DE69821253T2 - Vorrichtung zum verbesserten mischen von flüssigkeiten - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von wenigstens einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit, welche(s) durch ein Fluidsystem fließt bzw. strömt.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der EP-A-0 268 968, der WO 94 02680 A und der US-A-5.540.848 bekannt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Verwendung von Ultraviolett (UV)-Strahlung, um Mikroorganismen in Luft oder Fluid- bzw. Flüssigkeitssystemen abzutöten bzw. zu zerstören, ist wohlbekannt. Jedoch sind die herkömmlichen UV-Desinfektionssysteme in der Energieausnutzung nicht sehr effizient. Bis zu zweimal soviel Energie bzw. Leistung wird verwendet, als theoretisch notwendig ist, weil das UV-Licht durch das Fluid nach Hindurchdringen nur um eine kurze Strecke (weniger als 1 Inch in Wasser beispielsweise) absorbiert wird, mit dem Ergebnis, dass Fluid, welches nicht nahe zu der Lampe kommt, nicht behandelt wird. Diese Erfindung schlägt ein Verfahren zum Erzeugen eines in erheblichem Umfang aufrechterhaltenen Mischens entlang der Länge der UV-Lampe vor, um im wesentlichen das gesamte Volumen des Fluids nahe zu der Lampe für gleichmäßige Behandlung zu bringen.
  • Herkömmliche, gruppierte bzw. gestapelte ("arrayed") Niedrigdruck/Niedriglampenleistungs-UV-Desinfektionssysteme weisen verhältnismäßig lange Fluidverweilzeiten innerhalb der Mischvorrichtung und UV-Lampen mit einer Länge in der Richtung des Fluidstroms auf, welche es erlauben, dass ein ausreichendes Mischen erhalten wird, um in einer Niedrigenergieausnutzungseffizienz zu resultieren. Durch die Einführung von Mitteldruck/Hochleistungslampen-Systemen werden sowohl die Fluidverweilzeit als auch die Länge der Lampen vermindert, während der Zwischenraum bzw. Abstand rechtwinklig zu dem Fluidstrom zwischen benachbart bzw. angrenzend gruppierten bzw. angeordneten Lampen erhöht wird, mit dem Ergebnis, dass die Energieausnutzungseffizienz noch weiter reduziert wird. Es ist gezeigt worden, dass Misch-Leit- bzw. -Ablenk- bzw. -Prallbleche die Energieausnutzungseffizienz verbessern können. Jedoch sind die durch die Leitbleche erzeugten Mischwirbel kurzlebig und erfordern einen hohen Energieeingang (Druckabfall bzw. -verlust). Abfallwasser-Desinfektionssysteme sind in üblicher Weise Systeme mit Schwerkraftzuführung, welche keine großen Beträge von Druckhöhe bzw. -gefälle (Druck) aufweisen, welches für Mischen verwendet werden kann. Die Notwendigkeit, Strömungsenergie in Wirbel effizient umzuwandeln, welche das Fluid effektiv mischen, welches behandelt wird, nimmt zu, weil in den meisten Abwasserbehandlungsanlagen bzw. Kläranlagen wenig Strömungsenergie (d. h. Druckabfall bzw. -verlust) einzusparen ist. Anlagen werden mit spezifischen Druckabfall- bzw. verlusterfordernissen im Sinne bzw. im Vorhaben gebaut. Bei einer Nachrüst- bzw. Umbauanwendung kann man über einen Druckabfall bzw. -verlust von weniger als sechs Inch Wasser verfügen, um das erforderliche Mischen zu vollbringen.
  • Um den unerwünschten Kompromiss zwischen Energieeffizienz und Energieeingang zu beseitigen, schlägt die vorliegende Erfin dung eine Menge von Wirbeln vor, die im wesentlichen in der Richtung des Fluidstroms axial ausgerichtet sind und sich selbst über die Länge aufrechterhalten, über welche der Fluidstrom den UV-Lampen ausgesetzt ist, mit dem Ergebnis, dass die Erzeugung von kurzlebigen Kleinwirbeln bzw. Wirbeln in kleinem Maßstab, welche eine Verschwendung bzw. Vergeudung von Eingangsenergie sind, minimiert wird. Diese Wirbel können durch verschiedene Mittel bzw. Einrichtungen erzeugt werden, unter Einbeziehung der Verwendung von sich bewegenden oder stationären Strukturen, die in dem Strömungsweg platziert sind, unter anderem beispielsweise speziell geformte Leitbleche, Propeller und konturierte Strömungsrohre.
  • Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schlägt die Verwendung von angepassten Paaren von deltaförmigen Flügeln an dem Einlassende eines gruppierten bzw. gestapelten Reaktors vor, um gegendrehende bzw. -rotierende Wirbel zu erzeugen. Durch die Verwendung von Deltaflügeln, um gleich- bzw. zusammenrotierende oder gegenrotierende Wirbel zu erzeugen, erlaubt die vorliegende Erfindung ein effizientes Mischen mit geringem Druckabfall bzw. -verlust, um eine effizientere Verwendung des UV-Lichts durch Stimulieren bzw. Anregen von Wärme- und/oder Stoffübergang in den chemischen Reaktionen zu berücksichtigen, welche Fluiddesinfektion verursachen, um das Kapital und die Betriebskosten von UV-Desinfektionssystemen konsequent zu reduzieren.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, um ein verstärktes bzw. gesteigertes Mischen innerhalb eines Fluid- bzw. Flüssigkeitsströmungssystems zu erreichen, so dass die Energieausnutzungseffizienz erhöht und eine Menge von zusammenrotierenden oder gegenrotierenden Wirbeln geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, wie in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausführen von Fluid- bzw. Flüssigkeitsmischen durch Hindurchschicken von Fluid- bzw. Flüssigkeitsstrom durch eine Anordnung bzw. Gruppe bzw. Stapel von Ultraviolettlampen, die im wesentlichen entlang der Richtung des Fluidstroms liegen und Kanäle für den Fluidstrom definieren. Stromaufwärtig oder benachbart bzw. angrenzend an jedes Rohr positioniert befinden sich dreieckförmig geformte Deltaflügel mit Flächen, die unter einem Winkel zu der Richtung des Fluidstromes geneigt sind. Die Wechselwirkung des Fluidstroms mit jedem Deltaflügel erzeugt ein Paar von Wirbeln, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen gegenrotieren. Diese gegenrotierenden Wirbel verstärken einander, um Dissipation bzw. Vergeudung ihrer Mischstärke bzw. -wirksamkeit zu minimieren, wenn sie sich entlang des Kanals bewegen. Aufgrund dieser zusammen bzw. miteinander verstärkenden Eigenschaften fördern die gegenrotierenden Wirbel ein effizienteres Mischen des Fluids, um eine effizientere Verwendung des Lichts in dem UV-Desinfektionssystem zu erreichen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere als in einem UV-Desinfektionssystem verkörpert beschrieben wird, so wird durch den Fachmann verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung gleiche Anwendbarkeit bei anderen Typen von gruppierten oder nicht-gruppierten Fluidsystemen aufweist, in denen ein verstärktes Fluidmischen erwünscht ist, und dass selbst-aufrechterhaltende, zusammmenrotierende oder gegenrotierende Wirbel, die in der Richtung des Fluidstroms axial ausgerichtet sind, durch mehrere, von Deltaflügeln unterschiedliche Mittel erzeugt werden können, einschließlich der Verwendung von sich bewegenden oder stationären Strukturen, die in dem Strömungsweg platziert sind, unter anderem z. B. speziell geformte Leitbleche, Propeller und konturierte Strömungsrohre.
  • Weitere Einzelheiten, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ultraviolett-Desinfektionsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
  • 2a ist eine Schnittansicht der Deltaflügelausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung.
  • 2b ist eine perspektivische Ansicht der Deltaflügelausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung.
  • 3–5 sind Schnittansichten verschiedener quadratischer bzw. rechtwinkliger bzw. im rechten Winkel stehender Strömungsanordnungen bzw. -gruppierungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • 6 ist eine Schnittansicht einer alternativen, dreieckförmigen Anordnung bzw. Gruppierung.
  • 7 zeigt die Wirkung des Deltaflügel-Anstellwinkels auf den Deltaflügel-Luftwiderstandsbeiwert.
  • 8a und 8b zeigen die Beziehung von Deltaflügel-Streckungs- bzw. -Zuschärfungsverhältnis bzw. -Flügelstreckung und Anstellwinkel zu der Stabilität der durch die Deltaflügel erzeugten Wirbel.
  • 9 zeigt die Beziehung der horizontalen Lage der Wirbelmittellinie zu dem Deltaflügel-Streckungs- bzw. -Zuschärfungsverhältnis bzw. -Flügelstreckung.
  • 10 zeigt die Beziehung der Strouhal-Zahl zu dem Deltaflügel-Anstellwinkel.
  • 11 zeigt die Beziehung des experimentellen Druckabfalls bzw. -verlustes quer über den Deltaflügel als eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine gruppierte bzw. gestapelte Fluid- bzw. Flüssigkeitsmischvorrichtung 1, welche bei der bevorzugten Ausführungsform in einem Ultraviolett (UV)-Strahlungs-Desinfektionssystem verwendet wird. Die Fluidmischvorrichtung besteht aus einem Rahmen 2, an welchem Gelenkarme 3 angebracht sind. Jeder Gelenkarm besteht aus einer Reihe von elektrisch mit Energie versorgten Lampen 5, die jeweils durch ein Rohr bzw. Röhre 13 umgeben sind, die aus einem Material hergestellt ist, welches Ultraviolett (UV)-Strahlung hindurchlässt, z. B. Quarz. Die Arme 3 sind zwischen einer ersten Position 3a, aus der die Lampen entfernt bzw. beseitigt und/oder ersetzt werden können, und einer zweiten Position 3b bewegbar, in welcher die Lampen 2 in einer Gruppenform 3b angeordnet sind, um es einem Fluid bzw. Flüssigkeit 4, z. B. Wasser, zu erlauben, in einer zu der Längsachse der Röhren 13 im wesentlichen parallelen Richtung zu strömen bzw. zu fließen. Wenn in der gruppierten Position 3b, setzen die Lampen 5 das Fluid 4 der UV-Strahlung für eine Periode aus, die ausreichend ist, um Desinfektion zu vollbringen. Einige der Arme 3 der UV-Desinfektionsvorrichtung 1 sind so ausgestaltet, um Distanz- bzw. Abstandsmodule 6 anstelle von Lampenröhren 13 zu tragen. Durch Füllen der Leerräume in dem Bereich am weitesten von den Röhren 13 weg bewahren die Distanzmodule 6 das Wirbelstromprofil und hindern das Fluid daran, das dem UV-Licht-Ausgesetztsein zu umgehen. Die Verwendung von Distanzmodulen 6 erlaubt eine größere Beabstandung zwischen Lampen und folglich einen größeren Querschnittsbereich für den Fluidstrom, was zu einer geringeren Fluidgeschwindigkeit und einem damit verbundenen Druckabfall führt. Die niedrigere Geschwindigkeit macht es ebenfalls unnötig, eine Einlassübergangsregion vorzusehen, um Einlassdruckverluste zu verhindern. Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist in Reihen aus vier Lampenröhrenmodulen 13 und drei Distanzmodulen 6 angeordnet. Der Fluidstrom 4 tritt in den Kanälen 7 zwischen benachbarten bzw. angrenzenden Röhren 13 und/oder Distanzmodulen 6 auf. Eine Verschlechterung der UV-Bestrahlung wird durch Luftzylinder 8 verhindert, welche einen Reinigungsmechanismus bewegen, um Fremdmaterialien zu beseitigen, die durch das Fluid 4 an den Röhren 13 abgelagert bzw. niedergeschlagen sind.
  • Wie in 2A bis 2B gezeigt, ist bei der bevorzugten Ausführungsform jede Röhre 13 mit dreieckförmig gestalteten Deltaflügeln 9 versehen, die in Paaren stromaufwärtig einer Lampe 5 bei dem Fluidstromeintritt in die Gruppe von Röhren 13 und Distanzstücken 6 angebracht sind. Jeder Deltaflügel 9 ist so ausgestaltet, um ein Paar von zusammenrotierenden oder gegenrotierenden Fluidwirbeln 10 von seiner hinteren Kante 12 zu erzeugen, wie in 3 gezeigt. Die Mittellinie 11 jedes Wirbels 10 ist um etwa 25% der Flügelbreite von jedem hinteren Ende bzw. Spitze angeordnet, und weist eine vertikale Position auf, die durch den Winkel der Neigung des Deltaflügels 9 in den Strom gesteuert bzw. geregelt wird (der "Anstellwinkel"). Im wesentlichen geht die gesamte Energie, die durch das über den Deltaflügel 9 verlaufende Fluid abgeführt bzw. abgeleitet wird, in die freien Groß-Wirbel 10. Wie in 3 gezeigt, ergibt ein Paar von Deltaflügeln 9a und 9b, die zusammen mit Anstellwinkeln entgegengesetzter Neigung (d. h., einer mit einem Anstellwinkel +θ°, der andere mit einem Anstellwinkel –θ°) angeordnet sind, vier gegenrotierende Fluidwirbel 10 mit den gerade beschriebenen Eigenschaften. Durch Anordnen vieler Paare von Deltaflügeln in einer regelmäßigen Gruppe, wie in 3 gezeigt, kann man eine Wirkung ähnlich zu einer Gruppe von stationären Rühr- bzw. Mischpropellern erzeugen, die stromaufwärtig der Gruppe von Röhren und Distanzstücken angebracht sind, wodurch eine Auswahl einer genauen bzw. richtigen Propellerblattsteigung und -profil in einer Minimierung von Klein-Turbulenz resultieren wird. Obwohl ein gruppiertes Schema, z. B. das in 3 bis 6 gezeigte, bevorzugt wird, besteht das wesentliche Merkmal induzierter Wirbelströmung darin, dass die Struktur, die verwendet wird, um die Wirbel zu erzeugen, so ausgestaltet und orien tiert wird, um im wesentlichen die Achsen der Wirbel entlang der Richtung des Fluidstromes 4 auszurichten. Als solches kann ein nicht-gruppiertes Wirbelstromsystem ebenfalls unter Verwendung von Deltaflügeln 9 erzeugt werden, und beide gruppierten und nicht-gruppierten Systeme können durch von Deltaflügeln 9 unterschiedliche Mittel erzeugt werden, einschließlich der Verwendung von sich bewegenden oder stationären Strukturen, die in dem Strömungsweg platziert sind, unter anderem z. B. speziell gestaltete Leitbleche, Propeller und konturierte Strömungsrohre. Zusätzlich können zusammenrotierende Wirbel 14 oder zusammenrotierende Wirbel 14 und gegenrotierende Wirbel 10 durch alle diese Mechanismen erzeugt werden, wie in der dreieckförmigen Gruppe der 6 gezeigt.
  • Die Mischeigenschaften der gegenrotierenden Wirbel 10, die durch die Deltaflügel 9 erzeugt werden, werden weiterhin durch Verwendung einer quadratischen Anordnung ("squarepitch") von Röhren und Distanzstücken 6 gesteigert, wie in 3 bis 5 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, veranlasst eine quadratische Gruppe die Wirbel 10, die durch die Deltaflügel 9 erzeugt werden, dazu, abwechselnd rechtsdrehend und linksdrehend zu rotieren. Dieser Gegenrotationsmechanismus veranlasst die Wirbel 10, einander zu verstärken, was Dissipation ihrer Mischstärke bzw. -wirksamkeit minimiert, wenn sie sich entlang des Kanals 7 bewegen. Aufgrund dieser gemeinsam verstärkenden Eigenschaften dauern durch quadratische Gruppen erzeugte Großwirbel 10 für eine längere Zeitperiode über eine größere Länge des Kanals 8 fort, folglich erfordern sie weniger Energie, um ein gegebenes Ausmaß bzw. Umfang des Mischens zu erzeugen.
  • Die Deltaflügel 10 nach der vorliegenden Erfindung wurden in einem Windkanal getestet, um ihre Fluidströmungseigenschaften zu bestätigen. 7 zeigt die Wirkung des Anstellwinkels θ auf den Luftwiderstandsbeiwert bzw. Widerstandsbeiwert des Deltaflügels 9, wobei dieser Luftwiderstandsbeiwert das Ausmaß des Druckabfalles bestimmt, der über den Flügel für einen gegebenen Fluidstrom 4 erfahren wird. 8a zeigt die Beziehung von Flügelstreckung AR und Anstellwinkel θ in Bezug auf die Stabilität der Wirbel 10, die durch die Deltaflügel 9 erzeugt werden. 9 zeigt die Beziehung der horizontalen Lage der Wirbelmittellinie 11 zu der Flügelstreckung AR, während die vertikale Lage der Wirbelmittellinie 11 gleich zu der Hälfte des Anstellwinkels θ für sämtliche Flügelstreckungen AR bleiben soll.
  • 1Der Auftriebsbeiwert (CL) und der Luftwiderstandsbeiwert (CD) für Deltaflügel mit irgendeinem Streckungsverhältnis wurden berechnet unter Verwendung von: (1) CL = KP*sinθ(cosθ)2 + KV*(sinθ)2*cosθ θ = Anstellwinkel (Grad) (2) CD = CL*tanθ KP, KV = von Bertin und Smith (Hinw. 1) erhalten
  • 2Das Streckungsverhältnis AR wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung mit den in 8b gezeigten Dimensionen berechnet: (3) AR = 2*b/c b = Spannweite (Inch)
    c = Flügelwurzelsehne (Inch)
  • 3Die horizontale Position der Mittellinie wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: (4) HC = 9,82*AR0,709 HC = Winkel von der Flügelmittellinie zu dem Wirbelkern (Grad), und θVC = a/2.
  • Die Beziehung der Wirbelablösefrequenz f (Anzahl der pro Zeiteinheit erhaltenen Wirbelumdrehungen) zu dem Anstellwin kel θ und der Fluidströmungsgeschwindigkeit U ist in der Beziehung der Strouhal-Zahl St zu dem Anstellwinkel θ gezeigt, wie in 10 gezeigt. Wenn die Fluidströmungsgeschwindigkeit U abnimmt, so tut dies die Wirbelablösefrequenz f. Jedoch wird dem durch eine Zunahme in der Verweilzeit des Fluids in dem Kanal 7 entgegengewirkt, welche in der gleichen Anzahl von Wirbelumdrehungen pro effektive Lampenlänge VR resultieren kann, was folglich eine geringere Verschlechterung in der Mischstärke bzw. -wirksamkeit bei niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit U als bei herkömmlichen Ausgestaltungen verursacht.
  • 4Die Strouhal-Zahl St definiert die Beziehung zwischen der Wirbelablösungsfrequenz zu Deltaflügelspannweite und Fluidströmungsgeschwindigkeit in der folgenden Gleichung: (7) St = *b/U f = Wirbelablösungsfrequenz (HZ)
    b = Deltaflügelspannweite (m)
    U = freie Strömungsgeschwindigkeit (m/s)
  • 5Die Beziehung zwischen der Anzahl der Wirbelumdrehungen pro effektive Lampenlänge VR und Kanalverweilzeit T kann in den folgenden Gleichungen ausgedrückt werden: (8) VR = T*f T = Kanalverweilzeit (s)
    f = Wirbelablösungsfrequenz (Hz)
    VR = Anzahl von Wirbelumdrehungen pro effektive Lampenlänge (9) T = eff. Lampenlänge/U eff. Lampenlänge = Länge der Lampe (m)
    U = Fluidströmungsgeschwindigkeit
  • Der vorausgesagte Druckabfall über den Deltaflügel 9 wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: (10) Dp = CD*r*U2*AFlügel/(2*AStrömung) CD = Luftwiderstandsbeiwert (Gleichung (1))
    r = Fluiddichte (kg/m3)
    U = Fluidgeschwindigkeit (m/s) AFlügel = Fläche des Flügels (m2) AStrömung = Fläche der Strömungskammer (m2)
    Dp = Druckabfall (Pa)
  • Tabelle 1 und 11 zeigen die Ergebnisse eines Tests, der an einem Deltaflügel 9 der vorliegenden Erfindung mit einem Einheits-Streckungsverhältnis bzw. -Flügelstreckung AR bei verschiedenen Anstellwinkeln θ unter vierzig Grad gemäß einem Bereich von Fluidströmungsgeschwindigkeiten U durchgeführt wurde. Ein Vergleich der tatsächlichen Testresultate mit den vorhergesagten Resultaten zeigt, dass das theoretische Modell die Leistungsfähigkeit des Deltaflügels in den erwünschten Operationsregionen genau vorhersagt. Tabelle 2 zeigt, dass der Druckabfall, der durch das Vorhandensein von zwei Deltaflügeln 9 in dem Strömungskanal 7 erzeugt wird, nicht äquivalent zu zweimal der theoretische Druckabfall eines Flügels allein ist. Die Zunahme im Druckabfall von dem erwarteten Wert ergibt sich höchstwahrscheinlich aufgrund der Wechselwirkung der Wirbel 10 von den zwei Deltaflügeln 9. Infolgedessen wird erwartet, dass der Gesamtdruckabfall für ein vier Deltaflügel 9 enthaltendes System annähernd fünfmal der Druckabfall ist, der für einen einzelnen Flügel allein erwartet wird. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Testens, das an einem Deltaflügel mit großen (mindestens 40°) Anstellwinkeln θ durchgeführt wurde. TABELLE 1 Experimentelle Beobachtungen für Test-Deltaflügel
    Delta P-Nullablesung = 13,0 mm H2O
    Delta P-Multiplikationsfaktor = 0,05
    Voltmeter-Nullablesung = 0,007V
    Temperatur = 24 Grad Celsius
    Dichte = 1,1911 kg/m3
  • Aus einer Kleinste-Quadrate-Analyse (9) ist der "support stand"- und offener-Kanal-Druckabfall äquivalent zu 0,198 mm H2O. Druckabfall aufgrund Test-Deltaflügel
    Figure 00130001
    TABELLE 2 Experimentelle Beobachtungen für ein Paar von Test-Deltaflügeln
    Delta P-Nullablesung = 14,9 mm H2O
    Delta P-Multiplikationsfaktor = 0,05
    Voltmeter-Nullablesung = 0,005 Volt
    Temperatur = 24 Grad Celsius
    Dichte (Luft) = 1,911 kg/m3
  • Beide des Paares von Deltaflügeln wurden unter einem Anstellwinkel, welcher 15 Grad gleichkommt, gesetzt bzw. eingestellt, wobei die hinteren Kanten mit Zwischenraum von 3/4'' angeordnet sind, um die tatsächlichen Operationsbedingungen zu dem Zeitpunkt des Testens zu simulieren. Druckabfall für Träger- bzw. Stützstruktur und offenen Kanal
    Geschwindigkeit (m/s) Delta P (mm H2O)
    3,27 0,11
    4,25 0,205
    5,14 0,3
    6,14 0,435
    Druckabfall aufgrund des Paares von Test-Deltaflügeln
    Geschwindigkeit (m/s) Delta P (mm H2O)
    3,27 0,15
    4,25 0,215
    5,14 0,33
    6,14 0,455
    Vergleich von erwartetem zu experimentellem Druckabfall des Deltaflügel-Testpaares
    Figure 00140001
    TABELLE 3 Experimentelle Beobachtungen für Test-Deltaflügel bei hohen Anstellwinkeln
    Delta P-Nullablesung = 14,2 mm H2O
    Delta P-Multiplikationsfaktor = 0,05
    Voltmeter-Nullablesung = 0,0111 V
    Temperatur = 24 Grad Celsius
    Dichte = 1,1911 kg/m3
  • Druckabfall für Stützstruktur und offenen Kanal
    Figure 00150001
  • Druckabfall aufgrund von Test-Deltaflügel
    Figure 00150002
  • Figure 00160001
  • Delta-Flügel-Strömungs-Sichtbarmachung
    Figure 00160002
  • Als ein Ergebnis des Testens erfüllt die optimale Ausgestaltung des Deltaflügels 9 für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Spezifikationen, bei einem System von vier Deltaflügeln 9 pro Lampenröhre 13 oder Distanzstück 6, wobei eine Gesamtheit von acht Wirbeln 10 erzeugt wird:
    Flügelwurzelsehne c = (7,37 Inch) 18,72 cm
    Spannweite b = (3,685 Inch) 9,56 cm
    Öffnungswinkel der Vorderkante = 45 Grad (8b)
    Anstellwinkel θ = 20 Grad
  • Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung insbesondere in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gezeigt und beschrieben worden sind, so kann die Erfindung anderweitig innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verkörpert werden.

Claims (22)

  1. Vorrichtung zum Mischen von wenigstens einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit, welches) durch ein Fluidsystem fließt bzw. strömt, umfassend: A. ein Feld bzw. ein Bereich von voneinander beabstandeten, ersten Gliedern (13), welche jeweils wenigstens eine Oberfläche verlängert bzw. länglich in wenigstens einer Dimension aufweisen, so daß die Achse von einer der verlängerten Oberflächen im wesentlichen mit der Richtung des Flüssigkeits- bzw. Fluidstroms (4) ausgerichtet ist bzw. fluchtet; B. eine Vielzahl von zweiten Gliedern (9), welche wenigstens eine Oberfläche in beabstandeter Beziehung zu einer der verlängerten Oberflächen aufweist, welche im wesentlichen mit der Richtung des Fluidstroms (4) ausgerichtet ist; worin die wenigstens eine Oberfläche von dem wenigstens einen zweiten Glied (9) geformt und unter einem Winkel (θ) zu der Richtung des Fluidstroms (4) geneigt ist, um mit dem Fluidstrom (4) zusammenzuwirken, um wenigstens einen Wirbel (10) in dem Fluid (4) zu erzeugen, welcher mit einer Achse (11) rotiert, welche im wesentlichen entlang der Richtung des Fluidstroms (4) ausgerichtet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin wenigstens zwei Wirbel (10) derart erzeugt werden, daß jeder Wirbel (10) in derselben Richtung rotiert.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin wenigstens zwei Wirbel (10) erzeugt werden, so daß die Wirbel (10) in einer entgegengesetzten Richtung zueinander rotieren.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, worin die geformte Oberfläche des zweiten Glieds (9) dreieckig geformt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, worin wenigstens ein Paar von Wirbeln (10) derart erzeugt wird, daß die Wirbel (10) in dem Paar in einer entgegengesetzten Richtung zueinander rotieren.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, worin wenigstens zwei Paare von Wirbeln (10) derart erzeugt werden, daß jeder Wirbel (10) in einem Paar in derselben Richtung rotiert und daß die Wirbel (10) in dem anderen Paar in einer entgegengesetzten Richtung zueinander rotieren.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, worin die ersten Glieder (13) in dem Feld einheitlich voneinander beabstandet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, worin die ersten Glieder (13) in dem Feld nicht einheitlich voneinander beabstandet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, weiters umfassend ein Feld bzw. einen Bereich von voneinander beabstandeten Gliedern (6), welche zwischen den ersten Glieder (13) verteilt sind und welche jeweils wenigstens eine Oberfläche in wenigstens einer Dimension verlängert aufweisen, so daß die Achse von einer der verlängerten Oberflächen im wesentlichen mit der Richtung des Fluidstroms (4) ausgerichtet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, worin die Achsen der ersten Glieder (13) im wesentlichen in der Form eines Quadrats angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Achsen der dritten Glieder (6) im wesentlichen in der Form eines Quadrats angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, worin die zweiten Glieder (9) in Paaren derart angeordnet sind, daß der Winkel von jedem Glied von im wesentlichen gleicher Größe und im wesentlichen entgegengesetzter Neigung ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, umfassend zwei zweite Glieder (9) in beabstandeter Beziehung zu jedem ersten Glied (13).
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, umfassend vier zweite Glieder (9) in beabstandeter Beziehung zu jedem ersten Glied (13).
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, worin die ersten Glieder (13) weiters Mittel umfassen, um die ersten Glieder (13) aus dem Fluidsystem zu entfernen.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–15, worin die dritten Glieder (6) weiters Mittel umfassen, um die dritten Glieder (6) aus dem Fluidsystem zu entfernen.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, worin das System ein Flüssigkeits- bzw. Fluiddesinfektionssystem umfaßt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–17, worin das System ein Ultraviolettstrahlungs-Fluiddesinfektionssystem umfaßt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–18, worin die ersten Glieder (13) eine Ultraviolett-Strahlungsquelle umfassen.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–19, worin die zweiten Glieder (9) so angeordnet sind, um sechs Wirbel (10) benachbart zu jedem ersten Glied (13) zu erzeugen.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–20, worin das Feld in einem kontinuierlichen Strom (4) eines Fluids durch das Fluidsystem angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–21, worin die Vielzahl der zweiten Glieder (9) mit einem einzigen ersten Glied (13) verbunden ist.
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