DK162578B - Fremgangsmaade og apparat til finimpraegnering af vandingsvand med co2 og h2co3 - Google Patents

Description

DK 162578 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til finimprægnering af vandingsvand med C02 og H2CO3, hvor under tryk stående C02-gas indføres i vand, som strømmer gennem en ledning ved et tryk og en temperatur i det væsentlige 5 svarende til trykket og temperaturen i en sædvanlig vandforsyningsledning, samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden og med et langstrakt ret strømningskanalafsnit, der ved den ene ende er sluttet til en trykkilde for vandingsvand og ved sin anden ende er forbundet med 10 et vandingssystem eller en lagerbeholder, som har et imprægneringsområde med tilslutning ved omkredsen til en C02-trykkilde.

Der kendes talrige fremgangsmåder og apparater til blanding af forskellige stoffer.

15 DE-PS-866 341 beskriver således et apparat til indgivning af C02 i et vandingsanlægs trykvandstilgangsledning. Som middel til indgivelse af C02 anvendes en injektor, uden at denne beskrives nærmere. Et sådant injektorsystem er dog kendt fra FRPS-l 171 059. Denne har 20 et ret strømningsafsnit, som gennemstrømmes af det ene af de to medier, som skal blandes. I denne strømningskanal er der koaksialt og efter hinanden anbragt flere korte rørafsnit med voksende diameter, så at deres ender indbyrdes overlapper hinanden under dannelse af en 25 ringspalte. Det rørafsnit, der har størst diameter, er således tildannet i forhold til den rette kanal, at det med denne kanal danner endnu en ringspalte. Strømningen i kanalen bliver dermed løbende opdelt i flere delstrømme. Ved tilgangssiden af rørafsnittet med mindst diame-30 ter er der en centralt anbragt indretning til tilførsel af det andet af de medier, der skal blandes, og denne indretning indfører dette andet medium i strømningen i finfordelt form, eksempelvis ved indsprøjtning. Her drejer det sig altså om et system, hvor der i en ret strøm-35 ningskanal med konstant tværsnit frembringes den for blandingen nødvendige turbulens ved hjælp af flere rør-

DK 162578 B

2 afsnit af forskellig størrelse, og hvor det andet medium bliver indsprøjtet eller indsprayet ved tilgangssiden.

I DE-OS-3 117 797 beskrives en indretning til berigelse af akvarievand med kulsyre, hvor der i et appa-5 rat er et C02-gasområde, som akvarievandet ledes igennem i en hvirvlende strømning.

Endelig kendes der fra US-PS-2 899 971 en vandfø-deledning til eksempelvis en vaskemaskine med en doseringsindretning til automatisk indføring af et tilsats-10 stof, eksempelvis et vandafspændingsmiddel i vandstrømningen. Med henblik herpå bliver vandets strømningshastighed forandret gennem dyseagtig udformning eller trinvis ændring af strømningstværsnittet. En ledning for tilsatsmidlet udmunder i et blandingskammerområde ved 15 enden af det afsnit, hvori hastighedsændringen finder sted. I afstand fra blandingskammerområdet er der flere boringer, som er åbne til atmosfæren, og hvorigennem små mængder luft kan indsuges. Når vandtilførslen til husholdningsmaskinen, eksempelvis en vaskemaskine, bliver 20 afbrudt, har disse beluftningsåbninger til formål at hindre, at der i vandtilførselsledningen opstår et vakuum, så at det med tilsatssstoffet, såsom afspændingsmidlet, opblandede vand suges ud af blandingskammerområdet og tilbage i vandtilgangsledningen. Lednings-25 stykket opstrøms for blandingkammerområdet skal dermed beluftes ved hjælp af den luft, som suges ind gennem boringerne, så at et eventuelt vakuum deri bliver fjernet.

Opfindelsen er rettet mod en fremgangsmåde til finimprægnering af vandingsvand med C02 og H2C03. Til 30 forskel fra ved vand til akvarier eller til husholdningsmaskiner er der ved vandingsvand til drivhuse og gartnerier ligesom til landbrug ofte brug for store mængder, hvilket også kræver tilsvarende mængder C02 når der ønskes en imprægnering. Der skal her lægges mær-35 ke til, at ved udledning af det imprægnerede vandingsvand i plantekulturerne, bliver det sædvanligvis under 3

DK 16257 8 B

tryk udbragte vand afspændt til atmosfæretryk. Ved det på sædvanlig vis med C02 berigede vand frigives der derved store mængder af C02-gas, som går tabt. Dertil kommer, at ved alle kendte fremgangsmåder og apparater 5 til imprægnering af vand med C02~gas forefindes en stor del af gasserne som forholdsvis store blærer i vandet.

Disse kan fremkalde væsentlige uheldige virkninger i lednings- og afgivningssystemerne for vandingsvand. Blærerne kan tilstoppe kapillaragtige strømningsveje, som 10 eksempelvis anvendes ved dråbevandingsmetoden eller ved sprøjtning med vand beriget med kunstgødning. Som følge af blærerne hindres strømningen.

Derudover fører frigivelsen af ukontrollerbare mængder af C02 til, at en nøjagtig dosering af den C02-15 andel i vandet, som føres til planterne eller træerne, bliver umulig. Det, som er nævnt for C02-gas, gælder tilsvarende også for H2C03, idet der mellem den i vandet fysisk opløste andel af C02 og andelen af kulsyre, som er kemisk bundet i vandet, er et naturbestemt, fast for-20 hold på omtrent 1000:1.

Opfindelsen har til opgave at videreudvikle den indledningsvis nævnte fremgangsmåde og det til udøvelse af fremgangsmåden tjenende apparat således, at der på væsentlig enklere vis muliggøres en væsentlig mere nø-25 jagtig dosering af den med vandet til planterne og træerne tilførte mængde af C02-gas og H2C03, og at væsken kan finimprægneres således med C02, at der ikke skal frygtes forstyrrelser som følge af større blærer i væsken, og at C02-tabene ved afgivelse af vandingsvandet 30 i vid udstrækning kan forhindres, så at behandling af kulturer med C02-imprægneret væske også kan anvendes på erhvervsmæssig vis i stor målestok, eksempelvis ved gartnerier eller landbrug.

Denne opgave bliver ved fremgangsmåden løst ved 35 hjælp af trækkene i krav l og hvad angår apparatet til udøvelse af fremgangsmåden ved hjælp af trækkene i krav 4

DK 162578 B

7. I drift bliver det rette strømningskanalafsnit fyldt helt ud og gennemstrømmet af væske. De ringformede skuldre ved stederne for tværsnitsudvidelserne forløber radialt og er meget smalle i forhold til strømningstvær-5 snittet. Det samme gælder for de boringer, der ligger kransagtigt umiddelbart bag hver skulder i strømningskanalens væg. Disse boringer frembringer frie strømningsforbindelser mellem strømningskanalen og et udenom kanalen liggende gasfordelingskammer, hvori C02-gassen hol-10 des under et forudbestemt tryk. Dette tryk svarer til eller er mindre end det middelstatistiske tryk i strømningskanalens vandstrømning. Af praktiske grunde kan det være fordelagtigt, at indstille C02-gastrykket til samme størrelse, som tilgangstrykket i det fordelingssystem, 15 der tjener til fordeling af det imprægnerede vandingsvand.

I området for hver udvidelsesskulder bliver det totale strømningstværsnit større, og dermed bliver strømningshastigheden af væsken i strømningskanalen 20 mindre. De strømningslag, der ligger nær strømningskanalens inderside, bliver i nærheden af området for tværsnitsudvidelsen tvunget til at tilbagelægge en større strækning end de øvrige væskelag, fordi de skal strømme over skulderen. Hastigheden af disse ydre væskelag bli-25 ver derved momentant større ved passagen af en sådan ringskulder, så at trykket falder momentant i området umiddelbart under skulderen. Dette trykfald er snævert begrænset til området under skulderen. Dette momentane trykfald indvirker således på de i området umiddelbart 30 efter skulderen beliggende boringer, at C02-gas fra boringerne tvangsmæssigt overføres til strømningskanalen, hvor gassen dernæst blandes fortrinsvis med de ydre væskelag. Ved hjælp af de umiddelbart virkende og med voksende afstand fra skulderområdet fremadskridende ud-35 ligningsforløb hvad angår hastighed og tryk i hele strømningen sker der i den samlede strømning en hurtig homogenisering af C02-indholdet.

DK 162578 B

5

Da C02-imprægneringen af vandet herved i modsætning til ved den kendte fremgangsmåde sker ved en momentan frembringelse af et undertryk i et delområde af vandstrømningen, opnås der en meget fin imprægnering af 5 væsken, dvs. en imprægnering fri for større blærer. Herved bliver C02-gassen i væsken opdelt i så små stykker og så finfordelt, at gastabet bliver meget lille ved væskens afspænding i løbet af udgivelsen, eksempelvis ved oversprøjtning eller fordråbning. Dermed kan den med 10 C02-gas imprægnerede væske også anvendes erhvervsmæssigt i store mængder, fx i gartnerier eller ved landbrug. Endvidere kan den andel af C02-gas og ^COj, som tilføres til planterne eller træerne, bestemmes væsentlig mere nøjagtigt, idet man ikke i nævneværdig grad skal 15 frygte ukontrollerbart gastab under udbringningen.

Den på denne måde imprægnerede væske er i vid udstrækning fri for forstyrrende blærer, så at væsken på pålidelig og fejlfri vis også kan afgives gennem kapil-lære udbringningssystemer.

20 Den samlede udvidelse af tværsnittet i imprægne ringsområdet er også lille, når der er flere i strømningsretningen efter hinanden beliggende skulderagtige udvidelser, så at hastigheden af og trykket i strømningen opstrøms og nedstrøms for imprægneringsområdet kun 25 adskiller sig forholdsvis lidt fra hinanden.

De afhængige krav angiver foretrukne videreudviklinger af den nye fremgangsmåde og det nye apparat.

Med "vandingsvand" forstås der her normalt vand eller vand beriget med gødningssalte eller lignende, ek~ 30 sempelvis pesticider. Med "normal" C02-optageevene forstås optageevnen af normalt, altså ikke kemisk rent, vand.

Selv om den nye fremgangsmåde og det nye apparat i første række er beskrevet i forbindelse med finimpræg-35 nering af vandings væske, er det for fagmanden klart, at de med særlig fordel også kan anvendes ved behandling af andre væsker med andre gasarter.

DK 162578 B

e

Den nye fremgangsmåde muliggør en forberedelse af vandingsvand på en måde, som kommer nær de forhold, som på særlig optimal form findes i naturen i rodnære områder i jorden. Ude i naturen bliver det fornødne under-5 tryk frembragt af selve rodnettet, og C02'en bliver del·* vis afgivet af selve rodnetværket og stillet til rådighed af jordbåren C02, hvor C02 findes i gasform ved omtrent atmosfæretryk og atmosfærisk temperatur.

Ved store strømningstværsnit kan det være forde-10 lagtigt at lede væskestrømningen gennem imprægneringsområdet som en ringstrømning for derved at sikre en bedre gennemblanding af væsken med den optagne C02-gas-mængde.

Et yderligere træk, som i væsentlig grad under-15 støtter finimprægneringen og den homogene gennemblanding af væsken består i, at gasimprægneringsområdet er efterfulgt af yderligere strømningskanalafsnit med skulderag-tige udvidelser og derunder liggende boringer, hvilke afsnit tjener til opblanding af allerede fuldstændig im-20 prægneret væske i den væske, som strømmer gennem strømningskanalen .

Det nye apparat kan anvendes til at tilføre den imprægnerede væske direkte til et opsamlingssted eller til et forbrugssted, så at der kan ske en direkte afgi-25 velse af den imprægnerede væske. Ved forbrugssteder med varierende forbrugsmængder er det dog fordelagtigt at kombinere det nye apparat med en forrådstrykbeholder, hvori der holdes et forråd af finimprægneret væske klar, og hvor tilgangen af væske sker gennem apparatet ifølge 30 opfindelsen, og hvor afløbet fra væskeforrådet er afskærmet eller forsat således i- forhold til apparatet, at eventuelle forholdsvis store blærer har tilstrækkelig tid til at stige op gennem væskeforrådet og op i gasrummet.

35 En udførelsesform for opfindelsen forklares her efter nærmere med henvisning til tegningen, der viser

DK 162578 B

7 et lodret snit gennem en trykbeholder med et apparat ifølge opfindelsen.

I det viste eksempel består trykbeholderen 1 af en trykkappe 2, et dæksel 3 og en bund 4. Ved 5 hjælp af ikke viste følere opretholdes der i trykbeholderen en væskemængde 8 mellem en minimal væskestand 26 og en maksimal væskestand 27. Over væsken er der efterladt et trykrum 7, der gennem en ledning 5 holdes fyldt med kuldioxidgas, som holdes under et for-10 udbestemt tryk på f.eks. op til 6 bar. Tilførslen af gassen sker f.eks. via en trykføler. I beholderens bund 4 findes der et afløb 6 for den imprægnerede væske i væskeforrådet 8. Sideværts forsat i vandret retning i forhold til afløbet 6 er der anbragt et imprægne-15 ringssystem 9, som er indbygget i dækslet 3. Systemet 9 har en central gennemstrømningskanal, der ved tilgangssiden via en studs 10 er forbundet med en trykvandkilde. Systemet 9 kan eksempelvis ved hjælp af en flange 11 være tætnet indbygget i dækslet 3. Sy-20 stemet 9 har i det viste eksempel i strømningsretning efter hinanden liggende imprægneringsområder 12a, 12b og 12c; Foran hvert imprægneringsområde er væskestrømningskanalens lysningsbredde trinagtigt udvidet, som vist ved 13a, 13b og 13c. Derved ændrer væskens strøm-25 ningshastighed sig slagagtigt umiddelbart ved indtrædelsen i et imprægneringsområde. Umiddelbart bag ved tværsnitsudvidelsen ligger der bruseragtigt fordelte boringer 14a, 14b og 14c, som udmunder i gastrykrummet 7.

Gennem boringerne 14 suges der under driften gas fra 30 gastrykrummet 7, så at gas og væske blandes. Gassen, der i starten navnlig befinder sig i de ydre væskelag, bliver på grund af den pludselige tværsnitsudvidelse og den deraf frembragte pludselige ændring af strømningsforholdene ved væskens indtræden i det næste imprægne-35 ringsområde hurtigt iblandet og homogent fordelt i strømningen gennem en grundig blanding af alle lag i 8

DK 162578 B

strømningstværsnittet. Derved begunstiges den fornyede gasoptagelse i det efterfølgende imprægneringstrin. Der kræves mindst to sådanne imprægneringsområder 12a og 12b for at opnå den nødvendige finimprægnering.

5 Til videre stabilisering af gas/væskeblandingen og til udskillelse af eventuelle større blærer findes der et yderligere, aksialt efterkoblet kanalafsnit 15.

I det viste eksempel har dette to genopblandingsområder .

16a, 16b med en brat ændring af væskestrømningskana-10 lens lysningsbredde for også her at frembringe en gen-nemblanding. Disse genopblandingsområder 16a, 16b tjener til tilbageblanding og homogenisering af den imprægnerede væske og til mindskning af andelen af større blærer. Med henblik herpå har systemet 15 en ydre 15 kappe 18, der er lukket mod gasrummet 7, og hvis nedre åbne kant ender under væskemængden 8's dybest liggende væskespejl 26. Gennem kappens åbne ende 21 og gennem en opstrøms herfor beliggende afgangsåbning 20 fra kanalen, kan der under sugevirkning fra områderne 20 16a, 16b suges imprægneret væske, og denne væske føres tilbage til opblanding i væskestrømningen. Systemet 15's udløb 25 ligger ligeledes under det dybeste væskespejl 26, så at den udstrømmende gas ikke kan rive større gasblærer med fra trykkammeret 7.

25 Gennem den sideværts forsætning af udløbet 25 i forhold til afløbet 6 har eventuelle større blærer tilstrækkelig tid til at stige op gennem væskeforrådet 8 og op i rummet 7, så at de større blærer ikke rives med vandet ud gennem ledningen 6.

30 Hvis der til tilgangen 10 tilføres en væske, optager væsken gas fra trykkammeret 7 på den beskrevne måde. Væskespejlet 26 stiger som følge af den tilførte væske, og rummet 7 formindskes volumenmæssigt.

Hvis denne volumenmindskning er større end væskens gas-35 optag, stiger trykket i rummet 7 samtidig, så at gastilførslen gennem ledningen 5 frakobles. Hvis væskens 9

DK 162578 B

gasoptagelse er større, så skal der under imprægneringen ledes gas ind i rummet 7, så at trykket i dette rum opretholdes. Trykket i hovedrummet kan eksempelvis holdes på eller over en til vandtrykket svarende værdi, 5 f.eks. 6 bar.

Hvis systemerne 9 og 15 anvendes til direkte afgivelse af væsken, bortfalder trykbeholderen 1. Systemet 9 vil være omgivet af en kappe, hvis ringrum står i forbindelse med trykgaskilden, mens systemet 10 15's kappe 18 som antydet er lukket ved 22. I det te tilfælde fortsætter gennemstrømningskanalen til forbrugs- eller aftagestedet, som antydet med en ledningsforlængelse 6a.

Ved forsyning af store tappesteder gives sy-15 stemerne 9 og 15 væsentlig større strømningstværsnit. For i dette tilfælde at sikre en grundig og homogen gennemblånding over væskestrømningens tværsnitsareal, kan der hensigtsmæssigt indsættes et fortrængningslegeme 30 i systemerne 9 og 15, der leder væsken 20 gennem systemet i en ringstrømning. Som vist kan fortrængningslegemet 30 have trinvist voksende tværsnit, men det kan også være et i strømningsretningen glat cylinderlegeme.

Det beskrevne apparat arbejder pålideligt såvel 25 til direkte afgivelse som til den viste og beskrevne indirekte afgivelse af imprægneret væske, i et trykområde fra 1 bar og opefter. Apparatet er derfor særlig egnet til brug i gartnerier, i landbrug og i skovbrug, idet det ved alle de trykforhold, som her kan komme på tale, 30 undgår enhver i praksis uheldig kompression af gassen i vandet, som følge af de lave imprægneringstryk. Ved erhvervsbrug svarer C02-gastrykket til leveringstrykket i ledningen.

Claims (11)

10 DK 162578 B

1. Fremgangsmåde til finimprægnering af vandingsvand med C02 og H2CC>3, hvor under tryk stående C02-gas indføres i vand, som strømmer gennem en ledning ved et tryk og en temperatur i det væsentlige svarende til 5 trykket og temperaturen i en sædvanlig vandforsyningsledning, kendetegnet ved, at vandingsvandet ledes gennem et ret strømningskanalafsnit, som danner et imprægneringsområde, og at vandets tryk derved ved mindst to delområder, der i strømningsretningen er be-10 liggende i indbyrdes afstand og ved strømningens omkreds, sænkes momentant til et lavere tryk end C02-gassens tryk ved hjælp af en pludselig ændring i · strømningshastigheden, idet de ydre væskelag af vandstrømningen i imprægneringsområdet- ved områderne for 15 pludselige trykfald ledes over smalle skulderagtige tværsnitsudvidelser af strømningskanalafsnittet, og at vandingsvandstrømningen finimprægneres med C02-gas ved hvert område for momentant trykfald, idet de nævnte væskelag umiddelbart nedstrøms forhver skulder holdes i 20 fri strømningsforbindelse med C02-gasforsyningskammeret gennem flere til skulderbredden svarende boringer.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at C02-gassen i et forsyningskammer nær ved imprægneringsområdet holdes på et forudbestemt tryk, og 25 at de ydre væskelag af vandingsvandstrømningen i de områder, hvor trykket momentant reduceres til under gastrykket i forsyningskammeret, bringes i direkte strømningsforbindelse med C02-gassen i forsyningskammeret.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, k e n -30 detegnet ved, at der i en afstand efter det sidste af C02-imprægneringsområderne er mindst et yderligere område, hvori trykket momentant sænkes ved hjælp af pludselig ændring af strømningshastigheden i et periferiområde af vandingsvandstrømningen, og den med C02-gas 11 DK 162578 B finimprægnerte vandstrømning med henblik på genopblanding bringes i direkte strømningsforbindelse med en delstrømning, der er afgrenet ved enden af imprægneringsområdet . 5 '4. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at den vandingsvandstrømning, der forlader imprægneringsområdet, ledes under væskespejlet og sideværts forsat i forhold til en til brugsstederne førende trykbeholderafgang direkte ind i 10 et vandingsvandsforråd, der er finimprægneret med C02 og er indeholdt i trykbeholderen, at der i et C02-gastrykrum over væskespejlet opretholdes et forudbestemt leveringstryk, og at C02'en i gastrykrummet holdes i stadig strømningsforbindelse med de periferiområder af 15 vandstrømningen i imprægneringsområdet, der har momentant reduceret tryk.

5. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at imprægneringsområdets vandingsvand tilføres direkte ved et tryk på mellem 1 20 bar og 6 bar fra en vandforsyningsledning eller fra en trykpumpe.

6. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at vandingsvandet føres gennem imprægneringsområdet som en cylindrisk ringstrøm- 25 ning.

7. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, med et langstrakt ret strømningskanalafsnit, der ved den ene ende er sluttet til en trykkilde for vandingsvand og ved sin anden ende er forbundet med et van- 30 dingssystem eller en lagerbeholder, og som har et imprægneringsområde med tilslutning ved omkredsen til en C02-trykkilde, kendetegnet ved, at strømningskanalafsnittet (13) i mindst to i strømningsretningen adskilte områder er udvidet ved hjælp af smalle 35 ringskuldre (I3a-l3c), at strømningskanalafsnittes væg umiddelbart nedstrøms for hver skulder er gennembrudt af 12 DK 162578 B en krans af til ringskulderen svarende smalle boringer (I4a-l4c), der udeftertil udmunder i et C02-trykkammer (7), at der er en indretning til at holde trykket i C02-trykgaskammeret (7) på en forudbestemt værdi, og at 5 vandingsvandets tilgangstryk og ringskulderens størrelse er fastlagt således, at trykket af vandingsvandet momentant mindskes til et tryk mindre end trykket i C02-trykgaskammeret (7) ved hjælp af en pludselig hastighedsændring i de ydre vandingsvandsstrømningslag i 10 området for ringskuldrene.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at strømningskanalafsnittet (13) har mindst ét yderligere område (16a, 16b) som ligger efter og i afstand fra de andre områder (12a -12c), og som har en 15 ringskulderagtig tværsnitsudvidelse (17a, 17b) med en tilhørende boringskrans (22a, 22b), der udmunder i en fordelerkanal (19), der står i forbindelse med vandingsvandstrømningen med henblik på afgrening nær kanalafsnittets udløbsende (25) af en del af det vandingsvand, 20 der allerede er finimprægneret med C02.

9. Apparat ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at kanalafsnittets (13) udløbsende (25) udmunder under væskespejlet (26) i en trykbeholder (3), som indeholder et vandingsvandsforråd (8), og hvis 25 udløb (6) er tydeligt sideværts forsat i forhold til strømningskanalafsnittet (13).

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at trykbeholderens trykrum (7) er tilknyttet en indretning til opretholdelse af en C02-gasatmosfære ved 30 et forudbestemt tryk oven over væskespejlet.

11. Apparat ifølge krav 10, kendetegnet ved, at boringerne(I4a-l4c) i C02-imprægneringsområderne umiddelbart under strømningskanalafsnittets (13) ringskuldre (13a-13c) udmunder frit i trykbeholderens C02- 35 gastrykrum (7). 1<L. Apparat ifølge et af kravene 8-11, kendetegnet ved, at et langstrakt fortrængningsle- 13 DK 162578 B gerne er anbragt koncentrisk i strømningskanalafsnittet (13).