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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gaseintragung in eine Flüssigkeit mit einem eine Mischkammer bildenden Gehäuse, mit einem einen Flüssigkeitsanschluss und einen Gasanschluss aufweisenden Anschlusskopf, der eine Einlaufkammer mit zwei durch eine Membran voneinander getrennten, einerseits dem Flüssigkeitsanschluss und anderseits der Mischkammer zugekehrten Kammerabschnitten aufnimmt, mit einem auf der Membran angeordneten, mit einem Flüssigkeitsdurchtritt zur Mischkammer versehenen Steuerkörper und mit einem gegen die Kraft einer Schliessfeder durch den Steuerkörper offenbaren, mit dem Gasanschluss verbundenen Gasventil.
Zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten ist es bekannt (DE 20211058 U1), die Flüssigkeit und das Gas in einer Mischkammer zusammenzuführen und das Flüssigkeits-Gasgemisch nach der Mischkammer einer Umlaufbewegung in einem schraubenförmigen Strömungskanal zu unterwerfen, in dem sich offensichtlich unter dem Einfluss der wirksamen Fliehkräfte eine innige Vermischung von Flüssigkeit und Gas mit der Wirkung einstellt, dass eine vergleichsweise hohe und dauerhafte Gaseintragung in die Flüssigkeit sichergestellt werden kann.
Zur Steuerung der Gaszufuhr in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszufuhr ist das die Mischkammer bildende Gehäuse mit einem Anschlusskopf versehen, in dem eine mit einem Flüssigkeitsanschluss verbundene Einlaufkammer liegt, die durch eine Membran in zwei Kammerabschnitte unterteilt ist, von denen der mit dem Flüssigkeitsanschluss verbundene Kammerabschnitt ein mit einem Gasanschluss in Verbindung stehendes Gasventil aufnimmt. Dieses Gasventil besteht aus einem auf der Membran angeordneten, durch eine Schliessfeder belasteten Ventilsitz für einen im Kammerabschnitt auf der Seite des Flüssigkeitsanschlusses unbeweglich gehaltenen Ventilkörper, in dem eine vom Ventilsitz verschliessbare Gaszuleitung mündet.
Wird die Membran mit dem Druck der in die Einlaufkammer strömenden Flüssigkeit beaufschlagt, so wird der Ventilsitz über die Membran vom Ventilkörper abgehoben, was einerseits den Flüssigkeitsdurchtritt zu der Mischkammer freigibt und anderseits die im Ventilsitz mündende Gaszuleitung öffnet, so dass das Gas gemeinsam mit der Flüssigkeit zunächst durch die Durchtrittsöffnung im Ventilsitz und dann durch eine nachgeschaltete Düse in die Mischkammer strömt. Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist allerdings, dass durch das Zusammenfassen eines Flüssigkeits- und eines Gasventils zu einer Baueinheit, nicht nur enge Toleranzbereiche eingehalten werden müssen, sondern auch kaum Einfluss auf die Gemischbildung aus Flüssigkeit und Gas genommen werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zur Gaseintragung in eine Flüssigkeit so auszugestalten, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln eine vorteilhafte Gemischbildung aus Flüssigkeit und Gas sichergestellt werden kann, bevor das Flüssigkeits-Gasgemisch in die Mischkammer strömt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Flüssigkeitsdurchtritt des Steuerkörpers als Injektordüse ausgebildet ist, die in einen koaxialen Strömungskanal zwischen dem mischkammerseitigen Kammerabschnitt und der Mischkammer axial verschiebbar eingreift, und dass das auslassseitig mit dem mischkammerseitigen Kammerabschnitt strömungsverbundene Gasventil einen durch die Schliessfeder belasteten, vom Steuerkörper beaufschlagbaren Ventilstössel besitzt.
Da der auf der Membran vorgesehene Steuerkörper nicht Teil einer Ventileinheit ist, sondern lediglich zur Beaufschlagung eines Gasventils dient und auf ein Flüssigkeitsventil im Zuströmbereich der Einlaufkammer überhaupt verzichtet wird, ergeben sich zunächst einfache, betriebssichere Konstruktionsverhältnisse, die eine gute Anpassung des vom Beaufschlagungsdruck der Membran durch die Flüssigkeit abhängigen Stellweges des Ventilstössels des Gasventils an die benötigte Gasmenge erlauben. Ausserdem entfällt der mit einem Flüssigkeitsventil zwangsläufig verbundene Druckverlust im Bereich der Flüssigkeitsströmung in die Einlaufkammer.
Darüber hinaus wird eine vorteilhafte Gemischbildung aus Flüssigkeit und Gas sichergestellt, weil der durch eine Injektordüse gebildete Flüssigkeitsdurchtritt des Steuerkörpers in einen Strömungskanal mündet, durch den das Gas aus dem mischkammerseitigen, mit dem Gasventil verbundenen Kammerabschnitt der Injektordüse zugeführt wird, um sich im Austrittsbereich der Injektordüse innig mit der aus der Injektordüse ausströmenden Flüssigkeit zu vermischen.
Die Verlagerung der Membran hängt vom Abfall des Flüssigkeitsdruckes im Bereich des durch die Injektordüse gebildeten Flüssigkeitsdurchtrittes des Steuerkörpers und damit von der Durchflussmenge der Flüssigkeit durch die Injektordüse ab, was zu einer von der Durchflussmenge der Injektordüse abhängigen Betätigung des Gasventils führt, das somit als Regelventil wirksam wird, und für ein weitgehend gleichbleibendes Mischungs-
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verhältnis von Flüssigkeit und Gas sorgt.
Das über die Injektordüse im Strömungskanal zwischen dem mischkammerseitigen Kammerabschnitt und der Mischkammer gebildete Flüssigkeits-Gasgemisch kann zur weiteren Aufbereitung unmittelbar in die Mischkammer strömen. Es ist aber auch möglich, der eigentlichen Mischkammer eine Vormischkammer vorzuschalten, um durch aufeinanderfolgende Mischstufen eine besonders feine Verteilung von Gasbläschen in der Flüssigkeit als Voraussetzung für eine weitgehende Lösung des Gases in der Flüssigkeit zu erhalten, wenn im Anschluss an die Mischung das Flüssigkeits-Gasgemisch einer Umlaufbewegung in einem schraubenförmigen Strömungskanal unterworfen wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Gaseintragung in eine Flüssigkeit in einem schematischen Axialschnitt gezeigt.
Die dargestellte Vorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das aus einem Boden 2, einer vom Boden 2 aufragenden Mischkammer 3, einem die Mischkammer 3 mit radialem Abstand umschlie- #enden Mantel 4 und einem Anschlusskopf 5 zusammengesetzt ist, der aus zwei axial zusammengefügten Teilen 6 und 7 besteht. Der obere Teil 6 ist mit einem Flüssigkeitsanschluss 8 versehen.
Der mit 9 bezeichnete Gasanschluss ist dem unteren Teil 7 zugeordnet. Zwischen den beiden Teilen 6 und 7 des Anschlusskopfes 5 ist eine ringförmige Membran 10 eingespannt, die eine zwischen den Teilen 6 und 7 ausgeformte Einlaufkammer in zwei Kammerabschnitte 11 und 12 unterteilt. Auf der ringförmigen Membran 10 ist ein mittiger Steuerkörper 13 festgeklemmt, der mit einem Flüssigkeitsdurchtritt 14 versehen ist. Dieser Flüssigkeitsdurchtritt 14 bildet eine Injektordüse 15, die in einen koaxialen Strömungskanal 16 axial verschiebbar eingreift. Der Strömungskanal 16 geht vom mischkammerseitigen Kammerabschnitt 12 aus, durchsetzt den Teil 7 des Anschlusskopfes 5 und mündet in einer der Mischkammer 3 in Strömungsrichtung vorgelagerten Vormischkammer 17.
Der Gasanschluss 9 ist über ein Rückschlagventil 18 an ein Gasventil 19 angeschlossen, dessen parallel zur Injektordüse 15 verlaufender Ventilstössel 20 durch eine Schliessfeder 21 belastet wird und in den Kammerabschnitt 12 der Einlaufkammer gegen den Steuerkörper 13 vorsteht, über den somit das Gasventil 19 in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsströmung betätigt wird.
Strömt Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsanschluss 8 in den Kammerabschnitt 11und durch den Flüssigkeitsdurchtritt 14 des Steuerkörpers 13 in den Strömungskanal 16, so wird die Membran 10 durch den wirksamen Flüssigkeitsdruck beaufschlagt und in Abhängigkeit vom Druckabfall im Bereich des Flüssigkeitsdurchtrittes 14 mit der Folge verlagert, das über den Steuerkörper 13 der Ventilstössel 20 betätigt und das Gasventil 19 geöffnet wird, so dass Gas aus dem Gasanschluss 9 über den mischkammerseitigen Kammerabschnitt 12 in den Strömungskanal 16 zur Injektordüse 15 strömt, um im Austrittsbereich der Injektordüse 15 innig mit dem aus der Injektordüse 15 austretenden Flüssigkeitsstrahl vermischt zu werden.
Ändert sich die Durchflussmenge der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsdurchtritt 14, so ändert sich der Druckabfall entlang dieses Flüssigkeitsdurchtrittes 14 und damit die Öffnungsstellung des Gasventils 19, so dass sich eine selbständige Regelung des Mischungsverhältnisses zwischen Flüssigkeit und Gas ergibt.
Die der Vormischkammer 17 nachgeschaltete Mischkammer ist durch Einschnürungen 22 in voneinander abgesetzte Längsabschnitte unterteilt, die umlaufende, hinterschnittene Abreisskanten 23 für die Strömung des Flüssigkeits-Gasgemisches bilden. Die Mischkammer 3 nimmt ausserdem einen dornartigen Strömungsteiler 24 auf, der im Bereich der Einschnürungen 22 Dickstellen 25 aufweist, zwischen denen und den Einschnürungen 22 Ringdüsen erhalten werden.
Zwischen den Dickstellen 25 ist der Strömungsteiler 24 im Anschluss an divergierende Leitflächen 26 ebenfalls mit umlaufenden, hinterschnittenen Abreisskanten 27 für die Strömung des Flüssigkeits-Gasgemisches versehen, so dass nicht nur beim Übertritt des Flüssigkeitsgasgemisches von einem zum nachfolgenden Längsabschnitt der Mischkammer 3, sondern auch innerhalb dieser Längsabschnitte eine gute Verwirbelung des Flüssigkeitsgasgemisches erfolgt, das gegen die Abreisskanten 23 und 27 hin jeweils beschleunigt wird. Im Bereich des Bodens 2 tritt das Flüssigkeits-Gasgemisch aus der Mischkammer 3 durch Durchtrittsöffnungen 28 in den Ringraum zwischen der Mischkammer 3 und dem Gehäusemantel 4 ein. In diesem Ringraum werden durch einen rohrförmigen Einsatz 29 schraubenförmig verlaufende Strömungskanäle 30 gebildet, die miteinander über Durchbrüche 31 verbunden sind.
Das aus der Mischkammer 3 austretende Flüssigkeits-Gasgemisch wird demnach
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zunächst über den inneren der schraubenförmigen Strömungskanäle 30 nach oben und dann durch den äusseren Strömungskanal 30 wieder abwärts zu einer Anschlussöffnung 32 geführt, die mit einem Auslass 33 im Boden 2 des Gehäuses 1 verbunden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Gaseintragung in eine Flüssigkeit mit einem eine Mischkammer bildenden
Gehäuse, mit einem einen Flüssigkeitsanschluss und einen Gasanschluss aufweisenden
Anschlusskopf, der eine Einlaufkammer mit zwei durch eine Membran voneinander ge- trennten, einerseits dem Flüssigkeitsanschluss und anderseits der Mischkammer zugekehr- ten Kammerabschnitten aufnimmt, mit einem auf der Membran angeordneten, mit einem
Flüssigkeitsdurchtritt zur Mischkammer versehenen Steuerkörper und mit einem gegen die
Kraft einer Schliessfeder durch den Steuerkörper offenbaren, mit dem Gasanschluss ver- bundenen Gasventil, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsdurchtritt (14) des
Steuerkörpers (13) als Injektordüse (15) ausgebildet ist, die in einen koaxialen Strömungs- kanal (16) zwischen dem mischkammerseitigen Kammerabschnitt (12)
und der Misch- kammer (3) axial verschiebbar eingreift, und dass das auslassseitig mit dem mischkammer- seitigen Kammerabschnitt (12) strömungsverbundene Gasventil (19) einen durch die
Schliessfeder (21) belasteten, vom Steuerkörper (13) beaufschlagbaren Ventilstössel (20) besitzt.