DE69913992T2

DE69913992T2 - Doppelkonus zur erzeugung einer druckdifferenz

Info

Publication number: DE69913992T2
Application number: DE1999613992
Authority: DE
Inventors: Herman John STARK; Hansjörg WAGENBACH; Werner Paul STRAUB
Original assignee: DCT Double Cone Technology AG
Current assignee: DCT Double Cone Technology AG
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: CA2391835A1; IL148277A0; IL148277A; ATE257219T1; US6701960B1; AU5368299A; DK1208304T3; WO2001016493A1; CA2391835C; EP1208304B1; EP1208304A1; DE69913992D1; PT1208304E

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Doppelkonusvorrichtungen nach Anspruch 1, insbesondere des in WO-A-87/01770 offenbarten Typs. Sie bezieht sich weiterhin auf Anlagen mit Doppelkonusvorrichtungen.
Doppelkonusvorrichtungen sind in WO-A-87/01770 beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Beschreibung eingeschlossen wird. Unter anderem gestattet die Doppelkonusvorrichtung eine Erhöhung des verfügbaren Pumpdrucks einer bescheidenen herkömmlichen Pumpe. Beim Einbau in eine Kompressorschleife, wie dies im oben erwähnten Patent vorgeschlagen wird, ergeben sich zahlreiche neue Möglichkeiten.
Die Doppelkonusvorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Kegeln, welche an deren Enden mit kleinerem Durchmesser miteinander verbunden sind. Am Übergang, d. h. zwischen dem Eintrittskegel und dem Austrittskegel, befindet sich eine Öffnung. Im Bereich der Öffnung baut die Doppelkonusvorrichtung einen überraschend niedrigen Druck auf, wenn sie von einem Fluid durchströmt wird, wodurch ein weiteres Fluid mit hohem Wirkungsgrad in die Vorrichtung eingesaugt wird. Beim Einbau in eine geschlossene Schleife mit einer Pumpe kann der Druck in der Schleife erhöht werden, indem die Doppelkonuseinheit Fluid einsaugt, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Der Ausdruck Fluid bezieht sich sowohl auf Flüssigkeiten als auch auf Gase.
Die Doppelkonusvorrichtung ist gekennzeichnet durch die Winkel θ₁ und θ₂ der Konizität des Eintritts- bzw. Austrittskegels: F = (1 + sinθ1)2*sin2θ2
Die Qualitätsfunktion F sollte stets kleiner sein als 0,11. Die Bereiche sind im Einzelnen:

< 0,0035: am besten

0,0035–0,0155 sehr gut

0,0155–0,0250 gut

0,0250–0,0500 befriedigend

0,0500–0,1100 noch genügend

> 0,1100 schlecht
In der Praxis wiesen die bekannten Doppelkonusvorrichtungen jedoch eine ziemlich kurze Lebensdauer auf.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Doppelkonusvorrichtung mit längerer Lebensdauer anzugeben.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung sind neue Anwendungen der Doppelkonusvorrichtung, insbesondere solche, die die genannte erste Aufgabe erfüllen.
Eine Doppelkonusvorrichtung, welche mindestens eine dieser Aufgaben erfüllt, ist in Anspruch 1 angegeben. In den weiteren Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungen angegeben sowie Anwendungen, welche auch die zweite Aufgabe erfüllen.
Die Erfindung wird anhand von Figuren beschrieben:
1 schematische Darstellung einer bekannten Doppelkonusvorrichtung;
2 schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Doppelkonusvorrichtung in einem Längsschnitt;
3 Diagramm einer bekannten Anwendung einer Doppelkonusvorrichtung in einer geschlossenen Schleife;
4 Diagramm einer ersten geschlossenen Schleife mit einer Doppelkonusvorrichtung;
5 Diagramm einer zweiten geschlossenen Schleife mit einer Doppelkonusvorrichtung;
6 Diagramm einer dritten geschlossenen Schleife mit einer Doppelkonusvorrichtung;
7 Diagramm einer vierten geschlossenen Schleife mit einer Doppelkonusvorrichtung;
8 Diagramm einer fünften geschlossenen Schleife mit einer Doppelkonusvorrichtung.
Bevor die Problematik dargelegt wird, soll die Funktionsweise der Doppelkonusvorrichtung und diejenige der grundlegenden Kompressorschleife beschrieben werden. Die ursprünglich patentierte Doppelkonusvorrichtung und die grundlegende Kompressorschleife sind in den 1 bzw. 3 dargestellt. Die Funktionsweise wird anhand dieser schematischen Darstellungen beschrieben.
Gemäss 1 wird der Doppelkonusvorrichtung 1 ein Versorgungsstrom 2 zugeführt, der in den Eintrittskegel 3 eintritt und aus dem Austrittskegel 4 austritt. Wenn der Versorgungsstrom am Spalt 5 vorbei fliesst, wird ein Stoff 6 in die Einmündung 7 eingesaugt und somit in den Austrittskegel 4. Die Durchflussgeschwindigkeit in der Einmündung hängt von mehreren Parametern ab, u. a. von geometrischen, sowie von der Durchflussgeschwindigkeit des Versorgungsstroms und vom Aussendruck an der Einmündung und nach dem Austrittskegel.
Die Konizität θ₁ ist der Winkel 8 zwischen den Wänden des Eintrittskegels 3, und die Konizität θ₂ ist der Winkel 9, den die Wände des Austrittskegels 4 bilden.
Die grundlegende Kompressorschleife, hier als Pumpe mit Doppelkonustechnologie (DCT) bezeichnet, ist in 3 dargestellt. Die Pumpe 10 zirkuliert eine Flüssigkeit durch die Doppelkonusvorrichtung 1 und in der Hauptschleife 12. Durch die Einmündung 7 des Doppelkonuss tritt Material ein, welches einen Druckanstieg in der Hauptschleife 12 bewirkt. Dieser Systemdruck P wird durch das Regelventil 14 eingestellt, welches die Austrittsströmung 15 aus der Hauptschleife 12 steuert.
Das erste Problem liegt in der Geometrie der Doppelkonusvorrichtung 1. Bei zunehmender Erhöhung der in die Vorrichtung eingesaugten Materialmenge wird der Punkt erreicht, wo sich der Doppelkonus selbst zu zerstören beginnt. Dabei wird aus der Wand nach dem Eintritt in den Austrittskegel Material herausgerissen. Dadurch wird die Doppelkonusvorrichtung ineffizient und übermässig laut.
Die grundlegende Doppelkonusvorrichtung gemäss WO-A-87/01770 ist in 1 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Öffnung 19 in der Einmündungsebene 20 liegt. Indem die Einmündungsebene 20 bezüglich der Öffnung 19 stromabwärts verschoben wird, wie in 2 dargestellt, wobei die Geometrie des Doppelkonuss eingehalten wird, ist das Abnutzungsproblem praktisch gelöst. Experimente zeigen, dass das in die Doppelkonusvorrichtung 21 eingesaugte Material 6 nicht so extremen Belastungen ausgesetzt ist und das Wandmaterial somit besser widerstehen kann. Um den gleichen Unterdruck zu erreichen wie bei der ursprünglichen Doppelkonusvorrichtung, ist eine höhere Durchflussgeschwindigkeit erforderlich. Der kurze Diffusor 22, der am Eintrittskegel 3 gemäss 2 angebracht ist, bewirkt jedoch auch einen geringeren Druckabfall über die gesamte Doppelkonusvorrichtung 21. Somit gestattet die abgeänderte Doppelkonusvorrichtung 21 beim gleichen Druckabfall eine stärkere Eintrittsströmung. Insgesamt kann eine ähnliche Saugleistung wie bei der bekannten Doppelkonusvorrichtung 1 erzielt werden, jedoch ohne die damit verbundene Beschädigung des Kegels. Tatsächlich ist bei gleicher Saugleistung ein geringerer Druckabfall zu beobachten.
In 2 ist der Durchmesser 24 der Öffnung mit d bezeichnet und die Länge des kleinen Diffusors 25 mit L. Das Verhältnis L zu d ist entscheidend für die Leistung der modifizierten Doppelkonusvorrichtung 21. Werte für L/d über 0,1 ergeben eine längere Lebensdauer und insgesamt eine höhere Leistung. Bei steigendem Verhältnis L/d nimmt der gesamte Druckabfall über die abgeänderte Doppelkonusvorrichtung 21 ab. Hingegen nimmt der maximal erzielbare Kompressordruck bei gleich bleibender Durchflussgeschwindigkeit des Versorgungsstroms ab. Der optimale Kompromiss liegt in der Nähe desjenigen Werts für L/d, der bei der verfügbaren Durchflussgeschwindigkeit des Versorgungsstroms gerade den richtigen Kompressordruck liefert.
Weitere Parameter für eine besonders vorteilhafte Auslegung der Doppelkonusvorrichtung sind:
Verhältnis h/d zwischen der Spaltbreite h 26 und dem Öffnungsdurchmesser d 24: 0 < h/d < 3; bevorzugt 0,5 < h/d < 2;
Verhältnis D_in/d zwischen Eintrittsdurchmesser D_in 27 und Öffnungsdurchmesser d: 2 < D_in/d < ∞, bevorzugt 5 < D_in/d < 20;
Verhältnis D_out/d zwischen Austrittsdurchmesser D_out 28 und Öffnungsdurchmesser d: 2 < D_out/d < ∞, bevorzugt 5 < D_out/d < 20;
Konizität θ₁ 8 des Eintrittskegels: 0 < θ₁ < 10° (Grad), bevorzugt θ₁ < 8° und besonders bevorzugt θ₁ < 6°; und
Konizität θ₂ 9 des Austrittskegels: θ₂ ≤ θ₁.
Ein direkter Vergleich zwischen der Leistungsfähigkeit der grundlegenden Doppelkonusvorrichtung 1 gemäss 1 und derjenigen der verbesserten Doppelkonusvorrichtung 21 gemäss 2 kann aus den folgenden Resultaten abgeleitet werden: Betriebsbedingungen

Durchflussgeschwindigkeit Eintrittsströmung 8 m³/h

Durchflussgeschwindigkeit an der Einmündung 1 m³/h

Systemdruck P 35 bar

Bemerkung

Vorrichtung nach Fig. 1: schwere Schäden nach nur 20 Betriebsminuten

Vorrichtung nach Fig. 2: keine sichtbaren Schäden nach 40 Betriebsstunden
Zusätzlich zur verlängerten Lebensdauer verringert diese Massnahme das Betriebsgeräusch.
Aufgrund der deutlich verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemässen Doppelkonusvorrichtung sind industrielle Anwendungen möglich, bei welchen ein hoher Durchsatz bei hohem Druck und eine vernünftige Lebensdauer notwendig oder mindestens vorteilhaft sind. Eine solche Anwendung ist die Reinigung von Wasser mit unerwünschten Bestandteilen, insbesondere die Entsalzung von Meerwasser durch umgekehrte Osmose.
Bei einem ersten Ansatz gemäss 4 kann der Filter 30 für die umgekehrte Osmose direkt in die Hauptschleife eingefügt sein. Das gereinigte Fluid, beispielsweise entsalztes Meerwasser, wird über die Ausgangsleitung 32 der Osmoseeinheit 30 entnommen. Das konzentrierte Fluid verlässt die Hauptschleife 12 über die Leitung 15 und das Ventil 14. Bei dieser Anordnung steigt die Konzentration der Lösung in der Kompressorschleife nach und nach an, bis sie einen stabilen, hohen Wert erreicht. Folglich müssen die Trennmembranen 31 eine viel höhere Lösungskonzentration abweisen als die ursprünglich an der Einmündung zugeführte, wodurch der Lösungsmittelertrag beeinträchtigt wird. Diese Anordnung eines Reinigungssystems mittels umgekehrter Osmose ist jedoch trotzdem anwendbar, insbesondere unter weniger anspruchsvollen Bedingungen, beispielsweise bei niedrigen Konzentrationen der zu trennenden Stoffe.
Der Anstieg der Konzentration innerhalb der Kompressorschleife kann vermieden werden, indem die Trennmembranen aus der Schleife entfernt werden. Diese Problemlösung kann wegen der verminderten Membranspülung andere Schwierigkeiten zur Folge haben. Typischerweise kann beim Betrieb unter hohen Drücken davon ausgegangen werden, dass nur ca. 10% des Hauptversorgungsstroms für die Versorgung der Trennmembranen zur Verfügung steht, wenn diese ausserhalb der Kompressorschleife angeordnet sind. In den 5 und 6 der vorliegenden Anmeldung wird eine neue Anordnung des Systems vorgeschlagen, welche alle diese Probleme vollständig löst.
Die in den 5 und 6 vorgeschlagenen Schemata arbeiten nach dem neuen Prinzip der Konzentrationsverminderung vor dem Eintritt in die DCT-Pumpe. Gemäss 5 wird die Membrane der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36 über die Leitung 37 auf der Seite des höheren Drucks der Membrane von der nach der Doppelkonusvorrichtung 1 angeordneten DCT-Pumpe versorgt. Die Flüssigkeit durchquert die Membrane und tritt in den Versorgungsstrom 39 ein, so dass die Flüssigkeitszufuhr in der Leitung 40 nach der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36 verdünnt ist. Eine wahlweise vorhandene Speisepumpe 41 erhöht den Druck dieses Stroms an der Einmündung 7 des Doppelkonuss 1. Dieser zusätzliche Druck bringt eine deutliche Leistungserhöhung der DCT-Pumpe 10 sowohl in bezug auf den Systemdruck als auch auf die Kapazität an der Einmündung. Der verdünnte Versorgungsstrom verlässt die DCT-Pumpe auf der Hochdruckseite der Zirkulationspumpe über die Leitung 43 und tritt in die ausgangsseitige Osmoseeinheit 45 ein. Der Systemdruck wird über die zwei Durchfluss-Regelventile 47 und 48 geregelt, wo das Konzentrat die Anlage verlässt. Das gereinigte Fluid wird am Lösungsmittel-Auslass 50 gewonnen.
Bei vielen derzeit erhältlichen Membranen für niedrige, mittlere und hohe Drücke darf die Niederdruckseite der Membrane keinem Druck ausgesetzt werden, da die Einheit sonst zerstört werden könnte. Typisch werden für die meisten spiralförmig aufgewickelten Einheiten für umgekehrte Osmose und Nanofilter-Einheiten 0,5 bar angegeben. Somit kann die wahlweise vorhandene Pumpe 41 nicht vor der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36 in 5 angeordnet sein.
Der Vorteil dieser wahlweise vorhandenen Pumpe 41 ist aus den folgenden Resultaten ersichtlich:

Hydraulische Leistung der wahlweisen Pumpe verglichen mit derjenigen der Zirkulationspumpe 9%

Reine Steigerung der relativen hydraulischen Leistung beim Auslass der DCT-Pumpe 50%
Die der Konzentrationsverminderung zugrunde liegende Logik besteht darin, dass der eintretende Versorgungsstrom 39 genügend konzentriert ist, um einen Austausch durch eine Membrane mittels umgekehrter Osmose zwischen sich selbst und einem der Hochdruckseite der Membrane zugeführten hochkonzentrierten Strom zu gestatten. Beispielsweise dürfte ein Druck von 35 bar das inhärente osmotische Druckgefälle über eine semipermeable Membran bei einem NaCl-Salzkonzentrationsgradienten von mindestens 35 g/l (Gramm pro Liter) ausgleichen. Diese Kompensation dürfte ausreichen, unabhängig davon, ob die Membrane Meerwasser von Frischwasser trennt oder Meerwasser von einer Solelösung von 70 g/l. In der Praxis konnte beobachtet werden, dass das Meerwasser bei einer spezifischen Wahl der Membran in der Osmoseeinheit 36 mit Konzentrationen von nur 13 g/l in die DCT-Pumpe eintritt.
Der Hauptunterschied zwischen den 5 und 6 besteht darin, dass die Leitung 52, welche das Flüssigkeitsvolumen der Hochdruckseite der Membran in der Osmoseeinheit 36 zuführt, in 6 vor der Pumpe 10 und vor der Doppelkonusvorrichtung 1 abzweigt, so dass das der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36 zugeführte Flüssigkeitsvolumen die Doppelkonusvorrichtung 1 nicht durchlaufen muss. Demzufolge verbraucht die Zirkulationspumpe 10 bei der Anlage nach 6 weniger Leistung als bei der Anlage nach 5. In bestimmten Fällen ist jedoch für jeden Satz von Membranen der grösstmögliche Druck notwendig, was für die Anlage nach 5 sprechen würde.
Die Anlage gemäss 7 löst spezifisch das Problem der notwendigen Membranspülung. Der Konzentratauslass der ausgangsseitigen Osmoseeinheit 45 ist über die Leitung 54 mit der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36 verbunden. Durch diese Verbindung der Konzentratleitungen von den jeweiligen Membranblocks bleibt das grösstmögliche Spülvolumen erhalten. Zusätzlich kann die Membran der Osmoseeinheit 45 unter günstigeren Bedingungen betrieben werden als die Membran der eingangsseitigen Osmoseeinheit 36.
Die Trennung von Feststoffen und/oder gefährlichen Schadstoffen in flüssigen Trägersubstanzen kann sehr problematisch sein. Wenn diese in die klassische Pumpenvorrichtung gelangen, können sie zum sofortigen Stillstand führen oder eine Explosion verursachen. Es gibt zwar sehr teure Pumpanlagen für bestimmte explosive Stoffe, meistens wird jedoch versucht, das Problem zu umgehen.
Beispielsweise ist die Entfernung von Rohöl aus dem Meer in den letzten Jahren zu einem immer wiederkehrenden Albtraum geworden. Diese Verschmutzung kann aus leicht flüchtigen Bestandteilen, welche im besten Fall hoch entzündlich sind, und aus schweren Fraktionen mit einer teerähnlichen Konsistenz bestehen. In den meisten Fällen ist die Verschmutzung auf Lecks beim Transport zurückzuführen, und sie betrifft oft sehr grosse Mengen, welche über riesige Flächen des Meers verteilt sind. Die Entfernung dieses Schadstoffs stellt sogar beim heutigen technologischen Stand ein grosses Problem dar.
Die meisten Häfen sind mit Altöl und Abfällen verschmutzt. Diese Stoffe verschmutzen zunehmend die küstennahen Fischgewässer und Freizeitgebiete und führen zu einer giftigen Meeresumgebung. Jede denkbare Art der Reinigung bedingt die Verarbeitung von bisher unvorstellbaren Wassermengen. Mit den in der vorliegenden Patentanmeldung vorgeschlagenen Änderungen des Doppelkonuss könnte eine Anordnung wie diejenige gemäss 8 das Potential für einen ernstzunehmenden Beitrag zu diesem Problem bieten. Gemäss 8 ist eine Trennvorrichtung (Trennsäule, -turm oder -zyklon) 57 nach der Doppelkonuseinheit 1 direkt in die Hauptschleife 12 eingefügt. Bei dieser Anordnung wird das verschmutzte Material 6 an der Einmündung in den Doppelkonus 1 eingesaugt und direkt in die Trennsäule 57 gespült. Das am wenigsten verschmutzte Wasser kehrt vom unteren Teil der Trennvorrichtung 57 in die Hauptschleife 12 zurück. Auf diese Weise ist die Zirkulationspumpe 10 von der Verschmutzung fast gänzlich isoliert. Feststoffe, welche sich in der Trennvorrichtung 57 ansammeln, können über die Leitung 60 und das Ventil 61 aus dem Boden 59 der Trennvorrichtung 57 herausgespült werden, und das Altöl wird im oberen Teil 63 der Trennvorrichtung 57 entnommen und über die Leitung 64 dem Auslassventil 65 zugeführt. Das entölte Meerwasser wird durch das Ventil 65 ausgestossen. Die Effizienz der Trennvorrichtung 57 hängt in grossem Mass vom verfügbaren Druck im System ab. Hier kommt die DCT-Pumpe zum Zug, indem sie eine Erhöhung des verfügbaren Arbeitsdrucks einer sehr einfachen Hochvolumen-Niederdruckpumpe gestattet, die als Umwälzpumpe 10 dient.
Die Erfindung wurde anhand von erläuternden Beispielen beschrieben. Der Schutzumfang der Erfindung ist jedoch nicht auf die dargelegten Beispiele beschränkt, sondern von den Ansprüchen bestimmt. Selbstverständlich sind zahlreiche vom grundlegenden Konzept abgeleitete Varianten für den Fachmann ersichtlich. Einige dieser Abwandlungen werden nachfolgend vorgestellt.

– Ein zusätzlicher variabler Spalt, dessen Einlassebene mit der Öffnung übereinstimmt, ermöglicht die zeitweise Erhöhung der verfügbaren Saugkraft.
– Der Austrittskegel nach dem Spalt 5 kann aufgeschnitten sein und somit mehrere Sekundärspälte aufweisen. Bevorzugt sind diese Spälte jeweils teilweise oder vollständig verschliessbar. Die Sekundärspälte können unterschiedliche Höhen und/oder Abstände zur Öffnung aufweisen. Die variablen Spälte, welche zwischen dem ganz offenen und dem geschlossenen Zustand verstellbar sind, können wie folgt ausgeführt sein:
– Der Austrittskegel kann ausgeschnitten sein und ein Schliessring wird verwendet, um den Spalt zu verändern oder vollständig zu schliessen.
– Der Austrittskegel ist durchgeschnitten und ein Teil wird gegenüber dem anderen verschoben.
– Ein Loch oder mehrere Löcher werden in der Wand des Austrittskegels angebracht und es besteht die Möglichkeit, die Öffnung mit einer Klappe, mit Schliessringen oder mit Ventilen zu verändern.
– Die soeben vorgeschlagenen Abwandlungen können bei den im Haupttext beschriebenen Anwendungen und Anlagen zur Anwendung kommen.
– Die Anlagen zur Durchführung der neuartigen Anwendung können mehr als eine Doppelkonusvorrichtung, Trenneinheit oder Pumpe aufweisen. Insbesondere können die Doppelkonus parallel oder in Serie geschaltet sein. Parallele Anordnungen benötigen manchmal eigene Durchflusssteuerungen für jeden Zweig.

Claims

Doppelkonusvorrichtung (21) zur Herstellung eines Druckunterschieds in einem Fluid, welches durch die Vorrichtung fliesst, wobei die Vorrichtung im wesentlichen aus einer Eintrittseinheit (3) und einer Austrittseinheit (4) besteht, welche jeweils im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet sind, und wobei die Eintrittseinheit (3) und die Austrittseinheit (4) über deren jeweilige erste Enden kleineren Durchmessers miteinander verbunden sind und eine Öffnung (19) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Einmündung (5) in einem Abstand vom ersten Ende der Austrittseinheit angeordnet ist, so dass zwischen der Mündung (5) und dem ersten Ende der Austrittseinheit ein Abschnitt (22) mit zunehmendem Querschnitt und einer wirksamen Länge L vorhanden ist, um die Geräuschentwicklung und/oder die Abnützung der Doppelkonusvorrichtung zu verringern.
Doppelkonusvorrichtung (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten Einmündungen – ein Loch, vorzugsweise mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, – eine Reihe von Öffnungen in der Wandung der Austrittseinheit, auf dem Umfang eines Kreises, der im wesentlichen quer zur Austrittsöffnung steht, oder – ein kreisförmiger Spalt (5) in der Austrittseinheit, vorzugsweise im wesentlichen quer zur Austrittseinheit (4) ist.
Doppelkonusvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer, vorzugsweise alle folgenden Parameter erfüllt sind: Verhältnis h/d zwischen der Spaltbreite h (26) und dem Öffnungsdurchmesser d (24): 0 < h/d < 3, bevorzugt 0,5 < h/d < 2; Verhältnis D_in/d zwischen Eintrittsdurchmesser D_in (27) und Durchmesser d der Öffnung (19): 2 < D_in/d < ∞, bevorzugt 5 < D_in/d < 20; Verhältnis D_out/d zwischen Austrittsdurchmesser D_out (28) der Austrittseinheit (4) und Durchmesser d der Öffnung (19) : 2 < D_out/d < ∞, bevorzugt 5 < D_out/d < 20; Konizität θ₁ (8) der Eintrittseinheit (3): 0 < θ₁ < 10° (Grad), bevorzugt θ₁ < 8° und noch bevorzugter θ₁ < 6°; und Konizität θ₂ (9) der Austrittseinheit (4) : θ₂ ≤ θ₁, und dass die Qualitätsfunktion F = (1 + sinθ₁)²*sin²θ₂ höchstens 0,1100 beträgt, vorzugsweise kleiner ist als 0,05, bevorzugter kleiner als 0,0250, noch bevorzugter kleiner als 0,0155 und am bevorzugtesten kleiner als 0,0035.
Doppelkonusvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge L und der Weite d der Öffnung (19) mindestens 0,1 beträgt.
Doppelkonusvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Austrittskegels (4), welche mindestens einen Spalt (5) begrenzen, gegeneinander beweglich sind, um die Spaltbreite h einzustellen.
Doppelkonusvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spalt bestehend aus einer Reihe von Öffnungen mit einem konischen Ring bedeckt ist, dessen Öffnungen denjenigen des Spalts entsprechen, und der weiterhin drehbar an der Austrittseinheit (4) befestigt ist, so dass durch Drehung des konischen Rings die Öffnungen des Spalts stufenlos geöffnet oder geschlossen werden können.
Anlage mit einer Doppelkonusvorrichtung (1; 21) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkonusvorrichtung in einer geschlossenen Schleife (12) angeordnet ist, wobei die Schleife weiterhin mindestens eine Pumpe (10) und einen oder mehrere Schleifenauslässe (14, 15; 37, 43) aufweist und die Doppelkonusvorrichtung in die geschlossene Schleife über seine Eintrittseinheit und Austrittseinheit eingebunden ist, und dass die Anlage mindestens eine Trenneinheit (30; 36, 45) aufweist, welche in die geschlossene Schleife eingefügt oder mit mindestens einem Schleifenauslass verbunden ist, wobei die Trenneinheit in der Lage ist, Bestandteile eines durchgeleiteten Fluids von demselben zu trennen und sie für ihren Betrieb Überdruck benötigt oder bei erhöhtem Druck des Fluids leistungsfähiger ist.
Anlage mit einer Doppelkonusvorrichtung (1; 21) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Trenneinheiten eine erste Trenneinheit (36) ist, welche einen Massenaustausch zwischen zwei Fluids gestattet, insbesondere eine Osmoseeinheit (36), wobei die Trenneinheit mit einem Schleifenauslass (14, 15; 37, 43) und mit der Einmündung (7) der Doppelkonusvorrichtung (1; 21) verbunden ist, so dass ein Massenaustausch zwischen dem aus der geschlossenen Schleife (12) austretenden und dem durch die Trennvorrichtung (36) und die Einmündung der Doppelkonusvorrichtung in die Schleife (12) eintretenden Fluid erfolgt, wodurch die Konzentration des von dem Fluid zu trennenden Stoffs im eintretenden Fluid vermindert wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Trenneinheiten eine zweite Trenneinheit (45) ist, welche mit einem Schleifenauslass (14, 15; 37, 43) verbunden ist, wobei die zweite Trenneinheit in der Lage ist, Stoffe von dem Fluid zu trennen, insbesondere durch Osmose, umgekehrte Osmose, Filtration, Zyklonwirkung oder Chromatographie, um gereinigtes Fluid und/oder konzentriertes Fluid am Ausgang der zweiten Trenneinheit zurückzugewinnen.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Trenneinheiten eine dritte Trenneinheit (57) zur Trennung von Stoffen von einem Fluid ist, welche in die Schleife (12) eingefügt ist, so dass das in der Schleife umlaufende Fluid die dritte Trenneinheit (57) durchläuft, wobei es sich vorzugsweise um eine Osmoseeinheit, eine umgekehrte Osmoseeinheit, einen Zyklon oder um eine Trennsäule oder einen -turm handelt.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Trenneinheit (57) vor der Pumpe (10) angeordnet ist und dazu geeignet ist, korrosive, abrasive und/oder aggressive Stoffe aus dem umlaufenden Fluid zu entfernen, um die Pumpe zu schützen.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (40) mit der Einmündung (7) der Doppelkonusvorrichtung verbunden ist, um die Flüssigkeitszufuhr zur Doppelkonusvorrichtung zu verbessern.
Anwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12 zur Entsalzung von Meerwasser.
Anwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12 zur Trennung von Verschmutzungen wie Öl von Wasser.