Test-Verfahren für H2-Badewasser
Bisher habe ich nur meine selbst entwickelten Geräte zur Anreicherung von warmem Badewasser mit H2-Gas getestet. Für die Geräte-Entwicklung war es wichtig, ein einheitliches Test-Verfahren festzulegen, um beurteilen zu können, mit welcher Konfiguration die schnellste und größtmögliche Anreicherung erreicht werden kann. Das erforderte sicher über hundert derartige Versuche.
Mein Test-Verfahren für das Anreichern von Badewasser mit H2-Gas durch Umpumpen
- Einrichten und Füllen der Badewanne
Die Badewanne wird mit 200 Liter Leitungswasser gefüllt welches eine Temperatur von mindestens 38 °C, und nicht mehr als 39 °C hat. Durch das Umpumpen während der Versuchsdauer von 30 bis 60 Minuten erwärmt sich das Wasser noch aufgrund der der Pumpleistung von 500 bis 800 Watt, daher die Temperaturspanne. Die Orte für das Absaugen und Einpritzen sind so zu wählen, dass eine gute Durchmischung sicher gestellt ist: Die Ansaugung in der Mitte der Wanne am Boden und den Ausströmer so an der Langen Seite der Wanne, dass das Wasser in der Wanne in ständiger kreisförmiger Bewegung ist. Die Füllmenge von 200 Liter kann näherungsweise über die Füllhöhe bestimmt werden. (Bei meiner Wanne sind das z.B. 26,2 cm für 200 Liter Inhalt.) - Umpumpen und Wasserproben nehmen
Zunächst wird das Wasser solange umgepumpt bis keine Luftblasen mehr aus dem Aussträmer kommen, das System also luftfrei umpumpt. In der Ansaugleitung direkt vor der Druck-Mix-Pumpe soll beim Umpumpen ein Unterdruck von höchstens 0,3 bar herrschen (sonst ist die Ansaugleitung zu dünn oder ein Vorfilter verstopft) . Dann wird das H2-Gas aus einem H2-Inhalator in die Druck-Mix-Pumpe eingeleitet. Wenn H2-Gas in die Pumpe strömt ist das deutlich hörbar und in dem Moment die Stoppuhr gestartet. Im Versuchsverlauf wird dann alle 5 Minuten eine Wasserprobe in der Mitte der Wanne über der Ansaugung und ca. 5 cm unter der Wasseroberfläche mit zwei 3-ml-Einwegspritze (ohne Nadel) entnommen. (Fünf Minuten dauert auch etwa eine sorgfältige Messung mit den "blauen Tropfen" und das Ablesen von Wasserdruck nach der Pumpe, Wassertemperatur und Wasserdurchfluss durch die Pumpe.) - Messen des H2-Gehalts alle 5 Minuten
Für jede Messung werden immer zwei Spritzen mit 3 ml Wasser langsam aufgezogen. Zunächst werden 3 ml in das Messgefäß gefüllt indem die Spritze sehr langsam so ausgedrückt wird, dass das Wasser an der Gefäßwand herunter fließt und so keine Turbulenzen beim Füllen verursacht. Die zweiten 3 ml Badewasser in der anderen Spritze kann auch zu einer Wiederholung der Messung verwendet werden, wenn die Erste Messung nicht gut gelungen ist. Ist der H2-Gehalt in der 3-ml-Probe noch so gering ist, dass sich weniger als 10 Tropfen entfärben lassen, wird das Probengefäß mit der zeiten 3-ml-Spitze auf 6 ml aufgefüllt, um im Bereich der geringen H2-Konzentrationen die Messgenauigkeit zu erhöhen. Das Wassser entfärbt sich dann wieder und das Eintropfen wird bis fortgesetzt bis sich der letze Tropfen nicht mehr entfärft. Diese letzte Tropfen der blau geblieben ist zählt nicht mit. Bleibt die Füllmenge bei 3 ml zählt jeder Tropfen doppelt, bei 6 ml nur einfach. Und diese Zahl wird zusammen mit der gestoppten Zeitdauer notiert. Erst am Ende der Messreihe wird aus der Tropfenzahl T der Waserstóffgehalt C in [ppm] berechnet, wenn der Kalibrierfaktor k bestimmt wurde. C [ppm] = 0,1 x T x k (Bestimmung von k siehe 5.) - Zugeführte H2-Gas-Menge
Zu Beginn des Umpumpens, wenn das Wasser noch keinen Waserstoff enthält, löst sich ein gleich großer Anteil des zugeführten H2-Gases im Wasser, erkennbar daran dass zu Beginn meist nur wengig Gas als Blasenstrom aus dem Ausströmer unter Wassers austritt. Enthält dann das angesaugte Wasser durch das Umpumpen bereits H2-Gas wird der Blasenstrom stärker bis sich schließlich gar gein zusätzliches H2-Gas mehr im Wasser lösen kann und alles zugeführte H2-Gas den Ausströmer wieder als Blasenstrom aus dem Ausströmer austritt. Dann ist es zweckmäßig die H2-Gas-Zufuhr zu reduzieren, was ggf. zu etwas besseren Endergebnissen führt, weil zu viel Gas das Einmixen von H2-Gas in der Druck-Mix-Pumpe stören kann. - Kalibrieren der Messreihe und Berechnung des H2-Gehalts nach Ende der Messreihe
Die chemische Reaktion der "blauen Tropfen", die zur einfach praktikablen Bestimmung der Konzentration von H2-Gas im Wasser verwendet werden, ist leider nicht ganz unabhängig von der Wasserqualität, d.h. bei destillierten Wasser reagieren sie möglicherweise anders als bei Leitungswasser in dem Mineralstoffe und Metall-Ionen enthalten sein können. Um dennoch vergleichbare Messwerte zur Einschätzing der Effektivität der verwendeten Geräte zu erhalten ist es sinnvoll, die Messtropfen auf die einfache Sättigung des real verwendeten Wassers zu kalibrieren.
Dazu entnimmt man eine größere Menge des warmen Badewassers nach Beenden der Messreihe und bringt den H2-Gehalt dieses Wassers auf die einfache Sättigung bei 23 °C von ca. 1,6 ppm. Das ist möglich indem ich das Wasser in eine H2-Booster-Flasche gefüllt wird und darin ohne Deckel sehr lange mit H2-Gas durchströmt wird. Genauso kann dazu ein Inhalator mit Diffusionsstab verwendet werden. Die das Badewasser durchströmenbden H2-Gas-Bläschen lassen dann den übersättigten Anteil an H2-Gas mit entweichen bis zum Erreichen der einfachen "Normal-Sättigung" des Wassers. Dieses Wasser hat dann bei bei Raumtemperatur einen H2-Gehalt von ca. 1,6 ppm (bei 38 °C ca. 1,4 ppm).
Die Anzahl der "blauen Tropfen" n, die sich in diesem Wasser gerade noch entfärben, sollten also 1,6 ppm entsprechen und der Kalibrierfaktor für die in der Messreihe ermitelten Tropfenanzahlen ist dann: k = 1,6 / (n x 0,1) [ppm]. (k wird dann oben in die Formel unter 3. eingesetzt)
- Charakteristische Kurven zur Anreicherungsgeschwindigkeit
Selbstverständlich braucht das gleiche Gerät eine längere Zeit dazu eine größere Wassermenge mit H2-Gas anzureichern als eine kleine Wassermenge. Daher ist es sinnvoll die erreichte Sättigung des Badewassers mit H2-Gas nicht auf die benötigte Zeitdauer für 200 Liter Wasser zu beziehen, sondern darauf wie häufig das Wasser dazu umgewälzt, also umgepumpt werden muss. Bei den charakteristischen Kurven der Anreicherungsgeschwindigkeit wird daher der Gehalt an H2-Gas in ppm über dem Anteil des bereits umgepumpten Wassers in % aufgetragen. So wird die Fördermenge der Pumpe normiert. 100% auf der x-Achse bedeutet dann, dass alles Wasser theoretisch einmal durch das Gerät gepumpt wurde, und 200 % markieren entsprechend, den Zeitpunkt zu dem doppelt so viel Wasser umgepumt wurde, als in der Badewanne vorhanden ist. Oder umgekehrt, um diesen Anreicherungswert in [ppm] zu erreichen müssen 200 % der Wassermenge in der Badewanne durch das Gerät gepumpt worden sein.
Ebenso lässt sich der Einfluss der Wassertemperatur auf die Sättigung normieren indem nicht der H2-Gehalt in ppm angegeben wird, sondern das Maß der Sättigung, bzw. Übesättigung. Die Angabe von 100 % bedeutet dann gesättigtes H2-Wasser und 200 % doppelt Übersättigtes H2-Wasser. Zur Berenung der Sättigung in Prozent wird einfach die Ermittelte Anzahl "blauer Tropfen" durch die Anzahl der Tropfen an gesättigten Badewasser geteilt und mal 100 genommen.
Die Anzahl der Tropfen an gesättigtem Badewasser wird so bestimmt, das am Ende der Anreicherung etwas Badewasser entnommen wird und diese 10 - 20 Minuten lang mit H2-Gas aus einem Inhalator "durchsprudelt" wird. Die größeren Gasblasen reißen recht schnell den Anteil an H2-Gas aus dem Wasser, der zu einer Übersättung führt und zurück bleibt einfach Gesättigtes H2-Wasser von genau der Wasserqualität an der auch zuvor die laufenden Messungen erfolgten. - Effektivität des Anreicherungsgerätes als einfache Kennzahl
Um die Leistungsfähigkeit eines Gerätes zur H2-Anreicherung von Badewasser vergleichen zu können, kann zusätzlich der Wt-Wert bezogen auf das Wasservolumen in der Badewanne und die erforderliche Zeitdauer bis zum Erreichen des gemessenen H2-Gehalts bestimmt werden. Der Wt-Wert gibt an, wie viel Milliliter H2-Gas sich je Minute in einem Liter Wasser im Durchfluss bei der Temperatur t gelöst haben. (Berechnungsformel siehe hier.) Erfahrungsgemäß ist es sinnvol als Vergleichsmaßstab den Wt-Wert nach 30 Minuten Umpumpen zu bestimmen.
Test-Verfahren für das Anreichern von Badewasser mit H2-Gas im einmaligen Durchlauf
Um hohe Anreicherungswerte bereits beim ersten Durchlauf durch die Druck-Mix-Pumpe zu erreichen, ist die dazu erforderliche H2-Gas-Menge, die in die Druck-Mix-Pumpe eingespeist werden muss, wesentlich größer. Wird weniger H2-Gas eingespeist ist auch das Resultat schlechter. Demgegenüber kann durch Umpumpen auch mit gereingerer H2-Gas-Zufuhr die maximale Konzentration erreicht werden, aber es deuert entsprechend länger.
- Aufbau der Versuchseinrichtung
Der Ansaugschlauch wird direkt an einen Wasserhahn einer Druckleitung angeschlossen, die Pumpe eingeschaltet und das Wasser fließt aus dem Ausströmer direkt in den Abfluss der leeren Badewanne. Dann wird bei laufender Pumpe der Zufluss zur Pumpe durch den Wasserhahn so weit gedrosselt, dass sich am Eingang der Pumpe ebenfalls ein leicher Unterdruck, aber nicht mehr als minus 0,3 bar einstellt. Die Pumpe saugt das H2-Gas also selbst ein. Wird als H2-Gas-Quelle ein Inhalator verwendet ist wichtig, dass dieser am H2-Auslass auch unterdruckfest ist. (Erkennbar daran dass bei ausgeschaltetem Inhalator mit dem Mund auch bei starkem Saugen keine Luft aus dem Inhalator gesaugt werden kann.) - Messung des H2-Gehalts
Dann wird der Druck-Mix-Pumpe so viel H2-Gas zugeführt, dass diese noch ausreichend Druck erzeugen kann und nicht leer läuft. Mit dem Ausströmer wird dann ein 10 Liter-Eimer in der Wanne gefüllt der im Dauerbtrieb der Pumpe überläuft und Die gewünsche Wassertemperatur im einer während des Durchflusses gemessen und eingestellt. Nach weiterem Durchfluss wird der Ausström, bevor daraus wieder mit einer 3ml-Spritze die Messprobe entnommen wird.
Die eigentliche Messung mit den blauen Tropfen erfolgt dann wieder wie oben unter 3. und der Bestimmung des Kalibrierfaktor wie unter 5.
Bei mehreren Versuchen hintereinander am selben Wasserhahn genügt es den Kalibrierfaktor nur einmal zu bestimmen. (Die Wasserqualität aus dem öffentlichen Leitungsnetz in Bezug auf die Inhaltsstoffe kann sich aber auch von Tag zu Tag ändern. insbesondere wenn Arbeiten am Leitungsnetz statt finden.) - Effektivität des Anreicherungsgerätes als einfache Kennzahl
Um die Leistungsfähigkeit eines Gerätes zur H2-Anreicherung von Badewasser vergleichen zu können, kann zusätzlich der Wt-Wert bezogen auf den Durchfluss durch die Pumpe bestimmt werden. Der Wt-Wert gibt an, wie viel Milliliter H2-Gas sich je Minute in einem Liter Wasser im Durchfluss bei der Temperatur t gelöst haben. (Berechnungsformel siehe hier.)
