AT413875B

AT413875B - Verfahren zum konditionieren von in leitungen oder kanälen geführten medien und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: AT413875B
Application number: AT4282003A
Authority: AT
Original assignee: Rauchenschwandtner Harald Ing
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2006-06-15
Also published as: ATA4282003A

Description

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AT 413 875 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konditionieren von in Leitungen oder Kanälen geführten Medien, insbesondere Flüssigkeiten und Gasen, durch Beeinflussung der Strömung in wenigstens einer Leitstufe, in der die Strömung in wenigstens zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die dann in einer Wirbelerzeugungsstufe zusammengeführt werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus wenigstens einer in eine Leitung oder einen Kanal für ein strömendes Medium eingeschalteten Leitstufe mit Strömungsteilern.

Bisher werden, allgemein gesehen, in Leitungen und Kanälen transportierte Medien, meist Flüssigkeiten oder Gase, meist auf geradlinigen Förderwegen geleitet. Die vorliegende Erfindung nützt die Erkenntnis aus, daß das lineare Bewegungsmuster zu keiner Konditionierung der Medien führt, sondern gegenüber dem Bewegungsablauf strömender Medien in der Natur eine Zwangslösung darstellt, die in vieler Hinsicht für das jeweilige Medium Nachteile mit sich bringt. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der US 3 955 835 bekannt und wird hier ausschließlich für die Konditionierung von später der Verbrennung zugeführten Gasen, insbesondere also brennbaren Gasen, eingesetzt. Bei diesem bekannten Verfahren ist in die Leitung kurz vor dem jeweiligen Brenner ein Drallerzeuger eingesetzt, der im wesentlichen mehrere Gänge eines Steilgewindes in entsprechenden Nuten aufweist, wobei hier der Durchflußquerschnitt gegenüber dem Zu- und Ablauf wesentlich verringert und im Ablaufbereich in Fortsetzung der erwähnten Gewindenuten ein Strömungsverlauf aus sich dann zusammenfügenden schraubengangartig weiterdrehenden Teilströmen erzeugt wird. Wegen der Querschnittsvergrößerung nach der Konditionierungsstufe kommt es wieder zu einer Verlangsamung der Strömung und es wird bestenfalls eine etwa gleichmäßige Durchmischung des Gases, aber keine Konditionierung im weiteren Sinn erzielt.

Auch bei einer Konstruktion nach der RU 2 032 108 C1 sind Drallerzeuger vorgesehen, die mehrere Gänge eines Steilgewindes bestimmen und zu diesem Zweck wieder Nuten oder geformte Blechteile enthalten. Auch hier wird der Durchflußquerschnitt gegenüber dem Zu- bzw. Ablauf verringert, wobei eine Anordnung im Ventil einer Brennkraftmaschine bevorzugt wird. Hier treten die wirbelnden Teilströme allerdings ohne weitere Zusammenführung getrennt in den Verbrennungsraum aus.

Aus der US 2001/0035170 ist es bekannt, einen verdrillten Streifen auf Silber- oder Platinbasis in einem Führungsrohr für ein Medium, insbesondere einen Kraftstoff unterzubringen.

Nach der US 1 608 547 A sind im Einlaßrohr einer Zentrifugalpumpe Leitrippen vorhanden, die im wesentlichen Schraubengängen folgen deren Steilheit gegen den Pumpeneinlaß zunimmt. Sinn dieser Maßnahme ist es, Steinchen und andere Verunreinigungen in der angesaugten Flüssigkeit umzuleiten, so daß sie beim Eintritt in den Pumpenmotor schon eine radiale Bewegungskomponente aufweisen, also im Rotor nicht mehr rechtwinkelig umgeleitet werden müssen.

Nach der US 4 645 518 A wird in einer Leitstufe eine Konzentration von Gasbläschen im Zentrum einer Strömung erzeugt und die Gase werden über ein dort vorgesehenes Ableitrohr entfernt.

Eine weitere Möglichkeit für die Treibstoffkonditionierung ist in der DE 41 19 081 geoffenbart. Hier ist eine Turbine vorgesehen die über einen tangential vorgesehenen Haupteinlaß beaufschlagt und über einen konzentrisch vorgesehenen Axialauslaß von Treibstoff durchströmt wird. Es wird eine Durchmischung aber keine Durchwirbelung erzielt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das eine völlig neue Konditionierung von in Leitungen und Kanälen geführten Medien ermöglicht und bei seiner Anwendung auf verschiedensten Verwendungsbereichen völlig neue und unerwartete Ergebnisse mit sich 3

AT 413 875 B bringt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der Durchflußquerschnitt gleich oder größer als ihr Zu- und Ablauf gehalten ist und die Wirbelerzeugungsstufe ablaufseitig in der aus 5 den Teilströmen entstehenden Gesamtströmung eine schraubenförmige Strömung induziert, die einen sich zum Ablauf hin verjüngenden und in diesem trichterförmig verlaufenden Wirbel.

Durch diese besondere Leitung und Konditionierung wird im Gegensatz zur bekannten Bewegung im Bereich eines verringerten Querschnittes eine weit in den Ablauf hinein- und gegebe-io nenfalls sogar in einen Auslaß hineinreichende Wirkung der Schraubenbewegung erzielt, die zu den verschiedensten Zwecken ausgenützt werden kann, wie dies noch beschrieben werden wird. Wegen der Querschnittsabstufung der Durchwirbelungsstufe mit gegenüber Zu- und Ablauf gleich oder größerem Querschnitt wird die beim Stand der Technik vorhandene Beschleunigung des Mediums in der Leitstufe mit nachfolgender Abbremsung im Ablauf vermieden. Falls 15 es aus Konditionierungsgründen zweckmäßig erscheint, können auch zwei oder mehrere, jeweils Durchwirbelungsstufen enthaltende Leitstufen kaskadenförmig hintereinander geschaltet und zur Konditionierung des Mediums eingesetzt werden.

Nach einer derzeit bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei 20 den gebildeten Teilströmen, die Faktoren Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsweg, Strömungsquerschnitt und Strömungsrichtung individuell definiert, wobei wenigstens einer dieser Faktoren jedes Teilstromes von entsprechenden Faktoren des bzw. der übrigen Teilströme unterschiedlich gewählt wird, so daß bei wenigstens teilweiser Zusammenführung der Teilströme ablaufseitig die Schraubenbewegungen unter Bildung des Wirbels im Medium entsteht. Es 25 kann also bei der erfindungsgemäßen Ausführung von einer genau achssymmetrischen Anordnung der Leiteinrichtungen bzw. der Weiterleitung der Teilströme abgewichen werden, um dadurch den besonderen Effekt eines sich verjüngenden Wirbels bzw. Trichterwirbels im Ablauf zu erzielen. 30 Nach den allgemein angegebenen Verfahrensschritten wird auf mögliche Anwendungen des Verfahrens in der Praxis eingegangen. Nach einer dieser Möglichkeiten werden dem Medium im Bereich seiner ablaufseitigen, schraubenförmigen Strömung Zusätze aus Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffteilchen beigegeben. Gaszusätze sind beispielsweise in Form von Verbrennungsluft bei gasförmigen, flüssigen oder zerstäubten Brennstoffen möglich. Man kann auch gasför-35 mige Brennstoffe zerstäubten Brennstoffen zuführen usw. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf entsprechende Weise in strömende, Verunreinigungen enthaltende Gase oder Flüssigkeiten Reinigungs- oder Bindemittel für diese Verunreinigungen einzutragen. Dabei ist aber immer wieder zu beachten, daß die Eintragung in den gebildeten Wirbel hinein erfolgt und dadurch ein längerer Eintragungsbereich zur Verfügung steht. 40

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch seine Anwendung für die Konditionierung von das Medium darstellenden brennbaren Energieträgern in Form von Gasen, flüssigen Brennstoffen oder Brennstoff-Luftgemischen vor dem oder bei ihrem Einlaß in die jeweilige Verbrennungskammer gekennzeichnet. Bei dieser Anwendung zeigt sich überra-45 sehend, daß durch die vorgenommene Konditionierung eine höhere Wirksamkeit des jeweiligen Brennstoffes erzielt werden kann, so daß sich etwa beim Verbrennungsmotor der Treibstoffverbrauch entscheidend in der Größenordnung von 10 bis 20 % verringert. Eine denkbare, aber noch nicht einwandfrei bewiesene Erklärung für dieses Phänomen könnte darin bestehen, daß die Teilchen des Energieträgers durch die Konditionierung eine besondere, wenigstens teilweise) se geordnete Ausrichtung erfahren, so daß durch die sonst vorhandene zufällige Wirrlage dieser Teilchen auftretende Beeinträchtigungen bzw. Dämpfungen des Verbrennungsvorganges vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich u. a. auch dazu, Trinkwasser bzw. andere Ge-55 tränke, die in Leitungen geführt werden, bei oder vor der Abgabe einer Konditionierung zu 4

AT 413 875 B unterziehen, also allgemein gesagt, Wasser und ähnliche Getränke „zu beleben“.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Reinigung von Verunreinigungen enthaltenden Medien mit der Maßgabe, daß 5 das verunreinigte Medium, allenfalls unter zusätzlicher Zufuhr z. B. von Gasen, Flüssigkeiten, Schaum- oder Schmutzbindern durch die Leitstufe geführt wird, so daß sich die Verunreinigungen im Ablauf der Leitstufe im Zentrum des Wirbels sammeln und von dort abgeleitet werden können. Versuche haben gezeigt, daß aus verunreinigtem Wasser nicht nur Feststoffteilchen, sondern auch andere Flüssigkeiten, z. B. Treibstoffe oder Öle, auf diese Weise entfernt werden io können. Im einfachsten Fall wird hier die Flüssigkeit nach der Konditionierung in einen Ablauf geleitet, wo die gereinigte Flüssigkeit in Form einer Mantelströmung um einen die Verunreinigung enthaltenden Kern austritt. Bringt man im Kernbereich eine Ablaufleitung bzw. einen zu einem Ablauf, Sammelbehälter oder Filter führenden Trichter an, so wird zumindest ein Großteil der Verunreinigungen hier gesammelt und entfernt. In ähnlicher Weise können auch Staub aus 15 Luft oder sonstige Verunreinigungen aus in Leitungen geführten Gasen entfernt werden. Als Beispiel sei hier die Ableitung von Partikeln, z. B. Rußpartikeln aus Motorabgasen, etwa den Abgasen von Dieselmotoren genannt.

Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eingesetzt 20 werden, die sich dadurch auszeichnet, daß die Strömungsteiler entweder selbst den an ihnen entstehenden Teilströmen des Mediums eine Drallkomponente erteilen oder einem Drall- bzw. Wirbelerzeuger vorgeordnet sind, so daß eine Durchwirbelungsstufe für das Medium entsteht, die in wenigstens einem Teilstrom eine schraubenförmig verlaufende Strömung erzeugt, wobei die in der Folge wenigstens teilweise zusammengeführten Teilströme im Ablauf wenigstens 25 einen sich trichterförmig verlaufenden Wirbel bilden, und daß die Durchflußquerschnitte der

Leitstufe wenigstens gleich groß, vorzugsweise aber größer als die Ein- und Auslaßquerschnitte in Zu- und Ablauf gewählt sind.

Je nach dem Verwendungszweck sind verschiedenste Ausbildungen der Leitstufe und ihrer 30 Einbauten möglich. Bei großen Durchsatzmengen, wie u. a. sie bei der Abwasserreinigung vorhanden sind, ergibt sich eine Ausführung, bei der die Leitstufe eine Kammer mit gegenüber

Zu- und Ablauf vergrößertem Durchflußquerschnitt aufweist und als Strömungsteiler weitere befestigte oder schwimmende Einbauten enthält, wobei die Kammer und bzw. die Einbauten eine ovale Grundform aufweisen. Dabei sind vor allem schwimmende Einbauten und die ent-35 sprechende ovale Formgestaltung für Abwasser, die übrigen Anordnungen auch für andere Reinigungsarbeiten zweckmäßig.

Im letzteren Fall kann als Strömungsteiler und Wirbelerzeuger wenigstens eine asymmetrisch mit Löchern oder Schlitzen versehene Unterteilung einer die Leitstufe enthaltenden Kammer 40 vorgesehen sein. Andere Varianten verwenden als Drall- bzw. Wirbelerzeuger drehende oder feststehende Leitschaufelanordnungen, wobei auch hier wieder Abweichungen von einer voll achssymmetrischen Form eingehalten werden.

Als Drall- bzw. Wirbelerzeuger kann auch wenigstens eine entlang der Kammerwand verlaufen-45 de Leiteinrichtung, z. B. aus Blech in Form eines sich zum Ablauf hin verjüngenden Gewindes, vorgesehen werden.

Nach einer weiteren Variante sind als Strömungsteiler zwei oder mehrere vom gemeinsamen Zulauf gespeiste Teilleitungen vorgesehen, die in der Wirbelerzeugungsstufe vor bzw. im Ab-50 laufbereich zusammengeführt und zur Wirbelerzeugung Unterschiede in den Längen, der Mündungsrichtung, der Mündungsabstände oder des Querschnittes vorgesehen sind. Dabei können die Teilleitungen zur Erzeugung einer schraubenförmigen Austrittsströmung verdrillt sein.

Wie beim Verfahren schon erwähnt wurde, kann die Wirbelerzugungsstufe wenigstens einen 55 zusätzlichen Einlaß für aus Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffteilchen bestehende Zusätze

Claims

5 AT 413 875 B zum strömenden Medium aufweisen. Zur Entsorgung bei der Gas- bzw. Flüssigkeitsreinigung wird im Ablaufbereich der Leitstufe und im Zentrum des im Medium erzeugten Trichterwirbels eine Ableitung für vom Medium im Wirbel 5 zum Zentrum hin konzentrierten Verunreinigungen vorgesehen. Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen 10 Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisiert im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1, Fig. 3 und 4 in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstellungsweise eine Ausführungsvariante und 15 Fig. 5 in explodierter Darstellungsweise um einen Mittelquerschnitt eine weitere Ausführungsvariante. Nach den Fig. 1 und 2 ist eine Leitstufe in Form eines Behälters 1 vorhanden, in der eine Zulaufleitung 2 mündet und die am anderen Ende in eine Ablaufleitung 3 übergeht. Die sich im 20 Querschnitt gegenüber den Leitungen 2, 3 vergrößernde Kammer 1 enthält eine Unterteilung 4, in dem in eigenartiger, unsymmetrischer Anordnung größere und kleinere Durchlässe 5, 6 verteilt sind, die Strömungsteiler bilden und über dies dem durchströmenden Medium einen besonderen schraubenförmigen Strömungsverlauf erteilen, der in dem sich verjüngenden Auslaßbereich und im Auslaßbereich selbst einen trichterförmigen Wirbel im Medium induzieren. 25 Die Fig. 3 und 4 unterscheiden sich von der Ausführung nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß die Unterteilung 4a eine Leitschaufelanordnung 7 enthält, die, wie ersichtlich, nicht zentrisch symmetrisch, sondern in unterschiedlicher Teilung und Neigung zur Achse angeordnet sind, so daß sie wieder einen Wirbel erzeugen. Es wäre auch möglich, eine entsprechende Leitschaufelan-30 Ordnung im Behälter 1 drehend zu lagern. Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist eine Treibstoffzuleitung 8 zu einem Verteilerkopf 9 geführt, von dem durch das nur im Querschnitt dargestellte Außengehäuse 10 Einzelleitungen 11-15 führen, die in einem Sammelkopf 16 wieder zusammengeführt werden. Wie hier ersichtlich ist, weisen die Einzelleitungen 11-15 untereinander verschiedene Querschnitte auf und münden auch unter verschiedenen Neigungen im Sammel-35 köpf 16, so daß auch hier wieder ein Wirbel induziert wird. Die Ableitung 17 führt den Treibstoff der jeweiligen Endaufbereitung des zugeordneten Motors zu. Es ist auch möglich, über 16 von außen her eine zusätzliche Gaszuführung, z. B. von Verbrennungsluft oder einem Katalysator oder Bindemittel für im Brennstoff enthaltene Schadstoffe vorzusehen. Weitere Varianten und Ausbildungsmöglichkeiten der Leitstufen wurden in der allgemeinen Beschreibung erwähnt. 40 Ergänzend sei noch festgestellt, daß man die Wirbelbildung durch tangentiale oder schräge Einleitung von unter Druck gesetzten Gasen in die Durchwirbelungskammer beeinflussen bzw. verstärken kann. 45 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Konditionieren von in Leitungen oder Kanälen geführten Medien, insbesondere Flüssigkeiten und Gasen, durch Beeinflussung ihrer Strömung in wenigstens einer Leitstufe in der die Strömung in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die dann in so einer Wirbelerzeugungsstufe zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt der Wirbelerzeugungsstufe gleich oder größer als ihr Zu- und Ablauf gewählt ist und die Wirbelerzeugungsstufe ablaufseitig in der aus den Teilströmen entstehenden Gesamtströmung eine schraubenförmige Strömung induziert die einen sich zum Ablauf hin verjüngenden und in diesem trichterförmig verlaufenden Wirbel bildet. 55 6 AT 413 875 B
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den gebildeten Teilströmen die Faktoren Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsweg, Strömungsquerschnitt und Strömungsrichtung individuell definiert werden, wobei wenigstens einer dieser Faktoren jedes Teilstromes von entsprechenden Faktoren des bzw. der übrigen Teilströme unterschiedlich 5 gewählt wird, so daß bei wenigstens teilweiser Zusammenführung der Teilströme ablauf seitig die Schraubenbewegung unter Bildung des Wirbels im Medium entsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Medium im Bereich seiner ablaufseitigen, schraubenförmigen Strömung Zusätze aus Gasen, Flüssigkeiten io oder Feststoffteilchen beigegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Anwendung für die Konditionierung von das Medium darstellenden brennbaren Energieträgern in Form von Gasen, flüssigen Brennstoffen oder Brennstoff-Luftgemischen vor dem Einlaß in die jeweils lige Verbrennungskammer.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Reinigung von Verunreinigungen enthaltenden Medien mit der Maßgabe, daß das verunreinigte Medium, allenfalls unter zusätzlicher Zufuhr z. B. von Gasen, Flüssigkeiten, 20 Schaum- oder Schmutzbindern durch die Leitstufe geführt wird, so daß sich die Verunreini gungen im Ablauf der Leitstufe im Zentrum des Wirbels sammeln und von dort abgeleitet werden können.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 25 bis 5, bestehend aus wenigstens einer in eine Leitung oder einen Kanal für ein strömendes Medium eingeschalteten Leitstufe mit Strömungsteilern, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteiler (4, 4a, 11 - 15) entweder selbst den an ihnen entstehenden Teilströmen des Mediums eine Drallkomponente erteilen oder einem Drall- bzw. Wirbelerzeuger vorgeordnet sind, so daß eine Durchwirbelungsstufe für das Medium entsteht, die in wenigstens 30 einem Teilstrom eine schraubenförmig verlaufende Strömung erzeugt, so daß die in der Folge wenigstens teilweise zusammengeführten Teilströme im Ablauf (3, 17) wenigstens einen sich trichterförmig verjüngenden Wirbel bilden, und daß die Ein- und Auslaßquerschnitte der Leitstufe (1,10) wenigstens gleich groß, vorzugsweise aber größer als die Durchflußquerschnitte in Zu- und Ablauf (2, 3, 8, 17) gewählt sind. 35
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstufe eine Kammer (1) mit gegenüber Zu- und Ablauf vergrößertem Durchflußquerschnitt aufweist und als Strömungsteiler weitere befestigte oder schwimmende Einbauten (4, 4a) enthält, wobei die Kammer und bzw. die Einbauten eine ovale Grundform aufweisen. 40
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsteiler und Wirbelerzeuger wenigstens eine asymmetrisch mit Löchern oder Schlitzen (5, 6) versehene Unterteilung (4) einer die Leitstufe enthaltenden Kammer vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Drall- bzw. Wirbelerzeuger wenigstens eine entlang der Kammerwand verlaufende Leiteinrichtung, z. B. aus Blech, in Form eines sich zur Ablaufseite hin verjüngenden Gewindes vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsteiler zwei oder so mehrere vom gemeinsamen Zulauf (8) gespeiste Teilleitungen (11 - 15) vorgesehen sind, die in der Wirbelerzeugungsstufe vor bzw. im Ablaufbereich (17) zusammengeführt sind und zur Wirbelerzeugung Unterschiede in den Längen, der Mündungsrichtung, der Mündungsabstände oder des Querschnittes vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleitungen (11 - 15) 7 AT 413 875 B zur Erzeugung eines sich schraubenförmig zu einem Trichterwirbel verjüngenden Austrittsströmung verdrillt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbel-5 erzeugungsstufe wenigstens einen zusätzlichen Einlaß für aus Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffteilchen bestehende Zusätze zum strömenden Medium aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablaufbereich der Leitstufe und im Zentrum des im Medium erzeugten Trichterwirbels eine Ablei- io tung für vom Medium im Wirbel zum Zentrum hin konzentrierten Verunreinigungen vorge sehen ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55