In vielen Bereichen wird heute ein Eintrag von Gas, beispielsweise Sauerstoff, in eine Flussigkeit, beispielsweise Wasser oder wassrige Losungen gewunscht oder gefordert. So wird zum Beispiel bei Kläranlagen mit einer biologischen Reinigungsstufe fur wassrige, schadstoffhaltige Abwässer Sauerstoff zugeführt.

For den Eintrag von Sauerstoff in Wasser oder wassrige Losungen sind eine Vielzahl verschiedener Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, mit dem Ziel, den Sauerstoff möglichst effektiv zu lösen mit einem möglichst geringen energetischen und verfahrenstechnischen Aufwand. Die meisten Verfahren und Vorrichtungen basieren darauf, den Sauerstoff in möglichst feine Blasen aufzuteilen und im Wasser zu lösen. Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Sauerstoff unter Druck gelöst wird. Bei diesen Verfahren wird durch die höhere kinetische Energie die Lösungsfähigkeit des Wassers finir den Sauerstoff verbessert. Bei bekannten Injektionssystemen wird beispielsweise durch Pumpen die kinetische Energie erhöht. Der Sauerstoff geht auch bei diesen Systemen nicht vollständig in Lösung. Zudem haben diese Verfahren den Nachteil, daß zur Lösung des Sauerstoffs zusätzlich Energie zum Betreiben der Pumpe benötigt wird.

Aus der Strahltriebwerkstechnik sind Verfahren bekannt, welche mit einer intermittierenden Verbrennung arbeiten, beispielsweise mit einem Argus- Schmidt-Rohr. Dabei wird in einem Brennraum ein explosionsfahiges Brennstoff/Luftgemisch gezündet. Der austretende Gasstrahl wird in zwei verschieden lange Austrittsrohre geleitet. Dabei wird das in den beiden Austrittsrohren befindliche Gas beschleunigt. Durch das kurze Austrittsrohr gelangt das Gas schneller ins Freie als durch das längere Austrittsrohr. Die Trägheit des Gasstrahis im längeren Austrittsrohr bewirkt, daß durch das

kürzere Austrittsrohr wieder frische Verbrennungsluft angesaugt wird. Diese bildet beim nächsten Arbeitstakt durch Vermischen mit Brennstoff wieder ein zündfähiges Gemisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, das/die einen möglichst effektiven Eintrag und Lösung eines Gases in einer Flussigkeit gewahrleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemtig durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Gas als tiefkaltes verflussigtes Gas in die Flüssigkeit eingetragen wird, um die Flüssigkeit mit dem Gas anzureichern. Die Flüssigkeitströpfen des tiefkalten Gases verdampfen sehr rasch und erzeugen einen hohen Druck. Dieser hohe Druck hat den Vorteil, daß eine bessere Lösung des Gases gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik erreicht wird, bei denen die Lösung unter Einsatz von Gas im gasförmigen Zustand erfolgt. Eine Verwendung des erfindungsgemallen Verfahrens ist fOr alle Gas-Flussigkeits-Systeme moglich, bei denen aufgrund chemisch-physikalischer Gesetzmäßigkeiten das Gas in der Flussigkeit gelost werden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das tiefkalte verflüssigte Gas schlagartig in die Flüssigkeit eingetragen wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Eintrags erhöht.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß das tiefkalte verflüssigte Gas in einen Raum eingetragen wird, der mit der anzureichernden Flussigkeit gefullt ist und in dem die anzureichernde Flüssigkeit unter Druck steht.

Nach der Erfindung wird das tiefkalte verflussigte Gas in eine Rohrleitung eingetragen, die mit der anzureichernden Flussigkeit gefullt ist.

Es ist vorgesehen, dafl das tiefkalte verflüssigte Gas in eine Kammer eingetragen wird, die mit der anzureichernden Flussigkeit gefullt ist und welche

mit der übrigen, anzureichernden Flüssigkeit in Verbindung steht. In der Kammer kann die Flüssigkeit bereits mit dem Gas angereichert werden und kann dann vorteilhaft der übrigen, anzureichernden Fliissigkeit zugefuhrt werden, welche sich in einem gr6fleren Reservoir, beispielsweise einem Belebungsbecken einer Stufe zur biologischen Abwasserreinigung einer Klaranlage, befindet. Bei derartigen Anlagen kann die Kammer vorteilhaft direkt innerhalb des Reservoirs, zum Beispiel innerhalb eines Belebungsbeckens, angeordnet sein.

Erfindungsgemäß weist die anzureichernde Flüssigkeit einen Druck von 10 bis 50 bar auf.

Das tiefkalte verflussigte Gas wird vorzugsweise in eine Kammer mit zwei Kammerteilen unterschiedlicher Lange eingetragen an einem Eintragspunkt, welcher so in der Kammer angeordnet ist, dall die angereicherte Flüssigkeit im längeren Kammerteil ausgestoßen wird und durch das kürzere Kammerteil die anzureichernde Flüssigkeit angesaugt wird. Der hohe Druck durch die Gaströpfchen dient hier einerseits zur besseren Lösung des Gases in der Flüssigkeit und andererseits zur Beschleunigung der in der Kammer befindlichen Flussigkeitsmenge, wobei durch die Trägheit der beschleunigten Flüssigkeit im längeren Kammerteil die anzureichernde Flüssigkeit aus dem Reservoir wieder angesaugt wird.

Nach der Effindung wird das tiefkalte verflüssigte Gas in eine einseitig verschließbare Kammer eingetragen, während die verschließbare Öffnung ganz oder teilweise geschlossen ist, die angereicherte Flüssigkeit wird durch die Kammerteile weggeführt und gegebenenfalls tuber eine anschließende Mischstrecke der übrigen, anzureichernden Flussigkeit zugefuhrt, wobei die Trägheit im langeren Kammerteil die Strömung im kürzeren Kammerteil umdreht und so das Neubefüllen der Kammer eingeleitet wird. Während oder nach dem Wegführen der angereicherten Flüssigkeit aus der Kammer wird die verschließbare Öffnung vorteilhaft geöffnet und der Kammer wird

anzureichemde Flussigkeit zugefuhrt. Diese Verfahrensführung ist vorteilhaft, um eine Durchmischung von anzureichernder Flüssigkeit aus dem Reservoir mit der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit zu verringern.

Nach der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dall das tiefkalte verflüssigte Gas in eine mindestens zweiseitig verschlieflbare Kammer eingetragen wird während die verschliellbaren Offnungen ganz oder teilweise geschlossen sind, da (3 die angereicherte Flüssigkeit durch eine ganz oder teilweise geöffnete, erste verschließbare Öffnung aus der Kammer weggeführt wird und gegebenenfalls tuber eine anschlieflende Mischstrecke der übrigen, anzureichemden Flussigkeit zugefuhrt wird und daß während oder nach dem Wegführen der angereicherten Flüssigkeit aus der Kammer, eine zweite, verschließbare Öffnung geöffnet wird und der Kammer anzureichernde Flüssigkeit zugeführt wird. Diese Verfahrensführung ist vorteilhaft, um eine Rückmischung von anzureichernder Flüssigkeit aus dem Reservoir mit der in der Kammer befindlichen bereits angereicherten Flüssigkeit fast vollständig zu verringern oder zu verhindern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das tiefkalte verflussigte Gas einem mit dem Gas gefüllten Raum zugeführt, welcher in Verbindung steht mit der anzureichernden Flüssigkeit und worin Flüssigkeitströpfchen des tiefkalten verflüssigten Gases auf der Oberfläche der anzureichemden Flüssigkeit verdampfen. Mit Hilfe dieser Verfahrensführung kann die Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen des tiefkalten verflussigten Gas relativ gut gesteuert werden.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das tiefkalte verflüssigte Gas intermittierend in die Flüssigkeit eingetragen wird, vorzugsweise mit einer Frequenz von 1 bis 10 mal pro Sekunde. Diese Verfahrensweise gestattet einen besonders guten Wirkungsgrad des Verfahrens. Der intermittierende Eintrag des tiefkalten verflüssigten Gases kann zum Beispiel durch Schließen und Geschlossenhalten eines Ventils fur eine bestimmte Zeitdauer, wodurch

die Zufuhr des tiefkalten verflussigten Gases in die Flüssigkeit unterbrochen wird und daran anschließendes Öffnen des Ventils erfolgen.

Erfindungsgemäß ist die Flüssigkeit Wasser oder eine wässrige Lösung und das tiefkalte verflüssigte Gas ist vorzugsweise Sauerstoff. Das effindungsgemtige Verfahren laf3t sich beispielsweise zur Sauerstoffanreicherung von Wasser, insbesondere von zu reinigendem Abwasser, besonders gut einsetzen. Das Verfahren ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, da (3 das tiefkalte verflussigte Gas einen Druck von bis zu 700 bar beim Eintrag in die Flüssigkeit aufweist. Durch diesen sehr hohen Druck, welcher durch das rasche Verdampfen des tiefkalten verflüssigten Gases entsteht, wird die Lösung des Gases in der Flüssigkeit optimiert. Das tiefkalte verflussigte Gas in dem Vorratsbehälter sowie das in der Flüssigkeit gelöste Gas weist einen geringeren Druck auf. Vorzugsweise beträgt der Druck des tiefkalten verflüssigten Gases vor dem Eintrag in die FiCissigkeit ca. 1 bis 200 bar.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine Vorrichtung gelöst, die Mittel umfaßt, mit deren Hilfe das Gas als tiefkaltes verflussigtes Gas in die Flüssigkeit eingetragen wird, um die Flüssigkeit mit dem Gas anzureichern.

Vorzugsweise sind der Vorrichtung Mittel zugeordnet, mit denen das tiefkalte verflüssigte Gas schlagartig in die Flüssigkeit eingetragen wird.

Der Vorrichtung sind erfindungsgemäß mindestens eine Dusse oder ein Injektor zugeordnet. Vorzugsweise wird das tiefkalte verflussigte Gas tuber ein geeignetes Düsensystem eingetragen, um eine möglichst feine Verteilung des tiefkalten verflüssigten Gases zu erreichen. Die feinverteilten Flüssigkeitströpfchen verdampfen vorteilhaft sehr rasch und erzeugen einen sehr hohen Druck.

Nach der Erfindung wird das tiefkalte verflussigte Gas in eine Kammer eingetragen, die ein Volumen von bis zu 1 m3 aufweist und mit der anzureichemden Flussigkeit gefullt ist, welche mit der übrigen, anzureichernden Flüssigkeit in Verbindung steht.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine zumindest annahernd rohrformige Kammer auf mit einem annähernd kreisförmigen oder ovalen querschnitt und einer langgestreckten, im wesentlichen geraden Form oder einer Krümmung, wobei der Querschnitt im Bereich der Austrittsstelle für das tiefkalte flussige Gas gegebenenfalls vergr6llert ist. Die Austrittsstelle für das tiefkalte ficissige Gas ist bevorzugt im Bereich der Rotationsachse der Kammer angeordnet.

Erfindungsgemäß wird das Gas in eine Kammer eingetragen an einem Eintragspunkt, welcher nicht in der Mixte einer rohrförmigen Kammer angeordnet ist, so daß der Kammer zwei Kammerteile unterschiedlicher Lange zugeordnet sind. Durch die Trägheit der beschleunigten Flüssigkeit im längeren Kammerteil wird so aus dem Reservoir wieder anzureichernde Flüssigkeit angesaugt.

Nach der Erfindung ist es ebenso vorgesehen, daß die Vorrichtung eine zumindest annähernd kugelförmige Kammer mit einer innerhalb dieser Kammer angeordneten Austrittsstelle für das tiefkalte verflüssigte Gas sowie mindestens zwei rohrförmige Kammerteile unterschiedlicher Lange aufweist, welche in Verbindung mit der Kammer stehen und einen annahernd kreisformigen oder ovalen Querschnitt und eine langgestreckte, im wesentlichen gerade Form oder einen Radius aufweisen.

Vorteilhaft bestehen die Kammerteile unterschiedlicher Lange aus einem ersten, langeren Kammerteil einer Lange von 300 bis 3000. mm und einem Durchmesser von 30 bis 1000 mm und einem zweiten, kürzeren Kammerteil

einer Lange von 100 bis 1000 mm und einem Durchmesser von 30 bis 1000 mm.

Nach der Erfindung ist der Vorrichtung eine haubenartige Kammer zugeordnet, die innerhalb einer von der anzureichernden Flussigkeit durchstromten Leitung angeordnet ist, die nach oben hin geschlossen ist und unten eine Öffnung aufweist, der das tiefkalte verflüssigte Gas zugefuhrt wird, wobei die Austrittsstelle des tiefkalten verflussigten Gases im oberen Bereich der haubenartigen Kammer so angeordnet ist, daß die Austrittsstelle des tiefkalten verflüssigten Gases in einem Gasraum oberhalb des Niveaus der Flüssigkeit in der haubenartigen Kammer liegt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann durch eine entsprechende Dimensionierung der haubenartigen Kammer, daß bedeutet der finir die Fiüssigkeitströpfchen zur Verfugung stehenden Gr6fle der Oberflache der anzureichernden Flüssigkeit und durch die Anzahl und Dimensionierung der Austrittsoffnungen fur das tiefkalte verflüssigte Gas, die Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen des tiefkalten verflüssigten Gas relativ gut eingestellt werden.

Erfindungsgemäß ist es ebenso vorgesehen, daß die Vorrichtung mindestens eine erste, verschließbare Öffnung aufweist, wodurch anzureichernde Flussigkeit zugefuhrt wird und gegebenenfalls eine zweite, verschließbare Öffnung aufweist, welcher gegebenenfalls eine daran anschließende Mischstrecke zugeordnet ist und wodurch angereicherte Flussigkeit weggefuhrt wird.

Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung mindestens ein Ventil oder RCickschiagkiappe aufweist, welches in der Zuleitung zum Zuführen der anzureichernden Flüssigkeit angeordnet ist und gegebenenfalls ein zweites Ventil oder Rückschlagklappe aufweist, welches im Bereich der Wegführleitung zum Wegführen der angereicherten Flüssigkeit angeordnet ist und welchem gegebenenfalls eine daran anschliellende Mischstrecke zugeordnet ist.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dafl die Vorrichtung ein Ventil zur Regulierung der Durchflußmenge des tiefkalten verflussigten Gases umfaßt.

Ferner wird nach der Erfindung das tiefkalte verflüssigte Gas aus einer Rohrleitung, vorzugsweise thermisch isolierter Rohrleitung, zugeführt oder aus einem Niederdrucktank, einem Mitteldrucktank oder in einer Flasche zugeführt, wobei zwischen Niederdrucktank und Eintragsvorrichtung gegebenenfalls eine Druckerhöhungseinheit angeordnet ist.

Das effindungsgemtille Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung wird nun anhand von Abbildungen (Fig. 1 bis Fig. 8) beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung mit einer kugelförmigen Kammer.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung mit einer kugelförmigen Kammer.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer mit einem Ventil und einer Mischstrecke.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer mit zwei Ventilen und einer Mischstrecke.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung mit einer haubenartigen Kammer.

Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung mit einer sich erweiternden Kammer.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der das tiefkalte verflclssigte Gas aus einem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 einer Dusse 3 zugeführt wird und aus der Dusse 3 in eine Kammer 4 eingespritzt wird, was tuber ein Ventil 5 gesteuert wird. Die Kammer 4 weist einen im Bereich der Dusse 3 erweiterten Querschnitt auf und die Kammer 4 ist mit der anzureichernden Flussigkeit gefullt. Das tiefkalte verflussigte Gas wird durch die Dusse 3 in Richtung des langeren Kammerteils 6 eingespritzt. Durch den entstehenden hohen Druck, der durch verdampfende Gaströpfchen verursacht wird, wird das Gas in der Flussigkeit gelost und andererseits die in der Kammer 4 befindliche Flüssigketismenge beschleunigt. Dabei wird durch die Trägheit der beschleunigten Flussigkeit im langeren Kammerteil 6 die anzureichernde Flüssigkeit aus dem Reservoir 7 durch das kürzere Kammerteil 8 angesaugt.

In Fig. 2 weist die Vorrichtung eine Kammer 4 mit einer Krümmung auf. im Bereich der Mixte der Krümmung befindet sich die Dusse 3, durch die das aus dem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 zugeführte tiefkalte verflüssigte Gas in die Kammer 4 in Richtung des langeren Kammerteils 6 eingespritzt wird.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit Kammer 4, bei der das aus dem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 zugeführte tiefkalte verflussigte Gas in die Kammer 4 in Richtung des längeren Kammerteils 6 tuber eine Dusse 3 eingespritzt wird.

Die Kammer 4 weist ebenso einen langeren Kammerteil 6 und einen kürzeren Kammerteil 8 auf, die nebeneinanderliegend angeordnet sind und wodurch die Flüssigkeitsmenge aus dem langeren Kammerteil 6 im Gegenstrom zur im kürzeren Kammerteil 8 angesaugten Flussigkeitsmenge herausbeschleunigt wird.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist eine Vorrichtung mit einer kugelförmigen Kammer 4 dargestellt. Das aus dem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 zugefuhrte tiefkalte verflussigte Gas wird in die Kammer 4 tuber eine Düse 3 in Richtung

des längeren Kammerteils 6 eingespritzt, was tuber ein Ventil 5 gesteuert wird.

In Fig. 4 ist das langer Kammerteil 6 in etwa vertikaler Richtung und das kürzere Kammerteil 8 in etwa horizontaler Richtung angeordnet, so daß die Flüssigkeitsmenge in nahezu vertikaler Richtung aus der Kammer 4 herausbeschleunigt wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die nicht zur Lösung gebrachten Gasanteile tuber den vertikalen Kammerteil ausgasen können und den nachfolgenden Lösevorgang nicht durch Herabsetzung der Dichte ungunstig beeinflussen.

In Fig. 6 und Fig. 7 ist eine Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammer 4 mit einem Ventil 9 (Fig. 6) oder mit zwei Ventilen 9,10 (Fig. 7) dargestellt. Das tiefkalte verflüssigte Gas wird aus einem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 einer Dusse 3 zugeführt und aus der Dusse 3 in eine Kammer 4 eingespritzt, was tuber ein Ventil 5 gesteuert wird. Die Dusse 3 ist in Langsrichtung der Kammer 4 nicht in deren Mixte angeordnet, sondern der Abstand zur Öffnung 11 fur die ausströmende Flüssigkeit ist naher als der Abstand zur Öffnung 12 fur die einstromende Flussigkeit. Die Querschnitte für die Öffnung 11 der ausstromenden Flussigkeit und fur die Öffnung 12 der einstromende Ffussigkeit sind geringer als der Querschnitt der Kammer 4. An die Öffnung 11 der ausströmenden Flüssigkeit schließt sich eine Mischstrecke 13 an. In Fig. 6 ist die Öffnung für die einströmende Flüssigkeit mit dem Ventil 9 verschließbar, während bei Fig, 7 zusatzlich an der Öffnung für die auströmende Flüssigkeit ein Ventil 10 angeordnet ist.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung mit einer Leitung 14, durch welche die anzureichernde Fiüssigkeit strömt und mit einer haubenförmigen Kammer 15, die innerhalb der Leitung 14 angeordnet ist. Die haubenförmige Kammer 15 ist nach oben hin geschlossen und unten offen. Das tiefkalte verflussigte Gas wird aus einem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 einer Düse 3 zugeführt und aus der Dusse 3 eingespritzt, was tuber ein Ventil 5 gesteuert wird. Die Dusse 3 ist im oberen Bereich der haubenförmigen Kammer 15 angeordnet. Innerhalb der haubenförmigen Kammer 15 ensteht ein Gasraum 16 fOr das verdampfte

tieftkalte flüssige Gas, welches in Form von Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche der anzureichernden Flüssigkeit 17 in der haubenförmigen Kammer 15 vorliegt. Die gewunschte Stromung der anzureichernden Flüssigkeit wird durch Vorrichtung 18 erzeugt. Durch die Lage der Dusse 3 im Gasraum 16 oberhalb des Niveaus der anzureichernden Flüssigkeit 17 in der haubenförmigen Kammer 15 ergibt sich der Vorteil, dafl ein Vereisen der Düse 3 verhindert wird.

In Fig. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der das tiefkalte verflussigte Gas aus einem Vorratstank 1 tuber eine isolierte Leitung 2 einer Dusse 3 zugeführt wird, was tuber ein Ventil 5 gesteuert wird. Das tiefkalte verflussigte Gas wird aus der Dusse 3 in eine Kammer 4 eingespritzt, die einen sich erweiternden Querschnitt in Einspritzrichtung aufweist und die mit der anzureichernden Flussigkeit gefiillt ist.