichtungen
nicht m- die Berührungszeit des Ozons mit der zu entkeimenden Flüssigkeit relativ
kurz, sondern auch der Wirkungsgrad der Anreicherung der Flüssigkeit mit Ozon äußerst
gering, weil einerseits das in die Flüssigkeit eingeleitete Ozon aui grund seines
natürlichen Auftriebs zu schnell an die umgebende Atmosphäre entweicht und andererseits
die eingeleiteten Ozonblasen so groß sind, daß sie keine großflächige Berührung
mit der Flüssigkeit und damit keinen ausreichend großen Ozonumsatz ermöglichen.
Die bekannten Ozonisierungseinrichtungen sind daher zir wirtschaftlichen Entkeimung
von Flüssigkeiten, z.B. auch von Trinkwasser, weitgehend ungeeignet. Aus demselben
Grund ist die Ozonisierung des Wassers von Schwimmbecken zu unwirtschaftlich, ganz
abgesehen davon, daß die Anschaffungskosten einer Ozonisierungseinrichtung noch
viel zu hoch sind.
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Der Erfindung liegt daher, ausgehend von der Einrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache und
preisgünstige Einrichtung zu schaffen, die eine wesentlich längere Berührungszeit
zwischen dem zugeführten Ozon und der zu
entkeimenden Flüssigkeit
als bisher ermöglicht und einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 vorgesehen.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugt der Ozonzerstäuber
äußerst feine Ozonbläschen, die bei geeigneter Anordnung des Rohrs aufgrund ihres
Auftriebs im Gegenstrom in Richtung des sich drehenden Laufrades strömen. Dieses
Laufrad bewirkt einerseits einen Stau des aufsteigenden Ozons und hat in Verbindung
mit der in entgegengesetzter Richtung erfolgenden Strömung der Flüssigkeit zur Folge,
daß die Ozonbläschen in Richtung des Flüssigkeitsstroms zurückgeschleudert werden.
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Hierdurch wird die Verweilzeit der Ozonbläschen in der Flüssigkeit
wirkungsvoll erhöht, so daß diese nicht auf direktem Weg und unverbraucht an die
Atmosphäre entweichen können. Andererseits hat das Laufrad an seiner Abstromseite
eine starke Turbulenz der Flüssigkeit und der Ozonbläschen zur Folge. Diese Tubulenz
an der Stelle des Gzonstalls stellt eine äußerst gleichförmige und feine Ozon/Flüssigkeit-Dispersioil
her, die einen hohen Ozonumsatz und daher einen großen Wirkungsgrnd b2i der Anreicherung
der Flüssigkeit mit Ozon sicherstellt. Abgesehen davon haben der Ozonstau und die
durch das Laufrad bewirkte Dispergieflrng einen im Vergleich zu bekannten Einrichtungen
erheblich verminderten Ozonverbrauch zur Folge, so daß der Ozonisator der erfindungsgelnäßeri
Einrichtung konstruktiv wesentlich kleiner und kompakter ausgebildet werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Rohr
im Bereich des Laufrades eine Querschnitts-Verengung auf, in der das Laufrad angeordnet
ist. Hierdurch wird einerseits der Vorteil erzielt, daß ein Laufrad mit kleinerem
Querschnitt eingesetzt werden kann, was sich günstig auf die Dispergierung und den
Ozonstau auswirkt, weil ein großes Laufrad nicht über seine gesamte Fläche gleich
gut wirksam sein kann. In Verbindung hiermit ergibt sich auch der Vorteil, daß einrohr
mit relativ großem Querschnitt und geringer Länge verwendet werden kann, ohne daß
der Wirkungsgrad vermindert wird, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die
Rohrlänge aus konstruktiven Gründen. z.B. aufgrund des Einbaus in ein Schwimmbecken
oder Aquarium, begrenzt ist. Andererseits hat die Verengung des Rohrquerschnitts
eine
erhöhte Stauneigung zur Folge.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Verengung mit der Rohrwandung durch eine Abdeckung verbunden ist, die einen
sich in Strömungsrichtung der Flüssigkeit trichterförmig erweiternden Querschnitt
aufweist. Hierdurch wird einerseits verhindert, daß sich die Ozonbläschen zu großen
Ozonblasen zusammenschließen, die die Lauf eigenschaften des Laufrades verschlechtern
und den Wirkungs#grad vermindern, während andererseits die Turbulenz- bzw.
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Wirbelbildung unmittelbar vor dem Laufrad gefördert wird.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden
Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch
eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ozonisierung von Flüssigkeiten; und Fig. 2
und 3 eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeten
Ozonzerstäubers.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ozonisierung von Flüssigkeiten
enthält gemäß Fig. 1 ein vertikal angeordnetes Rohr 1, dessen oberes Zustromende
oberhalb des durch eine gestrichelte Linie 2 angedeutet##n Flüssigkeitsspiegels
einer in einem Behälter, z.B. einem Schw:lmmbeckf befindlichen Flüssigkeit angeordnet
ist. Dicht unterhalb des Flüssigkeitsspiegels weist die Rohrwandung Einströmöffnungen
3 für die Flüssigkeit auf. Kurz vor dem offenen Abstromende ist im Rohr 1 eine Sctivkohle-Kammer
4 zur Reduktion von restlichem Ozon vorgesehen.
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Zwecks Förderung der Flüssigkeit durch das Rohr 1 ist in. der Nähe
von dessen Zustromende eine koaxiale Querschnitts-Verengung 5 mit einem im V#ergleich
zum übrigen Rohrquerschnitt kleineren Durchmesser vorgesehen. In dieser Verengung
5 ist das fördernde Laufrad 6 einer Propellerpumpe 7 angeordnet, das mit der Antriebswelle
8 eines am Zustromende des Rohrs 1 befestigten Antriebsmotors 9 verbunden ist. Der
Rand der Verengung 5 ist mit der Rohrwandung durch eine Abdeckung -10 verbunden,
in der Austrittsöffnungen 11 für Ozon in Form von Schlitzen
oder
Löchern ausgebildet sind und die sich in Strömungsrichtung der Flüssigkeit trichterförmig
erweitert. Die am Laufrad 6 vorgesehenen Laufschaufeln der Propellerpumpe 7 sind
so ausgebildet, daß die Flüssigkeit bei laufendem Antriebsmotor 9 in Richtung von
Pfeilen r in das Rohr 1 gesaugt und dann durch die Verengung 5 gedrückt wird, um
das Rohr 1 von oben nach unten in Richtung von Pfeilen s zu durchströmen, durch
die Kammer 4 zu treten und dann am unteren Abstromende des Rohrs 1 wieder auszuströmen.
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Zur Ozonisierung der durch das Rohr 1 strömenden Flüssigkeit ist in
einem mittleren Teil des Rohrs 1 ein Ozonzerstäuber 12 vorgesehen, der einen Anschlußnippel
14 aufweist, der über eine Leitung 15 mit einer Ozonquelle, z.B. einem nicht dargestellten
Ozonisator, verbuneilen ist. Die Leitung 15 ist zweckmäßig längs der Innenwandung
des Rohrs 1 nach oben geführt und im Bereich des Befestigungsflansches für den Antriebsmotor
9 mit einem Anschlußstutzen 16 versehen.
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Gemäß Fig. 2 und 3 besteht der Ozonzerstäuber 12 im wesentlichen aus
einer ringförmigen Kammer 17, die durch zwei koaxiale, ringförmige Wände 18 aus
einem feinporigen Membranstoff gebildet ist. Der Membranstoff kann aus einem Kunststoffgemisch
bestehen und besitzt vorzugsweise eine Porengröße von maximal 20 ~ . Zur Halterung
der beiden Wände 18 sind zwei Ringe 19 vorgesehen, zwischen denen die Wände 18 eingespannt
sind und die radiale Stege 20 aufweisen, mittels derer die aus den Wänden 18 und
Ringen 19 gebildete Einheit an der Rohrwandung befestigt wird.
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Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird die Flüssigkeit in
Richtung der Pfeile r und s von oben nach unten durch das Rohr 1 gepumpt. Gleichzeitig
wird Ozon unter einem Druck von beispielsweise 2,2 Bar in den Ozonzerstäuber 12
gedrückt, so daß, wie Fig. 1 schematisch zeigt, äußerst feine Ozonbläschen in die
Flüssigkeit gelangen und in dieser im Gegenstrom nach oben aufsteigen. Im Bereich
der trichterförmigen Abdeckung 10 werden die aufsteigenden Ozonbläschen gestaut
und, verdichtet, so daß sie in innigen Kontakt mit der entgcgengesetzt zuströmenden
Flüssigkeit gelangen. Dadurch, daß das Laufrad 6 als Förderorgan einer Propellerpumpe
7'ausgebildet ist und einen Querschnitt aufweist, der nur geringfügig kleiner als
der Querschnitt der Verengung 5 ist, können die Ozonbläschen außerdem nicht am Laufrad
6 vorbeiströmen, so daß vor diesem ein Ozonstau entsteht, der
aufgrund
der strömenden Flüssigkeit und der Rotation des Laufrades 6 einer starken Turbulenz-
und Wirbelbildung unterworfen ist, die die Bildung einer hochdispersen, homogenen
Ozon/Flüssigkeit-Mischung und damit einen erhöhten Ozonumsatz fördert. Das Laufrad
6 wird zweckmäßig mit einer hohen Drehzahl, z.B. 2800 U.p.M., angetrieben.
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Die Austrittsöffnungen 11 in der Abdeckung 10 ermöglichen einen ständigen
Druckausgleich, ohne den Wirkungsgrad der Ozonisierung wesentlich zu beeinträchtigen.
Aufgrund der Förderwirkung des Laufrades 6 werden nämlich die durch die Austrittsöffnungen
11 austretenden Ozonbläschen, wie durch einen Pfeil t angedeutet ist, wenigstens
teilweise wieder in den Prozeß eingeführt, so daß ein erheblich größerer Ozonumsatz
als bei bekannten Einrichtungen gewährleistet ist. Bei ihrem Durchtritt durch die
Verengung 5 werden möglicherweise entstandene größere Ozonblasen außerdem durch
das Laufrad 6 aufgerissen und verkleinert, so daß auch hierdurch eine Vergrößerung
des Ozonumsatzes bewirkt wird.
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Bei einer konkreten Ausführungsform sind folgende Abmessungen der
verschiedenen Teile vorgesehen: 1000 mm für die Länge des Rohrs 1, 114 llim für
den Innendurchmesser des Rohrs 1, 50 mm für den Innendurchmesser der Verengung 5,
49 mm für den maximalen Durchmesser des Laufrades 6, 60 mm für den Durchmesser von
drei vorgesehenen Einströmöffnungen 3 und 2,2 Bar für den Druck des dem Zerstäuber
12 zugeführten Ozon-Luft-Gemisches. Ferner ist als Antriebsmotor 9 ein 120-Watt-Kondensator-Motor
vorgesehen, der das Laufrad mit einer Drehzahl von 2800 U.p.II.
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antreibt. Das Laufrad 6 ist mit zwei Laufschaufeln versehen, die bei
den angegebenen Verhältnissen im Rohr 1 einen Durchsatz an Wasser von etwa 10 m3/h
bewirken. Im Vergleich zu bekannten Geräten ist der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung darin zu sehen, daß bei einem Verbrauch von 200 bis 300 1 Ozon(1:uft-Gemisch
pro Stunde zur Erzielung derselben Wirkung, gemessen an der bewirkten Entkeimung
des Wassers, die Zufuhr eines Ozon/Luft-Gemisches ausreicht, das 1 g Ozon pro m3
Luft enthält, während bei bekannten Einrichtungen ein Gemisch mit wenigstens etwa
5 g Ozon pro m3 Luft benötigt wird. Dies hat zur Folge, daß im Ozonisator der bekannten
Einrichtungen die fünf.-fache Menge an Ozon hergestellt und daher die wirksame Fläche
des Ozonisators etwa fünfmal so groß ausgebildet werden muß. Außerdem ergibt sich
bei den genannten Mengenverhältnissen der Vorteil, daß bei der
vielmehr
auch durch Einsatz eines nicht fördernden Flügelrades herbeigeführt werden, wenn
mittels einer an anderer Stelle angeordneten Förderpumpe die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit ßichergestellt wird. Infolgedessen läßt sich die erfindungsgemäße
Einrichtung auch als Zusatzeinrichtung in eine bereits vorhandene Umwälzanlage für
ein Schwimmbecken oder dergleichen einschalten. Die Drehzahl des Flügelrades ist
in diesem Fall entsprechend den Erfordernissen einzustellen. Alternativ kann zusätzlich
zu einer beliebigen Förderpumpe ein ebenfalls förderndes Laufrad 6 eingesetzt werden.
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Ozonherstellung keine Kühlprobleme auftreten und im Gegensatz zu den
bekannten Einrichtungen die Verwendung einer Kühlflüssigkeit gänzlich vermieden
werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt,
sondern läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln. Anstelle der Propellerpumpe
7 kann beispielsweise eine Radialkreiselpumpe vorgesehen sein, sofern sichergestellt
ist, daß die aufsteigenden Ozonbläschen gestaut werden und eine hohe Verweildauer
in der entgegengesetzt strömenden Flüssigkeit aufweisen. Auch die Anordnungen des
Rohrs 1 in der Flüssigkeit und des Ozonzerstäubers 12 im Rohr 1 können entsprechend
den Erfordernissen im Einzelfall verändert werden. Dasselbe gilt für die Dimensionierung
der verschiedenen Teile, die Wahl der Strömungsgeschwindigkeit und die Einstellung
des Ozondrucks.
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Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die Ozonisierung des Wassers
eines Schwimmbeckens beschränkt, sondern läßt sich in entsprechender Weise auch
zur Ozonisierung des Wassers von Aquarien, Fischteichen oder dergleichen, des Trinkwassers
und anderer Flüssigkeiten einsetzen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung wird zweckmäßig als kompakte onstruktive
Einheit ausgebildet und als solche in dem die Flüssigkeit speichernden Behälter
aufgestellt, eingehangen oder anderweitig montiert, Es ist Jedoch auch möglich,
die beschriebene Einrichtung neben dem Behälter mit der zu ozonisierenden Flüssigkeit
aufzustellen, wodurch sich die Vorteile ergeben, daß der Innenraum des Behälters
nicllt eingeschränkt wird und daß die Einrichtung einfacher gewartet und repariert
werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, die Einströmöffnungen
3 und das Abstromende des Rohrs 1 in geeigneter Weise mit dem die Flüssigkeit speichernden
Behälter zu verbinden.
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Obwohl auch andere Pumpen als die dargestellte Propellerpumpe 7 eingesetzt
werden können, bietet die Verwendung der Propellerpumpe 7 den besonderen Vorteil,
daß die gesamte Einrichtung mit preisgünstigen Mitteln hergestellt werden kann und
preisgünstig im Verbrauch ist.
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Schließlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß das Laufrad
6 als Förderorgan einer Pumpe ausgebildet ist. Der Ozonstau und die homogene Dispergierung
des Ozon/Flüssigkeit-Gemisches können