EP1481720A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen eines Gases in Flüssigkeiten - Google Patents

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EP1481720A1
EP1481720A1 EP03011899A EP03011899A EP1481720A1 EP 1481720 A1 EP1481720 A1 EP 1481720A1 EP 03011899 A EP03011899 A EP 03011899A EP 03011899 A EP03011899 A EP 03011899A EP 1481720 A1 EP1481720 A1 EP 1481720A1
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liquid
gas
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oxygen
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EP03011899A
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Karel Nehoda
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OxyVital Vertriebs GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for introducing gas, preferably oxygen, in liquids, especially water, the gas and the liquid is brought up on separate paths, the liquid cleaned on their way through a fine filter and then the gas in an enrichment chamber is introduced into the liquid.
  • gas preferably oxygen
  • the invention also relates to an apparatus for performing this method.
  • oxidizing gases or gas mixtures such as molecular oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ) and / or carbon dioxide (CO 2 ) in water.
  • O 2 molecular oxygen
  • O 3 ozone
  • CO 2 carbon dioxide
  • water which is enriched with oxygen
  • the water is enriched with oxygen according to the prior art according to various principles by using atomization of the water and introducing the oxygen, using a pressure chamber, by blowing or by swirling.
  • EP 0 863 794 B1 describes the method described at the outset and one corresponding device known.
  • the water becomes after subjected to a very fine filtering, swirling or spraying.
  • the gas and water are then fed to an injector unit, by means of which a gas / liquid mixture is formed from the gas and the liquid is produced.
  • the resulting in the injector unit arrives Gas / liquid mixture in a mixture filter system.
  • the gas / liquid mixture flows, the process efficiently. It will a fine filter system with an absorbent, in particular activated carbon, the is produced by a very specific process and in EP 0 554 223 B1 is used.
  • the gas is introduced by the Bringing the gas together with swirled water and the subsequent one Very fine mixture filtering with a filter fineness of less than 0.5 ⁇ m and a large one Surface. This creates a very fine distribution of the water added Gases reached in the water.
  • EP 0 964 739 B1 describes a method for enriching a liquid with a gas, preferably oxygen, in which the gas is in the liquid a closed pressure system is supplied, the liquid after the Feed the gas from the closed pressure system and removed the liquid is expanded as it is drained.
  • a gas preferably oxygen
  • This will be another appropriate device with the appropriate overpressure and Expansion chambers described. With this method and the device is intended also a high concentration with great stability of the oxygen in the water can be achieved. However, the expenditure on equipment is high at the same time Press for it considerably.
  • the present invention is therefore based on the object of one possibility to propose the introduction of a gas, in particular oxygen, into Liquids can be achieved using the least possible equipment, that the excess oxygen even without special measures in the Liquid is retained over a long period of time.
  • the invention makes it possible for oxygen to be stable and detectable feasible not only in water but also in other liquids for humans and bring in animals and there, at least for a sufficiently long time hold.
  • Such liquids are drinks of all kinds, such as milk, Beer, etc., as well as liquid fuels and lubricants.
  • cooling can also be provided in order to to set the optimum temperature for the introduction of the gas.
  • optimum temperature for the introduction of the gas is one Temperature range, for example with water, when the Oxygen from 10 to 20 ° C proved to be sufficient.
  • Fine filtering before matching is beneficial for preparation and Cleaning the liquid from pollutants. Depending on the liquid, one can frequent filter replacement may be required. For liquids with higher Viscosity as for example water sings the flow rate.
  • the Pre-filtering like fine filtering after merging, can also Increase the stability of the oxygen introduced. However, you basically come when enriching the liquid with oxygen according to the The method according to the invention is not so important.
  • micropores are smaller than 2 nm.
  • the gas is in water with a maximum water flow of 0.2 ml per tube and minute pressed.
  • the residence time of the water is advantageously in the Gas penetration area 3 to 4 seconds.
  • the water is thus moved at the maximum speed of 0.20 ml per second passed through the area where the gas entered the water can penetrate. Due to the correspondingly long residence time with simultaneous Small pore size can introduce oxygen into liquids large amounts (up to 80 mg / per liter at least in water) permanently respectively.
  • the central and essential parts of the device are one Filter unit, which is connected on the output side to the enrichment chamber.
  • the enrichment chamber has hollow fibers arranged in the longitudinal direction, through which the liquid flows and then out of the enrichment chamber exit.
  • a gas accumulator is attached to the enrichment chamber at right angles to the direction of flow connected so that the gas through the hollow fiber walls into the through this flowing liquid. This is essentially a so-called cross-flow arrangement with the supply of gas in a Hollow fiber surrounding housing.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the introduction of oxygen and the illustrated schematic diagram showing a filter unit 1, in the embodiment, a Feinstfilteriki with 0.15 ⁇ m pore size, is cleaned by the water.
  • the output of the ultra-fine filter unit 1 is fed to an enrichment chamber 2.
  • the oxygen emerging from an oxygen reservoir 3, for example an oxygen bottle, also reaches this transverse to the direction of flow of the water flowing through the enrichment chamber 2.
  • the water emerging from the enrichment chamber 2 can then be used for further use, such as additional energization or direct filling.
  • an exchange area of approximately 2 m 2 was provided for the oxygen.
  • the oxygen was introduced into the water at a pressure of 2.5 bar, the water being fed into the enrichment chamber at a pressure of 1.2 bar.
  • the water flow in the enrichment chamber was 2 liters per minute.
  • the residence time in the enrichment chamber was approximately 3.5 seconds.
  • pressure ratios given above apply when the spout is open Water.
  • pressure e.g. pressure tank
  • the pressures of Water and oxygen can be increased by the back pressure.
  • FIG. 2 shows an enlarged view schematically in two hollow chamfers 4 of the Enrichment chamber 3 through which the liquid is passed. Across Flow direction of the liquid passes through the gas in the walls of the Hollow fibers 4 arranged micropores 5, which in the embodiment Have a size of approximately 1.3 nm. The liquid becomes a defined one Time span in the gas penetration area in the enrichment chamber 2 held.
  • Oxygenated water was in a brown glass bottle felt and poured after 3 days and stand in an open glass calmly.
  • the initial oxygen content of 69.3 mg / l decreased within 6 Hours at room temperature only to 54.6 mg / l and after 12 hours 34.6 mg / l.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung bei der das Gas, vorzugsweise Sauerstoff, über Mikroporen in der Größenordnung von 2 nm in eine vorbeifließende Flüssigkeit eingebracht wird. Durch zusätzlich Einstellung einer ausreichenden Verweildauer in einer Anreicherungskammer bei einem bestimmten und nicht allzu weit über dem Förderdruck der Flüssigkeit liegenden Gasdruck wird das Gas in die Flüssigkeit eingebracht. Das Verfahren und die Vorrichtung gestatten die Einbringung hoher Sauerstoffmengen bei geringem Verlust während der Lagerung mit geringem apparativem Aufwand. Damit können auch für den Haushalt leistunsfähige Geräte, beispielsweise für die Wasseranreicherung, zur Verfügung gestellt werden. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Gas, vorzugsweise Sauerstoff, in Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, wobei das Gas und die Flüssigkeit auf getrennten Pfaden herangebracht werden, die Flüssigkeit auf ihrem Pfad durch eine Feinstfilterung gereinigt und anschließend das Gas in einer Anreicherungskammer in die Flüssigkeit eingebracht wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, oxidierende Gase oder Gasgemische, wie molekularen Sauerstoff (O2), Ozon (O3) und/oder Kohlendioxid (CO2) in Wasser einzubringen. Dabei hat sich gezeigt, dass Wasser, welches mit Sauerstoff angereichert ist, besondere Wirkungen auf den Menschen und auch auf die Tiere ausübt. Hierzu sind bereits eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, die alle für sich in Anspruch nehmen, den Sauerstoff in ausreichendem Maße in das Wasser einbringen zu können, wobei auch gleichzeitig ein dauerhaftes Verbleiben des Sauerstoffs in dem Wasser gewährleistet werden soll. Die Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff gemäß dem Stand der Technik erfolgt nach verschiedenen Prinzipien durch Verwendung einer Verdüsung des Wassers und Einbringen des Sauerstoffs, der Verwendung einer Druckkammer, durch Einblasen oder durch Verwirbelung.
Aus der EP 0 863 794 B1 ist das eingangs beschriebene Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bekannt. Bei dem Verfahren wird das Wasser nach einer Feinstfilterung einer Verwirbelung bzw. Versprühung unterzogen. Im Anschluss daran werden das Gas und das Wasser einer Injektoreinheit zugeführt, mittels welcher aus dem Gas und der Flüssigkeit ein Gas/Flüssigkeitsgemisch erzeugt wird. Dann gelangt das in der Injektoreinheit entstandene Gas/Flüssigkeitsgemisch in eine Gemisch-Feinstfilteranlage. Gemäß der Beschreibung wird durch die Anordnung der Gemisch-Feinstfilteranlage, durch die das Gas/Flüssigkeitsgemisch strömt, das Verfahren effizient. Es wird dazu eine Feinstfilteranlage mit einem Absorptionsmittel, insbesondere Aktivkohle, das nach einem ganz bestimmten Verfahren hergestellt ist und in der EP 0 554 223 B1 beschrieben ist, eingesetzt. Die Einbringung des Gases erfolgt durch das Zusammenbringen des Gases mit verwirbeltem Wasser und der anschließenden Gemischfeinstfilterung mit einer Filterfeinheit von unter 0,5 µm und einer großen Oberfläche. Dadurch wird eine feinste Verteilung des dem Wasser beigemengten Gases in dem Wasser erreicht.
Aus der EP 0 964 739 B1 ist ein Verfahren zum Anreichern einer Flüssigkeit mit einem Gas, vorzugsweise Sauerstoff bekannt, bei dem das Gas der Flüssigkeit in einem geschlossenen Überdrucksystem zugeführt wird, die Flüssigkeit nach dem Zuführen des Gases aus dem geschlossenen Überdrucksystem abgeführt und die Flüssigkeit während ihres Abführens expandiert wird. Hierzu wird noch eine entsprechende Vorrichtung mit den geeigneten Überdruck- und Expansionskammern beschrieben. Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung soll ebenfalls eine hohe Anreicherung mit großer Stabilität des Sauerstoffs im Wasser erreicht werden. Allerdings ist der apparative Aufwand bei gleichzeitig hohen Drücken dafür erheblich.
Diese Verfahren sowie auch andere bekannte Verfahren bringen den Sauerstoff mit einem relativ hohen Druck von größer 3,5 bar in das Wasser ein. In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei vielen Verfahren eine Einbindung der Sauerstoffmolekühle in die Wasserstruktur zwar kurzzeitig aber nicht langfristig d. h. mindestens mehrere Monate, gelingt. Je nach angewandtem Verfahren sind auch die bei Mensch und Tier zu beobachteten Auswirkungen des Wassers unterschiedlich.
Schon lange wird auch versucht, Sauerstoff in Kraftstoffe für Fahrzeuge einzubringen, um eine Leistungssteigerung der Motoren zu erzielen. Bis jetzt konnten diesbezüglich keine Erfolge erzielt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der die Einbringung eines Gases, insbesondere Sauerstoff, in Flüssigkeiten mittels möglichst geringem apparativem Aufwand derart gelingt, dass der Sauerstoffüberschuss auch ohne besondere Maßnahmen in der Flüssigkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Hauptanspruchs sowie für eine Vorrichtung durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung wird die gereinigte Flüssigkeit in einer Anreicherungskammer zugeführt, in der das Gas über Mikroporen in die vorbeifließende Flüssigkeit eingebracht wird. Es wurde festgestellt, dass sich eine Anreichung der Flüssigkeit mit Sauerstoffmolekülen um so besser bewerkstelligen lässt, je kleiner die Poren für den Durchtritt der Gasmolekühle sind. Durch die Mikroporen werden die Größen der in der angereicherten Flüssigkeit gebildeten Gasblasen beeinflusst. Es hat sich dabei gezeigt, je kleiner die in der Flüssigkeit gebildeten Gasblasen sind, um so stabiler ist die Sauerstoffeinbindung in die Flüssigkeit.
Durch die Erfindung ist es möglich, Sauerstoff auch stabil und nachweisbar umsetzbar nicht nur in Wasser sondern auch in anderen Flüssigkeiten für Mensch und Tier einzubringen und dort, zumindest für eine ausreichend lange Zeit, zu halten. Derartige Flüssigkeiten sind Getränke aller Art, wie beispielsweise Milch, Bier, usw., sowie flüssige Treibstoffe und Schmiermittel.
Selbstverständlich kann zusätzlich eine Kühlung vorgesehen sein, um die optimale Temperatur für die Einbringung des Gases einzustellen. Hier hat sich ein Temperaturbereich, beispielsweise bei Wasser, bei der Aufnahme des Sauerstoffs von 10 bis 20°C als ausreichend erwiesen.
Eine Filterung nach dem Zusammenführen ist bei dem vorliegenden Verfahren nicht unbedingt erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die Feinstfilterung vor dem Zusammenbringen ist vorteilhaft für die Vorbereitung und Reinigung der Flüssigkeit von Schadstoffen. Je nach Flüssigkeit kann hier ein häufigerer Austausch des Filters erforderlich sein. Bei Flüssigkeiten mit höherer Viskosität als beispielsweise Wasser singt die Durchflussgeschwindigkeit. Die Vorfilterung kann, wie eine Feinstfilterung nach dem Zusammenführen, auch die Stabilität des eingebrachten Sauerstoffs erhöhen. Ihr kommt jedoch grundsätzlich bei der Anreicherung der Flüssigkeit mit Sauerstoff gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine nicht so große Bedeutung zu.
Für die Einbringung des Gases in die Flüssigkeit wird dieses durch in Flussrichtung verlaufende parallele Röhren geführt und das Gas radial durch in den Wandungen der Röhren angeordnete Mikroporen gepresst. Vorzugsweise sind die Mikroporen kleiner als 2 nm.
Bei der Einbringung des Sauerstoffs in Flüssigkeiten, insbesondere in Wasser, wurde ebenfalls festgestellt, dass die bei den bisherigen Lösungen verwandten hohen Drücke nachteilig sind und bessere Ergebnisse erreicht werden, wenn der Sauerstoff mit einem Druck in der Größenordnung von 2,0 bis 3 bar eingebracht wird. Dabei liegt der Überdruck des Gas- gegenüber dem durchfließenden Wasser vorzugsweise bei 1 bis 2 bar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird das Gas in Wasser bei einem Wasserdurchfluss von maximal 0,2 ml pro Röhre und Minute eingepresst. Vorteilhafterweise beträgt die Verweildauer des Wassers in dem Eindringbereich des Gases 3 bis 4 Sekunden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das Wasser mit der maximalen Geschwindigkeit von 0,20 ml pro Sekunde durch den Bereich geführt, in dem das Gas in das Wasser eindringen kann. Durch die entsprechend lange Verweildauer bei gleichzeitiger kleiner Porengröße kann die Einbringung des Sauerstoffs in Flüssigkeiten in großen Mengen (bis zu 80 mg/pro Liter zumindest bei Wasser) dauerhaft erfolgen.
Dieses Verfahren ermöglicht den Aufbau von einfachen und leistungsstarken Geräten, wie sie im Hausgebrauch aber auch zur Großabfüllung benötigt werden. Die zentralen und für die Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung sind eine Filtereinheit, die ausgangsseitig an die Anreicherungskammer angeschlossen ist. Die Anreicherungskammer weist in Längsrichtung angeordnete Hohlfasern auf, durch die die Flüssigkeit fließt und anschließend aus der Anreicherungskammer austritt. Quer zur Fließrichtung ist an die Anreicherungskammer ein Gasspeicher angeschlossen, so dass das Gas durch die Hohlfaserwände in die durch diese fließende Flüssigkeit gelangt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine sogenannte Querstromanordnung mit der Zuführung des Gases in einem die Hohlfasern umgebenden Gehäuse.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen noch näher erläutert. Es stellen dar:
Figur 1
die schematische Darstellung des Grundprinzips der Einbringung und
Figur 2
eine schematische Vergrößerung von zwei Hohlfasern mit den Fließrichtungen der Medien.
In der Figur 1 ist das Grundprinzip der Einbringung von Sauerstoff dargestellt und zeigt die schematische Darstellung einer Filtereinheit 1, im Ausführungsbeispiel eine Feinstfiltereinheit mit 0,15 µm Porengröße, durch die Wasser gereinigt wird. Der Ausgang der Feinstfiltereinheit 1 wird einer Anreicherungskammer 2 zugeführt. In diese gelangt auch der aus einem Sauerstoffspeicher 3, beispielsweise einer Sauerstoffflasche, austretende Sauerstoff quer zur Strömungsrichtung des durch die Anreicherungskammer 2 fließenden Wassers. Das aus der Anreicherungskammer 2 austretende Wasser kann danach der weiteren Verwendung, wie beispielsweise zusätzlicher Energietisierung oder direkter Abfüllung zugeführt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wurde eine Austauschfläche von ca. 2 m2 für den Sauerstoff vorgesehen. Der Sauerstoff wurde mit einem Druck von 2,5 bar in das Wasser eingeführt, wobei das Wasser mit einem Druck von 1,2 bar in die Anreicherungskammer geführt wurde. Bei der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel betrug der Wasserdurchfluss in der Anreichungskammer 2l pro Minute. Die Verweildauer in der Anreicherungskammer betrug ca. 3,5 Sekunden.
Die vorstehend angegebenen Druckverhältnisse gelten bei offenem Auslauf der Wassers. Bei Förderung gegen Druck (z. B. Drucktank) müssen die Drücke von Wasser und Sauerstoff um den Gegendruck erhöht werden.
Die Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung schematisch in zwei Hohlfasen 4 der Anreicherungskammer 3 durch die die Flüssigkeit geführt wird. Quer zur Fließrichtung der Flüssigkeit gelangt ein Gas durch die in den Wandungen der Hohlfasern 4 angeordneten Mikroporen 5, die in dem Ausführungsbeispiel eine Größe von ungefähr 1,3 nm aufweisen. Die Flüssigkeit wird eine definierte Zeitspanne in dem Eindringbereich des Gases in der Anreicherungskammer 2 gehalten.
Messungen des Sauerstoffgehalts von verschiedenen Flüssigkeiten vor und nach der Anreicherung sind beispielhaft in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Hierbei handelt sich um Durchschnittswerte aus mehreren Messungen.
Flüssigkeit Messtemperatur in °C Sauerstoffgehalt in mg/l
Vor Anreicherung Nach Anreicherung
Destilliertes Wasser 20 11,2 42,5
Stilles Wasser 20 1,5 42,0
Isotonische Kochsalzlösung 16 8,0 45,0
Hypertone Kochsalzlösung 16 8,2 45,0
Cola 21 0,4 34,1
Limonade (Zitrone) 21 0,6 34,1
Energiegetränk (Isostar) 20,7 0,6 40,1
Orangensaft (Hohes C) 21 5,2 40,0
Bier (Altbier) 21,7 5,2 40,0
Milch 22 1,7 40,0
Andere Messungen ergaben bei Wasser nach einer Standzeit von 5 Tagen in einer verschlossenen Glasflasche mit einem Transport über ca. 600 km in einer 0,5 l Flasche 98 mg/l und in einer 1 l Flasche 74 mg/l.
Auch hinsichtlich der Abfüllgeschwindigkeit und der Flaschenart konnten nach einer Standzeit von 3 Tagen folgende Unterschiede festgestellt werden:
Flaschenart 1,5 l PET 1,5 l PET 0,5l Glas 0,5l Glas
Füllgeschwindigkeit (I/min) 4 3 4 3
Sauerstoffgehalt (mg/l) 55,2 68,0 75,4 86,2
Mit Sauerstoff angereichertes Wasser wurde in einer braunen Glasflasche abgefühlt und nach 3 Tagen ausgeschenkt und in einem offenen Glas stehen gelassen. Der Anfangssauerstoffgehalt von 69,3 mg/l sank dabei innerhalb von 6 Stunden bei Raumtemperatur nur auf 54,6 mg/l und nach 12 Stunden auf 34,6 mg/l.
Obwohl das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit Wasser erläutert wird, ist die Erfindung nicht auf die Anwendung bei Wasser beschränkt. Es stell gerade die Besonderheit, dass damit auch bei anderen Flüssigkeiten, insbesondere auch flüssigen Kraftstoffen und Ölen, brauchbare Ergebnisse hinsichtlich Standzeit und damit auch Wirkung erzielt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Einbringen von einem oxidierenden Gas in Flüssigkeiten, wobei das Gas und die Flüssigkeit auf getrennten Pfaden herangebracht werden, die Flüssigkeit auf ihrem Pfad durch eine Filterung gereinigt und anschließend das Gas in einer Anreicherungskammer in die Flüssigkeit eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Flüssigkeit einer Anreicherungskammer (2) zugeführt wird, in der das Gas über Mikroporen in die vorbeifließende Flüssigkeit eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch in Flussrichtung verlaufende parallele Röhren (4) geführt und das radial durch in den Wandungen der Röhren (4) angeordnete Mikroporen (5) in die Flüssigkeit gepresst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch Mikroporen (5) kleiner 2 nm gepresst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Überdruck gegenüber der durchfließenden Flüssigkeit von 1 bis 2 bar eingebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei einer Wasserdurchfluss von maximal 0,3 pro ml Röhre (4) und Minute in das Wasser gepresst wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des Wassers in der Anreicherungskammer (2) 3 bis 4 Sekunden beträgt.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (1) ausgangsseitig mit einer Anreicherungkammer (2) verbunden ist,
    die Anreicherungskammer (2) in Längsrichtung angeordnete Hohlfasern (4) aufweist, durch die die Flüssigkeit fließt und anschließend aus der Anreicherungskammer (2) austritt, und
    quer zur Fließrichtung der Flüssigkeit an die Anreicherungskammer ein Gas angeschlossen ist, so dass das Gas durch die Hohlfaserwände in die durch diese fließende Flüssigkeit gelangt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfaserwände Mikroporen kleiner 2 nm aufweisen.
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