EP1685893A1 - Apparatus for enriching liquids with gas - Google Patents

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EP1685893A1
EP1685893A1 EP20050077874 EP05077874A EP1685893A1 EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1 EP 20050077874 EP20050077874 EP 20050077874 EP 05077874 A EP05077874 A EP 05077874A EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1
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Uwe Dipl.-Ing. Würdig
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Wuerdig Uwe Dipl-Ing
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Uwe Dipl.-Ing. Würdig
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Abstract

The assembly to enrich a fluid with gas, and especially aerate water with oxygen, has a gas supply with a pressure control and a treatment chamber (1) where the water flows through. At least one spray jet (2) is within the chamber opening in relation to the flow direction (r), and a gas feed (3). The oxygen is ripped out of the jet by the water flow, forming a mist at the jet. Fluid pressure controls are outside the chamber, to give an overpressure at the fluid inflow (5) and outflow (6), giving a higher pressure of at least 50 kPa at the inflow than at the outflow and at least 50 kPa lower than the pressure at least at one gas outflow opening (7) of the gas feed.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas. The invention relates to a device for enriching liquid with gas media. Mittels der Einrichtung wird Gas in eine strömende Flüssigkeit eingebracht und zur Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas in der Flüssigkeit gelöst. By means of the device is introduced into a flowing liquid and dissolved to enrich the liquid with the gas in the liquid gas.
  • Zu unterschiedlichsten Zwecken ist es erforderlich, flüssige Medien mit Gasen anzureichern. For different purposes, it is necessary to enrich liquids with gases. Entsprechende Erfordernisse bestehen beispielsweise bei der Erzeugung von Löschmitteln, bei denen zur Erreichung eines möglichst hohen Löscheffektes inerte Gase in Flüssigkeiten eingebracht werden. Similar requirements exist for example in the production of fire extinguishing agents, which are introduced to achieve the highest possible quenching effect inert gases in liquids. Aber auch bei der Aufbereitung von Brauchwasser ist es bekannt, dem Wasser zum Zwecke der Enteisenung und/oder der Ausfällung von Mangan gezielt Sauerstoff zuzuführen. But also in the treatment of industrial waters, it is known to supply the water for the purpose of removal of iron and / or manganese precipitation targeted oxygen. Eine Schwierigkeit besteht dabei darin, das jeweilige in eine Flüssigkeit eingeleitete Gas so in die Flüssigkeit einzubringen, dass das Gas von der Flüssigkeit möglichst vollständig aufgenommen, also nahezu vollständig darin gelöst wird. One difficulty is in the fact, then introduce the respective introduced into a liquid gas in the liquid, that the gas from the liquid as completely as possible taken, is thus almost completely dissolved therein. Bei bekannten Einrichtungen, wie sie beispielsweise zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden, geschieht die Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas dadurch, dass das Gas in Form feiner Bläschen in die strömende Flüssigkeit eingetragen wird. In known devices, such as are used, for example for water treatment, the enrichment of liquid occurs with the gas characterized in that the gas is introduced in the form of fine bubbles in the flowing liquid. Dabei geht man davon aus, dass bereits durch die Feinperligkeit des eingebrachten Gases sichergestellt ist, dass dieses von dem strömenden Wasser so gut aufgenommen wird, dass eine Annäherung an die Sättigungsgrenze erreicht wird. Here, it is assumed that is already ensured by the Feinperligkeit the gas introduced that this is so well received by the flowing water that a rapprochement is reached to the saturation limit. Zur Unterstützung der Aufnahme des Gases durch die Flüssigkeit wird die Flüssigkeit gegebenenfalls, beispielsweise durch Einordnung von Prallflächen in die Strömungswege, noch verwirbelt. In support of receiving the gas through the liquid, the liquid is optionally, for example, by arrangement of baffles in the flow paths, nor fluidized. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die dargestellten Maßnahmen zwar einer Aufnahme des Gases durch die Flüssigkeit förderlich sind, dass jedoch die Sättigungsgrenze tatsächlich nicht annähernd erreicht wird. However, it has been shown that the measures shown are conducive to receiving the gas through the liquid, although, however, that the saturation limit is actually not nearly achieved. Auch ist es bei den bekannten Verfahren, unabhängig von der Frage eines annähernden Erreichens der Sättigungsgrenze, im Grunde nicht möglich, die Menge des von der Flüssigkeit aufgenommenen Gases wirklich zu steuern. it is also in the known processes, irrespective of the question of an approximate reaching the saturation point, basically not possible to control the amount of absorbed by the liquid gas really.
  • Zudem tritt häufig das Problem auf, dass sich die Gasauslässe, über welche das Gas der Flüssigkeit feinperlig zugeführt wird, im Laufe der Zeit durch Anlagerungen von Verunreinigungen zusetzen. In addition, the problem often occurs that the gas outlets through which the gas from the liquid is supplied feinperlig enforce over time by deposits of impurities. Daher ist eine kostenintensive, ständige Wartung entsprechender Einrichtungen erforderlich. Therefore, a cost-intensive, constant maintenance of appropriate equipment is required.
    Eine entsprechende Vorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, wird beispielsweise durch die DE 100 44 697 A1 beschrieben. A corresponding device for introducing gas into liquids is described, for example, from DE 100 44 697 A1. Kern der Vorrichtung ist eine Dosierstelle, bei der in ein von der Flüssigkeit durchströmtes Gehäuse über einen Dom mit einem darin eingeordneten Diaphragma und eine durch den Dom geführte lanzettenartige Führung, mit Gasaustrittsöffnungen, ein Gas feinperlig in die strömende Flüssigkeit eingeleitet wird. Core of the device is a metering point, wherein in a traversed by the liquid housing about a mandrel with a incorporated therein the diaphragm and guided through the dome lancet-like guide, with gas outlet openings, a gas fine bubbles introduced into the flowing liquid. Es wurde gefunden, dass durch die Maßnahmen zur Erzielung der Feinperligkeit des einströmenden Gases zwar eine verhältnismäßig gute Anreicherung der Flüssigkeit mit Gas erreicht wird, aber ein höherer Anreicherungsgrad dennoch wünschenswert ist, da dieser zumeist noch deutlich unterhalb der Sättigungsgrenze liegt. It has been found that although a relatively good enrichment of the liquid is achieved with gas by the measures to achieve the Feinperligkeit of the incoming gas, but a higher degree of enrichment is nevertheless desirable, since this is still mostly well below the saturation limit. Zudem sind bei der Vorrichtung kaum Möglichkeiten gegeben, den Anreicherungsgrad gezielt einzustellen bzw. an bestehende Erfordernisse anzupassen. Moreover, few opportunities are given in the device to adjust the degree of enrichment specifically or adapted to existing requirements. Auch das schon angesprochene Problem der Ablagerung von Verunreinigungen im Bereich der Gasaustrittsöffnungen ist hier zu beobachten. Also the already mentioned problem of deposition of impurities in the gas outlet openings can be observed here.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Einbringung von Gasen in Flüssigkeiten bereitzustellen, mit welcher ein höherer Grad der Anreicherung des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, als dies bei bisher bekannten Einrichtungen vergleichbarer Art der Fall ist. The object of the invention is to provide a device for introducing gases into liquids, with which a higher degree of enrichment of the gas is achieved in the liquid, as is the case in previously known devices of a similar nature. Ein weiteres Ziel besteht darin, einen einfachen Aufbau einer entsprechenden Einrichtung zu erreichen, der in Weiterbildung der Erfindung möglichst wartungsarm ist. Another object is to achieve a simple construction of a corresponding device, which requires little maintenance as possible in a further development of the invention.
  • Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten gelöst, welche durch die Merkmale des Hauptanspruchs charakterisiert ist. The object is achieved by a device for introducing gases into liquids, which is characterized by the features of the main claim. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. Advantageous embodiments and developments of the invention are given by the subclaims.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas umfasst mindestens eine druckregulierte Gasquelle und eine Behandlungskammer, welcher das von der Gasquelle gelieferte Gas zugeleitet wird. The inventive device for enriching liquid with gas media comprises at least one pressure-regulated gas source and which the gas supplied from the gas source is supplied to a treatment chamber. Für die Gasversorgung kommt, selbstverständlich auch in Abhängigkeit der Art des einzubringenden Gases, der Anschluss an ein entsprechendes Versorgungsnetz oder der Bezug aus einem Vorrat, wie einer Gasflasche, mit entsprechenden Einheiten zur Druckregulierung in Betracht. For gas supply of the terminal is, of course, depending on the type of introduced gas, to an appropriate supply network or from a storage reference, such as a gas cylinder, with corresponding units for pressure regulation. Das Gas wird in der Behandlungskammer in die, diese durchströmende Flüssigkeit eingetragen. The gas is introduced into the treatment chamber in the liquid flowing through this. Erfindungsgemäß ist in der Behandlungskammer mindestens eine Sprühdüse angeordnet, wobei außerdem, bezogen auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, vor der Sprühdüse eine Gaszuführungseinheit in die Behandlungskammer einmündet. at least one spray nozzle according to the invention is arranged in the treatment chamber, further wherein, based on the direction of flow of the liquid, opens out in front of the spray nozzle, a gas supply unit into the treatment chamber. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die erfindungsgemäß, bezogen auf den Druck sowohl der Flüssigkeit, als auch des Gases, an der Behandlungskammer einzustellenden Druckverhältnisse. here are the present invention, based on the pressure of both the liquid and the gas in the treatment chamber to be set pressure conditions is essential. Die Drücke werden nämlich erfindungsgemäß so eingestellt, dass der eingangsseitige Druck, also der Druck am Flüssigkeitseingang 5 der Behandlungskammer, wenigstens um 50 kPa größer ist, als der an ihrem Flüssigkeitsausgang 6, wobei der eingangsseitige Flüssigkeitsdruck aber gleichzeitig um wenigstens 50 kPa geringer ist, als der Druck des aus mindestens einer Gasaustrittsöffnung der Gaszuführungseinheit herausperlenden Gases. The pressures are namely adjusted according to the invention so that the input-side pressure, ie the pressure at the fluid inlet 5 of the treatment chamber, by at least 50 kPa is higher than that at its fluid outlet 6, but wherein the upstream fluid pressure is simultaneously reduced by at least 50 kPa, as the pressure of the bubbling out of at least one gas outlet opening of the gas supply unit gas. Durch die eingangsseitigen Druckverhältnisse, also die Einstellung des Drucks der Flüssigkeit und des vor der Sprühdüse feinperlig in die Behandlungskammer eingeführten Gases, wird erreicht, dass das Gas in der Behandlungskammer von dem sie passierenden Flüssigkeitsstrom mitgerissen und mit der Flüssigkeit gemeinsam an der Sprühdüse vernebelt wird. By the input-side pressure conditions, so the adjustment of the pressure of the liquid and fine bubbles introduced in front of the spray nozzle into the processing chamber gas, it is achieved that the gas in the treatment chamber from which it is entrained passing liquid flow and atomised with the liquid together on the spray nozzle. Im Zuge des gemeinsamen Versprühens von Flüssigkeit und Gas werden insbesondere die Gasbläschen zerschlagen und so eine innige Durchsetzung der Flüssigkeit mit dem Gas erreicht. In the course of the common spraying of liquid and gas, the gas bubbles are broken up and in particular achieved so an intimate enforcement of the liquid with the gas. Überraschender Weise wurde aber außerdem gefunden, dass die aufgrund des gemeinsamen Versprühens bzw. Vernebelns von Flüssigkeit und Gas erreichte gute Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas erfindungsgemäß durch einen ausgangs der Sprühdüse anstehenden Überdruck noch zusätzlich begünstigt wird. Surprisingly, it has however also been found that the achieved as a result of the common spraying or misting of liquid and gas good enrichment of the liquid with the gas according to the invention by a pending exit of the spray nozzle pressure is additionally favored. Durch den ausgangsseitigen Überdruck wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, anders als dies sonst beim Einsatz von Sprühdüsen üblicher Weise der Fall ist, die Flüssigkeit nach dem Passieren der Düse nicht sofort entspannt. By the output-side pressure, is in the inventive device, the fluid is different than otherwise with the use of spray nozzles usual manner the case relaxed after passing through the nozzle immediately. Gerade diese Maßnahme hat sich jedoch vorteilhafter Weise als äußerst wirkungsvoll für die Erreichung höherer Anreicherungsgrade, hinsichtlich der Lösung des Gases in der Flüssigkeit, erwiesen. Just this measure, however, has proven advantageous manner to be extremely effective for achieving higher enrichment levels, with regard to the dissolution of the gas in the liquid. Zur Einstellung der Drücke sind vor und nach der Behandlungskammer Druckregulierungseinheiten in die Strömungswege der Flüssigkeit eingeordnet, mittels derer der Flüssigkeitseingang sowie der Flüssigkeitsausgang der Behandlungskammer mit dem Überdruck beaufschlagt werden. To adjust the pressures are placed before and after the treatment chamber pressure regulating means in the flow paths of the liquid, by means of which can be acted upon by the pressure of the liquid inlet and the liquid outlet of the treatment chamber.
    Die Gaszuführungseinheit umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Dosierlanze, welche in die Behandlungskammer hineinragt. according to a preferred embodiment of the invention, the gas supply unit comprises a metering lance which projects into the treatment chamber. Das Gas tritt an dieser Dosierlanze über eine oder mehrere Bohrungen aus bzw. in die Behandlungskammer ein. The gas enters at this metering lance through one or more holes out of or into the treatment chamber. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist auf die Gasaustrittsöffnungen der Dosierlanze ein flexibler Schlauch oder ein flexible Hülle aufgeschoben. In a particularly advantageous development of this embodiment, a flexible tube or a flexible sleeve is pushed onto the gas outlet openings of the metering dispenser. Der Schlauch bzw. die Hülle steht dabei unter einer Vorspannung, welche durch das feinperlig aus den Gasaustrittsöffnungen austretende Gas aufgrund seines Drucks überwunden wird, wobei sich der Schlauch oder die Hülle beim Austritt eines Gasbläschens jeweils leicht aufbläht. The hose or the sheath stands under a bias that is overcome by the fine bubbles emerging from the gas outlet openings gas due to its pressure, whereby the tube or the sleeve at the outlet of a gas bubble in each case easily inflates. Als geeignet hat sich die Verwendung eines Stücks Silikonschlauch, mit einem Untermaß von einigen Zehntelmillimetern gegenüber dem Außendurchmesser der Dosierlanze, erwiesen, wobei die jeweils vorzusehende Wandstärke von dem wiederum auf den Wasserdruck abzustimmenden Gasdruck abhängt. To be suitable, the use of a piece of silicone tube, with a proven undersize of a few tenths of a millimeter with respect to the outer diameter of the feed probe, wherein each be provided depending upon the wall thickness, in turn, be matched to the water pressure gas pressure.
    Ausgangsseitig der Behandlungskammer ist entsprechend einer möglichen Ausbildungsform als Druckregulierungseinheit ein Drosselventil mit zugeordnetem Druckmesser in die Leitungswege für die mit dem Gas angereicherte Flüssigkeit eingeordnet. On the output side of the treatment chamber, a throttle valve with an associated pressure gauge is arranged in the conduction paths for the enriched gas with the liquid in accordance with a possible embodiment as a pressure regulating device. Der eingangsseitige Druck kann entweder aufgrund eines bestehenden Anlagendrucks (z. B. bei Wasserversorgungsanlagen bzw. sofern dieser ausreichend ist) aufgebracht oder durch den Einsatz einer der Behandlungskammer vorgeschalteten Druckerhöhungspumpe mit zugeordnetem Druckmesser bewerkstelligt werden, wobei im Falle der Nutzung eines Anlagendrucks, je nach Art der Anlage, gegebenenfalls auch druckreduzierende Mittel vor dem Flüssigkeitseingang der Behandlungskammer vorgesehen sein können. The input-side pressure can be due to either an existing system pressure (eg. As in water supply systems or, if this is sufficient) is applied or accomplished with an associated pressure gauge by the use of the treatment chamber upstream pressure increasing pump, in the case of use of a system pressure, depending on the type of the system, optionally also pressure reducing means prior to the liquid inlet of the treatment chamber may be provided. Die Einstellung des Gasdrucks erfolgt vorzugsweise mittels eines vor der Gaszuführungseinheit bzw. Dosierlanze angeordneten Regelventils mit vorgeschaltetem Druckminderer. The adjustment of the gas pressure is preferably carried out by means of an arranged upstream of the gas supply unit or metering dispenser control valve with an upstream pressure reducer. In ergänzender Weiterbildung der Einrichtung ist der Behandlungskammer eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases nachgeschaltet. In additional further development of the device of the treatment chamber is connected downstream of a measuring device for determining the concentration of the dissolved gas in the liquid. Dabei ist es denkbar dass die entsprechende Messeinrichtung, die Einheiten zur Einstellung der Druckverhältnisse der Flüssigkeit vor und nach der Behandlungskammer sowie ein Regelventil zur Gasmengendosierung über eine Steuereinrichtung miteinander in einem Regelkreis in Wirkverbindung gebracht und die jeweiligen Drücke durch die Steuereinrichtung vermittels entsprechender Stellglieder automatisch in Abhängigkeit zum Verhältnis einer ausgangsseitig in der Flüssigkeit festgestellten Gaskonzentration zu einem dafür vorgegebenen Wert eingestellt werden. It is conceivable that the corresponding measuring device, the units to the pressure conditions of the liquid setting before and after the treatment chamber and a control valve for gas volume dosage of a control device with each other in a control circuit in operative connection, and the respective pressures by the control device by means of corresponding actuators automatically depending be set to the ratio of an output side identified in the liquid gas concentration to a value predetermined therefor. Die im Hinblick auf den, entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall, angestrebten Anreicherungsgrad jeweils günstigsten Druckwerte sind dabei selbstverständlich abhängig von der Art der Flüssigkeit und des Gases und beruhen bisher auf empirisch gewonnenen Erfahrungswerten. The view to the, according to the respective application, desired enrichment level most favorable pressure values ​​are of course dependent on the type of liquid and gas and are based on previously empirically experience.
    Eine mögliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist noch dadurch gegeben, dass der Behandlungskammer eine Ultraschallquelle zugeordnet ist, deren Schwingungen die Behandlungskammer, zumindest aber den, bezogen auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, hinter der Sprühdüse befindlichen Bereich der Behandlungskammer, vorzugsweise aber auch die Sprühdüse durchdringen. One possible development of the device according to the invention is still present in that the treatment chamber has an associated ultrasound source, the vibrations of which the process chamber, but at least the, relative to the flow direction of the liquid, is located behind the spray nozzle area of ​​the treatment chamber, but preferably also pass through the spray nozzle. Hierdurch wird die diesen Bereich durchströmende bereits mit dem Gas durchsetzte Flüssigkeit in Schwingungen versetzt, welche die Gasblasen an der Grenzschicht zwischen Gas und Flüssigkeit in vorteilhafter Weise zerstören und dadurch zu einer noch besseren Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas beitragen. Thereby, the this area flowing through already penetrated with the gas fluid is vibrated, which destroy the gas bubbles at the boundary layer between gas and liquid in an advantageous manner and thus contribute to an even better enrichment of the liquid with the gas. Als Ultraschallquelle kommt beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler in Betracht. As ultrasound source, a piezoelectric transducer is used for example into consideration.
    Bei einer zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff ausgebildeten Einrichtung hat sich ein Eingangsdruck am Wassereingang der Behandlungskammer zwischen 500 kPa und 800 kPa, bei einem gleichzeitig gegenüber diesem um 50 kPa bis 150 kPa, bevorzugt 100 kPa, erniedrigten Ausgangsdruck als günstig erwiesen. In a trained for enriching water with oxygen device to an input pressure at the water inlet of the treatment chamber is between 500 kPa and 800 kPa, has been found at a same time relative thereto about 50 kPa to 150 kPa, preferably 100 kPa, decreased outlet pressure as low. Der Eingangsdruck ist dabei aber auch von der gewünschten Durchflussmenge des mit dem Sauerstoff anzureichernden Gases abhängig. but the inlet pressure is also dependent on the desired flow rate of the to be enriched with oxygen gas. Zudem sei in diesem Zusammenhang darauf verwiesen, dass gegebenenfalls über die mindestens eine Sprühdüse hinaus, bei entsprechend hohen Durchflussmengen weitere Sprühdüsen parallel in der Behandlungskammer angeordnet sein können. In addition, reference is made in this context to the fact that, where appropriate, may be arranged in parallel in the processing chamber at a correspondingly high flow rates more spray nozzles on the at least one spray nozzle addition. Bei der zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff eingerichteten Ausbildungsform hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn der an den Gasaustrittsöffnungen der Gaszuführungseinheit anstehende Druck des Sauerstoffs gegenüber dem eingangsseitigen Wasserdruck um 80 kPa bis 220 kPa erhöht ist. In the enrichment of water furnished with oxygen forming mold has further proved to be advantageous when the current to the gas outlet openings of the gas supply unit pressure of oxygen towards the upstream water pressure to 80 kPa is increased to 220 kPa.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles nochmals näher erläutert werden. The invention will be explained in further detail with reference to an exemplary embodiment. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: In the accompanying drawings:
  • Fig. 1: Fig. 1:
    Den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Ausführungsform zum Eintragen von Sauerstoff in Wasser The essential part of the inventive device in an embodiment for the insertion of oxygen in water
    Fig. 2: Fig. 2:
    Den Einrichtungsteil gemäß Fig. 1 in einer modifizierten Ausführungsform The device part of Fig. 1 in a modified embodiment,
  • In der Fig. 1 ist der wesentliche Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer geschnittenen sowie stark schematisierten Darstellung wiedergegeben. In Fig. 1 the essential part of the inventive device in a sectional and highly schematic illustration is shown. Es handelt sich hierbei um die Behandlungskammer 1, also denjenigen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung, in dem die eigentliche Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas erfolgt. This is the treatment chamber 1, so that part of the apparatus of the invention, in which the actual enrichment of the liquid takes place with the gas. Die Erklärung des Aufbaus und der Funktion bezieht sich beispielhaft auf eine Ausführungsform, mittels welcher Sauerstoff in Wasser, zum Zwecke der Wasseraufbereitung, eingebracht wird. The explanation of the structure and function refers by way of example of an embodiment, by means of which oxygen in water, is for the purpose of water treatment, is introduced.
    Bei der Aufbereitungskammer 1 handelt es sich um eine von der Flüssigkeit, vorliegend also vom Wasser, durchströmte Behandlungskammer innerhalb welcher eine Sprühdüse 2 in den Strömungsweg des Wassers eingeordnet ist. In the processing chamber 1 is a flowed through by the liquid, that is present from the water treatment chamber within which a spray nozzle is arranged in the flow path of the water. 2 Seitlich, quer zur Strömungsrichtung r des Wassers und in Strömungsrichtung r vor der Sprühdüse 2, ragt eine Dosierlanze 4 als Teil einer Gaszuführungseinheit 3 in die Behandlungskammer 1 hinein. Laterally, transversely to the direction of flow of the water r and r in the flow direction in front of the spray nozzle 2, extends a metering lance 4 as part of a gas supply unit 3 into the treatment chamber. 1 Dabei soll die Dosierlanze, im Hinblick auf den Eintrag von Sauerstoff, im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nachfolgend auch als Sauerstofflanze bezeichnet werden. In this case, to the feed probe, will be referred to with regard to the entry of oxygen, in connection with the embodiment, as an oxygen lance.
    Ausgehend von einem hier nicht gezeigten Sauerstoffvorrat, also beispielsweise einer Sauerstoffflasche, über ein ebenfalls nicht gezeigtes Druckminderventil zur Einstellung des Drucks mit einem zugehörigen Regelventil zur Mengendosierung des in die Behandlungskammer einzuführenden Sauerstoffs sowie über die Dosier- beziehungsweise Sauerstofflanze 4 wird der Sauerstoff der Behandlungskammer 1 in feinperliger Form zugeführt. Starting from a not shown supply of oxygen, that is, for example, an oxygen cylinder, an also not shown pressure reducing valve for adjusting the pressure with an associated regulating valve for quantity metering of the introduced into the treatment chamber oxygen as well as the dosing or oxygen lance 4 of the oxygen of the treatment chamber 1 is in fine bubbles form supplied. Der Sauerstoff tritt aus der Dosierlanze 4 über eine oder mehrere an dieser vorgesehene Austrittsöffnungen bzw. Bohrungen oder Schlitze 7 aus der Lanze 4 aus. The oxygen exits the metering lance 4 via one or more of the provided outlet openings or bores or slots 7 from the lance 4 off. Allerdings sind die genannten Austrittsöffnungen 7 mit einem Stück Schlauch 8, vorzugsweise aus Silikon, überzogen, dessen Funktion später noch erläutert werden soll. However, the outlet openings are 7 with a piece of hose 8, preferably of silicone, coated, whose function will be explained later. Bei der im Beispiel gezeigten Behandlungskammer 1 mit eingeordneter Sprühdüse 2 handelt es sich um einen handelsüblichen Sprühkopf, der für den vorgesehenen Einsatzzweck modifiziert wurde. In the illustrated example in the treatment chamber 1 with the associated spray nozzle 2 is a commercially available spray head which has been modified for the intended purpose. Eingangsseitig wird das Wasser der Behandlungskammer 1, unter Druck stehend, zugeführt. On the input side, the water of the treatment chamber 1, standing under pressure is supplied. Dabei werden die über die Gaszuführungseinheit 3 mit der Dosierlanze 4 eingetragenen Gasbläschen mitgerissen und gemeinsam mit dem Wasser in der Sprühdüse 2 unter Zerschlagung der Gasbläschen vernebelt, wobei Gas und Wasser in einen sehr innigen Kontakt gebracht werden. The via the gas supply unit 3 registered with the metering lance 4 gas bubbles are entrained and nebulized, together with the water in the spray nozzle 2 by destruction of the gas bubbles, whereby gas and water are brought into very intimate contact. Anders, als beim Einsatz von Sprühdüsen üblich, tritt jedoch das Wasser aus der Sprühdüse 2 nicht unter Umgebungsdruck aus. Different than usual when using spray nozzles, but the water from the spray nozzle 2 does not come out under ambient pressure. Vielmehr ist die Behandlungskammer 1 auch ausgangsseitig (bezogen auf die Strömungsrichtung r) mit einem Überdruck beaufschlagt, welcher aber niedriger ist als der Eingangsdruck. Rather, the treatment chamber 1 is acted on the output side (relative to the flow direction r) with a positive pressure, but which is lower than the input pressure. Dabei hat sich gezeigt, dass im Hinblick auf die Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff bei einer geringfügigen Druckdifferenz von vorzugsweise 100 kPa, also 1 bar, zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck eine maximale Anreicherung des Wassers mit dem Sauerstoff erzielt wird. It has been shown that a maximum accumulation of the water is achieved with the oxygen in view of the enrichment of water with oxygen at a slight pressure difference of 100 kPa, preferably, with 1 bar, between input and output pressure. In einem Versuchsaufbau wurden besonders gute Ergebnisse bei einem Wassereingangsdruck von 700 kPa bzw. 7 bar und einem Ausgangsdruck von 600 kPa bzw. 6 bar erzielt. In an experimental setup particularly good results were obtained at a water inlet pressure of 700 kPa or bar 7 bar and an initial pressure of 600 kPa and 6 respectively. Es wird angenommen, dass durch die Beaufschlagung des Ausgangs 6 mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck eine besonders gute Lösung des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, weil Gas und Flüssigkeit nach ihrer Verwirbelung und dem Austritt aus der Sprühdüse 2 noch über eine gewisse Strecke in einem innigen Kontakt bleiben, welcher die Lösung des Gases in der Flüssigkeit begünstigt. It is believed that a particularly good solution to the gas is achieved in the liquid by the application of the output 6 having a relative to the ambient pressure because the gas and liquid according to its turbulence and the outlet from the spray nozzle 2 is still a certain distance in remain in intimate contact, which favors the dissolution of the gas in the liquid. Der Eingangsdruck resultiert entweder unmittelbar aus dem jeweiligen Anlagendruck oder wird durch den Einsatz einer Druckerhöhungspumpe erreicht. The input pressure results either directly from the respective system pressure or is achieved by the use of a booster pump. Der erhöhte Ausgangsdruck lässt sich mittels eines in der Figur ebenfalls nicht gezeigten, der Behandlungskammer 1 nachgeschalteten Drosselventils realisieren. The increased output pressure can be realized by means of a likewise not shown in the figure, the treatment chamber 1 downstream of the throttle valve. Durch Einordnung entsprechender Druckmesser und mit diesen gekoppelter Stellglieder in die ein- und ausgangsseitigen Leitungswege lassen sich die jeweils benötigten Druckverhältnisse problemlos einstellen. By classification corresponding pressure gauge and with these actuators coupled to the input and output side line paths, the respective required pressure ratios can be adjusted easily. Dabei ist es möglich, bezogen auf das dargestellte Beispiel, die Sauerstoffkonzentration ausgangs der Behandlungskammer mit einem Messgerät bekannter Art zu bestimmen und die Druckverhältnisse am Ein- und Ausgang 5, 6 so einzuregeln, dass die gewünschte Sauerstoffkonzentration im Wasser erhalten wird. It is possible, relative to the illustrated example, to determine the oxygen concentration output of said treatment chamber with a measuring device of known type and the pressure conditions at the input and output 5, 6 regulate so that the desired oxygen concentration is obtained in the water.
    Wie bereits dargestellt, gelangt der Sauerstoff über entsprechende Austrittsöffnungen 7 in der Sauerstofflanze 4 in die von der Flüssigkeit durchströmte Behandlungskammer 1. Da der Sauerstoff über die Austrittsöffnungen 7 geringen Durchmessers beziehungsweise geringer Öffnungsweite feinperlig in die Behandlungskammer 1 eingebracht wird, ergibt sich das eingangs bereits geschilderte Problem, dass sich die feinen Austrittsöffnungen 7 im Laufe der Zeit durch im Wasser enthaltene Verunreinigungen zusetzen könnten. As already shown, the oxygen via corresponding outlet openings 7 passes into the oxygen lance 4 in the flow-through from the liquid treatment chamber 1. Since the oxygen via the discharge openings 7 of small diameter or smaller opening width is fine bubbles introduced into the treatment chamber 1, there is the initially described problem that the fine discharge openings 7 might impose over time by contained in the water impurities. Um dem zu begegnen, ist auf die Austrittsöffnungen ein Stück Silikonschlauch 8 gezogen. To counter this, a piece of silicone tube is pulled 8 on the outlet openings. Hierdurch wird gleichzeitig eine zuverlässige Trennung des Gassystems vom Flüssigkeitssystem erreicht, so dass insbesondere keine Flüssigkeit in die Gaszuführungswege eindringt. In this way, a reliable separation of the gas system is reached by the liquid system simultaneously, so that in particular no liquid penetrates into the gas supply paths. Die Wandstärke des Silikonschlauchs 8 und der Druck des zugeführten Sauerstoffs sind so aufeinander abgestimmt, dass die Sauerstoffbläschen zwischen der Außenfläche der Sauerstofflanze 4 und der Innenfläche des Silikonschlauchs 8 in die Behandlungskammer 1 austreten können. The wall thickness of the silicone tube 8 and the pressure of the supplied oxygen are coordinated so that the oxygen bubbles between the outer surface of the oxygen lance 4 and the inner surface of the silicone tube 8 may escape into the treatment chamber. 1 Dabei zeigt sich folgender vorteilhafter Effekt. Obtained the following advantageous effect shows. Der Silikonschlauch 8 wird durch die aus den Austrittsöffnungen 7 heraustretenden Sauerstoffblasen jeweils geringfügig aufgebläht, wodurch die sich in diesem Bereich absetzenden Verunreinigungen des Wassers mit jedem Austreten einer Sauerstoffblase von dem Silikonschlauch 8 und den lateral im Übergang zum Silikonschlauch 8 angrenzenden Bereichen der Sauerstofflanze 4 quasi abplatzen. The silicone tube 8 is in each case slightly inflated by the emerging from the outlet openings 7 oxygen blowing, whereby the settling in this region impurities in the water with any leakage of oxygen bubbles from the silicone tube 8 and the laterally adjacent the transition to the silicone tube 8 areas of the oxygen lance 4 flake quasi , Dadurch wird zuverlässig eine massive Anlagerung von Verunreinigungen und damit ein Zusetzen der Austrittsöffnungen 7 vermieden. This is a massive accumulation of impurities and thus clogging of the outlet openings 7 is avoided reliably. Der Silikonschlauch 8 weist gegenüber dem Durchmesser 4 der Dosierlanze ein Untermaß von einigen Zehntelmillimetern auf und ist in seiner Wandstärke so abgestimmt, dass die Sauerstoffbläschen bei einem den Druck des Wassers am Eingang 5 der Behandlungskammer 1 um 100 kPa bis 200 kPa bzw. 1 bar bis 2 bar übersteigenden Sauerstoffdruck ungehindert aus der Lanze 4 austreten können. The silicone tube 8 has compared to the diameter 4 of the metering lance is undersized by a few tenths of a millimeter and is adapted in its wall thickness so that the oxygen bubbles at a pressure of water at the entrance 5 of the treatment chamber 1 to 100 kPa to 200 kPa and 1 bar to may leak from the lance 4 2 bar excess pressure of oxygen hindrance. Bei der in dem Beispiel gezeigten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Behandlungskammer 1 ein piezoelektrischer Wandler 9 zugeordnet. In the embodiment shown in the example embodiment of the device according to the invention the treatment chamber 1 is associated with a piezoelectric transducer. 9 Dieser wirkt als eine Ultraschallquelle 9, deren Schwingungen die Behandlungskammer 1 ausgangsseitig der Sprühdüse 2 durchdringen. This acts as an ultrasonic source 9, penetrate the vibrations of the treatment chamber 1 on the output side of the spray nozzle. 2 Im Ergebnis ist, wie bereits dargestellt, eine noch bessere Anreicherung der in Schwingungen versetzten Flüssigkeit mit dem Gas zu erreichen. As a result, as already shown, to achieve an even better enhancement of the oscillated liquid with the gas.
    Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Behandlungskammer 1 gemäß Fig. 1. Hierbei handelt es sich um eine Behandlungskammer 1 mit mehreren, im Beispiel 2, drei darin angeordneten Sprühdüsen 2. Die Behandlungskammer 1 weist zudem einen gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 vergrößerten Durchmesser auf. Fig. 2 shows a modified embodiment of the treatment chamber 1 according to Fig. 1. Here, If it is a treatment chamber 1 having a plurality, in the example 2, three arranged therein spray nozzles 2. The treatment chamber 1 also has a relation to the embodiment according to Fig. 1 enlarged diameter. Daran angepasst ist die in die Behandlungskammer 1 hineinragende Sauerstofflanze 4 entsprechend verlängert und weist eine höhere Anzahl von Gas- bzw. Sauerstoffaustrittsöffnungen 7 auf. adapted projecting into the treatment chamber 1 is oxygen lance 4 is extended accordingly, and has a higher number of gas or oxygen outlet openings 7. Die Gasaustrittsöffnungen 7 sind, bezogen auf die axiale Erstreckung der Lanze 4, in mehreren Ebenen untereinander angeordnet. The gas outlet openings 7 are based on the axial extent of the lance 4, arranged in several planes with each other. Jede dieser Ebenen ist entsprechend dem zuvor erläuterten Beispiel mit einem die Anlagerung vor Verunreinigungen verhindernden Stück Silikonschlauch 8 überzogen, wobei es sich hierbei, abweichend von der Darstellung gegebenenfalls auch nur um ein, alle Gasaustrittsöffnungen 7 überziehendes Stück Schlauch 8 handeln kann. Each of these levels is according to the previously explained example with an attachment preventing from contamination piece of silicone hose 8 coated, which is in this case, may be different from the representation optionally also only one, all gas outlet openings 7 via pulling piece of tubing. 8 In analoger Ausführung sind selbstverständlich auch Behandlungskammern 1 mit einer größeren Anzahl von Sprühdüsen denkbar, die gegebenenfalls, wie in dem Beispiel gemäß Fig. 2, bezogen auf die Strömungsrichtung r in mehreren Ebenen in der Behandlungskammer 1 angeordnet sein können. In an analogous embodiment also treatment chambers 1 with a larger number of spray nozzles are of course conceivable, optionally, may be arranged as in the example of FIG. 2 with respect to the flow direction r in several planes in the treatment chamber 1. Die Dimensionierung der Behandlungskammer 1 und die Anzahl der darin angeordneten Sprühdüsen 2 hängt vom jeweiligen Einsatzfall, insbesondere der Durchflussmenge der mit dem Gas anzureichernden Flüssigkeit ab. The dimensioning of the treatment chamber 1 and the number of arranged therein spray nozzles 2 depends on the specific application, in particular the flow rate of the to be enriched with the gas fluid.
  • Liste der verwendeten Bezugszeichen List of reference numbers used
  • 1 1
    Behandlungskammer treatment chamber
    2 2
    Sprühdüse(n) Spray nozzle (s)
    3 3
    Gaszuführungseinheit Gas supply unit
    4 4
    Dosierlanze (ggf. Sauerstofflanze) Metering lance (possibly oxygen lance)
    5 5
    Eingang bzw. Flüssigkeitseingang Input or liquid inlet
    6 6
    Ausgang bzw. Flüssigkeitsausgang Output or liquid outlet
    7 7
    Gasaustrittsöffnung(en) Gas outlet opening (s)
    8 8th
    Schlauch oder Hülle (ggf. Silikonschlauch) Tube or envelope (if necessary silicone tubing)
    9 9
    Ultraschallquelle (piezoelektrischer Wandler) Ultrasound source (piezoelectric transducer)
    r r
    Strömungsrichtung der Flüssigkeit The direction of flow of the liquid

Claims (15)

  1. Einrichtung zur Anreicherung flüssiger Medien mit Gas, mit mindestens einer druckregulierten Gasquelle und einer Behandlungskammer(1), welcher das Gas zugeleitet und in eine die Behandlungskammer (1) durchströmende Flüssigkeit eingetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Behandlungskammer (1) mindestens eine Sprühdüse (2) angeordnet ist und, bezogen auf die Strömungsrichtung (r) der Flüssigkeit, vor der Sprühdüse (2) eine Gaszuführungseinheit (3) in die Behandlungskammer(1) einmündet, über welche das Gas in die Behandlungskammer (1) und den diese passierenden Flüssigkeitsstrom eingetragen und von der strömenden Flüssigkeit mitgerissen sowie mit ihr gemeinsam an der Sprühdüse (2) vernebelt wird und dass vor und nach der Behandlungskammer (1) Druckregulierungseinheiten in die Strömungswege der Flüssigkeit eingeordnet sind, mittels derer der Flüssigkeitseingang (5) sowie der Flüssigkeitsausgang (6) der Behandlungskammer (1) mit einem Überdruck beaufschlagt w Means for accumulation of liquids with gas, with at least one pressure-regulated gas source and a treatment chamber (1) which is fed to the gas and into the treatment chamber (1) by flowing liquid is introduced, characterized in that in the treatment chamber (1) at least one spray nozzle (2) is arranged and with respect to the direction of flow (r) of the liquid, in front of the spray nozzle (2) a gas supply unit (3) into the treatment chamber (1) opens, through which the gas in the treatment chamber (1) and this passing is entered liquid stream and entrained by the flowing liquid and atomized together with it at the spray nozzle (2) and that before and after the treatment chamber (1) pressure regulating units are arranged in the flow paths of the liquid, by means of which the liquid input (5) and the liquid outlet ( 6) the treatment chamber (1) supplied with an overpressure w erden, wobei der eingangsseitige Druck wenigstens um 50 kPa größer als der ausgangsseitige Druck und um wenigstens 50 kPa geringer ist, als der Druck des aus mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) der Gaszuführungseinheit (3) herausperlenden Gases. ground, wherein the upstream pressure is at least 50 kPa greater than the downstream pressure and at least 50 kPa is less than the pressure of the at least one gas outlet opening (7) of the gas supply unit (3) out bubbling gas.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungseinheit (3) eine Dosierlanze (4) umfasst und das Gas über eine oder mehrere Bohrungen oder Schlitze (7) der in die Behandlungskammer (1) hineinragenden Dosierlanze (4) austritt. Device according to claim 1, characterized in that the gas supply unit (3) comprises a metering dispenser (4) and the gas through one or more holes or slots (7) into the treatment chamber (1) protruding metering lance (4) emerges.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Gasaustrittsöffnungen (7) der Dosierlanze (4) ein flexibler Schlauch oder ein flexible Hülle (8) unter Vorspannung aufgeschoben ist, dessen oder deren Vorspannung durch das feinperlig aus den Gasaustrittsöffnungen (7) austretende Gas überwunden wird, wobei sich der Schlauch oder die Hülle (8) beim Austritt eines Gasbläschens leicht aufbläht. Device according to claim 2, characterized in that on the gas outlet openings (7) of the metering lance (4) a flexible hose or a flexible envelope (8) is pushed under pretension, which or whose bias exiting through the fine bubbles from the gas outlet openings (7) Gas is overcome, whereby the hose or the sheath (8) at the outlet of a gas bubble easily inflates.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Gasaustrittsöffnungen (7) ein Stück Silikonschlauch (8) aufgeschoben ist. Device according to claim 3, characterized in that on the gas outlet openings (7) is a piece of silicone hose (8) is pushed.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierlanze (4) quer zur Strömungsrichtung (r) der Flüssigkeit in die Behandlungskammer (1) hineinragt. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the metering lance (4) transversely to the direction of flow (r) of the liquid in the treatment chamber (1) protrudes.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckregulierungseinheit im Bereich des Flüssigkeitsausgangs (6) der Behandlungskammer (1) ein Drosselventil mit zugeordnetem Druckmesser angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pressure regulating unit in the region of the liquid outlet (6) of the treatment chamber (1), a throttle valve is disposed with an associated pressure gauge.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskammer (1) eine Ultraschallquelle (9) zugeordnet ist, deren Schwingungen die Behandlungskammer (1) durchdringen. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the treatment chamber (1), an ultrasonic source (9) is assigned to penetrate the vibrations of the treatment chamber (1).
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ultraschallquelle (9) um einen piezoelektrischen Wandler handelt. Device according to claim 7, characterized in that it is in the ultrasonic source (9) by a piezoelectric transducer.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Flüssigkeitseingang (5) der Behandlungskammer (1) eine Druckerhöhungspumpe mit zugeordnetem Druckmesser angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that prior to the liquid input (5) of the treatment chamber (1) has a booster pump having an associated pressure gauge is arranged.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Gaseintrags vor der Gaszuführungseinheit (3) ein Regelventil mit vorgeschaltetem Druckminderer angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a control valve with an upstream pressure reducer is arranged to the gas entry setting before the gas supply unit (3).
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskammer (1) eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases nachgeschaltet ist, mit deren Hilfe der Gaseintrag anlagenspezifisch regelbar ist. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the treatment chamber (1) is followed by a measuring device for determining the concentration of dissolved gas in the liquid by means of which the gas entry is plant-specific variable.
  12. Einrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Wassereingang (5) der Behandlungskammer (1) zwischen 500 kPa und 800 kPa beträgt. Device according to one of claims 1 to 11 for enriching water with oxygen, characterized in that the pressure at the water inlet (5) of the treatment chamber (1) between 500 kPa and 800 kPa.
  13. Einrichtung nach Anspruch 1, zur Anreicherung von Wasser mit Sauerstoff, oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Wasserausgang (6) der Behandlungskammer (1) gegenüber dem Druck an deren Wassereingang um 50 kPa bis 150 kPa erniedrigt ist. A device according to claim 1 for enriching water with oxygen, or according to claim 12, characterized in that the pressure at the water output (6) of the treatment chamber (1) opposite the pressure is lowered at its water inlet by 50 kPa to 150 kPa.
  14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen eingangsseitigem Wasserdruck und ausgangsseitigem Wasserdruck etwa 100 kPa beträgt. Device according to claim 13, characterized in that the pressure difference between input-side and output-side water pressure water pressure is about 100 kPa.
  15. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Gasaustrittsöffnungen (7) der Gaszuführungseinheit (3) anstehende Druck des Sauerstoffs gegenüber dem eingangsseitigen Wasserdruck um 80 kPa bis 220 kPa erhöht ist. Device according to claim 12 or 13, characterized in that the at the gas outlet openings (7) of the gas supply unit (3) applied pressure of oxygen with respect to the input-side water pressure is increased by 80 kPa to 220 kPa.
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