PL221861B1 - Rozpraszacz dyfuzyjny do nasycania wody gazem, zestaw do nasycania wody gazem, sposób nasycania wody gazem i zastosowanie - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest rozpraszacz dyfuzyjny do nasycania wody gazem, zawierający element dyfuzyjny do rozpraszania przepuszczanego przez niego gazu, w którym element dyfuzyjny (1) stanowi węgiel drzewny. Wynalazek obejmuje także zestaw do nasycania wody gazem, zawierający element dyfuzyjny umożliwiający wydostawanie się gazu do wody oraz sposób nasycania wody gazem, a także zastosowanie węgla drzewnego jako element dyfuzyjny.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rozpraszacz dyfuzyjny do nasycania wody gazem, urządzenie do nasycania wody gazem, sposób nasycania wody gazem i zastosowanie węgla drzewnego.

Dla środowiska wodnego takiego jak staw czy akwarium bardzo istotne jest silne sprzężenie go z powietrznym środowiskiem atmosferycznym, zarówno w aspekcie stabilizacji zawartości tlenu w wodzie, jak i ochrony przed głębokim niedoborem lub, przeciwnie, nadmiernym gromadzeniem się dwutlenku węgla. Niedobór dwutlenku węgla w zbiornikach wodnych może wystąpić w warunkach naświetlenia przy intensywnym wzroście roślin, między innymi skutkując głęboką alkalizacją wody; natomiast do gromadzenia nadmiaru CO₂ może dojść nocą lub wskutek niepożądanego nadmiernie obfitego nawożenia dwutlenkiem węgla, co może skutkować nawet śmiercią całej populacji ryb. Regulacja stężeń gazów takich jak tlen czy powietrze poprzez dobre napowietrzanie wody, oraz regulacja stężenia dwutlenku węgla, skutecznie przeciwdziała katastrofom środowiska wodnego. Ponadto, ruch wody wywoływany przez dyfundujące bąbelki gazu zapewnia niezmiernie korzystne łagodne, lecz masywne, mieszanie całej objętości wody. Dodatkową korzyścią jest przyspieszenie usuwania szkodliwych gazów z wody. W przypadku akwarium nie bez znaczenia bywa także dekoracyjny walor unoszących się w wodzie kolumn, draperii, czy chmurek (przy pulsacyjnym działaniu pompy) srebrzystych lub białych bąbelków powietrza.

Istniejące na rynku dyfuzory stosowane przykładowo do napowietrzania wody można podzielić na kilka grup. Pierwszą stanowią dyfuzory wykonane z piaskowca przez wycięcie z naturalnego piaskowca kostki, zazwyczaj prostopadłościennej o zaoblonych krawędziach, nawiercenie jej i wprowadzenie w otwór króćca z podłączoną rurką doprowadzającą gaz. Gaz wprowadzany do kostki przenika przez szczeliny pomiędzy ziarnami piaskowca i uchodzi na zewnątrz, do środowiska wodnego w postaci bąbli.

Inny rodzaj dyfuzorów stanowią elementy ze spieku ceramicznego lub szkła, wytwarzane przez spiekanie ze sobą drobnych ziaren kwarcowych, szklanych i innych w formę o określonym kształcie. Forma ta posiada otwór zaopatrzony w króciec, do którego podłącza się rurkę doprowadzającą gaz. Podobnie jak w dyfuzorach piaskowcowych gaz przenika przez komory pomiędzy stopionymi ziarnami i uchodzi na zewnątrz, do środowiska wodnego.

Kolejnym rodzajem dyfuzora jest prostopadłościenna kostka drewniana, zazwyczaj z drewna lipowego, z nawierconym w jednym z boków (zazwyczaj krótszym) otworem zaopatrzonym w króciec, do którego podłącza się rurkę doprowadzającą gaz. Gaz wprowadzany do wnętrza kostki przenika poprzez strukturę drewna zgodnie z orientacją porów na zewnątrz i uchodzi do środowiska wodnego, zazwyczaj jedynie przez dwie z czterech większych ścianek (ze względu na orientację rurek tworzących strukturę drewna).

Inną grupę dyfuzorów tworzą dyfuzory z tworzywa sztucznego, powstałe w wyniku perforacji co najmniej jednej ściany elementu wykonanego z syntetyku. Może to być plastikowa komora lub rurka. Gaz doprowadzony do wnętrza elementu uchodzi przez otwory do środowiska wodnego.

Cechą wspólną wyżej wymienionych dyfuzorów jest duży stosunek łącznej powierzchni dyfuzora nieprzepuszczalnej dla gazu do łącznej powierzchni szczelin, przez które gaz może uchodzić. We wszystkich-poza kostką z drewna lipowego-przypadkach, objętość ziaren tworzących dyfuzor jest znacznie większa od objętości powstałych pomiędzy nimi szczelin, a szczeliny nie mają charakteru rurkowatego, ani nie są zorientowane. W przypadku kostki z drewna lipowego szczeliny mają orientację wyznaczoną przez kierunek rurek tworzących strukturę drewna, jednak łączna objętość materiału organicznego nieprzepuszczalnego dla gazu jest znacznie większa, niż łączna objętość szczelin.

Rozpraszacz dyfuzyjny według wynalazku przeznaczony do nasycania wody gazem zawiera element dyfuzyjny rozpraszający przepuszczany przez niego gaz i charakteryzuje się tym, że element dyfuzyjny stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów. Korzystnie, rozpraszacz zawiera komorę połączoną z przewodem doprowadzającym gaz, przy czym element dyfuzyjny umożliwia wydostawanie się gazu na zewnątrz komory. Gazem przepuszczanym przez element dyfuzyjny może być dowolny gaz, korzystnie wybrany spośród dwutlenku węgla, tlenu i powietrza.

W jednej realizacji wynalazku komora rozpraszacza dyfuzyjnego wykonana jest w całości z węgla drzewnego stanowiącego materiał dyfuzyjny, a korzystnie komora jest wydrążona w bryle węgla drzewnego.

W innej realizacji rozpraszacza dyfuzyjnego komora składa się z obudowy wykonanej z materiału nieprzepuszczalnego dla wody i gazów, do której szczelnie przyłączony jest element dyfuzyjny

PL 221 861 B1 stanowiący płytkę węgla drzewnego. Obudowa komory może być wykonana z materiału takiego jak materiał ceramiczny, szkło, plastik lub metal. Obudowa komory korzystnie stanowi korytko wykonane z materiału ceramicznego, na wierzchu którego osadzony jest element dyfuzyjny w postaci płytki węgla drzewnego szczelnie umocowanej do obudowy. W korzystnym wariancie wykonania płytka osadzona jest poniżej górnych krawędzi obudowy, z burtami obudowy ceramicznej sięgającymi ponad szczelnie umocowany element dyfuzyjny.

Zestaw do nasycania wody gazem zgodnie z wynalazkiem posiada pompę do pompowania gazu, rozpraszacz dyfuzyjny zawierający element dyfuzyjny umożliwiający wydostawanie się gazu do wody oraz przewód rurowy przeznaczony do połączenia pompy z rozpylaczem dyfuzyjnym i charakteryzuje się tym, że element dyfuzyjny stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów.

Sposób nasycania wody gazem zgodnie z wynalazkiem polega na tym, że przepuszcza się przez wodę bąbelki gazu powstałe w wyniku przepuszczenia gazu przez zanurzony w wodzie rozpraszacz dyfuzyjny, w którym element dyfuzyjny stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów.

Wynalazek obejmuje także zastosowanie węgla drzewnego posiadającego strukturę rurkowatych porów jako elementu dyfuzyjnego w rozpraszaczu dyfuzyjnym do nasycania wody gazem, korzystnie dwutlenkiem węgla, tlenem lub powietrzem.

Element dyfuzyjny z węgla drzewnego posiada strukturę rurkowatych porów o znikomej objętości ścianek węglowych je rozdzielających. Taka struktura zapewnia zdecydowanie najwyższą wydajność wśród dyfuzorów spotykanych na rynku. Węgiel drzewny może produkować pęcherzyki gazu o stopniu rozdrobnienia porównywalnym z dyfuzorami z drewna lipowego lub spieków ceramicznych, jednak jego wydajność może być znacznie większa. Skutkuje to zwiększoną efektywnością nasycania wody powietrzem lub tlenem, a w związku z trwałością zastosowanego materiału dyfuzora, zapewnia jednocześnie długotrwałą eksploatację.

Dyfuzor węglowy doskonale nadaje się do wprowadzania do wody dwutlenku węgla zapewniając znacznie większą wydajność niż przy stosowaniu dyfuzora ze spieku ceramicznego lub z drewna lipowego. Dlatego dyfuzor węglowy, zwłaszcza z węgla o nieco większych porach, doskonale nadaje się również do masywnego napowietrzania wody w akwarium, w przeciwieństwie do drobnoziarnistych spieków lub drewna lipowego, które mogą realizować jedynie bardzo mało intensywne napowietrzanie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny rozpraszacza dyfuzyjnego w całości wykonanego z węgla drzewnego w dwóch przykładach wykonania, fig. 2-przekrój podłużny rozpraszacza dyfuzyjnego w całości wykonanego z węgla drzewnego z wydrążoną komorą, fig. 3-przekrój poprzeczny rozpraszacza dyfuzyjnego z fig. 2 w dwóch odmianach wykonania, fig. 4-przekrój poprzeczny rozpraszacza dyfuzyjnego składającego się z obudowy i szczelnie osadzonego na niej elementu dyfuzyjnego, fig. 5-przekrój poprzeczny rozpraszacza dyfuzyjnego w wariancie wykonania z płytką elementu dyfuzyjnego osadzoną poniżej górnych krawędzi obudowy, z burtami obudowy ceramicznej sięgającymi ponad szczelnie umocowany element dyfuzyjny, fig. 6-widok perspektywiczny rozpraszacza dyfuzyjnego z obudową ceramiczną bez wystających burt, a fig. 7-widok perspektywiczny rozpraszacza dyfuzyjnego z obudową szklaną bez wystających burt.

Rozpraszacz dyfuzyjny z fig. 1 w całości stanowiący element dyfuzyjny 1 wykonany z węgla drzewnego ma kształt bryły walca lub prostopadłościanu, do którego za pomocą uszczelnienia 5 poprzez króciec 6 przyłączony jest przewód 3 doprowadzający gaz. Gaz wydostaje się na zewnątrz rozpraszacza poprzez pory w materiale elementu dyfuzyjnego-węglu drzewnym.

Przedstawiony na fig. 2 przekrój podłużny rozpraszacza dyfuzyjnego w całości wykonanego z węgla drzewnego obrazuje wykonanie wynalazku z wydrążoną komorą 2, do której poprzez umocowany uszczelnieniem 5 króciec 6 połączony z przewodem 3 doprowadzany jest gaz. Fig. 3 ilustruje ten sam przykład wykonania w przekroju poprzecznym w dwóch odmianach.

Rozpraszacz dyfuzyjny z fig. 4 składa się z obudowy 4 w kształcie zamkniętego na końcach korytka z wierzchu przykrytego płytką elementu dyfuzyjnego 1 osadzoną szczelnie przy pomocy uszczelnienia 8 z utworzeniem komory 2. Poprzez obudowę 4 przeprowadzony jest króciec 6 połączony z przewodem 3 doprowadzającym gaz. Obudowa może być wykonana z każdego materiału nieprzepuszczalnego dla wody i gazu, przykładowo szkła, plastiku, metalu czy materiału ceramicznego. Umocowanie elementu dyfuzyjnego można przeprowadzić stosując uszczelnienie nieoddziaływujące z wodą np. silikonowe czy żywiczne, takie jak żywica epoksydowa.

PL 221 861 B1

Fig. 5 przedstawia wariant rozpraszacza dyfuzyjnego w wykonaniu z ceramiczną obudową 4 z burtami 9 unoszącymi się ponad szczelnie umocowany element dyfuzyjny 1 w postaci płytki węgla drzewnego. Ceramiczna obudowa 4 w tym przykładzie wykonania wynalazku stanowi fantazyjny korpus ceramiczny imitujący skały podwodne, co zapewnia dodatkowo walory estetyczne przy stosowaniu rozpraszacza do napowietrzania wody w akwarium. Płytka elementu dyfuzyjnego 1 zamykająca komorę 2 jest w tym wariancie wykonania oparta na podpórce uszczelniającej 7 z kleju silikonowego i jest dodatkowo umocowana uszczelnieniem 8 z żywicy epoksydowej. Gaz do komory 2 wprowadzany jest poprzez króciec 6 połączony z przewodem 3 doprowadzającym gaz. Króciec 6 jest trwale zamocowany przy pomocy uszczelnienia 5 z kleju silikonowego.

Fig. 6 przedstawia wykonanie wynalazku w wersji z ceramiczną obudową o fantazyjnym kształcie skalnego korytka przykrytego płytką elementu dyfuzyjnego 1 z węgla drzewnego, w odmianie bez burt wznoszących się powyżej płaszczyzny dyfuzora. Płytka węglowa otoczona jest na brzegach ramą uszczelnienia 8 z żywicy epoksydowej.

Przedstawione na fig. 7 wykonanie wynalazku odnosi się do rozpraszacza o obudowie 4 komory 2 wykonanej ze szkła, do której poprzez króciec 6 szczelnie umocowany do obudowy 4 doprowadzany jest gaz, który następnie przechodzi przez element dyfuzyjny 1 stanowiący zamknięcie szklanego korytka z wierzchu. Wydostawanie się gazu inną drogą jest uniemożliwione poprzez szczelne umocowanie elementu dyfuzyjnego 1.

W zestawie do nasycania gazem wody w zbiornikach wodnych zgodnie z wynalazkiem pompa tłoczy gaz poprzez przewód 3 do rozpraszacza dyfuzyjnego zanurzonego w wodzie, w dowolnym opisanym wariancie wykonania, posiadającego element dyfuzyjny 1 z węgla drzewnego umożliwiający przenikanie gazu i jego wydostawanie się do wody w postaci drobnych bąbelków.

Zgodnie z ujawnionym w przedmiotowym wynalazku sposobem nasycania wody gazem, przez wodę w zbiorniku przepuszcza się bąbelki gazu wydostające się z zanurzonego w tej wodzie rozpraszacza dyfuzyjnego, do którego tłoczony jest gaz, korzystnie dwutlenek węgla, powietrze lub tlen. Gaz pod wpływem ciśnienia przenika przez element dyfuzyjny rozpraszacza wykonany z węgla drzewnego i ulega rozproszeniu w wodzie na bardzo drobne bąbelki o dużej powierzchni kontaktu z wodą, zwiększając w ten sposób skuteczność nasycania w stosunku do znanych rozwiązań.

Powszechnie spotykaną wadą drobnobąbelkowych dyfuzorów jest ich szybkie przytykanie się i utrata wydajności. Ta wada zależy od współczynnika objętości aktywnych porów do objętości ciała stałego w materiale dyfuzora. Z powodu korzystnej objętości porowej, odporność dyfuzora węglowego na to zjawisko jest znacznie większa niż alternatywnych rozwiązań o porównywalnej jakości rozdrabniania bąbli gazu.

W przypadku utraty wydajności dyfuzora w wyniku długotrwałego użytkowania, dyfuzor węglowy można bardzo łatwo zregenerować poprzez odkamienienie, polegające na wyczyszczeniu porów z nagromadzonego osadu i przywrócenie urządzeniu pełnej wydajności. Czyszczenie przeprowadza się korzystnie przepuszczając przez rozpraszacz dyfuzyjny roztwór łagodnego kwasu. Do końcówki rurki doprowadzającej gaz można wówczas podłączyć pompę zasysającą i zaciągać ciecz poprzez dyfuzor w przeciwnym kierunku niż podczas normalnego używania w celu nasycania gazem. Roztwór kwasu 5 należy korzystnie przeciągnąć przez dyfuzor w kilku porcjach, dla uwolnienia od kamienia nie tylko łatwo, ale także średnio i trudnodostępnych miejsc węglowego elementu dyfuzyjnego.

Odkamienianie dyfuzora w akwarium można przeprowadzić 10 także przy pomocy kwasku cytrynowego, bez wyjmowania elementu dyfuzyjnego z wody, poprzez nasypanie na powierzchnię dyfuzora kwasku i zassanie wody ze zbiornika poprzez dyfuzor. Szczególnie korzystny dla tego sposobu odkamieniania jest wariant rozpraszacza dyfuzyjnego z 15 burtami wystającymi ponad element dyfuzyjny. Sposób ten jest wówczas prosty i zasadniczo nie niesie ryzyka zaburzenia środowiska wodnego akwarium.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rozpraszacz dyfuzyjny do nasycania wody gazem, zawierający element dyfuzyjny do rozpraszania przepuszczanego przez niego gazu, znamienny tym, że element dyfuzyjny (1) stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów.
2. 2. Rozpraszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera komorę (2) połączoną z przewodem (3) doprowadzającym gaz.

   PL 221 861 B1
3. 3. Rozpraszacz według zastrz. 2, znamienny tym, że komora (2) wykonana jest w całości z węgla drzewnego stanowiącego materiał dyfuzyjny.
4. 4. Rozpraszacz według zastrz. 3, znamienny tym, że komora (2) jest wydrążona w elemencie dyfuzyjnym (1) stanowiącym bryłę węgla drzewnego.
5. 5. Rozpraszacz według zastrz. 2, znamienny tym, że komora (2) składa się z obudowy (4) wykonanej z materiału nieprzepuszczalnego dla wody i gazów, w której szczelnie osadzony jest element dyfuzyjny (1) stanowiący płytkę węgla drzewnego.
6. 6. Rozpraszacz według zastrz. 5, znamienny tym, że obudowa (4) komory (2) wykonana jest z materiału ceramicznego, szkła, plastiku lub metalu.
7. 7. Rozpraszacz według zastrz. 6, znamienny tym, że obudowa (4) komory (2) stanowi korytko wykonane z materiału ceramicznego, na wierzchu którego osadzony jest element dyfuzyjny (1) w postaci płytki węgla drzewnego szczelnie umocowanej do obudowy (4).
8. 8. Rozpraszacz według zastrz. 7, znamienny tym, że płytka elementu dyfuzyjnego (1) osadzona jest poniżej górnych krawędzi obudowy (4), z burtami (9) obudowy ceramicznej sięgającymi ponad szczelnie umocowany element dyfuzyjny (1).
9. 9. Zestaw do nasycania wody gazem, zawierający pompę przeznaczoną do pompowania gazu, rozpraszacz dyfuzyjny zawierający element dyfuzyjny umożliwiający wydostawanie się gazu do wody oraz przewód rurowy przeznaczony do połączenia pompy z rozpraszaczem dyfuzyjnym, znamienny tym, że element dyfuzyjny (1) stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów.
10. 10. Sposób nasycania wody gazem, w którym przepuszcza się przez wodę bąbelki gazu powstałe w wyniku przepuszczenia gazu przez zanurzony w wodzie rozpraszacz dyfuzyjny, znamienny tym, że gaz przepuszcza się przez rozpraszacz, którego element dyfuzyjny stanowi węgiel drzewny posiadający strukturę rurkowatych porów.
11. 11. Zastosowanie węgla drzewnego posiadającego strukturę rurkowatych porów jako elementu dyfuzyjnego w rozpraszaczu dyfuzyjnym do nasycania wody gazem.
12. 12. Zastosowanie według zastrz. 11, znamienne tym, że gaz jest wybrany z grupy obejmującej dwutlenek węgla, tlen i powietrze.