EP0964742A2

EP0964742A2 - Vorrichtung zur dosierten abgabe von stoffen

Info

Publication number: EP0964742A2
Application number: EP98912336A
Authority: EP
Inventors: Loni Luke-Schunck
Original assignee: Soll Peter; Willuweit Thomas
Current assignee: Soell GmbH
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-12-22
Also published as: WO1998037959A3; PL335420A1; WO1998037959A2; AU6721698A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, gekennzeichnet durch ein Behältnis (1), das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum (3), der über eine semipermeable Membran (2) mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz (4) enthält, welche in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und einen Auslaß (5) aufweist, beansprucht.

Description

Vorrichtung zur dosierten Abgabe von Stoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe von fließfähgien Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten und Gasen, an Systeme sowie ein Verfahren zur dosierten Abgabe von fließfähigen Stoffen in Systeme.

Auf verschiedenen Gebieten der Wartung biologischer Systeme, insbesondere bei der Haltung von Tieren und Pflanzen in geschlossenen Räumen sowie innerhalb und außerhalb von Gewässern, ist es erforderlich, Wirkstoffe über einen längeren Zeitraum gleichmäßig und gezielt zuzuführen. Zu derartigen Wirkstoffen zählen beispielsweise Sauerstoff, Dünger, Arzneimittel, Algizide, CO₂, Bakterienkulturen, Korrosionsschutzmittel, Desinfektions- und Oxi- dationsmittel, Antifaulungsmittel, Deodorantien, Inhalationsmittel, Katalysatoren, Ammoniak,

Nitrate oder Phosphate, Fällungsmittel wie Eisen, Aluminiumsalze, Polymere, Kalkmilch, usw.

Üblicherweise werden derartige Wirkstoffe, z. B. in biologischen Systemen, durch einfaches Zuführen per Hand oder andere gröbere Dosiervorrichtungen in fester und flüssiger Form zugegeben.

Bei der Dosierung von Wirkstoffen zu Gewässern, wobei es sich hier um Teiche, Aquarien und andere abgeschlossene wasserführende Systeme handeln kann, kann es zu Problemen kommen. Üblicherweise werden die Wirkstoffe mit der Hand direkt oder aus entsprechenden Vorratsbehältern in das Wasser gegeben. Die Dosierung von Hand ist mit hohen lokalen Konzentrationen an der Einbringstelle verbunden, insbesondere Systeme mit Zu- und Abflüssen können nur diskontinuierlich von Hand versorgt werden. Hier kommt es zu zeitabhängigen Schwankungen der Wirkstoffkonzentrationen. Die Dosierung in Zuflüsse ist dort nur mit höherem technischem Aufwand möglich. Die Konzentrationsschwankungen können zu kurz- zeitigen Überdosierungen führen, die wiederum Schäden am ökologischen System, beispielsweise an den Tieren und Pflanzen verursachen können.

Bei gasförmigen Stoffen besteht die Gefahr, daß diese, wenn sie in solchen Mengen vorliegen, daß sie nicht sofort verbraucht werden, aus dem System entweichen, ohne genutzt zu werden. Dadurch muß der gasförmige Stoff in einer höheren Menge als für das System erforderlich zugegeben werden, was wiederum zu erhöhten Kosten führt. Die Dosierung von Gasen ist wegen der aufwendigen Anlagentechnik in der Regel mit hohen Kosten für den Anwender verbunden.

Verfahren und Vorrichtungen zur gezielt dosierten Abgabe von Flüssigkeiten sind beispiels- weise aus der DE-PS-31 09 064 und der DE-A-34 00 589 bekannt. Die in der DE-PS-31 09

064 beschriebenen Vorrichtungen weisen einen ersten Behälter mit einem darin befindlichen Steigrohr auf, welches an seinen oberen Enden durch eine Abdeckung in einen weiteren Behälter führt, wobei eine Kuppel über das obere Ende des Steigrohres gestülpt ist. Bei dem vorbekannten Verfahren zur steuerbaren Abgabe von Flüssigkeiten wird von einer Treibgas- dosierung ausgegangen, die auf einer katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid beruht. Durch die bei Zersetzung von Wasserstoffperoxid freiwerdenden Gasmenge wird durch in gesteuerter Weise aufgebauten Druck ein dementsprechend gesteuerter Austritt von Flüssigkeit aus der Vorrichtung erreicht.

Die in der DE-A-34 00 589 beschriebene Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten besteht aus mindestens zwei miteinander in Verbindung stehenden Behältnissen, die jeweils mindestens eine Ausgangsöffnung aufweisen, und sind dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Behälter, der ein Treibgas entwickelndes System enthält, in einem äußeren Behälter, der die Dosierflüssigkeit enthält, angeordnet ist und sich im Betriebszustand die Austrittsöffnung des in- neren Behälters oberhalb der eingefüllten Dosierflüssigkeit und die Austrittsöffnung des äußeren Behälters in dem Bereich der eingefüllten Dosierflüssigkeit befinden. Die zu leistende Arbeit wird hier über Zersetzungsprozesse gewonnen.

Die im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen eignen sich in der Regel nur zur do- sierten Abgabe von Gasen. Hinzu kommt, daß die Fertigung dieser Vorrichtungen aufgrund der miteinander verbundenen Behältnisse relativ große Probleme bereitet. Ferner ist bei der Anwendung der Systeme in wäßriger Umgebung auf die richtige Lager der Behälter zu achten. Das System ist durch seine Bauweise auf eine bestimmte Dosierkapazität und Leistung festgelegt und insgesamt nicht sehr variabel.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher Wirkstoffe, Gase und Flüssigkeiten, über einen langen Zeitraum hinweg gleichmäßig und ohne schädliche Nebenprodukte abgegeben werden können. Eine weitere Aufgabe bestand darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfach zu handhaben ist und deren Dosierung auf die Systeme, in denen der Einsatz erfolgt, variabel einstellbar ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß eine Vorrichtung zur kontrollierbaren Abgabe fließfähiger Stoffe an Systeme, gekennzeichnet durch ein Behältnis, das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum, der über eine semipermeable Membran mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz enthält, welche in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und einen Auslass aufweist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Behältnis, das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum, der über eine semipermeable Membran mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz enthält, und einen Auslass aufweist, mit dem umgebenden Medium oder System in Kontakt gebracht wird, das Medium über die semipermeable Membran in den Innenraum eindringt und die Substanz löst bzw. verdünnt, wodurch ein osmotischer Druck aufgebaut wird, so daß bei weiterer Druckzunahme die Substanz oder Lösung aus dem Innenraum über den Auslass abgeben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine wesentliche Vereinfachung bei der Zuführung von Stoffen oder zur Steuerung von chemischen und technischen Abläufen dar, die innerhalb von wasserführenden Anlagen oder Versorgungssystemen z. B. zur Pflege der darin befindlichen Lebewesen, wie Tiere und Pflanzen, dienen.

Durch die Konzentrationsunterschiede auf beiden Seiten der Membran, entsteht ein osmotischer Druck, der zur Verrichtung von mechanischer Arbeit, d.h. Abgabe von Stoffen, genutzt wird. Die Dosierung erfolgt auch gegen den statischen Druck im stationären Zustand, d.h. es ist kein Überdruck erforderlich.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel zur dosierten Abgabe von Stoffen in Süßwasser genutzt, so enthält das Behältnis vorzugsweise einen wasserlöslichen Stoff bzw. ein Stoffgemisch oder eine Salz- oder Zuckerlösung in einer Konzentration, die über der Konzentration des umgebenden Mediums, wie Wasser etc., liegt. Bringt man das Behältnis in ein System so ein, daß die Membranen mit dem umgebenden Medium, nämlich Wasser oder Lösungsmittel, Kontakt hat, so dringt das Wasser oder Lösungsmittel des Systems in den Innenraum des Behältnisses ein. Der Inhalt des Innenraums, d.h. die Substanz, wird ent- sprechend dem osmotischen Druck mit dem Wasser oder Lösungsmittel verdünnt bzw. der Feststoff wird aufgelöst. Bei konstantem Druck füllt sich der Innenraum und anschließend wird die (gebildete) Lösung über den Auslass an das umgebende Medium abgegeben. Das Behältnis sollte hierbei starr in dem Sinne sein, daß er sein Volumen beibehält.

Das System ist erschöpft, wenn die Lösung im Innenraum des Behältnisses und das umge- bende Medium keine Konzentrationsunterschiede mehr aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zur Abgabe von Wirkstoffen an Systeme, z. B. biologische Systeme, eingesetzt werden, wie Bakterienkulturen, Sauerstoff, Dünger, Algiziden, Arzneimitteln und auch CO₂-haltigen Lösungen. Zu derartigen biologi- sehen System zählen u.a. Gewässer, wie Seen, Teiche, Süß- und Meerwasseraquarien, Kläranlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur dosierten Abgabe von Düngemitteln in Gärtnereibetrieben, oder zur Abgabe von Mitteln wie Korrosionsschutzmittel, Desinfektions- und Oxidationsmittel, Nitrate oder Phosphate, Fällungsmittel wie Eisen, Aluminiumsalze, Polymere, Kalkmilch, usw. in wasserführende Anlagen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, daß die Abgabe des Wirkstoffes über verschiedene Parameter kontrolliert werden kann. Zu diesen Parametern zählen die Fläche der semipermeablen Membran und deren Durchlässigkeit sowie über das chemische Potential, d.h. den Konzentrationsunterschied zwischen dem umgebenden Medium bzw. Wasser und der im ersten Volumen befindlichen Lösung. Bei wählbarer Membranfläche ist durch entsprechende Konzentration in die Osmosezelle ein Grenzstrom zu erreichen, wodurch eine konstante Dosierung erreicht wird. Die GrößeMembranfläche kann z. B. durch abkleben von Flächenabschnitten variert werden.

In einigen Fällen kann es aus Gründen der Lagerung nachteilig sein, wenn das Behältnis über längere Zeit eine wäßrige Salz- oder Zuckerlösung oder dergleichen enthält. In solchen Fällen ist es möglich, das Salz bzw. den Zucker oder eine derartige Substanz fest, als Pulver oder z.B. in Form einer Tablette einzuarbeiten. Wird die Vorrichtung z B. in Wasser geworfen, so dringt das Wasser über die semipermeable Membran in den Innraum ein und löst die Substanz auf. Es bildet sich eine hochkonzentrierte bzw. gesättigte Salz- bzw. Zuckerlösung, deren Konzentration den osmotischen Druck herbeiführt.

Wie bereits eingangs erwähnt, kommen als Wirkstoffe alle Substanzen in Betracht, die zur

Wartung und Stabilisierung eines biologischen Systems benötigt werden, beispielsweise sauerstoffspendende bzw. -haltige Lösungen und Suspensionen, CO₂-bildende oder -haltige

Lösungen, Säuren, Basen und Huminstoffe, Lösungen von Bakterienkulturen, Düngemittel, Algiziden und Fungiziden, Arzneimittel, usw. Die Wirkstoffe können in Form ihrer Reinsubstanz, sofern sie über den Auslass abgegeben werden können, als Lösungen oder als Gase vorliegen oder in situ durch Kontakt mit einer weiteren Reaktionskomponente, wie Wasser oder Lösungsmittel oder einer darin enthaltenen Komponente, und ggf. einen Katalysator gebildet werden.

In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ist der volumenkonstante Innenraum durch eine undurchlässige, bewegliche Trennwand in ein erstes und ein zweites Volumen unterteilt. Das erste Volumen ist über die semipermeable Membran mit der Umgebung verbunden ist und enthält eine Substanz, die in Verbindung mit dem umgebenden

Medium oder System den osmotischen Druck aufbaut. Das zweite Volumen ist mit dem abzugebenden Stoff gefüllt und weist einen Auslass auf.

Die Trennwand, die den volumenkonstanten Innenraum in ein erstes und ein zweites Volu- men unterteilt, ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sich das erste Volumen durch das Eindringen des Wassers aus der Umgebung vergrößert. Dabei kann die Trennwand aus einem dehnbaren oder einem faltbaren Material sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die bewegliche Trennwand ein faltbarer Beutel. Ein faltbarer Beutel hat den Vorteil, daß er vor Anwendung nur einen möglichst kleinen Raum innerhalb des Behältnisses einnimmt und sich während der Anwendung entsprechend ausdehnen kann. Der Beutel hat vorzugsweise eine solche Größe, daß er das gesamte zweite Volumen ausfüllen kann.

In dem Beutel kann ein formgebendes Element enthalten sein, so daß die Ausdehnung in eine Vorzugsrichtung forciert werden kann, z. B. Rohr, Stab, etc.

Das erste Volumen kann auch ein zweites abgeschlossenes Element enthalten, das z. B. im Falle der Druckerhöhung nach Erschöpfung des zweiten Volumens einen Mechanismus auslöst, der zur Entleerung beider Volumina führt und der Einheit in bezug zum umgebenden Medium Auftrieb verleiht. Bevorzugte Materialien für das Behältnis sind alle Thermoplaste, insbesondere PE, Metalle, Ton und Keramik.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Innenraum mit zwei voneinander unabhängige Trennwände auf, die zwei Volumina bilden, in denen das erste Volumen über die semipermeable Membran und das zweite Volumen über den Auslass mit der Umgebung verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als einzeln betriebene Vorrichtung eingesetzt oder auch mit mehreren Vorrichtungen in Reihe oder parallel betrieben werden.

das biologische System ein wäßriges System ist, insbesondere ein stehendes oder fließendes Gewässer, ein Aquarium, eine Kläranlage, eine Dosieranlage für die Düngung von Pflanzen, Schwimmbäder, wasserführende Anlagen, Heizkreisläufe, etc.

Noch weitere Gegenstände sind ein Verfahren zur Abgabe von Düngemitteln und Wirkstoffen an wäßrige Systeme, in denen Pflanzen oder Tiere leben, wie z. B. Aquarien, Hydrokulturen, Düngemittelsysteme in gewerblichen Gärtnereibetrieben.

Die beigefügten Figuren stellen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur kontrollierbaren Abgabe von Stoffen,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform,

Fig. 4 die Vorrichtung in Form eines Kolbens,

Fig. 5 eine Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 3,

Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 3

Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 3

Fig. 8 eine Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das erste Volumen in zwei über einen Kanal verbundene Räume aufgeteilt ist, und

Fig. 9 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 3.

Fig. 10 eine Ausgestaltung der Vorrichtung in Fig. 3 mit Deckel Fig. 11 eine Draufsicht auf den Deckel aus Fig. 10

Fig. 12 eine Ausgestaltung der Vorrichtung in Fig. 3 mit Deckel

Fig. 13 eine Draufsicht auf den Deckel aus Fig. 12

Fig. 14 eine Ausgestaltung der Vorrichtung in Fig. 3 mit einem Deckel mit Zu- und Abfluß

Figur 1 stellt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dar. In das Behältnis 1 eine semipermeable Membran 2 eingearbeitet, der Innenraum 3 enthält eine Substanz 4 in Form eines Feststoffes.

Die Membran 2 ist eine beliebige semipermeable Membran, die für Wasser durchlässig ist. Es können Umkehrosmose-Membranen, Nanofiltrationsmembran oder sonstige technische Membrane, Därme, z. B. Schweinedarm, Rinderdarm, Schweinsblase oder sonstige Produkte tierischer oder pflanzlicher Herkunft, die den Eigenschaften einer osmotisch wirkenden Membran entsprechen, verwendet werden. Alle halbdurchlässigen, also semipermeablen Membrane sind geeignet, die in bezug auf das Füllgut undurchlässig für das umgebende Lösungsmittel aber durchlässig sind.

Die Substanz 4, die sich im Innenraum 3 befindet, kann als Feststoff oder in Form der wäßrigen Lösung vorliegen. Wird die Substanz 4 als Feststoff eingesetzt, so löst sich dieser im über die Membran eindringenden Wasser auf. Nach Einstellen des Gleichgewichtszustandes liegt noch ungelöster Bodensatz im Behältnis 1 vor. Die Lösung ist gesättigt und die Sub- stanz 4 ist in konstanter Konzentration enthalten, so daß der Wirkstoff in gleichmäßiger Menge an das Medium abgegeben werden kann.

Wird als Substanz 4 eine fertige Wirkstofflösung eingesetzt, so sollte diese eine Konzentration aufweisen, die deutlich über der Konzentration des Wirkstoffs im umgebenden Medium liegt, so daß sich über einen langen Zeitraum eine ausreichender osmotischer Druck aufbauen kann.

Wird die hier dargestellte Vorrichtung beispielsweise in ein Aquarium oder einen Teich geworfen, so dringt das Wasser des Teiches oder des Aquariums über die semipermeable Membran 2 in den Innenraum 3 ein und löst den Feststoff 4 auf. Aufgrund des Konzentrationsunterschiedes der sich bildenden Lösung und des umgebenden Mediums dringt weiter Wasser ein. Das eindringende Wasser verdrängt zunächst wegen des unveränderten Gesamtvolumens des Behältnisses 1 das ggf. im Innenraum befindliche Gas (Luft) und wenn dieser gefüllt ist, die gebildete Wirkstofflösung. Diese wird kontinuierlich über den Auslass 5, der hier in Form einer Kapillare ausgebildet ist, an das umgebenden Medium abgegeben. Der Auslass 5 weist vorzugsweise Kapillargröße auf, wobei das Verhältnis von Kapillardurchmesser zu Kapillarlänge nicht größer als 0,5 ist. Dadurch kann vermieden werden, daß Flüssigkeit aus dem Medium in den Innenraum 3 eindringt und sich mit dem Wirkstoff vermischt. Ferner ist es möglich, die abzugebende Substanz in kleinen Mengen zu dosieren.

Das System ist erschöpft, wenn die Lösung im Innenraum 3 und das umgebende Medium keine Konzentrationsunterschiede aufweisen.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform setzt sich das Behältnis 1 der Vorrichtung aus einem Topf 6 und einem Deckel 7 zusammen, wobei der Rand der Membran 2 zwischen Topf 6 und Deckel 7 eingespannt ist.

Die Membran kann in an sich bekannter Weise an den Behälter 1 oder Deckel 7 befestigt oder eingearbeitet werden. Für die Herstellung und Anwendung der Vorrichtung besonders bevorzugte Arten der Befestigung sind, die Membran auf dem Behälter zu verkleben oder zu verschmeißen, z. B. durch Ultraschall oder Mikrowellen, oder mit Hilfe mechanischer Einrichtungen zu verspannen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Um den Sauerstoffgehalt eines Systems zu erhöhen, kann H₂O₂ als Wirkstoff an das Medium abgegeben werden. Dazu wird ein Peroxidsalz oder eine H₂O₂-haltige Lösung vorgelegt. Um den H₂θ₂-Zerfall zu katalysieren ist am Ende des Auslasses 5 vorzugsweise eine Kugel 8 angeordnet, die mit einem Katalysator, z.B. MnO₂, beschichtet ist. Das MnO₂ katalysiert die Zersetzung des H₂O₂ in Wasser und Sauerstoff, wodurch die Effektivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird.

In dieser Ausführungsform befindet sich der Auslass 5 am Boden des Topfes 6. Der Auslass

5 ist in Form eines Stopfens ausgearbeitet, der in die Bodenöffnung 9 des Topfes 6 von innen gesteckt werden kann. Diese Ausführungsform hat zum einen den Vorteil, daß sich der Topf 6 auf einfache Weise als Tiefziehteil herstellen läßt und zum anderen kann die Substanz 4 bzw. dessen Lösung über die Bodenöffnung 9 nachgefüllt werden kann. Vor der in Figur 1 dargestellten Membran 2 ist ein Gitter oder Netz 10 aus einer wasserunlöslichen Substanz mit bakteriziden Eigenschaften, vorzugsweise aus Kupfer oder Silber angeordnet. Es ist auch möglich, die Membran 2 damit zu beschichten. Die Salz- oder Zuckerlösung kann aber auch mit Fungiziden und Bakteriziden versetzt werden.

Figur 3 stellt einen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Das Behältnis 1 , ist mit einem Deckel 7 verschlossen, in den eine semipermeable Membran 2 eingearbeitet ist. Eine Trennwand 11 teilt das Behältnis in ein erstes und ein zweites Volumen 12, 13. Sie ist hier als faltbarer Beutel dargestellt. Das erste Volumen 12 enthält eine Salz- oder Zuckerlösung 14.

Im zweiten Volumen 13 befindet sich die Wirkstofflösung 15. Die Wirkstofflösung 15 wird über den Auslass 5, der hier in Form einer Kapillare ausgebildet und in den Deckel 7 eingearbeitet ist, an die Umgebung abgegeben.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt Figur 2 dar, worin die Vorrichtung ähnlich einem Kolben funktioniert. Das Behältnis 1 ist ein zylindrisches Gefäß, in dessen Boden der Auslass 5 angeordnet ist. Das erste Volumen dehnt sich entlang der Behältniswände nach unten aus und drückt den Stempel 16 nach unten. Durch die Be- wegung des Stempels 16 nach unten wird die Wirkstofflösung 15 aus dem zweiten Volumen 13 über den Auslass 5 an die Umgebung abgegeben.

In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist auf der der semipermeablen Membran 2 gegenüberliegenden Seite des Behältnisses 1 ein Schneid- oder Einstechelement 17 ange- ordnet. Das Schneid- oder Stechelement 17 durchsticht die Trennwand 11 , sobald diese dieses Ende erreicht hat, d.h. das zweite Volumen 13 im wesentlichen ausgefüllt ist. Die Anordnung eines Schneid- oder Einstechelements 17 ist besonders vorteilhaft, wenn die Wirkstofflösung 15 und die Salzlösung 14 unter Bildung eines Gases miteinander reagieren, sobald sie miteinander in Kontakt kommen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Wirkstofflösung einen niedrigen pH-Wert aufweist, d.h. sauer ist, und die Salzlösung 6 ein Carbonat enthält, so daß sich bei der Reaktion der sauren Lösung mit dem Carbonat CO₂ bildet. Durch das sich bildende CO₂ wird die Flüssigkeit aus dem zweiten Volumen 7 verdrängt. Das Gewicht des Behältnisses 1 reduziert sich und das Behältnis schwimmt langsam auf. Das aufschwimmende Behältnis zeigt an, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ver- braucht ist. Auslass 5 und Einstechelement 17 können in einem einzigen Bauteil verwirklicht sein. In einer weiteren möglichen in Figur 6 dargestellten Ausgestaltung bildet der Deckel 7 und das daran befestigte erste Volumen 13 mit der Salzlösung bzw. einer wasserlöslichen salzhaltigen Tablette 14 eine Einheit, die als Ganzes aus dem Behältnis 1 entfernt und somit ausgetauscht werden kann. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, nach Verbrauch der Wirkstofflösung 15, die Vorrichtung erneut zu verwenden. Die neue Wirkstofflösung 15 wird in das Behältnis 1 (erstes Volumen 13) nachgefüllt und das Behältnis 1 kann mit einer neuen Einheit, bestehend aus einer unverbrauchten semipermeablen Membran 2, unversehrten Beutel 12 und konzentrierter Salzlösung 14 verschlossen werden.

In de in Figur 6 darstellte Ausführungsform enthält das erste Volumen 12 ein weiteres Reak- tionslement 18, daß einen Mechanismus auslöst, wodurch angezeigt wird, wann das erfindungsgemäße System erschöpft ist. Das Element 18 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen Material. Es ist durch eine zerstörbare Trennwand 19 in zwei Räume 20 und 21 unter- teilt, wobei der Raum 20 mit einer Substanz gefüllt ist, die in Kontakt mit Wasser oder anderen Substanzen ein Gas bildet. Der zweite Raum 21 enthält ein Einstech- und Schneidelement 22. Ist das System beispielsweise derart eingestellt, daß bei vollständiger Entleerung des Inhalts des zweiten Volumens 17 noch kein Konzentrationsausgleich zwischen dem ersten Volumen 12 und der Umgebung hergestellt, erhöht sich der Druck innerhalb des Behält- nisses 1 weiter. Durch den erhöhten Druck wird das Element 19 zusammengedrückt. Das Schneid- und Einstechelement 22 durchsticht die Trennwand 19 wodurch die Substanz im Raum 20 das Gesamte Element 19 füllt. Die Gasbildung erfolgt beispielsweise über einen im Raum 21 befindlichen Katalysator oder die Substanz wird über entsprechende Vorrichtungen, beispielsweise ein im Raum 21 befindlichen Auslassventil (hier nicht dargestellt) in das erste Volumen abgegeben, wo es durch Reaktion mit der restlichen Salzlösung 14 ein Gas bildet. Die Flüssigkeit wird aus dem Volumen verdrängt und das Behältnis schwimmt auf. Im Element 19 ist der Raum 20 beispielsweise mit H₂O₂ gefüllt, daß durch Inkontaktbringen mit einem geeigneten Katalysator, z.B. MnO₂, O₂ bildet.

Figur 7 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung wie Figur 3, worin das Behältnis 1 durch eine Trennwand 11 in ein erstes und ein zweites Volumen 12, 13 aufgeteilt ist. In dieser Ausführungsform ist das die Wirkstofflösung 15 enthaltende Volumen als faltbarer Beutel dargestellt. Das erste Volumen 12 enthält die Salz- oder Zuckerlösung 14 sowie ein drittes Volumen 23. Das dritte Volumen 23 ist ein Schwimmkörper. Das Volumen bzw. die Dichte des Schwimmkörper ist so bemessen, daß bei Entleerung des zweiten Volumens 13, d.h. bei nahezu vollständiger Abgabe der Wirkstofflösung 15 an das Medium, die Dichte der gesam- ten Vorrichtung kleiner ist als die Dichte des umgebenden Mediums und die Vorrichtung aufschwimmt.

In der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform ist das erste Volumen 12 auf zwei Räume 24 und 25 in dem Behältnis 1 aufgeteilt, die über einen, vorzugsweise flexiblen, Kanal 26 miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann geeignet, wenn der osmotische Druck und somit die Dosierung des Wirkstoffes nur schlecht innerhalb des Systems eingestellt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 9 dargestellt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere, wenn die Wirkstoff lösung 15 mit einer weiteren Substanz zur Reaktion gebracht werden soll. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn Kohlendioxid einem Gewässer zugeführt werden soll, beispielsweise zum Ansäuern oder als Pflanzennahrung. Kohlendioxid erhält man in der Regel dadurch, daß man ein Carbonat bzw. eine Carbonat- haltige Lösung mit einer Säure zur Reaktion bringt. Eine genaue Dosierung des entstehenden CO₂ läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, wenn als Wirkstofflösung 15 eine Car- bonat-Lösung eingesetzt wird. In der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform wird die Car- bonat-Lösung über den Auslass 5 in einen Reaktionsraum 27 geleitet, in dem sich eine Säure, beispielsweise Salzsäure, befindet. Durch Reaktion zwischen der Carbonat-Lösung und der Salzsäure bildet sich CO₂, das über den zweiten Auslass 28, ggf. über eine geeignete Leitung, aus dem Reaktionsraum 27 an die Umgebung abgegeben wird. Durch eine genaue Einstellung des Konzentrationsgefälles zwischen Umgebung und Salzlösung 14 läßt sich die Abgabe der Carbonat-Lösung an den Reaktionsraum 27 und somit die Menge an umgesetztem Carbonat mit Salzsäure genau dosieren. Ebensogut kann eine Säure bei- spielsweise eine Salz-, Schwefel-, Citronen-, Essigsäure etc. auf ein fester Carbonat oder Bicarbonat dosiert werden.

In der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform ist das Behältnis 1 in einem Behälter 29 mit definiertem Gehalt an umgebenden Medium 30, beispielsweise Wasser etc., daß durch die Membran 2 durchtritt, umgeben. Entsprechend dem Konzentrationsgefälle zwischen dem Medium 30 und der Salzlösung 14 im ersten Volumen 12, wird Medium 30 verbraucht. Wenn die bis zur Erschöpfung des Systems die erforderliche Menge genau definiert wurde, d.h. das Verhältnis von Medium 30 zu Salzlösung 14 unter Berücksichtigung der Membran 2 eingestellt wurde, kann an der Skalierung 31 abgelesen werden, wann das System erschöpft ist, beispielsweise ob die Wirkstofflösung 8 bereits vollständig abgegeben wurde. WO 98/37959 . -| 2 - PCT/EP98/00949

In einer weiteren möglichen Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wird diese zum Konzentrationsausgleich für Düngemittelvorrichtungen für Pflanzen eingesetzt. In den in gewerblichen Gärtnereien verwendeten Düngevorrichtungen werden die Pflanzen über Nährstoffkonzentrate, die die erforderlichen Mineralien und sonstigen Mittel enthalten, versorgt. Mit der Zeit sinkt die Konzentration der Nährstofflösung an wirksamen Substanzen. Zum

Nachdosieren dieser Substanzen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart aufgebaut, daß in das Ausdehnungsvolumen, d.h. das in Figur 1 dargestellte erste Volumen 12, eine Salzlösung 14 enthalten ist, die als Bestandteile die optimale Konzentration der einzelnen Inhaltsstoffe der Düngelösung enthält. Die Wirkstofflösung 15 ist eine konzentrierte Lösung der Nährlösung. Durch den sich ausdehnendem ersten Volumen 12 wird die konzentrierte Nährstofflösung 15 langsam an die Nährlösung abgegeben, wodurch der Gehalt der Nährstoffe kontinuierlich entsprechend des Verbrauchs durch die Pflanzen nachgeliefert wird.

In Fig. 10 ist ein ähnlich Ausführungsform wie in Fig. 3 dargestellt, die aus einem Behältnis 1 mit Deckel 7 besteht. Der Innenraum 3 ist durch eine Trennwand 11 in ein erstes und ein zweites Volumen 12, 13 aufgeteilt. Der Auslass 5 ist hier in Form einer Kapillare ausgebildet. Die Auslasskapilare 5 ist in dem Deckel 7 zentrosymmetrisch geführt. In den in Fig. 11 dargestellten Deckel 7 ist die Membran 2 eingearbeitet. Die Membran 2 ist durch ein Gitter 10 geschützt. Zwischen dem Gitter 10 und der Membran 2 befindet sich in dieser Auführungs- form ein Füllmaterial mit großer Oberfläche 33, wie Watte, die mit bakterizid oder fungizid wirkenden Materialien beaufschlagt sein kann. Die Membranoberfläche ist über Stege 34 in mehrere Flächen 35 unterteilt. Durch Abkleben der Flächen 35 mit einer Folie 36 läßt sich die Größe der Membran und damit die Dosierkapazität einstellen.

In der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Auslass 5 in der Bodenöffnung der 9 des Behälters 1. Auch diese Ausführungsform ist mit einem Deckel 7 verschlossen, in den die Membran 2 eingearbeitet und über Stege 34 in mehrere Flächen 35 unterteilt ist (Fig. 13). Im Gegensatz zum Deckel aus Fig. 11 weist dieser keinen zentrosymmetrischen Auslass auf. Soweit es herstellungstechnisch vorteilhaft ist, ist es auch möglich, daß sich das Behältnis 1 , wie in Fig. 12 dargestellt, aus Seitenwänden und Bodenverschluß zusammensetzt. In den Bodenverschluß ist die Öffnung 9 eingearbeitet.

Die in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform ist der Deckel 7 in Form eines Flansch ausgestaltet. Es weist einen Zu- und einen Ablauf 37, 38 für das Medium auf. Diese Ausführungs- form kann beispielsweise in Systemen eingesetzt werden, in den das Medium bzw. das Wasser fließt oder im Kreis geführt wird. Das Medium bzw. das Wasser wird über den Zulauf 37 in den Deckel 7 geleitet und kommt im Innenraum 39 mit der Membran 2 in Kontakt. Über das Konzentrationsgefälle von Salzlösung 14 zum Medium bzw. Wasser baut sich ein osmotischer Druck auf, der die Abgabe der Wirkstofflösung über die Auslass 5 an das Medium bewirkt. Das Medium fließt über den Ablauf 38 weiter. Wird die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform in Anlagen mit stehendem Medium eingesetzt kann die Dosierung der Wirkstofflösung über geeignete Mittel, wie Dosierventile 40 erfolgen.

Bezuαszeichenliste

1 Behältnis

2 Membran

3 Innenraum

4 Substanz

5 Auslass

6 Topf

7 Deckel

8 Kugel

9 Bodenöffnung

10 Gitter, Netz

11 Trennwand

12 erstes Volumen

13 zweites Volumen

14 Salzlösung

15 Wirkstofflösung

16 Stempel

17 Schneid- oder Einstechelement

18 Reaktionselement

19 zerstörbare Trennwand

20,21 Räume, in die das Reaktionselement 18 aufgeteilt ist

22 Schneid- oder Einstechelement im Reaktionselement18

23 drittes Volumen

24, 25 Räume, in die das erste Volumen 12 aufgeteilt ist

26 Kanal

27 Reaktionsraum

28 zweiter Auslass

29 Behälter

30 Medium

31 Skalierung

33 Füllmaterial

34 Stege

35 Teilflächen der Membran

36 Schutzfolie

37,38 Zu-,Ableitung Innenraum des Anschlußstückes 37 Dosierventile

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur drucklosen, dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, gekennzeichnet durch ein Behältnis (1), das einen im wesentlichen volumenkonstanter Innenraum (3), der über eine semipermeable Membran (2) mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz (4) enthält, welche in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und einen Auslass (5) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Auslass (5) Kapillargröße aufweist und das Verhältnis von Kapillardurchmesser zu

Kapillarlänge nicht über 0,5 liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Membran ein Gitter oder Netz (10), das ggf. bakterizid oder fungizid behandelt worden ist, angeordnet oder die Membran damit beschichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Behältnis (1) aus einem Topf (6) mit einem Deckel (7) zusammensetzt, und daß der Rand der Membran (2) sowie der Rand der Trennwand gemeinsam zwischen Topf (6) und Deckel (7) eingespannt sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslass (5) des Auslasses ein Element (8) angeordnet ist, das von der austretenden Substanz umspült wird.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) mit MnO₂ beschichtet ist und die Wirkstofflösung eine H₂O₂-Lösung ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (3) durch eine undurchlässige, bewegliche Trennwand (11) in ein erstes und ein zweites Volumen (12,13) unterteilt ist, wobei das erste Volumen (12) über die semipermeable Membran (2) mit der Umgebung verbunden ist und eine Substanz (4) enthält, die in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und das zweite Volumen (13) mit dem abzugebenden Stoff (15) gefüllt ist und einen Auslaß (5) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die bewegliche Trennwand (11) ein flexibler Beutel ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Schneid- oder Einsteckelement (17) in dem zweiten Volumen (13), dessen

Schneide oder Spitze sich bis in jene Kontur hinein erstreckt, welche das erste Volumen (12) bei maximalem Füllgrad einnimmt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Volumen (12) auf zwei Räume (24,25) in dem Behältnis (1) aufteilt, und daß die zwei Räume (24,25) über einen, vorzugsweise flexiblen Kanal (26) miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der abzugebende Wirkstoff (15) über den Auslaß (5) in einen Rekationsraum (27) geleitet wird, der eine geeignete Substanz enthält, so daß durch Kontakt des Stoffes (15) mit der Substanz im Reaktionsraum (27) ein Gas bildet, daß über einen zweiten Auslaß (28) dosiert wrid.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (1) von einem Behälter (29) umgeben ist, der ein Medium (30) enthält, wobei das Medium (30) über die semipermeable Membran (2) mit der Substanz (4) einen osmotischen Druck aufbaut und der Verbrauch des Mediums (30) an einer Skalierung (31) abgelesen werden kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Volumen (12) ein Element (18) angeordnet ist, das bei Überdruck im ersten Volumen (12) unter Bildung eines Gases zerstört wird, wodurch das Aufschwimmen des Behältnisses (1) in wäßriger Umgebung bewirkt wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Membran (2) durch Abkleben mit einer Schutzfolie 36 eingestellt werden kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslass (5) zentrosym metrisch in den Deckel (7) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das der Deckel (7) einen Zu- und Ablauf (38, 39) für das Medium aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrere Vorrichtungen in Reihe oder parallel geschaltet werden können.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische System ein wäßriges System ist, insbesondere ein stehendes oder fließendes Gewässer, ein Aquarium, eine Kläranlage, eine Dosieranlage für die Düngung von Pflanzen, Schwimmbäder, wasserführende Anlagen, Heizkreisläufe, etc.

19. Verfahren zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 eingesetzt wird.