[go: up one dir, main page]

EP1685893A1 - Apparatus for enriching liquids with gas - Google Patents

Apparatus for enriching liquids with gas Download PDF

Info

Publication number
EP1685893A1
EP1685893A1 EP05077874A EP05077874A EP1685893A1 EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1 EP 05077874 A EP05077874 A EP 05077874A EP 05077874 A EP05077874 A EP 05077874A EP 1685893 A1 EP1685893 A1 EP 1685893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
pressure
treatment chamber
liquid
kpa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05077874A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Dipl.-Ing. Würdig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1685893A1 publication Critical patent/EP1685893A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/238—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using vibrations, electrical or magnetic energy, radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3132—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3132—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices
    • B01F25/31322—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices used simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3133—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit characterised by the specific design of the injector
    • B01F25/31334—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit characterised by the specific design of the injector the opening for introducing the supplementary stream being a slit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/85—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with a vibrating element inside the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/213—Measuring of the properties of the mixtures, e.g. temperature, density or colour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/2132—Concentration, pH, pOH, p(ION) or oxygen-demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/22—Control or regulation
    • B01F35/221—Control or regulation of operational parameters, e.g. level of material in the mixer, temperature or pressure
    • B01F35/2213—Pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0468—Numerical pressure values

Definitions

  • the invention relates to a device for enriching liquid media with gas.
  • gas is introduced into a flowing liquid and dissolved to enrich the liquid with the gas in the liquid.
  • the liquid is optionally, for example, by swirling baffles in the flow paths, still swirled.
  • the measures shown are indeed conducive to absorption of the gas by the liquid, but that the saturation limit is actually not nearly reached.
  • the saturation limit is actually not nearly reached.
  • a corresponding device for introducing gas into liquids is described for example by DE 100 44 697 A1.
  • the core of the device is a metering point, in which a gas through which flows through the housing via a dome with a diaphragm arranged therein and guided through the dome lancet-like leadership, with gas outlet openings, a gas is finely introduced into the flowing liquid.
  • 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 with previously known devices of a comparable type. Another object is to achieve a simple construction of a corresponding device, which is as low maintenance as possible in the invention.
  • the device according to the invention for enriching liquid media with gas comprises at least one pressure-regulated gas source and a treatment chamber, to which the gas supplied by the gas source is supplied.
  • a gas supply such as a gas cylinder
  • suitable units for regulating pressure is of course also suitable for the gas supply.
  • the gas is introduced into the treatment chamber in the liquid flowing through it.
  • at least one spray nozzle is arranged in the treatment chamber, wherein in addition, with respect to the flow direction of the liquid, a gas supply unit opens into the treatment chamber in front of the spray nozzle.
  • a gas supply unit opens into the treatment chamber in front of the spray nozzle.
  • the pressures are namely set according to the invention so that the input-side pressure, ie the pressure at the liquid inlet 5 of the treatment chamber, at least 50 kPa greater than that at its liquid outlet 6, wherein the input-side fluid pressure but at the same time by at least 50 kPa is less than the pressure of the gas bubbling out of at least one gas outlet opening of the gas supply unit.
  • the gas supply unit comprises according to a preferred embodiment of the invention, a metering lance, which projects into the treatment chamber. The gas exits at this metering lance via one or more holes or in the treatment chamber.
  • a flexible hose or a flexible sleeve is pushed onto the gas outlet openings of the metering lance.
  • the hose or the shell is under a bias, which is overcome by the fine bubbles from the gas outlet openings escaping gas due to its pressure, wherein the hose or the shell inflates slightly at the outlet of a gas bubble.
  • the use of a piece of silicone tubing, with an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the outer diameter of the metering lance, has proven to be suitable, the respective wall thickness to be provided depending on the gas pressure, which in turn is adapted to the water pressure.
  • a throttle valve with associated pressure gauge in the pathways for the gas enriched with the liquid.
  • the input-side pressure can either be due to an existing system pressure (eg in water supply systems or if this is sufficient) applied or accomplished by the use of a treatment chamber upstream pressure booster pump with associated pressure gauge, wherein in the case of the use of a system pressure, depending on the type the plant, if necessary also pressure-reducing means may be provided before the liquid inlet of the treatment chamber.
  • the adjustment of the gas pressure is preferably carried out by means of a control valve arranged in front of the gas supply unit or metering lance with an upstream pressure reducer.
  • the treatment chamber is followed by a measuring device for determining the concentration of the gas dissolved in the liquid.
  • the corresponding measuring device, the units for adjusting the pressure conditions of the liquid before and after the treatment chamber and a control valve for gas metering via a control device in operative connection with each other in a control circuit and the respective pressures by the control means by means of corresponding actuators automatically in dependence be set to the ratio of an output side detected in the liquid gas concentration to a predetermined value.
  • the most favorable pressure values with regard to the desired degree of enrichment according to the respective application case are, of course, dependent on the type of liquid and the gas and have hitherto been based on empirically obtained empirical values.
  • the treatment chamber is associated with an ultrasonic source whose vibrations penetrate the treatment chamber, but at least the region of the treatment chamber located behind the spray nozzle, preferably also the spray nozzle, relative to the flow direction of the liquid.
  • the liquid already passing through this region is vibrated, which advantageously destroys the gas bubbles at the boundary layer between gas and liquid and thereby contributes to an even better enrichment of the liquid with the gas.
  • an ultrasonic source for example, a piezoelectric transducer is considered.
  • an inlet pressure at the water inlet of the treatment chamber has between 500 kPa and 800 kPa, at the same time with respect to this 50 kPa to 150 kPa, preferably 100 kPa, reduced initial pressure proved to be favorable.
  • the inlet pressure is also dependent on the desired flow rate of the gas to be enriched with the oxygen.
  • further spray nozzles can be arranged in parallel in the treatment chamber.
  • Fig. 1 the essential part of the device according to the invention is shown in a sectioned and highly schematic representation.
  • This is the treatment chamber 1, ie that part of the device according to the invention in which the actual enrichment of the liquid with the gas takes place.
  • the explanation of the construction and the function is exemplary of an embodiment by means of which oxygen is introduced into water for the purpose of water treatment.
  • the treatment chamber 1 is a treatment chamber through which a liquid, in the present example from the water, flows, within which a spray nozzle 2 is arranged in the flow path of the water.
  • a metering lance 4 protrudes as part of a Gas supply unit 3 in the treatment chamber 1 inside.
  • the metering lance in terms of the entry of oxygen, in the context of the embodiment below will also be referred to as oxygen lance.
  • oxygen lance Starting from a not shown oxygen supply, so for example an oxygen cylinder, via a likewise not shown pressure reducing valve for adjusting the pressure with an associated control valve for metering the introduced into the treatment chamber oxygen and the metering or oxygen lance 4, the oxygen of the treatment chamber 1 in fed fine-peared form.
  • the said outlet openings 7 are coated with a piece of hose 8, preferably made of silicone, the function of which will be explained later.
  • the treatment chamber 1 with arranged spray nozzle 2 shown in the example is a commercially available spray head which has been modified for the intended purpose.
  • the water of the treatment chamber 1 under pressure, is supplied.
  • the gas bubbles introduced via the gas supply unit 3 with the metering lance 4 are entrained and atomized together with the water in the spray nozzle 2 with destruction of the gas bubbles, gas and water being brought into very intimate contact.
  • the water from the spray nozzle 2 does not escape under ambient pressure. Rather, the treatment chamber 1 is also supplied on the output side (with respect to the flow direction r) with an overpressure, which is lower than the inlet pressure. It has been found that with respect to the enrichment of water with oxygen at a slight pressure difference of preferably 100 kPa, ie 1 bar, between inlet and outlet pressure, a maximum enrichment of the water with the oxygen is achieved. In a test setup particularly good results were achieved at a water inlet pressure of 700 kPa or 7 bar and an outlet pressure of 600 kPa and 6 bar.
  • 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 can escape into the treatment chamber 1.
  • the silicone tube 8 is characterized by from the Outlet openings 7 emerging oxygen bubbles each slightly inflated, causing the settling in this area impurities of the water with each leakage of an oxygen bubble from the silicone tube 8 and the laterally in the transition to the silicone tube 8 adjacent areas of the oxygen lance 4 quasi flake off.
  • the silicone tube 8 has an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the diameter 4 of the metering lance and is tuned in its wall thickness so that the oxygen bubbles at a pressure of the water at the inlet 5 of the treatment chamber 1 by 100 kPa to 200 kPa and 1 bar to 2 bar excess oxygen pressure unhindered from the lance 4 can escape.
  • the treatment chamber 1 is assigned a piezoelectric transducer 9. This acts as an ultrasonic source 9, whose vibrations penetrate the treatment chamber 1 on the output side of the spray nozzle 2.
  • FIG. 2 shows a modified embodiment of the treatment chamber 1 according to FIG. 1.
  • This is a treatment chamber 1 having a plurality of spray nozzles 2 arranged in the example 2, three.
  • the treatment chamber 1 also has a relation to the embodiment according to FIG enlarged diameter.
  • the oxygen lance 4 projecting into the treatment chamber 1 is correspondingly extended and has a higher number of gas or oxygen outlet openings 7.
  • the gas outlet openings 7 are, with respect to the axial extent of the lance 4, arranged in several planes with each other.
  • each of these levels is coated in accordance with the example explained above with a deposit of impurity preventing piece of silicone tube 8, which, in deviation from the illustration, if necessary, only one, all gas outlet openings 7 covering piece of hose 8 can act.
  • treatment chambers 1 with a larger number of spray nozzles conceivable, which may optionally, as in the example of FIG. 2, relative to the flow direction r in several levels in the treatment chamber 1 may be arranged.
  • the dimensioning of the treatment chamber 1 and the number of spray nozzles 2 arranged therein depends on the particular application, in particular the flow rate of the liquid to be enriched with the gas.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nozzles (AREA)

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. Mittels der Einrichtung wird Gas in eine strömende Flüssigkeit eingebracht und zur Anreicherung der Flüssigkeit mit dem Gas in der Flüssigkeit gelöst.The invention relates to a device for enriching liquid media with gas. By means of the device gas is introduced into a flowing liquid and dissolved to enrich the liquid with the gas in the liquid.

Zu unterschiedlichsten Zwecken ist es erforderlich, flüssige Medien mit Gasen anzureichern. Entsprechende Erfordernisse bestehen beispielsweise bei der Erzeugung von Löschmitteln, bei denen zur Erreichung eines möglichst hohen Löscheffektes inerte Gase in Flüssigkeiten eingebracht werden. 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. 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. 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. 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. Zur Unterstützung der Aufnahme des Gases durch die Flüssigkeit wird die Flüssigkeit gegebenenfalls, beispielsweise durch Einordnung von Prallflächen in die Strömungswege, noch verwirbelt. 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. 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.For a variety of purposes, it is necessary to enrich liquid media with gases. Corresponding requirements exist for example in the production of extinguishing agents in which inert gases are introduced into liquids to achieve the highest possible extinguishing effect. But even in the treatment of process water, it is known to selectively supply oxygen to the water for the purpose of de-ironing and / or the precipitation of manganese. One difficulty consists in introducing the respective gas introduced into a liquid into the liquid in such a way that the gas is taken up as completely as possible by the liquid, ie is dissolved almost completely therein. In known devices, such as those used for water treatment, the enrichment of the liquid with the gas takes place in that the gas is introduced in the form of fine bubbles in the flowing liquid. It is assumed that it is already ensured by the fine bubbles of the introduced gas that this is so well absorbed by the flowing water that an approximation to the saturation limit is reached. To support the uptake of the gas by the liquid, the liquid is optionally, for example, by swirling baffles in the flow paths, still swirled. However, it has been shown that the measures shown are indeed conducive to absorption of the gas by the liquid, but that the saturation limit is actually not nearly reached. Also, in the known methods, regardless of the question of approaching the saturation limit, it is basically not possible to actually control the amount of the gas taken up by the liquid.

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. Daher ist eine kostenintensive, ständige Wartung entsprechender Einrichtungen erforderlich.
Eine entsprechende Vorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, wird beispielsweise durch die DE 100 44 697 A1 beschrieben. 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. 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. Zudem sind bei der Vorrichtung kaum Möglichkeiten gegeben, den Anreicherungsgrad gezielt einzustellen bzw. an bestehende Erfordernisse anzupassen. Auch das schon angesprochene Problem der Ablagerung von Verunreinigungen im Bereich der Gasaustrittsöffnungen ist hier zu beobachten.In addition, the problem often arises that the gas outlets, via which the gas is supplied to the liquid feinperlig, add in the course of time by deposits of impurities. Therefore, a costly, constant maintenance of such facilities is required.
A corresponding device for introducing gas into liquids is described for example by DE 100 44 697 A1. The core of the device is a metering point, in which a gas through which flows through the housing via a dome with a diaphragm arranged therein and guided through the dome lancet-like leadership, with gas outlet openings, a gas is finely introduced into the flowing liquid. Although it has been found that a relatively good enrichment of the liquid with gas is achieved by the measures for achieving the fine-perviousness of the inflowing gas, a higher degree of enrichment is nevertheless desirable, since it is generally well below the saturation limit. In addition, there are hardly any possibilities in the device to selectively adjust the degree of enrichment or to adapt it to existing requirements. Also the already mentioned problem of the deposition of impurities in the area of 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. Ein weiteres Ziel besteht darin, einen einfachen Aufbau einer entsprechenden Einrichtung zu erreichen, der in Weiterbildung der Erfindung möglichst wartungsarm 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 with previously known devices of a comparable type. Another object is to achieve a simple construction of a corresponding device, which is as low maintenance as possible in the invention.

Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten gelöst, welche durch die Merkmale des Hauptanspruchs charakterisiert ist. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.The object is achieved by a device for introducing gases into liquids, which is characterized by the features of the main claim. Advantageous embodiments or further 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. 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. Das Gas wird in der Behandlungskammer in die, diese durchströmende Flüssigkeit eingetragen. 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. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die erfindungsgemäß, bezogen auf den Druck sowohl der Flüssigkeit, als auch des Gases, an der Behandlungskammer einzustellenden Druckverhältnisse. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
Die Gaszuführungseinheit umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Dosierlanze, welche in die Behandlungskammer hineinragt. Das Gas tritt an dieser Dosierlanze über eine oder mehrere Bohrungen aus bzw. in die Behandlungskammer ein. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist auf die Gasaustrittsöffnungen der Dosierlanze ein flexibler Schlauch oder ein flexible Hülle aufgeschoben. 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. 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.
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. 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. Die Einstellung des Gasdrucks erfolgt vorzugsweise mittels eines vor der Gaszuführungseinheit bzw. Dosierlanze angeordneten Regelventils mit vorgeschaltetem Druckminderer. In ergänzender Weiterbildung der Einrichtung ist der Behandlungskammer eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases nachgeschaltet. 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. 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.
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. 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. Als Ultraschallquelle kommt beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler in Betracht.
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. Der Eingangsdruck ist dabei aber auch von der gewünschten Durchflussmenge des mit dem Sauerstoff anzureichernden Gases abhängig. 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. 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.The device according to the invention for enriching liquid media with gas comprises at least one pressure-regulated gas source and a treatment chamber, to which the gas supplied by the gas source is supplied. Depending on the type of gas to be introduced, the connection to a corresponding supply network or the supply from a supply, such as a gas cylinder, with suitable units for regulating pressure, is of course also suitable for the gas supply. The gas is introduced into the treatment chamber in the liquid flowing through it. According to the invention, at least one spray nozzle is arranged in the treatment chamber, wherein in addition, with respect to the flow direction of the liquid, a gas supply unit opens into the treatment chamber in front of the spray nozzle. Of particular importance are the present invention, based on the pressure of both the liquid, and the gas to be set at the treatment chamber pressure conditions. The pressures are namely set according to the invention so that the input-side pressure, ie the pressure at the liquid inlet 5 of the treatment chamber, at least 50 kPa greater than that at its liquid outlet 6, wherein the input-side fluid pressure but at the same time by at least 50 kPa is less than the pressure of the gas bubbling out of at least one gas outlet opening of the gas supply unit. By the input side pressure conditions, so adjusting the pressure of the liquid and introduced before the spray nozzle feinperlig into the treatment chamber gas, it is achieved that the gas is entrained in the treatment chamber of the liquid stream passing them and is atomized together with the liquid at the spray nozzle. In the course of the common spraying of liquid and gas, in particular the gas bubbles are broken and thus achieved an intimate penetration of the liquid with the gas. Surprisingly, however, it has also been found that the good enrichment of the liquid with the gas achieved due to the joint spraying or misting of liquid and gas is favored according to the invention by an overpressure that is present at the outlet of the spray nozzle. Due to the output side pressure is at the Inventive device, unlike the usual way when using spray nozzles usual way, the liquid is not immediately relaxed after passing the nozzle. However, this measure has proved to be extremely effective for achieving higher levels of enrichment, in terms of the solution of the gas in the liquid, advantageously. To adjust the pressures before and after the treatment chamber pressure regulating units are arranged in the flow paths of the liquid, by means of which the liquid inlet and the liquid outlet of the treatment chamber are acted upon by the pressure.
The gas supply unit comprises according to a preferred embodiment of the invention, a metering lance, which projects into the treatment chamber. The gas exits at this metering lance via one or more holes or in the treatment chamber. In a particularly advantageous development of this embodiment, a flexible hose or a flexible sleeve is pushed onto the gas outlet openings of the metering lance. The hose or the shell is under a bias, which is overcome by the fine bubbles from the gas outlet openings escaping gas due to its pressure, wherein the hose or the shell inflates slightly at the outlet of a gas bubble. The use of a piece of silicone tubing, with an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the outer diameter of the metering lance, has proven to be suitable, the respective wall thickness to be provided depending on the gas pressure, which in turn is adapted to the water pressure.
On the output side of the treatment chamber is arranged according to a possible embodiment as a pressure regulating unit, a throttle valve with associated pressure gauge in the pathways for the gas enriched with the liquid. The input-side pressure can either be due to an existing system pressure (eg in water supply systems or if this is sufficient) applied or accomplished by the use of a treatment chamber upstream pressure booster pump with associated pressure gauge, wherein in the case of the use of a system pressure, depending on the type the plant, if necessary also pressure-reducing means may be provided before the liquid inlet of the treatment chamber. The adjustment of the gas pressure is preferably carried out by means of a control valve arranged in front of the gas supply unit or metering lance with an upstream pressure reducer. In a supplementary development of the device, the treatment chamber is followed by a measuring device for determining the concentration of the gas dissolved in the liquid. It is conceivable that the corresponding measuring device, the units for adjusting the pressure conditions of the liquid before and after the treatment chamber and a control valve for gas metering via a control device in operative connection with each other in a control circuit and the respective pressures by the control means by means of corresponding actuators automatically in dependence be set to the ratio of an output side detected in the liquid gas concentration to a predetermined value. The most favorable pressure values with regard to the desired degree of enrichment according to the respective application case are, of course, dependent on the type of liquid and the gas and have hitherto been based on empirically obtained empirical values.
A possible further development of the device according to the invention is given by the fact that the treatment chamber is associated with an ultrasonic source whose vibrations penetrate the treatment chamber, but at least the region of the treatment chamber located behind the spray nozzle, preferably also the spray nozzle, relative to the flow direction of the liquid. As a result, the liquid already passing through this region is vibrated, which advantageously destroys the gas bubbles at the boundary layer between gas and liquid and thereby contributes to an even better enrichment of the liquid with the gas. As an ultrasonic source, for example, a piezoelectric transducer is considered.
In a device designed to enrich for water with oxygen, an inlet pressure at the water inlet of the treatment chamber has between 500 kPa and 800 kPa, at the same time with respect to this 50 kPa to 150 kPa, preferably 100 kPa, reduced initial pressure proved to be favorable. The inlet pressure is also dependent on the desired flow rate of the gas to be enriched with the oxygen. In addition, it should be pointed out in this context that, where appropriate, in addition to the at least one spray nozzle, with correspondingly high flow rates, further spray nozzles can be arranged in parallel in the treatment chamber. In the training for the enrichment of water with oxygen training has also proven to be favorable when the pressure at the gas outlet openings of the gas supply unit of the oxygen over the input-side water pressure is increased by 80 kPa to 220 kPa.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles nochmals näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:
Den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Ausführungsform zum Eintragen von Sauerstoff in Wasser
Fig. 2:
Den Einrichtungsteil gemäß Fig. 1 in einer modifizierten Ausführungsform
The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1:
The essential part of the device according to the invention in an embodiment for introducing oxygen into water
Fig. 2:
The device part according to 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. 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. Die Erklärung des Aufbaus und der Funktion bezieht sich beispielhaft auf eine Ausführungsform, mittels welcher Sauerstoff in Wasser, zum Zwecke der Wasseraufbereitung, eingebracht wird.
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. 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. Dabei soll die Dosierlanze, im Hinblick auf den Eintrag von Sauerstoff, im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nachfolgend auch als Sauerstofflanze bezeichnet werden.
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. 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. Allerdings sind die genannten Austrittsöffnungen 7 mit einem Stück Schlauch 8, vorzugsweise aus Silikon, überzogen, dessen Funktion später noch erläutert werden soll. 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. Eingangsseitig wird das Wasser der Behandlungskammer 1, unter Druck stehend, zugeführt. 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. Anders, als beim Einsatz von Sprühdüsen üblich, tritt jedoch das Wasser aus der Sprühdüse 2 nicht unter Umgebungsdruck aus. Vielmehr ist die Behandlungskammer 1 auch ausgangsseitig (bezogen auf die Strömungsrichtung r) mit einem Überdruck beaufschlagt, welcher aber niedriger ist als der Eingangsdruck. 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. 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. 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. Der Eingangsdruck resultiert entweder unmittelbar aus dem jeweiligen Anlagendruck oder wird durch den Einsatz einer Druckerhöhungspumpe erreicht. Der erhöhte Ausgangsdruck lässt sich mittels eines in der Figur ebenfalls nicht gezeigten, der Behandlungskammer 1 nachgeschalteten Drosselventils realisieren. Durch Einordnung entsprechender Druckmesser und mit diesen gekoppelter Stellglieder in die ein- und ausgangsseitigen Leitungswege lassen sich die jeweils benötigten Druckverhältnisse problemlos einstellen. 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.
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. Um dem zu begegnen, ist auf die Austrittsöffnungen ein Stück Silikonschlauch 8 gezogen. Hierdurch wird gleichzeitig eine zuverlässige Trennung des Gassystems vom Flüssigkeitssystem erreicht, so dass insbesondere keine Flüssigkeit in die Gaszuführungswege eindringt. 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. Dabei zeigt sich folgender vorteilhafter Effekt. 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. Dadurch wird zuverlässig eine massive Anlagerung von Verunreinigungen und damit ein Zusetzen der Austrittsöffnungen 7 vermieden. 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. Bei der in dem Beispiel gezeigten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Behandlungskammer 1 ein piezoelektrischer Wandler 9 zugeordnet. Dieser wirkt als eine Ultraschallquelle 9, deren Schwingungen die Behandlungskammer 1 ausgangsseitig der Sprühdüse 2 durchdringen. Im Ergebnis ist, wie bereits dargestellt, eine noch bessere Anreicherung der in Schwingungen versetzten Flüssigkeit mit dem Gas zu erreichen.
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. Daran angepasst ist die in die Behandlungskammer 1 hineinragende Sauerstofflanze 4 entsprechend verlängert und weist eine höhere Anzahl von Gas- bzw. Sauerstoffaustrittsöffnungen 7 auf. Die Gasaustrittsöffnungen 7 sind, bezogen auf die axiale Erstreckung der Lanze 4, in mehreren Ebenen untereinander angeordnet. 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. 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. 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.In Fig. 1 the essential part of the device according to the invention is shown in a sectioned and highly schematic representation. This is the treatment chamber 1, ie that part of the device according to the invention in which the actual enrichment of the liquid with the gas takes place. The explanation of the construction and the function is exemplary of an embodiment by means of which oxygen is introduced into water for the purpose of water treatment.
The treatment chamber 1 is a treatment chamber through which a liquid, in the present example from the water, flows, within which a spray nozzle 2 is arranged in the flow path of the water. Laterally, transversely to the flow direction r of the water and in the direction of flow r in front of the spray nozzle 2, a metering lance 4 protrudes as part of a Gas supply unit 3 in the treatment chamber 1 inside. In this case, the metering lance, in terms of the entry of oxygen, in the context of the embodiment below will also be referred to as oxygen lance.
Starting from a not shown oxygen supply, so for example an oxygen cylinder, via a likewise not shown pressure reducing valve for adjusting the pressure with an associated control valve for metering the introduced into the treatment chamber oxygen and the metering or oxygen lance 4, the oxygen of the treatment chamber 1 in fed fine-peared form. The oxygen exits the metering lance 4 via one or more outlet openings or bores or slots 7 provided therefrom out of the lance 4. However, the said outlet openings 7 are coated with a piece of hose 8, preferably made of silicone, the function of which will be explained later. The treatment chamber 1 with arranged spray nozzle 2 shown in the example is a commercially available spray head which has been modified for the intended purpose. On the input side, the water of the treatment chamber 1, under pressure, is supplied. In this case, the gas bubbles introduced via the gas supply unit 3 with the metering lance 4 are entrained and atomized together with the water in the spray nozzle 2 with destruction of the gas bubbles, gas and water being brought into very intimate contact. Unlike the usual practice when using spray nozzles, however, the water from the spray nozzle 2 does not escape under ambient pressure. Rather, the treatment chamber 1 is also supplied on the output side (with respect to the flow direction r) with an overpressure, which is lower than the inlet pressure. It has been found that with respect to the enrichment of water with oxygen at a slight pressure difference of preferably 100 kPa, ie 1 bar, between inlet and outlet pressure, a maximum enrichment of the water with the oxygen is achieved. In a test setup particularly good results were achieved at a water inlet pressure of 700 kPa or 7 bar and an outlet pressure of 600 kPa and 6 bar. It is believed that by the Pressurization of the output 6 with a relation to the ambient pressure increased pressure a particularly good solution of the gas in the liquid is achieved because gas and liquid remain after their vortexing and the exit from the spray nozzle 2 for a certain distance in intimate contact, which Solution of the gas in the liquid favors. The inlet pressure either results directly from the respective system pressure or is achieved by the use of a booster pump. The increased output pressure can be realized by means of a not shown in the figure, the treatment chamber 1 downstream of the throttle valve. By arranging appropriate pressure gauges and with these coupled actuators in the input and output side cable routes, the respectively required pressure conditions can be easily adjusted. It is possible, based on the illustrated example, to determine the oxygen concentration at the outlet of the treatment chamber with a measuring device of a known type and adjust the pressure conditions at the inlet and outlet 5, 6 so that the desired oxygen concentration in the water is obtained.
As already stated, the oxygen passes via corresponding outlet openings 7 in the oxygen lance 4 into the treatment chamber 1 through which the liquid flows. Since the oxygen is introduced into the treatment chamber 1 via the outlet openings 7 of small diameter or small opening width, the result is already described above Problem that the fine outlet openings 7 could become clogged over time by impurities contained in the water. To counter this, a piece of silicone tube 8 is pulled on the outlet openings. As a result, a reliable separation of the gas system is simultaneously achieved by the liquid system, so that in particular no liquid penetrates into the gas supply paths. 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 can escape into the treatment chamber 1. This shows the following advantageous effect. The silicone tube 8 is characterized by from the Outlet openings 7 emerging oxygen bubbles each slightly inflated, causing the settling in this area impurities of the water with each leakage of an oxygen bubble from the silicone tube 8 and the laterally in the transition to the silicone tube 8 adjacent areas of the oxygen lance 4 quasi flake off. As a result, a massive accumulation of impurities and thus clogging of the outlet openings 7 is reliably avoided. The silicone tube 8 has an undersize of a few tenths of a millimeter relative to the diameter 4 of the metering lance and is tuned in its wall thickness so that the oxygen bubbles at a pressure of the water at the inlet 5 of the treatment chamber 1 by 100 kPa to 200 kPa and 1 bar to 2 bar excess oxygen pressure unhindered from the lance 4 can escape. In the embodiment of the device according to the invention shown in the example, the treatment chamber 1 is assigned a piezoelectric transducer 9. This acts as an ultrasonic source 9, whose vibrations penetrate the treatment chamber 1 on the output side of the spray nozzle 2. As a result, as already stated, even better enrichment of the vibrating liquid with the gas can be achieved.
FIG. 2 shows a modified embodiment of the treatment chamber 1 according to FIG. 1. This is a treatment chamber 1 having a plurality of spray nozzles 2 arranged in the example 2, three. The treatment chamber 1 also has a relation to the embodiment according to FIG enlarged diameter. Adapted to this, the oxygen lance 4 projecting into the treatment chamber 1 is correspondingly extended and has a higher number of gas or oxygen outlet openings 7. The gas outlet openings 7 are, with respect to the axial extent of the lance 4, arranged in several planes with each other. Each of these levels is coated in accordance with the example explained above with a deposit of impurity preventing piece of silicone tube 8, which, in deviation from the illustration, if necessary, only one, all gas outlet openings 7 covering piece of hose 8 can act. In an analogous design, of course, treatment chambers 1 with a larger number of spray nozzles conceivable, which may optionally, as in the example of FIG. 2, relative to the flow direction r in several levels in the treatment chamber 1 may be arranged. The dimensioning of the treatment chamber 1 and the number of spray nozzles 2 arranged therein depends on the particular application, in particular the flow rate of the liquid to be enriched with the gas.

Liste der verwendeten BezugszeichenList of reference numbers used

11
Behandlungskammertreatment chamber
22
Sprühdüse(n)Spray nozzle (s)
33
GaszuführungseinheitGas supply unit
44
Dosierlanze (ggf. Sauerstofflanze)Dosing lance (possibly oxygen lance)
55
Eingang bzw. FlüssigkeitseingangInput or liquid inlet
66
Ausgang bzw. FlüssigkeitsausgangOutput or liquid output
77
Gasaustrittsöffnung(en)Gas outlet opening (s)
88th
Schlauch oder Hülle (ggf. Silikonschlauch)Hose or cover (if necessary silicone hose)
99
Ultraschallquelle (piezoelektrischer Wandler)Ultrasonic source (piezoelectric transducer)
rr
Strömungsrichtung der FlüssigkeitFlow direction of the liquid

Claims (15)

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 werden, 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.Means for enrichment of liquid media with gas, with at least one pressure-regulated gas source and a treatment chamber (1), which the gas supplied and is introduced into a treatment chamber (1) flowing liquid, characterized in that in the treatment chamber (1) at least one spray nozzle (2) is arranged and, based on the flow direction (r) of the liquid, in front of the spray nozzle (2) a gas supply unit (3) into the treatment chamber (1) opens, via which the gas in the treatment chamber (1) and the latter passing Entered liquid flow and entrained by the flowing liquid and is 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 inlet (5) and the liquid outlet ( 6) of the treatment chamber (1) applied with an overpressure w ground, wherein the input-side pressure is at least 50 kPa greater than the output-side pressure and at least 50 kPa lower than the pressure of at least one gas outlet opening (7) of the gas supply unit (3) ausperlenden gas. 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 lance (4) and the gas exits via one or more bores or slots (7) of the metering lance (4) projecting into the treatment chamber (1). 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 sheath (8) is pushed under bias, whose or their bias by the feinperlig from the gas outlet openings (7) escaping gas is overcome, wherein the tube or the shell (8) inflates slightly at the exit of a gas bubble. 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 a piece of silicone hose (8) is pushed onto the gas outlet openings (7). 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 flow direction (r) of the liquid into the treatment chamber (1) protrudes. 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 as a pressure regulating unit in the region of the liquid outlet (6) of the treatment chamber (1) a throttle valve with associated pressure gauge is arranged. 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) is associated with an ultrasonic source (9) whose vibrations penetrate the treatment chamber (1). 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 the ultrasound source (9) is a piezoelectric transducer. 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 in front of the liquid inlet (5) of the treatment chamber (1) is arranged a booster pump with associated pressure gauge. 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 for adjusting the gas input in front of the gas supply unit (3) a control valve is arranged with upstream pressure reducer. 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) has a measuring device for determining the concentration of the gas dissolved in the liquid is connected downstream, with the aid of which the gas entry can be regulated system-specifically. 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 the enrichment of water with oxygen, characterized in that the pressure at the water inlet (5) of the treatment chamber (1) is between 500 kPa and 800 kPa. 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.Device according to claim 1, for the enrichment of water with oxygen, or according to claim 12, characterized in that the pressure at the water outlet (6) of the treatment chamber (1) is lowered relative to the pressure at the water inlet by 50 kPa to 150 kPa. 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 the inlet-side water pressure and the outlet-side water pressure is about 100 kPa. 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 at the gas outlet openings (7) of the gas supply unit (3) pending pressure of the oxygen over the input-side water pressure is increased by 80 kPa to 220 kPa.
EP05077874A 2004-12-09 2005-12-09 Apparatus for enriching liquids with gas Withdrawn EP1685893A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004059934A DE102004059934A1 (en) 2004-12-09 2004-12-09 System to enrich a fluid with a gas, especially aerate water with oxygen, has a jet within the treatment chamber where the oxygen is ripped out by the water flow to form a mist to dissolve the oxygen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1685893A1 true EP1685893A1 (en) 2006-08-02

Family

ID=36105897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05077874A Withdrawn EP1685893A1 (en) 2004-12-09 2005-12-09 Apparatus for enriching liquids with gas

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1685893A1 (en)
DE (1) DE102004059934A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108249650A (en) * 2017-12-28 2018-07-06 昆山奕盛来环境科技有限公司 A kind of exhaust gas wastewater treatment equipment
CN108640219A (en) * 2018-05-24 2018-10-12 四川锐源能环科技有限公司 A kind of dissolved oxygen formula water purifying device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3418548A1 (en) * 1984-05-18 1985-11-21 Norbert 5657 Haan Schneider Sparging appliance
EP0226495A1 (en) * 1985-11-15 1987-06-24 Canadian Liquid Air Ltd Air Liquide Canada Ltee Process and apparatus for bleaching paper pulp
EP0680779A1 (en) * 1994-05-04 1995-11-08 The BOC Group plc Gas dissolution in liquids
US6280615B1 (en) * 1997-03-17 2001-08-28 Innotech Pty. Ltd. Fluid mixer and water oxygenator incorporating same
DE10044697A1 (en) * 2000-09-08 2002-04-04 Frank Herrmann Process, useful for treating ground water, comprises injecting pressure controlled oxygen into well water and releasing the supply of gas via a porous matrix in a pressure regulated reactor
DE20305445U1 (en) * 2003-04-04 2003-07-31 Biologic GmbH, 33129 Delbrück Apparatus for mixing carbon dioxide or oxygen with drinking water measures concentration of dissolved gas and controls it via unit connected to valve on gas line
DE10227818A1 (en) * 2002-06-21 2004-01-08 Pakdaman, Abolghassem, Prof. Dr.med. Gas enrichment modules

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3418548A1 (en) * 1984-05-18 1985-11-21 Norbert 5657 Haan Schneider Sparging appliance
EP0226495A1 (en) * 1985-11-15 1987-06-24 Canadian Liquid Air Ltd Air Liquide Canada Ltee Process and apparatus for bleaching paper pulp
EP0680779A1 (en) * 1994-05-04 1995-11-08 The BOC Group plc Gas dissolution in liquids
US6280615B1 (en) * 1997-03-17 2001-08-28 Innotech Pty. Ltd. Fluid mixer and water oxygenator incorporating same
DE10044697A1 (en) * 2000-09-08 2002-04-04 Frank Herrmann Process, useful for treating ground water, comprises injecting pressure controlled oxygen into well water and releasing the supply of gas via a porous matrix in a pressure regulated reactor
DE10227818A1 (en) * 2002-06-21 2004-01-08 Pakdaman, Abolghassem, Prof. Dr.med. Gas enrichment modules
DE20305445U1 (en) * 2003-04-04 2003-07-31 Biologic GmbH, 33129 Delbrück Apparatus for mixing carbon dioxide or oxygen with drinking water measures concentration of dissolved gas and controls it via unit connected to valve on gas line

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108249650A (en) * 2017-12-28 2018-07-06 昆山奕盛来环境科技有限公司 A kind of exhaust gas wastewater treatment equipment
CN108640219A (en) * 2018-05-24 2018-10-12 四川锐源能环科技有限公司 A kind of dissolved oxygen formula water purifying device
CN108640219B (en) * 2018-05-24 2024-02-23 四川锐源能环科技有限公司 Dissolved oxygen type water body purifying device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004059934A1 (en) 2006-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69518524T2 (en) GAS INJECTION IN LIQUIDS AND REMOVAL OF UNSOLVED GAS
DE69329061T2 (en) DEVICE FOR SOLVING A GAS IN OR MIXING A LIQUID
DE69110227T2 (en) In-line dispersion of a gas in a liquid.
DE69114649T2 (en) In-line gas / liquid dispersion.
DE10104012C2 (en) Aerosol generating device
DE3045383C2 (en) Device for mixing a concentrate with water
EP2701832B1 (en) Method and device for enriching a liquid with oxygen
DE1775698A1 (en) Oil nebulizer
DE2835709B2 (en) System for cleaning polluted water
EP0142595B1 (en) Method and apparatus for the treatment of pouring water during the pouring by enrichment with co2 and h2co3
DE3024749A1 (en) Gas-fluid spray generation method - regulates proportions by varying passage cross=sections in mixer
DE2701702A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR GENERATING BUBBLES IN A LIQUID
EP1685893A1 (en) Apparatus for enriching liquids with gas
WO2016120046A2 (en) Device and method for the gluing of particles
DE10136875A1 (en) Process for injecting gas into a glass melt comprises introducing the gas stream into the melt in a pulsed manner, and interrupting the gas stream between two subsequent pulses
EP0671217B1 (en) Spray nozzle for generating a spray mist
DE2750507A1 (en) METHOD OF MEASURING THE FLOW RATE OF SUBSTANCE LIQUID PER UNIT OF TIME IN A PAPER MACHINE AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD
DD298066A5 (en) METHOD FOR THE TREATMENT OF OBJECTS WITH A FLUID, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD
DE3243223C1 (en) Process and device for flotation of fiber suspensions
DE2829172C2 (en) Cooling device for objects made of steel
DE2261674A1 (en) DEVICE FOR SUCTIONING AND ADDING ADDITIVES INTO A FLOW OF LIQUID
EP2907582B1 (en) Method and nozzle for mixing and spraying medical fluids
EP1523249B1 (en) Method and device for the production of table water with added carbon dioxide
DE102004062008A1 (en) Fuel filter with outlet openings, which are preferably processed by a hydroerosive method
DE10228261B3 (en) Device for gas saturation of a liquid and under pressure for introducing the liquid into a flotation cell

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

17P Request for examination filed

Effective date: 20070131

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070308

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20070919