DE9205523U1 - Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und Flüssigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und FlüssigkeitenInfo
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Description
Patentanwalt**, "^
Dipl.- Ing. Günther Rau
Bielefeld
Dipl.- Ing. Günther Rau
Bielefeld
Uwe Sonnenrein 4795 Delbrück
Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von
Gasen und Flüssigkeiten, die in einem geschlossenen Gefäß einen oberen Zulauf für ein leichtes Medium,
einen unteren Ablauf für eine Mischflüssigkeit und eine Zuleitung für eine zu behandelnde Flüssigkeit aufweist,
die in einem Düsenkörper mündet.
Aus der DE-PS 35 01 175 ist bereits ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit bekannt, bei dem die Flüssigkeit
durch eine Düsenplatte in einen Reaktionsraum eingebracht und das Gas durch Eintrittsöffnungen in der Wand
des Reaktionsraumes zugeführt wird. Die bekannte Düsenplatte ist mit einer Anzahl randseitiger Injektordüsen
mit vorzugsweise zylindrischen Bohrungen und mit mehreren
Kränzen von stromauf zylindrischen und stromab
konisch erweiterten Mischdüsen ausgerüstet. Die Düsen arbeiten mit einem verhältmäßig hohen Druck und sind im
Betrieb wegen Neigung zur Verstopfung auch störanfällig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsengestaltung zu schaffen, die mit einem geringeren Druck
arbeiten kann, die Fähigkeit der Selbstreinigung besitzt und die sich auf unterschiedliche Durchströmmengen
einstellen kann. Die gestellte Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale
gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein besonderer Vorzug der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Düsengestaltung einen Einsatz sowohl in Mischern
als auch in Vorrichtungen zur Trennung von Medien unterschiedlicher Dichte gestattet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand
der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung ;.
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Düsenkörper und
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht aus Fig. 2.
In einem senkrecht angeordneten und geschlossenen, zylinder- oder quaderförmigen Gefäß 101 (Fig. 1) ist im
Deckel 102 ein Zulauf 103 und im Boden 104 neben einem Ablauf 105 ein Zuleitungsrohr 106 vorgesehen, das bis
in das obere Drittel des Gefäßes 101 reicht und einen im wesentlichen zylinderförmigen Düsenkörper 107 trägt.
Die zu bearbeitende Flüssigkeit wird durch das Zuleitungsrohr 106 in den Düsenkörper 107 geleitet. Im
oberen Bereich 108 des Gefäßes 101 befindet sich das leichtere Medium, das eine Flüssigkeit oder ein Gas
sein kann und über den Zulauf 103 in der Arbeitsweise der Vorrichtung als Mischer zugeführt wird. Im unteren
Bereich 109 des Gefäßes 101 sammelt sich die im Düsenkörper 107 behandelte Flüssigkeit, die durch den Ablauf
105 abgeleitet wird.
Der Niveaustand zwischen dem leichten Medium im Bereich 108 und dem schwereren Medium im Bereich 109 wird durch
einen Niveaumelder 110 überwacht, der über eine nicht dargestellte Schaltelektronik die Zugabe des leichten
Mediums regelt, um den Niveaustand zwischen einer Minimum-Marke 111 und einer Maximum-Marke 112 einzustellen.
Der zylinderförmige Düsenkörper 107 (Fig. 2) besteht
aus einem Düsenfuß 116 und einem Düsenrumpf 118, die fest miteinander verbunden sind, und einem aufgeschraubten
mehrteiligen Düsenkopf 120. Dieser zusammengesetzte Düsenkörper weist abgesehen von einer gewölbten
Abschlußkappe 122 eine durchgehende axiale Bohrung 114 auf, die etwa dem Außendurchmesser des Zuleitungs-
rohres 106 entspricht, das im Bodenbereich des Düsenfußes
116 mit dem Düsenkörper 107 verbunden ist. Unmittelbar über dem Ende des Zuleitungsrohres 106 ist die
Bohrung 114 durch eine erste Ringnut 124 vergrößert und bildet damit einen ersten Verteilraum. Die Abschlußkappe
122 liegt über einem kurzen Rohrstück 123, das mit der Oberkante der Ringnut 124 eine umlaufende
Abreißkante liefert. Von der Ringnut 124 ausgehend verlaufen eine Mehrzahl von Bohrungen 126 in axialer
Richtung des Düsenkörpers 107, die in einer langgestreckten zweiten Ringnut 127 im Düsenrumpf enden. An
die zweite Ringnut 127 schließen sich eine Mehrzahl von Bohrungen 128 mit geringerem Durchmesser an, die
damit weitere Abreißkanten bilden. Diese Bohrungen 128 münden in einer ringförmigen Prallkammer 129 im Düsenkopf
120. Die obere Kante der axialen Bohrung 114 des Düsenrumpfes 118 ist kegelstumpfmantelförmig gestaltet
und bildet das Unterteil der Düse 130. Das Düsenoberteil 131 ist mit seinem Flansch 132 und einem breiten
Gummiring 133 zwischen einer Düsenwange 134 und einer Verschraubungswange 135 eingespannt und bildet den
Düsenkopf 120, der unter Zwischenlage eines Gummirings
136 mit rundem Querschnitt auf den Düsenrumpf 118 aufgeschraubt wird. Durch Anspannen der Verschraubungswange
135 wird die Soll-Öffnung des Düsenspalts 137 eingestellt. Der breite Gummiring 133 erlaubt eine
elastische Vertikalbewegung des Düsenoberteils 131. Hierdurch wird eine Selbstreinigung des Düsenspalts
137 ermöglicht. Wenn sich ein Teil des Düsenspalts 137 verstopft, kann sich das Düsenoberteil 131 anheben
und die Düsenöffnung so erweitern, daß trotz Verschmutzung wieder die notwendige Medienmenge austreten kann
und die Verschmutzung durch die erweiterte Düsenöffnung herausgespült wird. Nach Reinigung des Düsenspalts 137
stellt sich die ursprüngliche Weite durch die Federkraft des Gummirings 133 wieder ein.
Wie aus dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Steigung der Flächen des Düsenspaltes
137 so gewählt, daß die Breite des Spaltes zur Spitze des Düsenoberteils 131 abnimmt. Außerdem ist die
Kante des Düsenoberteils mit einer Abrißfase 138 ausgestattet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Strahl
der Düse 130 die Form eines Kegelmantels einnimmt, der mit seiner Spitze auf einen auf der Mittelachse des
Düsenkörpers 107 liegenden Punkt weist. In den als Düsenaustrittsraum 140 bezeichneten Teil der Bohrung
114 des Düsenrumpfes 118 ist eine Muffe 141 eingesetzt, deren unteres Ende verengt ausgebildet ist und dicht
über einem oder mehreren Düsenausgängen 142 endet. In der Zeichnung ist aus Übersichtsgründen nur ein Düsenausgang
142 dargestellt. Es ist aber zweckmäßig, mehrere Ausgänge vorzusehen, um den Ablauf der Flüssigkeit
nicht zu behindern. Die dem Zuleitungsrohr 106 im Eingang des Düsenfußes 116 gegenüberliegend angeordnete
kugelkalottenförmige Abschlußkappe 122 dient am unteren
Ende des Düsenablaufraums 143 als Prallplatte und sorgt
in Verbindung mit der konischen Verengung der Muffe 141 dafür, daß keine Mediumspritzer in den Düsenaustrittsraum
149 zurückspritzen.
Bei der Verwendung der Vorrichtung als Mischer wird die
Flüssigkeit unter Druck über das Zuleitungsrohr 106 dem Düsenkörper 107 zugeführt und gelangt über die erste
Ringnut 124, mehrere Bohrungen 126 in eine zweite Ringnut 127 und weitere Bohrungen 128 in eine ringförmige
Prallkammer 129. Die genannten Ringnuten und Bohrungen sind aufeinanderfolgend im Mantel des Düsenkörpers
107 angeordnet. An den Übergangsstellen zwischen den Ringnuten und den Bohrungen sind Strömungsabreißkanten
vorgesehen, die die Molekularstruktur der Flüssigkeit aufbrechen. Durch die mehrfache Passage der
Abreißkanten vor dem Durchgang durch die Ringdüse ist die Flüssigkeit durch die gründliche Auflockerung der
Molekularstruktur bestens auf die Aufgabe vorbereitet, im Düsenaustrittsraum andere Medienmoleküle aufzunehmen
oder abzugeben.
An die ringförmige Prallkammer 129 schließt sich eine Ringdüse 130 an, deren Düsenspalt 137 zum Spaltende
enger ausgebildet ist. Das Düsenoberteil 131 ist gegenüber
dem Düsenunterteil verkürzt und mit einer Abreißfase versehen. Die Düse erzeugt einen auf den mittleren
Bereich des Düsenaustrittraums 140 gerichteten kegelmantelförmigen
.Strahl, der aus den verschiedenen Richtungen kommend aufeinandertrifft. Durch diese Maßnahme
wird praktisch etwa eine Verdoppelung der Aufprallgeschwindigkeit erzeugt. Hierbei wird durch den austretenden
Strahl eine Sogwirkung in Richtung des Pfeils 144 erzeugt, wodurch ein leichteres Medium (Flüssigkeit
oder Gas) über den oben offenen Düsenkopf 120 aus dem
oberen Bereich 108 (Fig. 1) angesaugt. In das aus der Prallkammer 129 und der Düse 130 austretende Medium
gemischt, in Richtung auf den Düsenausgang 142 gedrückt und in den unteren Bereich 109 geleitet wird.
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Bei der Mischung von Medien wird eine Optimierung der Mischung und deren Stabilisierung durch eine mehrfache,
z. B. dreifach abgestufte Rückführung mit gestaffelten Drücken in das Umgebungsmedium erreicht.
Bei der Verwendung der Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen
und Flüssigkeiten erfolgt der Betrieb durch Absaugen des schwereren Mediums am Ablauf 105 und des leichteren
Mediums am Zulauf 103 (Fig. l). Durch den im Düsenkörper 107 entstehenden Sog wird das zu trennende medium
über das Zuleitungsrohr 106 angesaugt. Durch die ringförmige Düse 130 wird der kegelmantelförmige Strahl
in den Düsenaustrittsraum 140 erzeugt. Die hierbei wirksam werdende hohe Aufprallgeschwindigkeit und
freiwerdende Energie erzeugt eine bis in die Molekularstruktur aufgebrochene Wolke des Mediums, die ein
Absaugen der Teilchen mit geringerer Dichte aus dem Düsenkopf gegen die Richtung des Pfeils 144 ermöglicht.
Die Teilchen des schwereren Mediums folgen dem vom Düsenausgang 142 wirkenden Sog und gelangen in den
unteren Bereich. Das Absaugen des leichteren und des schwereren Mediums aus dem oberen bzw. unteren Bereich
108 bzw. 109 wird durch den Niveaumelder 110 überwacht und so geregelt, daß der Pegel zwischen diesen Medien
in den zulässigen Grenzen gehalten wird, die durch die Min.- und Max.-Marken 111 bzw. 112 angegeben sind.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und Flüssigkeiten,
die in einem geschlossenen Gefäß einen oberen Zulauf für ein leichtes Medium, einen unteren Ablauf
für eine Mischflüssigkeit und eine Zuleitung für eine zu behandelnde Flüssigkeit mit einem Düsenkörper
aufweist, dessen Düsenkopf Verbindung zum leichten Medium hat, dadurch gekennzeichnet, daß der
zylinderförmige Düsenkörper (107) mit einer axialen
Bohrung (114) aus einem Düsenfuß (116), einem mit ihm verbundenen Düsenrumpf (118) und einem aufgesetzten
Düsenkopf (120) besteht, wobei zwischen dem oben offenen Düsenkopf (120) und dem Düsenrumpf
(118) eine ringförmige Prallkammer (129) gebildet ist, von der eine ringförmige Düse (130) mit kegelstumpfmantelförmig
gestaltetem und in der Breite einstellbaren Düsenspalt (137) in den Düsenaustrittsraum
(140) führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenspalt (137) zum Düsenausgang verengt
ausgebildet ist und die vom Düsenoberteil (131) gebildete Kante mit einer Abreißfase (138) ausgebildet
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in eine Schraubverbindung zwischen
dem Düsenrumpf (118) und dem Düsenkopf (120) eingelegter Gummiring (136) die Einstellung der Soll-Öffnung
des Düsenspalts (137) gestattet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenoberteil (131) im
Düsenkopf (120) durch einen breiten Gummiring (133) elastisch gelagert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Düsenaustrittsraum
(140) eingesetzte Muffe (141) an seinem ausgangsseitigen Ende konisch verengt ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des konisch
verengten Endes der Muffe (141) ein oder mehrere Düsenausgänge (142) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungsrohr (106)
in einer Ringnut (124) im Düsenfuß (116) endet und im Abstand über der Ringnut mit der Abschlußkappe
(122) eine umlaufende Abreißkante bildet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ringnut (124)
im Düsenfuß (116) ausgehenden Bohrungen (126, 128) mit einer zwischengeordneten zweiten Ringnut (127)
durch Querschnittsänderungen eine Mehrzahl von Abreißkanten bilden.
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DE4309546A1 (de) | 1994-06-30 |
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