(57)【要約】本発明は、液体を酸素富化するための解決策に関する。この目的のために、インジェクタによって大気中の酸素を液体に導入して液体中で部分的に溶解させる。その後、空気中の溶解したガス部分と溶解しなかったガス部分を含むインジェクタから出てきた液体は、液体中で気泡を形成する非溶解ガス部分を除去するために、インジェクタの下流に配置された少なくとも１個の脱ガスユニット（２）に送られる。本発明によれば、インジェクタは、少なくとも２個のインジェクタチャンバ（１１、１２、１３、１４）を有するマルチインジェクタである。脱ガスユニット（２）においては、溶解しなかった酸素を液体の強力な渦の形成によって液体からまず分離し、インジェクタチャンバ（１３、１４）内の液体に再導入する。この再導入は、マルチインジェクタ（１）の戻りライン（１８、１８’）を介して、分離した酸素を気液混合物の一部として吸引により取り出すことによって行われる。戻りラインは、少なくとも１個の脱ガスユニット（２）を該当するインジェクタチャンバ（１３、１４）の吸引ポート（６’、６’’）に接続する。空気中の溶解しなかった難溶性のガス部分、即ち溶解しなかった窒素が脱ガスユニット（２）のガス出口弁を介して排出される。  【選択図】１
2014516314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を酸素富化するための方法であって、酸素をガス混合物、即ち大気の一部としてインジェクタによって液体に導入して液体中で部分的に溶解させ、液体中で気泡を形成する非溶解ガス部分を除去するために、空気の溶解したガス部分と溶解しなかったガス部分を含むインジェクタから出てきた液体がインジェクタの下流に配置された脱ガスユニット（２）に送られる方法において、インジェクタとして液体の流動方向で互いに平行に配置された少なくとも２個のインジェクタチャンバ（１１、１２、１３、１４）を有するマルチインジェクタ（１）が使用され、インジェクタチャンバ（１１、１２、１３、１４）はそれぞれ１個の吸引ポート（６、６’、６’’）を有してマルチインジェクタ（１）の液体出口（４）の領域において合流しており、吸引ポート（６、６’、６’’）ではマルチインジェクタ（１）を貫流する液体によって負圧が引き起こされ、この負圧により吸引ポート（６）を介して大気が吸引されること、及び対応して構成された脱ガスユニット（２）内では液体の渦形成によって空気中の溶解しなかった部分は、マルチインジェクタ（１）から脱ガスユニット（２）に送られた液体から分離され、非溶解酸素は気液混合物の構成要素として脱ガスユニット（２）の排出ポート（９、９’）と、排出ポート（９、９’）をマルチインジェクタ（１）の吸引ポート（６’、６’’）に接続する戻りライン（１８、１８’）とを介して、吸引ポート（６’、６’’）における負圧に基づいて脱ガスユニット（２）からマルチインジェクタ（１）に排出されてマルチインジェクタを貫流する液体に再導入され、他方で酸素より軽い脱ガスユニット（２）の上方部分に集まる空気中の溶解しなかったガス部分、主として窒素は脱ガスユニット（２）のガス出口弁（１５）を介して大気中に排出され、溶解した酸素で富化された液体は脱ガスユニット（２）の液体出口（８）から流出することを特徴とする液体を酸素富化するための方法。
【請求項２】
液体を酸素富化するための装置であって、酸素をガス混合物、即ち大気の一部として液体に導入して液体に溶解させる少なくとも１個のインジェクタと、液体の流動方向で少なくとも１個のインジェクタの下流に配置された少なくとも１個の脱ガスユニット（２）とを有し、各インジェクタは少なくとも１個の液体入口（３）と液体出口（４）と吸引ポート（６、６’、６’’）とを有しており、各脱ガスユニット（２）は接続ライン（５）を介してインジェクタの液体出口（４）に接続された少なくとも１個の液体入口（７）と、酸素が溶解した液体を提供するための少なくとも１個の液体出口（８）とを有する装置において、前記インジェクタは少なくとも２個のインジェクタチャンバ（１１、１２、１３、１４）を有するマルチインジェクタ（１）として構成されており、該インジェクタチャンバは液体の流動方向で互いに平行に配置され、それぞれ１個の吸引ポート（６、６’、６’’）を有し、液体出口（４）の領域において合流していること、及び大気を吸引するために少なくとも１個の吸引ポート（６）が配置されており、少なくとも１個の吸引ポート（６’、６’’）は戻りライン（１８、１８’）を介して少なくとも１個の脱ガスユニット（２）の排出ポート（９、９’）に接続されており、液体中に含まれている非溶解酸素は気液混合物の構成要素として前記吸引ポート（６’、６’’）を介して該当する脱ガスユニット（２）からマルチインジェクタ（１）に排出され、少なくとも１個の脱ガスユニット（２）の液体入口（７）は該脱ガスユニット（２）に接線方向で合流するスリーブ（１６）として形成されており、少なくとも１個の脱ガスユニット（２）は脱ガスユニット（２）の上方領域に集まる酸素より軽い空気中の溶解しなかったガス部分、主として窒素を排出するためのガス出口弁（１５）を有することを特徴とする液体を酸素富化するための装置。
【請求項３】
前記少なくとも１個の脱ガスユニット（２）の液体流出口（８）は、脱ガスユニット（２）に接線方向に合流するスリーブ（２５）として形成されていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記接続ライン（５）内にポンプ（１０）が配置されており、少なくとも１個のマルチインジェクタ（１）と少なくとも１個の脱ガスユニット（２）との間の接続ライン（５）を介して、溶解したガス及び溶解しなかったガス又はガス混合物を含んだ液体がマルチインジェクタ（１）の下流に配置された脱ガスユニット（２）に送られ、溶解しなかったガス部分を分離するために脱ガスユニット（２）に送られる液体はポンプ（１０）により追加的に圧力で付勢されていることを特徴とする請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
マルチインジェクタ（１）の少なくとも１個のインジェクタチャンバ（１３、１４）は吸引ポート（６’、６’’）を介して脱ガスユニット（２）の排出ポート（９、９’）と接続されており、脱ガスユニット（２）は空気中の溶解したガス部分及び溶解しなかったガス部分を含む液体のための接続ライン（５）を介して該当するマルチインジェクタ（１）と接続されていることを特徴とする請求項２〜４記載のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
マルチインジェクタ（１）の少なくとも１個のインジェクタチャンバ（１１、１２）は、内部に逆止め弁及び吸引保護ケージ（２４）が配置された大気を吸引するための吸引ポート（６）を有していることを特徴とする請求項２〜５記載のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１個の脱ガスユニット（２）は、上方断面で直径が拡大している管状容器として形成されており、その頂部領域にはマルチインジェクタ（１）の吸引ポート（６’）と接続された排出ポート（９）及びガス出口弁（１５）が配置され、その底部領域にはマルチインジェクタ（１）の吸引ポート（６’’）と接続された更なる排出ポート（９’）が配置されており、頂部領域に配置された排出ポート（９）から出発して液体入口（７）の下方まで延びている管（１７）が脱ガスユニット（２）の容器内に突入していることを特徴とする請求項２〜６記載のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
底部領域に配置された排出ポート（９’）から出発して液体出口（８）の上方まで延びている管（１７’）が脱ガスユニット（２）の容器内に突入していることを特徴とする請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素、特に空気中の酸素で液体を最適に制御された状態で酸素富化するための解決策に関する。本発明は、好ましくは水を酸素富化することに関する。本発明の対象は、当該方法、及びこの方法を実施するために構成された装置である。
【背景技術】
【０００２】
種々の用途に適うよう液体をガス又はガス混合物で富化することが必要であり、そのためにガスを制御してそれぞれの液体に導入し、液体に溶解させる。鉄分除去の目的では、水、特に地下水を酸素富化することが広く行われている。従って、これまでにガスを液体に導入するための解決策が多数提案されてきた。
【０００３】
例えば、所謂ウォータージェットポンプによってガスを水に導入することが知られている。これは例えばＣＨ８５９３２Ａ又はＤＥ１０２２４７１Ｂに記載されており、後者の公報に記載されたウォータージェットポンプは空気中の酸素で水を酸素富化するために用いられる。
【０００４】
更に、インジェクタによってガスを液体中に導入することも知られており、ベンチュリ原理により液体を断面が狭くなる部分を有する管状流路に貫流させる。この狭くなる部分にはガスを供給するために、流路に対して横断方向に延びるスリーブ又は管が合流しており、そこでは狭くなっているために高い動的圧力で通過する液体によって負圧が発生する。これに伴う吸引作用によりガスは流路内に吸引されて液体によって連行され、大部分が液体中に溶解する。当該インジェクタは、例えばＵＳ４，１２３，８００Ａに記載されている。
【０００５】
確かにこの種のインジェクタは非常に効果的であり、各ガスで液体を高富化することを可能とするが、ガスを液体に完全に溶解させることができないため、インジェクタの領域で導入されたガスの一部は溶解しない状態で、特に大きい気泡を形成しながら液体によって連行される。しかしこのことは、後続のユニット、例えば給水網のユニットで衝撃圧力が発生し得るという点で望ましくない。そのような衝撃圧力は例えばポンプ内でキャビテーションを引き起こし、その結果としてポンプが破損し、更には破壊される可能性がある。従って、富化の過程でガスは液体中に到達するが、そこで溶解しなかったガス又はガス混合物を再び液体から分離する措置を講じることが好ましい。この目的で、所謂デガッサー又は脱ガスユニットが用いられる。例えばＥＰ０７７１２３０Ｂ１により知られている装置では、インジェクタ内で液体がガスで富化され、液体に溶解しないガスはインジェクタの下流に配置されたデガッサー又は気液分離装置によって再び液体から分離される。このように分離されたガスは大気中に放出される。この公報に記載された解決策では、液体を富化するためのガス貯蔵器から純粋な酸素又はオゾンがインジェクタで注入される。この公報に記載のシステムで純粋な酸素を使用する場合は、供給される酸素の８５％を液体に移すことが可能である。
【０００６】
ＥＰ１４２３１８２Ｂ１により知られている、ガスを液体に溶解させる方法及びシステム若しくは装置では、当該ガスで富化された液体がタンク（例えば魚養殖用の水槽）に搬出される。その際に液体に溶解させるべきガスはインジェクタを介して混合器に送られ、この混合器にはガスで富化される液体も導入される。混合器の下流に配置された分離器において溶解しなかったガスは液体から分離され、そのガスは前記インジェクタを介して再び液体に送られる。分離器を通過する溶解ガスを含む液体は上述のタンクに導出される。この装置は純粋なガス、例えば酸素を導入するために構成されていることが好ましい。
【０００７】
この公報は、該装置を用いて空気等のガス混合物も液体（例えば水）に溶解させることができることを開示しているが、この装置はガス又はガス混合物で富化された液体を上述のタンクに搬出するために使用できないことがあり、また、加圧システムの一部として液体搬送に使用できないケースもある。その理由は、実際のガス分離が分離器において行われないからであり、難溶性のため溶解しなかったガス部分（例えば空気中に含まれる窒素）は、溶解したガス部分と溶解しなかったガス部分を含む気液混合物から分離されないからである。空気又は大気からの一次導入において、溶解しなかった酸素部分も、空気中の酸素よりはるかに高濃度で存在し、難溶性のために大部分溶解しなかった窒素も一緒に分離器からインジェクタを介して混合器に戻される。このとき同時に空気の混合器への一次導入が更に行われたら、その結果として下流に配置された分離器のドーム内で液面の上方に集まるガスの量がますます増え、装置によって送られる液体に関して繰り返しの流れ阻害が予想され、酸素で富化された水を収容するタンクへの接続ライン中に所謂ガスクッション又はガスプラグを形成する可能性がある。次にこのガスプラグは次第に液体をこのラインからタンク内へと押しのけ、最後にそれ自身がタンクに到達して破裂又は崩壊し、更に通過すると再び溶解ガスで富化された液体と共に分離器からタンクへの接続ラインに流入し得る。その結果、分離器に後続の機器又は機器部分へ搬出されるガスで富化された液体に圧力変動が生じる。これらの圧力変動のために、該公報に記載された装置を加圧システムにおいて使用することは、少なくとも溶解性が非常に多様なガスのガス部分を含むガス混合物を一次導入する場合（例えば加圧給水網の内部で空気を一次導入する場合）は根本的に不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＣＨ８５９３２Ａ
【特許文献２】ＤＥ１０２２４７１Ｂ
【特許文献３】ＵＳ４，１２３，８００Ａ
【特許文献４】ＥＰ０７７１２３０Ｂ１
【特許文献５】ＥＰ１４２３１８２Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、非常に高い酸素飽和度で液体に酸素富化すること、特に大気中の酸素をより一層効果的に富化することを可能にする解決策を提供することである。特にこの解決策は加圧システム（例えば加圧給水網）内部で、非常に高い飽和度を達成して液体を空気中の酸素で酸素富化することを可能とすることが有利である。この目的のための方法及び装置を示す。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題は、主請求項の特徴を有する方法によって解決される。この方法の実施に適した、課題を解決するための装置は、第１の物クレームによって特徴付けられる。本発明の有利な構成及び拡張は従属クレームによって与えられる。
【００１１】
課題を解決するために提案された方法によれば、液体を富化すべき酸素はガス混合物、即ち大気として少なくとも１個のインジェクタによって液体に導入されて液体に溶解する。気泡を形成する非溶解ガス部分を除去するために、空気中の溶解したガス部分と溶解しなかったガス部分を含む液体は、液体の流動方向でインジェクタの下流に配置された脱ガスユニットに送られる。
【００１２】
本発明によれば、インジェクタとして液体の流動方向で互いに平行に配置された少なくとも２個のインジェクタチャンバを有するマルチインジェクタが使用され、それぞれ１個の吸引ポートを有するインジェクタチャンバはマルチインジェクタの液体出口の領域において合流している。マルチインジェクタの吸引ポートではマルチインジェクタを貫流する液体によって負圧が引き起こされる。このとき負圧によってマルチインジェクタの少なくとも１個のインジェクタチャンバの吸引ポートを介して、マルチインジェクタ内に導入される大気が吸引される。マルチインジェクタの下流に配置された脱ガスユニットにおいては、空気中の溶解しなかったガス部分が液体から分離され、液体から分離された非溶解酸素部分は気液混合物の構成要素として再びマルチインジェクタに送られる。これは最初に大気を液体に導入するのに使用したマルチインジェクタである必要は必ずしもないが、同じであることが好ましい。該当するマルチインジェクタにおいて、気液混合物は再び酸素富化されるべき液体に導入される。本発明によれば、このとき非溶解酸素を含む気液混合物は、脱ガスユニットを最後に挙げたマルチインジェクタと接続している戻りライン内でマルチインジェクタを貫流する液体によって引き起こされる負圧に基づいて、脱ガスユニットから該当するマルチインジェクタへ排出される。
【００１３】
従って本発明によれば、液体中に未溶解の酸素部分が、最終的に液体中に溶解させることを試みて何度か供給されることにより、液体を富化すべき酸素が特に効率的に提供利用される。このようにして液体の酸素富化のための酸素を非常に高いパーセンテージで液体に移動させることができる。この場合、少なくとも１個の脱ガスユニットによって溶解しなかったガス部分が再び液体から確実に除去される。従って、例えばそれらのガス部分が本発明による方法に従って働く装置の下流に配置された給水網において圧力変動を招き、或いはそれどころかこの給水網のユニットを破損することはない。更に脱ガスユニットは、これらのガス部分が気液混合物、即ち気泡を含んだ液体の形で再び液体に導入できるようにする目的にも用いられる。実験により、本発明による方法は、例えば水を空気中の酸素で特に効果的に酸素富化できることがわかった。実験結果では、液体中の圧力及び温度に依存する酸素導入の飽和限界は約９８％に達することが分かった。
【００１４】
これに対し溶解しなかった酸素とは異なり、約７８％が窒素及び約２１％が酸素からなる空気のうち脱ガスユニット内で液体から分離されたより軽い非溶解ガス部分、特に窒素は、軽量であるため脱ガスユニットの上方領域に集まり、脱ガスユニットのガス出口弁を介して大気中に排出される。この場合、例えば空気を導入して水を酸素富化することに関して、窒素は水に溶解する傾向が酸素よりはるかに小さいことが利点である。ガス出口弁、好ましくは自動排気弁を介して脱ガスユニットから出る、残留空気と呼ばれるガス部分は、「普通の」大気より窒素の割合が更に著しく高い。その理由は、それ以前にマルチインジェクタ内及び脱ガスユニットに至る水の経路で空気中の酸素が大部分溶解したからである。しかしもちろんそれ以前に溶解しなかった酸素部分も、少量ガス出口弁を介して大気中に出ることは避けられない。しかし明細書において、表現及び形式を簡潔にするために以下では無視する。同様に、基本的に気泡を含んだ液体である戻された気液混合物にも少量の窒素が含まれているが、液体に、好ましくは水に溶解しなかった酸素部分が何度か溶解に供給されることを考えればやはり無視できる。いずれにせよ本発明にとって本質的なことは、液体又は水中で最初に溶解しなかった富化すべき酸素の大部分は、気液混合物と共に再び同じ或いは別のマルチインジェクタに送られ、これに対して難溶性ガス（特に窒素）の溶解しなかった部分は、液体から分離されるか、気液混合物から分離されてシステムから排出されることである。
【００１５】
本発明によれば、溶解しなかったガス部分及び溶解したガス部分を含む液体が目的に適うよう構成された脱ガスユニット内で強く渦形成されることによって、溶解しなかったガス部分を液体から特に良好で効果的に分離することができる。溶解しなかったガス部分が効果的に分離されたためにほとんど気泡のない高濃度の酸素富化液体が、脱ガスユニットの液体出口から出る。このように溶解しなかったガス部分を効果的に分離し、更により容易に溶解する酸素を、液体に溶解しにくいガス部分（特に溶解しなかった窒素部分）からほとんど分離できるので、本発明による方法は加圧された液体を用いる閉じた全体システムに適用するのに極めて適している。同時に、圧力を高めると液体に溶解する酸素の飽和限界、即ち液体に溶解させる酸素の理論的最大量、従ってこの方法を適用した場合に実際に液体に溶解する酸素の理論的最大量が増加するという利点が生じる。
【００１６】
液体を大気中の酸素で酸素富化する方法を実施するのに適した、課題を解決するための装置は、酸素を液体に導入して液体に溶解させる少なくとも１個のインジェクタと、液体の流動方向で少なくとも１個のインジェクタの下流に配置された少なくとも１個の脱ガスユニットからなる。前記インジェクタと前記脱ガスユニットは少なくとも１本の接続ラインによって互いに接続されており、この接続ラインを介して溶解したガス部分と溶解しなかったガス部分を含む液体が脱ガスユニットに送られる。脱ガスユニットにおいて液体に溶解しなかったガス部分は再び液体から分離される。装置の各インジェクタと各脱ガスユニットは、それぞれ少なくとも１個の液体入口と液体出口を有しており、脱ガスユニットの各液体入口は上述の接続ラインを介してインジェクタの液体出口と接続されている。更に、各インジェクタは少なくとも１個の吸引ポートを有し、各脱ガスユニットは溶解した酸素で酸素富化された液体のための少なくとも１個の液体出口を有する。
【００１７】
本発明によれば、少なくとも１個のインジェクタは少なくとも２個のインジェクタチャンバを有するマルチインジェクタとして構成されており、インジェクタチャンバはそれぞれ１個の吸引ポートを有して液体の流動方向で互いに平行に配置されて液体出口の領域において合流している。更に、課題を解決するために提案された装置では、少なくとも１個の脱ガスユニットは戻りラインを介してマルチインジェクタの吸引ポートに接続された少なくとも１個の排出ポートを有する。前記戻りラインを介して、脱ガスユニットによって液体から分離されたガス部分になおも含まれている液体中で富化すべき酸素は、気液混合物の構成要素として再び液体に導入にするために、戻りラインを介して脱ガスユニットと接続された該当するマルチインジェクタに送られる。その際に非溶解酸素を含む気液混合物は、戻りライン内でマルチインジェクタを貫流する液体によって引き起こされる負圧により脱ガスユニットから排出される。これに反して酸素より軽く液体に溶解しなかったガス部分、特に溶解しなかった窒素は、より軽いガス部分が集まる脱ガスユニット上方領域に配置されたガス出口弁を介して逃げる。このガス出口弁は自動排気弁であることが好ましい。この方法に従って設けられている少なくとも１個の脱ガスユニットに流入する液体の渦形成により、溶解しなかったガス部分を特に効果的に液体から分離するために、脱ガスユニットの液体入口は接線方向で脱ガスユニットに合流するスリーブとして構成されている。
【００１８】
上述した機構は本発明による方法を実施するための特別の構成に基づき、閉じた加圧システムでの使用、特に加圧給水網での使用が念頭に置かれている。後者の例について見れば、この機構は網内部で加圧された水を空気中の酸素で高度に酸素富化することを可能にし、特別の酸素貯蔵器から純粋な酸素を導入する必要がない点が有利である。
【００１９】
以上、本発明による装置を説明したが、本明細書において「少なくとも１個のマルチインジェクタ及び少なくとも１個の脱ガスユニット」とは、言うまでもなく用途に応じて場合によっては複数のマルチインジェクタ及び／又は複数の脱ガスユニットを有する機構を意味し、非常に多様な構成が考えられることを明らかにするためである。しかし、本発明による解決策の基本原理に従い、各脱ガスユニットと少なくとも１個のマルチインジェクタとの間にはいわば一種のフィードバックが存在しており、未溶解のため脱ガスユニットで再び液体から分離される、液体中で富化すべきガス又はガス混合物は、気液混合物の形をした液体に繰り返し導入する目的で再びマルチインジェクタに送られる。以下、本発明の装置の別の実施形態の説明は、単純化して一般に１個のマルチインジェクタと１個の脱ガスユニットについて行う。しかし本発明はマルチインジェクタと脱ガスユニットをそれぞれ１個しか有さない装置に限定されるものでは決してない。
【００２０】
本発明による装置の有利な拡張において、酸素で富化された液体のための液体出口は脱ガスユニットに対して接線方向に配置された若しくは接線方向で脱ガスユニットに合流するスリーブとして構成されている。これにより脱ガスユニット内で所望される液体の強い渦形成が助長される。
【００２１】
本発明による装置の好適な更なる実施形態においては、マルチインジェクタと脱ガスユニットとの接続ラインにポンプが配置されている。該マルチインジェクタは、溶解したガスと溶解しなかったガス又はガス混合物を含む液体をマルチインジェクタの下流に配置された脱ガスユニットに送るものである。このポンプによって溶解しなかったガス部分を分離するための脱ガスユニットに送られた液体が圧力で付勢される。これにより一方ではマルチインジェクタから出るときに液体中に生じる（例えば本発明による装置を給水網に結合する場合に）、望ましくない圧力損失が補償される。他方、脱ガスユニット内で達成される液体の渦形成が特に有利に更に強化される。液体入口及び場合によっては液体出口を接線方向に構成又は配置することにより、ポンプによって引き起こされる圧力上昇により、脱ガスユニットに流入する液体内に非常に強い渦が発生する。この渦により壁から離れて渦の中心で高いエネルギーが作用するため、遠心原理によって溶解しなかったガス部分は気液混合物の構成要素として溶解したガス部分を含む液体から分離される。
【００２２】
マルチインジェクタ又はその個々のインジェクタチャンバは、好ましくはベンチュリ原理に従い公知の方式で作動し、大気又は脱ガスユニットから戻された「残留空気」は吸引ポートを介して吸引されて液体に送られる。吸引ポートはそれぞれのインジェクタチャンバを貫流する液体のために断面を狭くした領域に配置されている。大気又は「残留空気」はこの吸引ポートを介してそこを通過する液体の吸引作用によりマルチインジェクタ又は対応するインジェクタチャンバに、ひいては液体内に引き込まれる。
【００２３】
マルチインジェクタの少なくとも１個のインジェクタチャンバはその吸引ポートを介して脱ガスユニットの排出ポートと接続されているが、この脱ガスユニットは脱ガスユニットから出るガス又はガス混合物を含む液体のための接続ラインを介して同じマルチインジェクタと接続されていることが好ましいが、同じマルチインジェクタである必要はない。
【００２４】
実用に適った装置の実施形態においては、大気を吸引する吸引ポート内に逆止め弁と吸引保護ケージが配置されている。この吸引保護ケージは、吸引作用に基づいて大気と一緒に吸引ポートを介して吸引されてしまった不純物がマルチインジェクタ内に侵入することを妨げる。逆止め弁は、特に機構が加圧下で停止している場合に、液体がマルチインジェクタからその大気用の吸引ポートを介して望ましくなく流出することを妨げる。
【００２５】
特に好適な実施形態に従い、脱ガスユニットは管状容器として構成されている。この容器は上方断面において直径が拡大し、マルチインジェクタの液体出口と接続された液体入口の下方で縮小している。この形状により脱ガスユニットに流入する液体の強い渦形成、及びそれにより気泡として現れる溶解しなかったガス部分の分離が特に助長される。容器の頂部領域にはマルチインジェクタの吸引ポートと接続された排出ポート、及びガス出口弁が配置されている。更にこの実施形態では容器の底部領域に場合によっては同じマルチインジェクタの吸引ポートと接続された別の排出ポートが配置されている。この場合、容器の頂部領域における排出ポートは、この排出ポートから出発して脱ガスユニットの液体入口の下方まで延びている管が容器内に突入するように形成されている。これにより、上昇するより軽いガスは出口弁を介して外に放出されるが、液体中に存在する溶解しなかった酸素からなる気泡は気液混合物の構成要素として前記管を介して直接排出ポートに送られ、そこから排出ポートと接続されたインジェクタチャンバに移されることが確保される。好ましくは更に、溶解しなかった酸素を含んだ気液混合物を脱ガスユニットの底部領域から直接排出する目的で、この領域に配置された排出ポートから出発して酸素で富化された液体のための液体出口の上方まで延びている管が脱ガスユニットを構成する容器内に突入している。
【００２６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による装置の実施形態の原理図。
【図２】本装置のマルチインジェクタの実施形態。
【図３】本装置のマルチインジェクタの実施形態。
【図４】本装置の脱ガスユニットの実施形態。
【図５】本装置の脱ガスユニットの実施形態。
【図６】本装置の脱ガスユニットの実施形態。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明に係る装置の一実施形態の原理図を示す。本実施形態は、水を空気中の酸素で酸素富化するための装置である。この装置はマルチインジェクタ１と脱ガスユニット２、酸素で富化される水及び気液混合物（本形態では溶解しなかった酸素又は溶解しなかった空気の気泡を含んだ水）のための接続ライン５、１８、１８’、２３、接続ライン５、１８、１８’、２３内に配置された弁１９、２０、２０’、２１、ポンプ１０及びポンプ１０とバルブ１９、２０、２０’、２１を制御する制御装置２２を有する。
【００２９】
図示される水を酸素富化するために用いられる装置は、例えば給水施設の一部である。給水施設では例えば井戸から採取した飲料水を鉄分除去の目的で酸素富化する。対応する水が給水施設の設備圧力でマルチインジェクタ１に送られる。図１に示す実施形態においてマルチインジェクタ１の上流には減圧弁１９が接続されているが、これは存在しなくともよい。減圧弁１９により圧力を必要に応じて少し低くし、及び特にほぼ一定に保つことができる。マルチインジェクタ１は、インジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４がベンチュリ原理で働くインジェクタである。インジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４では流入する水が断面を狭くした流路領域を通される。この狭くした領域で２個のインジェクタチャンバ１１、１２に対して大気を吸引するための吸引ポート６が設けられている。狭くした領域で水の流速が上昇することにより、吸引ポート６で吸引作用が発生して、空気が周囲からマルチインジェクタ１に引き込まれ、更に水に導入されて空気中の酸素は大部分が水に溶解する。ガス混合物（即ち部分的に溶解した酸素と溶解しなかった空気を含む水）は、接続ライン５を介して脱ガスユニット２に送られる。接続ライン５内には制御装置２２によって制御されるポンプ１０が配置されており、水は脱ガスユニット２に導入される前に圧力で付勢される。脱ガスユニット２では、溶解しなかった空気部分が遠心原理によって再び水から分離される。溶解した酸素を含んだ水は液体出口８と接続ライン２３を介して脱ガスユニット２の下流に配置された給水施設又は給水網のユニットに送られる。マルチインジェクタ１内で溶解しなかった空気部分は、本発明による装置の脱ガスユニット２において気泡を有する気液混合物又はガス水混合物の構成要素として溶解したガス部分を含んだ水から分離される。窒素及び脱ガスユニット２の上部に集まる過剰な空気又は残留空気は、ガス出口弁１５を介して大気に放出される。これに対して溶解しなかった酸素の大部分は、ガス水混合物の構成要素として再び計画的に水に導入する目的で排出ポート９、９’と戻りライン１８、１８’を介してマルチインジェクタ１内に吸引される。これは本発明にとって本質的なことである。マルチインジェクタではこのために別の吸引ポート６’、６’’がそれぞれインジェクタチャンバ１３、１４の狭隘領域に設けられている。これらの吸引ポート６’、６’’を介して、脱ガスユニット２内でガスが溶解した水から分離された溶解しなかった酸素を含んだガス水混合物が脱ガスユニット２の頂部領域と底部領域でマルチインジェクタ１に向けて排出される。
【００３０】
図２及び図３は、図１に示す装置に属するマルチインジェクタ１を２通りの断面図、即ち一方は軸方向断面図（図２）、他方は半径方向断面図（図３）で示す。図示の例によればマルチインジェクタ１内にはマルチインジェクタ１を通って富化される水の流動方向で４個のインジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４が互いに平行に配置されている。それぞれベンチュリ原理では働くインジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４のうち２個のインジェクタチャンバ１１、１２は大気を導入して水を酸素富化するために用いられる。これら両インジェクタチャンバ１１、１２に対してマルチインジェクタ１には共通の吸引ポート６が配置されており、この吸引ポートを介してインジェクタチャンバ１１、１２を貫流する水の吸引作用に基づいて周囲から空気が吸引される。これらのインジェクタチャンバ１１、１２内、しかし又インジェクタチャンバ１３、１４内の強い吸引作用は、マルチインジェクタ１若しくはそのインジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４を高い流速で通過する水によってもたらされる。この場合、対応する水の高流速はインジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４内にそれぞれ配置されたノズル、即ちジェットノズル２６と、流動方向でジェットノズルの下流に配置された断面減少のためのレジューサノズル２７によって達成される。吸引ポート６（詳細図示せず）には不純物を防ぐために逆止め弁及び吸引保護ケージ２４が配置されている。吸引された空気はインジェクタチャンバ１１、１２内で大部分が水中で極微小に溶解する。溶解した空気と溶解しなかった空気を含む水は、次にマルチインジェクタ１の液体出口４を通って排出され、図１に示す接続ライン５を介して脱ガスユニット２に送られる。マルチインジェクタ１の別の両インジェクタチャンバ１３、１４は、図３の半径方向に切断した断面図で明らかなように、それぞれ１個の吸引ポート６’、６’’を有する。これらの吸引ポート６’、６’’を介して、空気中の酸素であって、それまで水に溶解しなかった部分が、それ以前に脱ガスユニット２内で多数の気泡を含んだ水の形で現れるガス水混合物の構成要素として溶解したガス部分を含んだ水から分離されて、再び水に導入される。これらはこれらのインジェクタチャンバ１３、１４を貫流する水によってもたらされる吸引作用により、脱ガスユニット２からその排出ポート９、９’を通って排出され、インジェクタチャンバ１３、１４内で再び水に導入される。マルチインジェクタ１の液体出口４では、互いに平行に配置された４個のインジェクタチャンバ１１、１２、１３、１４によって形成された流路により液体がマルチインジェクタ１から搬出される前に再び合流する。
【００３１】
図４〜図６は、図１に示す装置の脱ガスユニット２を示す。同様に複数の断面図で、即ち軸方向断面図（図４）、及び更に一方では脱ガスユニット２の頂部領域（図５）の半径方向断面図、他方では脱ガスユニット２の底部領域（図６）の半径方向断面図で示す。図５の頂部領域に該当する部分の半径方向断面図から明らかなように、溶解した酸素と溶解しなかった空気を含む水は、脱ガスユニット２の管状容器に接線方向に合流するスリーブ１６を通って脱ガスユニット２に送られる。溶解した酸素で酸素富化された水は、同様に接線方向のスリーブ２５の形で形成された液体出口８を通って脱ガスユニット２から出る。こうすることにより及びそれ以前にポンプ１０（図１参照）によって追加的に形成された圧力により、脱ガスユニット２に流入する水は脱ガスユニット２の容器内で強く渦形成される。この渦形成に基づいて空気の溶解しなかった部分はガス水混合物として、溶解した酸素を含む水から分離される。水から分離された溶解しなかった窒素、或いはより正確に言えば最初に水に導入された空気中の酸素の一部が水に溶解したために窒素の割合が大気より高い、溶解しなかった空気は、ガス出口弁１５を通って大気中に排出される。これに対してまだ溶解していない酸素は大部分がガス水混合物又はガス空気混合物の構成要素として脱ガスユニット２の頂部領域及び底部領域にある排出ポート９、９’を通ってマルチインジェクタ１に向けて排出される。明らかなように、このために頂部領域に配置された排出ポート９からは水の流入スリーブ１６の下方まで延びている管１７と、底部領域で液体出口８の下方に配置された排出ポート９’からは液体出口８の上方まで延びている管１７’が、脱ガスユニット２の容器内に突入している。管１７を介して、遠心作用によって分離された非溶解酸素を含むガス水混合物は溶解した酸素で富化された水から直接上部排出ポート９に向かって排出され、そこから吸引ポート６’を介してインジェクタチャンバ１３内に吸引される。溶解しなかった酸素を含むガス水混合物は管１７’、下方排出ポート９’及び吸引ポート６’’を介して直接インジェクタチャンバ１４内に吸引される。脱ガスユニット２若しくはその容器内で溶解しなかったガス部分を分離するために渦形成されて溶解した酸素で富化された水は上述したように最後に容器の底部の液体出口８を通って排出されて、給水施設の後続のユニットに送られる。
【符号の説明】
【００３２】
１    マルチインジェクタ
２    脱ガスユニット
３    液体入口
４    液体出口
５    接続ライン
６    吸引ポート
６’  吸引ポート
６’’  吸引ポート
７    液体入口
８    液体出口
９    排出ポート
９’  排出ポート
１０    ポンプ
１１    インジェクタチャンバ
１２    インジェクタチャンバ
１３    インジェクタチャンバ
１４    インジェクタチャンバ
１５    ガス出口弁
１６    スリーブ
１７    管
１７’’  管
１８    戻りライン
１８’  戻りライン
１９    減圧弁
２０    バルブ
２０’  バルブ
２１    バルブ
２２    制御装置
２３    接続ライン
２４    吸引保護ケージ
２５    スリーブ
２６    ジェットノズル
２７    レジューサノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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