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DE3330375A1 - Verfahren und anordnung zum impraegnieren einer fluessigkeit mit einem gas durch injektorwirkung, insb. zum impraegnieren von giesswasser mit co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) fuer gartenbaubetriebe - Google Patents

Verfahren und anordnung zum impraegnieren einer fluessigkeit mit einem gas durch injektorwirkung, insb. zum impraegnieren von giesswasser mit co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) fuer gartenbaubetriebe

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DE3330375A1
DE3330375A1 DE19833330375 DE3330375A DE3330375A1 DE 3330375 A1 DE3330375 A1 DE 3330375A1 DE 19833330375 DE19833330375 DE 19833330375 DE 3330375 A DE3330375 A DE 3330375A DE 3330375 A1 DE3330375 A1 DE 3330375A1
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DE
Germany
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liquid
gas
injector
flow
water
Prior art date
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Withdrawn
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DE19833330375
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English (en)
Inventor
Horst 2060 Bad Oldesloe Köhl
Alexander 2401 Groß Sarau Kückens
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.)
Technica Entwicklungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Technica Entwicklungs GmbH and Co KG
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Publication date
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Description

«4
DR.-SNG. R. DÖRING D5PL.-PHYS. DR. J. FRICKE
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
Technica Entwicklungsgesellschaft mbH & Co.KG
Robert-Bosch-Str. 4-6 2418 Ratzeburg
Verfahren und Anordnung zum Imprägnieren einer Flüssigkeit mit einem Gas durch
Injektorxiirkung, insb. zum Imprägnieren von Gießwasser mit CO2 für Gartenbaubetriebe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Imprägnieren einer Flüssigkeit mit einem Gas durch Injektorwirkung, insbesondere zum Imprägnieren von Gießwasser mit Kohlendioxydgas.
Es sind vielerlei Verfahren und Anordnungen bekannt, um ZoB. Wasser mit Kohlendioxydgas zu vermischen, bzw. das Wasser mit dem Gas zu imprägnieren. Dazu kann das Gas in einem Kopfraum eines Druckbehälters enthalten und die Flüssigkeit durch den Kopfraum versprüht werden. Weiterhin ist es möglich, das Gas unter dem Flüssigkeitsspiegel, ZoB. durch einen porösen Stein oder dgl. in den Wasservorrat einzuperlen. (Vgl.z.B. DE-AS 1 192 598, US-PS 2 24 1 018 oder BR-PS 1 371 466).
Ferner ist es auch bekannt, Gas und Wasser in einer
- . V „
Injektor-Misch-Düse miteinander zu mischen (Vgl. dieGBR-PS 1 274 363).
In den bekannten Verfahren wird mit gleichen oder unterschiedlichen Drücken gearbeitet. Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Imprägnierungsgrad niedrig ist oder daß das Gas in dem Wasser in relativ großen Blasen vorkommt, worunter hier sehr kleine Blasen verstanden werden, die jedoch gegenüber einem optimalen Feinstimprägnierungsgrad noch relativ groß sind.
Diese relativ größeren Blasen zeigen in verschiedener Hinsicht nachteilige Wirkungen. Bei längeren Transportwegen für das ' imprägnierte Wasser, wie solche in Bewässerungssystemen notwen- : dig sind, kann durch die Turbulenz und durch den ständigen Kontakt der größeren Blasen mit den Feinstimprägnierungs-Bläschen eine Entmischung von Gas und Wasser in merklichem Ausmaß eintreten. Wenn das Wasser über Dosiersysteme mit anderen Flüssigkeiten angereichert werden spll, z.B. Gießwasser mit flüssigen Düngestoffen, so behindern die anwachsenden Gasbläschen die zuverlässige Funktion der Dosiervorrichtung. Bei Be- ., Wässerung von Pflanzkulturen können unterschiedliche Bewässe- '
rungsmethoden angewendet werden. Eine zunehmend bevorzugte Methode besteht in der sogenannten Tröpfchenbewässerung über > kapillare Schläuche oder dgl. Einrichtungen. Auch hier können ;
größere Gasbläschen die Kapillarwirkung der Schläuche oder der- ■ gleichen aufheben. ■
Bei den Abgabestellen wird durch die Druckentspannung ein größerer Teil der Gasmenge ungenützt freigesetzt, wenn der Anteil von relativ größeren Gasbläschen in dem Wasser hoch ist. Nur die Gasmenge, die in dem Wasser unter Feinstimprägnierung enthalten ist, kann mit dem Gießwasser in den Erdboden eindringen und von dort aus durch allmähliche Freigabe dem natürlichen üüngungsprozeß entsprechend vom Erdboden aus zu den Blättern der Pflanzen gelangen, wobei eine erhebliche Speicherwirkung des Gases im Boden zu beobachten ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Nachteile, wie sie durch in der Flüssigkeit enthaltene Bläschen von relativer Größe auftreten, zuverlässig vermieden werden, und bei optimaler Gas-Anreicherung gleichzeitig eine verlässliche Feinimprägnierung der Flüssigkeit ohne gröbere Gasanteile zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensmaßnahmen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtungsmaßnahmen des Anspruchs 6 ; gelöst.
Durch diese Maßnahmen wird eine außerordentlich gute Feinimprägnierung der Flüssigkeit mit dem Gas erzielt, indem durch die verschiedenen Injektorstufen eine fortlaufende Nach- Im- ; piäägnierung erfolgt. Aufgrund der Durchmessererweiterung und
<*> * ti it
der dadurch bedingten sprungartigen Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird erreicht, daß die jeweils in der voranstehenden Injektorstufe aufgenommene Gasmenge über den Querschnitt der Flüssigkeit wesentlich besser verteilt wird, wodurch gleichzeitig die Gasaufnahmefähigkeit der Flüssigkeit in der nachfolgenden Injektorstufe entscheidend verbessert wird. Bei großen Querschnitten der Flüssigkeitsströmung kann es dabei sinnvoll sein, die Flüssigkeitsströmung als Ringströmung durch das Injektor-Düsen-System zu leiten, um so eine bessere : Durchmischung der Flüssigkeit mit den aufgenommenen Gasmengen i zu gewährleisten.
Eine weitere, die Feinimprägnierung wesentlich Unterstütztende ■ und die homogene Durchmischung der Flüssigkeit unterstützende Maßnahme besteht darin, daß den Gasinjektorstufen ein weiteres ; Injektor-Düsensystem nachgeschaltet ist, das jedoch lediglich zur Rückmischung von bereits vollständig imprägnierter Flüssigkeit mit der in dem Düsensystem befindlichen Flüssigkeit dient.
Die neue Anordnung kann verwendet werden, um durch das be- . schriebene System die imprägnierte Flüssigkeit direkt einer Entnahmestelle oder Verbraucherstelle zuzuführen, so daß eine direkte Abgabe der imprägnierten Flüssigkeit erfolgen kann. Bei Verbraucherstellen mit verschiedenen Zapfbereichen ist es jedoch vorteilhaft, wenn man die neue Anordnung kombiniert mit ,
einem Druckbehälter, in dem ein Vorrat an feinimprägnierter ' Flüssigkeit bereitgehalten wird, wobei der Zulauf der Flüssig-
keit durch das Injektordüsensystem erfolgt und der Ablauf aus dem Flüssigkeitsvorrat demgegenüber abgeschirmt oder versetzt so erfolgt, daß etwaig vorhandene relativ größere Bläschen ausreichend Zeit haben, in dem Flüssigkeitsvorrat nach oben in den Gasraum aufzusteigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
In der einzigen Figur ist ein Druckbehälter mit der Anordn ung gemäß der Erfindung im senkrechten Schnitt dargestellt.
Im gezeigten Beispiel besteht der Druckbehälter 1 aus einem Druckmantel 2 und Deckel 3 und Boden 4. Durch die dargestellten Fühler wird in dem Druckbehälter eine Flüssigkeitsmenge 8 zwischen dem minimalen Flüssigkeitsstand 26 und dem maximalen Flüssigkeitsstand 27 aufrecht gehalten. Über der Flüssigkeit ; verbleibt in jedem Fall ein Kopfraum 7, der durch Leitung 5 'mit dem Gas, z.B. Kohlendioxydgas, unter einem vorbestimmten Druck von z.B. bis zu 5 Bar gefüllt gehalten wird. Die Zufuhr des Gases erfolgt z.B. über einen Druckfühler. Im Boden des Behälters 4 ist ein Ablauf 6 für die imprägnierte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorrat 8 vorgesehen. In horizontaler Riehtun g versetzt gegenüber dem Ablauf 6 ist ein Injektor-Düsen-System 9 angeordnet, das in den Deckel 3 eingebaut ist. 'Das System 9 weist einen zentralen Durchströmkanal auf, der ■eingangsseitig über einen Stutzen 10 mit einer Druckwasserquelle
' ν V W vv
- 10 -
verbunden ist. Das System 9 kann z.B. mittels Flansch 11 abgedichtet in den Deckel 3 eingebaut sein. Das Injektor-Düsen-System 9 weist im dargestellten Beispiel 3 in Strömungsrichtung hintereinander liegende Injektorstufen 12a,12b,12c auf, Vor jeder Injektorstufe ist die lichte Weite des Flüssigkeitss tröiuungskanals stufenartig erweitert, wie bei 13a, 13b, 13c gezeigt ist. Dadurch ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit unmittelbar bei Eintritt in eine Injektorstufe schlagartig. Unmittelbar hinter der Durchmessererweiterung liegen die Ansaugkanäle 14a,l4b,14c, die im dargestellten Beispiel in den Gaskopfraum 7 münden. Bei Betrieb wird somit das Gas aus dem Gaskopfraum 7 über die Kanäle 14 angesaugt, so daß sich Gas und Flüssigkeit mischen. Da das eintretende Gas vornehmlich im Bereich der außenliegenden Flüssigkeitsschichten verbleibt, sorgt die abrupte Durchmessererweiterung und die dadurch bedingte abrupte Verringerung der Durchflußgeschwindigkeit bei Eintritt der Flüssigkeit in die nächste Injektorstufe für eine innige Durchmischung aller Schichten der Flüssigkeitsströmung. Dadurch ergibt sich eine Homogenisierung der Durchmischung einerseits und eine Verbesserung
der erneuten Gasaufnahme oder Nachimprägnierung in der nachfolgenden Stufe. Es sind mindestens zwei Injektorstufen 12a, 12b notwendig, um die erforderliche Feinimprägnierung zu erhalten.
Um weiterhin die Ausschaltung von relativ größeren Gasbläschen in der Flüssigkeit zu fördern, ist dem Injektor-Düsen-System
-11-
ein weiteres Injektor-Düsen-SYstem 15 achsial nachgeschaltet. Im dargestellten Beispiel weist dieses System zwei Injektorstufen 16a,16b auf. Auch hier wird zur Förderung der Durchmischung die lichte Weite des Flüssigkeitsströmungskanals vor Eintritt in eine Injektorstufe abrupt verändert. Diese Injektorstufen 16a, 16b dienen nicht zur Nachimprägnierung, sondern zur Förderung der Durchmischung und Homogenisierung, und zur Verringerung des Anteils größerer Bläschen. Zu diesem Zweck weist das System 15 einen äußeren, zum Gasraum 7 abgeschlossenen Mantel 18 auf, dessen unterer offener Rand unterhalb des tiefstliegenden Flüssigkeitsspiegels 26 in der Flüssigkeitsmenge 8 endet. Durch das offene Ende 21 des Mantels und durch eine stromabwärts liegende Austrittsöffnung 20 des Flüssigkeitsströmungskanals kann unter der Saugwirkung der Injektorstufen 16a, 16b bereits fertig imprägnierte Flüssigkeit angesaugt und der Flüssigkeitsströmung in dem System 15 zugemischt werden. Der Austritt 15 des Injektorsystems liegt ebenfalls unterhalb des tiefsten Flüssigkeitsspiegels 26, so daß die austretende Flüssigkeit keinerlei Gas in größeren Blasen aus dem Kopfraum 7 mitreißen kann.
Durch die seitliche Versetzung des Austritts 25 des Injektor-Systems 15 gegenüber dem Auslaß 6 des Flüssigkeitsvorrates wird gewährleistet, daß etwaige größere Bläschen in der Flüssigkeit Zeit genug hab en, durch den Flüssigkeitsvorrat 8 in den Kopfraum 7 aufzusteigen, so daß sie nicht durch die Flüssigkeitsentnahme und damit durch die Leitung 6 mitgerissen werden können.
Wird Flüssigkeit durch den Einlaß 10 eingeführt, nimmt die Flüssigkeit in der beschriebenen Weise Gas auf den Kopfraum 7 auf. Der Flüssigkeitsspiegel 26 steigt durch die zugeführte Flüssigkeit an. Der Kopfraum 7 verkleinert sich volumenmäßig. Ist diese Volumenverkleinerung größer als die Gasaufnahme der Flüssigkeit, steigt gleichzeitig der Druck im Kopfraum 7 an, so daß die Gaszufuhr über die Zufuhrleitung 5 abgeschaltet wird. Ist die Gasaufnahme durch die Flüssigkeit größer, so wird während der Imprägnierung weiterhin Gas in den Kopfraum nachgeführt, so daß in diesem Raum der Druck aufrechterhalten bleibt. Der Druck im Gasraum kann beispielsweise auf 5 bar gehaltenwerden.
Werden die Injektorsysteme 9 und 15 zur Einzelabgabe oder direkten Abgabe von Imprägnierflüssigkeit eingesetzt, entfällt der Druckbehälter 1. Das Injektor-Düsensystem 9 wird von einem Mantel umgeben, dessen Ringraum mit der Druckgas-Quelle in Verbindung steht, während der Mantel 18 des Injektor-Düsen-Systems 15 am unteren Ende, wie bei 22 angedeutet ist, geschlossen bleibt. In diesem Fall setzt sich der Durchströmkanal für die Flüssigkeit, wie bei 6a angedeutet ist, fort, und zwar bis zur Entnahmestelle.
Die Differenz zwischen kleinstem und größtem Flüssigkeitsstand 26 bzw.27 wird so bemessen, daß bei Einzelentnahme aus dem Druckbehälter 1 die Nachfuhr von Flüssigkeit durch die Injektor-DUsensysteme 9 und 15 nicht zu häufig erfolgt, so daß eine die
Flüssigkeit dem Zulauf 10 zuführende Pumpe nicht ständig ein- und ausgeschaltet zu werden br aucht.
Bei Versorgung von großen Entnahmestellen wird der Durchströmquerschnitt für die Injektorsysteme 9 und 15 wesentlich vergrößert. Um dennoch eine innige homogene Durchmischung über die Querschnittsfläche der Flüssigkeitsströmung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, in die Systeme 9 und 15 einen Verdrängungskörper 30 einzusetzen, der die Flüssigkeit in Links strömung durch das System führt. Wie dargestellt, könnte der Verdrängungskörper 30 allmählich oder stufenweise im Durchmesser und in Strömungsrichtung vergrößert sein. Die Querschnittsform und Querschnittsänderung des Körpers 30 richtet sich nach der durchzusetzenden Volunienmenge und darnach, daß die gewünschte abrupte Geschwindigkeitsverminderung der Flüssigkeit von Injektorstufe zu Injektorstufe sichergestellt wird.
Die beschriebene Anordnung arbeitet zuverlässig sowohl für die Direktabgabe als auch für die dargestellte indirekte Abgabe von imprägnierter Flüssigkeit und zwar in einem Druckbereich zwischen 1 bis 6 bar. Die Anordnung ist daher besonders geeignet für den Einsatz in Gartenbaubetrieben, da sie für alle dort auftretenden Druckverhältnisse infrage kommt.
Ά-
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Claims (12)

  1. .»Phya. Dr. J, Frlok* . O O O Π ti 7 C
    θ München S J 0 OU -J / D
    ocaphapltalatraR* 7
    5901 Ansprüche
    . verfahren zum Imprägnieren einer Flüssigkeit mit einem Gas durch Injektorwirkung, insbesondere zum Imprägnieren von Gießwasser mit Kohlendioxydgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch ein Injektordüsensystem mit wenigstens zwei Gasinjektorstufen geleitet wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit stufenweise verändert wird, derart, daß bei jedem Übergang zwischen zwei in Strömungsrichtung aufeinander folgenden Injektorstufen die Durchflussgeschwindigkeit abrupt verringert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nach Durchlaufen wenigstens zweier Gasinjektorstufen durch wenigstens eine weitere Injektorstufe so geleitet wird, daß die mit Gas imprägnierte Flüssigkeit sich mit weiterer, bereits mit Gas imprägnierter Flüssigkeit durch Rückmischung vereinigt.
  3. 3d Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit in Form einer Ringströmung durch das Injektor-Düsensystem geleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeitsströmung direkt zur Abgabestelle für imprägnierte Flüssigkeit geleitet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeitsströmung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einer Vorratsmenge an imprägnierter Flüssigkeit zugeleitet wird, aus der imprägnierte Flüssigkeit einer oder mehreren Abgabestellen zugeleitet wird.
  6. 6. Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Injektor, der mit einer Flüssigkeitsquelle und einer Gas-Druck-Quelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß der Injektor als Injektordüsensystem (9) mit wenigstens zwei Injektorstufen ' (12a bis 12c) ausgebildet ist, die gleichachsig hintereinander angeordnet, in Achsrichtung an den Flüssigkeitszulauf (10) angeschlossen und in Durchströmrichtung mit stufenförmig zunehmender lichter Weite (Stufen 13a bis 13c) ausgebildet sind.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektordüsensystem (9) durch wenigstens eine nachgeschaltete Flüssigkeitsinjektorstufe (15) ergänzt ist, deren Ansaugöffnungen (22a, 22b) mit einer stromabwärts liegenden Austrittsöffnung (20) für impräg- > nierte Flüssigkeit strömungsmässig verbunden ist.
  8. 8„ Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der letzten Injektorstufe unter
    dem Flüssigkeitsspiegel (26,27) einer Vorratsmenge (8) an imprägnierter Flüssigkeit mündet, die in einem Druckbehälter (1) mit einem Gaskopfraum (7) angeordnet ist, der zugleich als die Gas-Druck-Quelle für das Injektordüsensystem (9) ausgebildet ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Fluss igkeitsinjektorstuf en.( 1 6a , 16b) mit Abstand von einem zum Gas-Kopfraum (7) abgeschlossenen Mantel (18) umgeben sind, in den eine stromabwärts liegende Austrittsöffnung (20) für imprägnierte Flüssigkeit mündet.
  10. 10.Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das unten offene Ende des Mantels unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Vorratsmenge (8) an imprägnierter Flüssigkeit liegt.
  11. 11.Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (6) des Behälters (1) gegenüber dem Austritt (25) der Injektor-Düsen-Systeme (9,15) so abgeschirmt oder versetzt angeordnet ist, daß größere Gasblasen ungehindert in den Gas-Kopfraum (7) aufsteigen können.
  12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge-, kennzeichnet, daß der Strömungskanal für die Flüssigkeit in den Injektor-Düsen-Systemen (9,15) durch einen zentralen Verdrängungsteil (30) als Ringkanal ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Durchmesser des Verdrängungsteils (3) in Strömungsrichtung stetig oder stufenweise zunimmt.
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