CH717232A1 - Generator zum Erzeugen rigförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit. - Google Patents

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CH717232A1
CH717232A1 CH00301/20A CH3012020A CH717232A1 CH 717232 A1 CH717232 A1 CH 717232A1 CH 00301/20 A CH00301/20 A CH 00301/20A CH 3012020 A CH3012020 A CH 3012020A CH 717232 A1 CH717232 A1 CH 717232A1
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Shcheblanov Aleksandr
Vozyakov Igor
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Shcheblanov Aleksandr
Vozyakov Igor
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator (1) und dessen Betrieb und Verwendung zum Erzeugen ringförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit (2). Er weist ein Statorgehäuse (3) mit einer Einlassöffnung (4) und einer exzentrischen Auslassöffnung (5) auf. Ferner weist er einen Rotor (8) mit sich radial nach außen erstreckenden Kanälen auf. Der Rotor (8) weist eine fest an diesem angebrachte Rotorscheibe (10) radial außerhalb des Rotors (8) auf, mit einer Seitenfläche (11) mit inneren Nuten (12), welche in steter Fluidverbindung mit den Rotorkanälen (9) stehen. Das Statorgehäuse (3) weist eine Statorscheibe (14) auf, mit einer Seitenfläche (15) mit Statornuten (16). Wenn diese Nuten (12, 16) aufgrund der Drehung der Rotorscheibe (10) einander gegenüberstehen, bildet sich eine periodische Flüssigkeitsströmung von den inneren Nuten (12) zu den Statornuten (16), und ringförmige Wirbel werden durch Schubspannung in der portionierten Flüssigkeit (2) gebildet, da sich die Portionen der Flüssigkeit (2) in den Nuten (12, 16) vor und zurück bewegen.

Description

Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft einen Generator zum Erzeugen torusförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit, aufweisend ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Statorgehäuse mit einer Achse und einer axialen Einlassöffnung und einer exzentrischen Auslassöffnung ausgerichtet in einer Ebene, welche normal zur Achse ausgerichtet ist, und einen Rotor drehbar angeordnet rund um die Achse im Statorgehäuse mit sich radial nach außen erstreckenden Kanälen in einer steten Fluidverbindung mit der Einlassöffnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Generators und eine Verwendung dieses Verfahrens.
Allgemeiner Stand der Technik
[0002] Generatoren zu einem ähnlichen Zweck sind in den Dokumenten US 322866 A1, US 2011/0139902 A1, US 9956532 B2 und WO 2013/056300 A1 aufgeführt. Eine technische Lösung durch eine Konstruktion eines Wirbelgenerators, Kommerzialisierung und Betrieb über einen längeren Zeitraum hinweg ist auch vom schwedischen Unternehmen Watreco umgesetzt worden.
[0003] Sämtliche der oben angeführten Beispiele setzen einen Wirbelgenerator voraus, welcher als eine eigenständige technische Vorrichtung konstruiert ist, in welche das Medium durch eine eigene zusätzliche externe Vorrichtung eingespeist wird.
[0004] Somit sind die angeführten Vorrichtungen zum Beispiel nicht in der Lage, Flüssigkeit und Gas mit einem Volumenverhältnis von mindestens 1 : 1 gleichzeitig zu verarbeiten. Ferner sind diese Vorrichtungen nicht in der Lage, eine Flüssigkeit und einen in dieser Flüssigkeit dispergierten Feststoff, wie zum Beispiel Gesteinstrümmer in Rohöl, mit einem Massenverhältnis von mindestens 2 : 1 zu verarbeiten.
Zusammenfassung der Erfindung
[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zuvor erwähnten Generator zum Erzeugen eines Wirbelgeflechts aufgeteilt in ein System von Toruswirbeln bereitzustellen, und dabei die Struktur des übertragenen flüssigen Mediums zu verändern. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Flüssigkeit und Gas mit einem Volumenverhältnis von mindestens 1 : 1 gleichzeitig zu verarbeiten.
[0006] Die Aufgaben werden durch einen Generator gemäß der Beschreibung durch die Merkmale des ersten unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
[0007] Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, welches zum Behandeln der Flüssigkeit zu verwenden ist, und eine Verwendung eines solchen Verfahrens zu beschreiben. Die Merkmale in den unabhängigen Patentansprüchen der betreffenden Kategorien beschreiben solche Verfahren und deren Verwendung.
[0008] Im Einklang mit der Erfindung weist der Generator eine Rotorscheibe auf, welche in einer drehfesten Art und Weise radial außerhalb des Rotors an diesem angebracht ist, mit einer Seitenfläche normal zur Achse. Diese Seitenfläche weist voneinander beabstandete innere Nuten auf, welche in gleichen Abständen von der Achse und in steter Fluidverbindung mit den Rotorkanälen angeordnet sind, um die Flüssigkeit zu portionieren und vorübergehend zu blockieren. Ferner weist der Generator eine Statorscheibe auf, welche mit einer drehfesten Verbindung am Statorgehäuse angebracht ist. Die Statorscheibe weist eine Seitenfläche auf, welche der Seitenfläche der Rotorscheibe zugewandt ist. Ferner weist die Statorscheibe voneinander beabstandete und in gleichen Abständen von der Achse angeordnete Statornuten zum Bereitstellen von Durchgängen für die Flüssigkeit auf, um eine periodische Flüssigkeitsströmung von den inneren Nuten zu den Statornuten zu bilden, wenn diese Nuten aufgrund der Drehung der Rotorscheibe im Betrieb einander gegenüberstehen. Dies ermöglicht die Erzeugung torusförmiger Wirbel in der portionierten Flüssigkeit während der Verwendung durch Schubspannung, da die Portionen der Flüssigkeit von den inneren Nuten zu den Statornuten gelangen und sich vor und zurück bewegen. Diese Nuten stellen Durchgänge für die Flüssigkeit bereit, welche die Statorscheibe und die Rotorscheibe zur Auslassöffnung radial passieren, und zwischen 70 % und 95 % zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung durch den Generator beitragen.
[0009] Ferner sind die Rotorscheibe und die Statorscheibe durch einen Spalt voneinander beabstandet, um eine permanente Flüssigkeitsströmung von den inneren Nuten durch diesen Spalt zur Auslassöffnung zu ermöglichen. Während der Verwendung erzeugt dies räumliche Wirbel in der laminaren Flüssigkeitsströmung aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen, welche den Spalt definieren, sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit, welche den Spalt in axialer Richtung passiert. Diese laminare Flüssigkeitsströmung trägt zwischen 5 % und 30 % zur Gesamtflüssigkeitsströmung durch den Generator bei.
[0010] In einer bevorzugten Version weist die Seitenfläche der Rotorscheibe ferner äußere Nuten radial außerhalb der inneren Nuten auf, welche voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse angeordnet sind, um die periodische Flüssigkeitsströmung zu kanalisieren, bevor sie die Rotorscheibe verlassen kann.
[0011] Das erfinderische Verfahren zum Betrieb eines solchen Generators zum Erzeugen torusförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit umfasst die Schritte des Zuführens einer Flüssigkeit zur Einlassöffnung und des In-Drehung-Versetzens des Rotors mit der angebrachten Rotorscheibe. Ferner werden eine permanente Flüssigkeitsströmung und eine periodische Flüssigkeitsströmung zwischen der Statorscheibe und der Rotorscheibe hervorgerufen.
[0012] In der periodischen Flüssigkeitsströmung der portionierten Flüssigkeit werden durch Schubspannung torusförmige Wirbel erzeugt, da die Portionen der Flüssigkeit von den inneren Nuten zu den Statornuten gelangen und sich vor und zurück bewegen.
[0013] Gleichzeitig werden aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen, sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit, welche den Spalt in axialer Richtung passiert, räumliche Wirbel in der permanenten Flüssigkeitsströmung im Spalt zwischen den Seitenflächen erzeugt.
[0014] Schließlich werden die permanente Flüssigkeitsströmung und die periodische Flüssigkeitsströmung zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung kombiniert, welche zur Auslassöffnung des Generators geleitet wird, um den Generator zu verlassen.
[0015] Beim Zirkulieren mit einer hohen Geschwindigkeit von ungefähr 3000 Umdrehungen pro Minute ± 20 % beträgt die Kapazität des Generators ungefähr 200 m<3>/Stunde ± 20 %. Bei einem Außendurchmesser des Rotors und der Rotorscheibe und der Statorscheibe von ungefähr 30 cm ± 20 % beträgt die Drehgeschwindigkeit zwischen den beiden Scheiben an deren Seitenflächen ungefähr 180 km/Stunde. Die Flüssigkeit der konstanten Strömung im Spalt, welcher ungefähr 1 mm breit ist, wird im Wirbel beschleunigt und dadurch in kleine Tori verwandelt. Dasselbe gilt für die Flüssigkeit, welche in die inneren Nuten der Rotorscheibe eintritt, wenn die nächste Statornut noch nicht gegenüber dieser inneren Nut angeordnet ist. Die Flüssigkeit wird derselben Geschwindigkeit von 3000 m/min. ausgesetzt, während der Austritt verschlossen ist. Naturgemäß erhöht sich der Druck, bis sich der Austritt schließlich öffnet, und die Flüssigkeit in die nächste Kammer, die Statornut, gelangen kann. Während des Durchgangs folgt sie nicht nur dem drehenden Weg radial nach außen, sondern bewegt sich auch in einer axialen Richtung, wodurch die Flüssigkeit weiter beschleunigt wird und die Bildung der Wirbel sowie die Fähigkeit, diese in Tori zu verwandeln, zunimmt.
[0016] Diese Strömung könnte das Stator-/Rotor-Scheibensystem in eine Spirale einer Führungsschaufel verlassen, welche radial außerhalb der Statorscheibe angeordnet ist und in der Auslassöffnung endet, oder sie könnte weiter durch äußere Nuten in der Rotorscheibe fließen, bevor sie in die Führungsschaufel gelangt. Falls solche äußeren Nuten in der Seitenfläche des Rotorrings eingebaut sind, muss die Flüssigkeit erneut ihre Richtung parallel zur axialen Richtung ändern, was die Wirbelbildung weiter verstärkt und die interne Strömung gegenüber der Gesamtströmung ihres Wirbelabschnitts verdreht.
[0017] Aufgrund der Bildung solcher Tori verändert die Flüssigkeit ihre Eigenschaften. Falls Meerwasser zur Einlassöffnung geleitet wird, kann zum Beispiel eine Entmineralisierung von wässrigen Salzlösungen und eine Konzentration von anorganischen Salzen, welche aus wässrigen Salzlösungen gewonnen werden, erzielt werden. Im in Betrieb befindlichen Generator werden sämtliche nichtorganischen Salze kristallisiert. Durch das Filtern des Wassers unmittelbar, nachdem es den Generator verlässt, wird Süßwasser vom Großteil der Salze und Minerale getrennt. Weitere Beispiele der Anwendung des Generators umfassen Spalten (Cracking) bei niedrigen Temperaturen im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Rohölausgangsmaterialien, Mischen, Dispergieren, Emulgieren, Suspendieren, Homogenisieren und Auflösen.
[0018] Die Erfindung kann in der Erdöl-, Raffinerie-, petrochemischen, pharmazeutischen, chemischen, lebensmittelverarbeitenden und der Bauindustrie verwendet werden. Ferner kann sie bei der Wasseraufbereitung in der Stromerzeugung sowie in der Lebensmittelverarbeitung, im Energiesektor bei der Produktion von Wasserdampf, in Werken zur Produktion trinkbaren und nicht trinkbaren Süßwassers, zur Produktion monomolekularer Schichten wie Graphen beim Dispergieren von Feststoffen, wobei die Feststoffe entlang von flachen parallelen Schichten gespalten werden; in der Atomstromindustrie zum Behandeln belasteter Abwässer, während konzentrierte Isotope radioaktiver Materialien und nicht trinkbares Süßwasser produziert wird, auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung zum Aufbereiten industrieller sowie Haushaltsabwässer zum Entfernen gelöster anorganischer Salze sowie zum Gewinnen gereinigten Wassers sowie trockener anorganischer Salze, sowie bei der Behandlung von Salzwasser und Meerwasser zum Entfernen wasserlöslicher Minerale und zur Konzentration solcher entfernten wasserlöslichen anorganischen Salze verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0019] Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erklärt. Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Generators; Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Rotorscheibe; Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorscheibe; Fig. 4 ist eine perspektivische Zeichnung der permanenten Strömung; Fig. 5 ist eine perspektivische Zeichnung der periodischen Strömung; Fig. 6 ist ein Foto eines sich entwickelnden Torus; Fig. 7 ist ein Foto eines vollständig gebildeten Torus.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
[0020] Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Generators 1 zum Erzeugen torusförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit 2. Dieser weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Statorgehäuse 3 mit einer Achse 7 und einer axialen Einlassöffnung 4 und einer exzentrischen Auslassöffnung 5 ausgerichtet in einer Ebene 6, welche normal zur Achse 7 ausgerichtet ist, und einen Rotor 8 drehbar angeordnet rund um die Achse 7 im Statorgehäuse 3 mit sich radial nach außen erstreckenden Kanälen 9 in einer steten Fluidverbindung mit der Einlassöffnung 4 auf. In einem angegebenen Beispiel weist der Rotor 8 einen Außendurchmesser von ungefähr 30 cm ± 20 % auf.
[0021] Eine Rotorscheibe 10, wie in Fig. 2 gezeigt, ist am Rotor 8 in einer drehfesten Art und Weise radial außerhalb des Rotors 8 angebracht. Er weist eine Seitenfläche 11 der Rotorscheibe 10 normal zur Achse 7 auf, mit inneren Nuten 12, welche voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse 7 angeordnet sind, um die Flüssigkeit 2 zu kanalisieren. Ferner kann er auch äußere Nuten 13 an derselben Fläche 11 der Rotorscheibe 10 aufweisen. Diese äußeren Nuten 13 sind ebenfalls voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse 7 angeordnet.
[0022] Ferner weist der Generator 1 eine Statorscheibe 14 auf, wie in Fig. 3 gezeigt, welche mit einer drehfesten Verbindung am Statorgehäuse 3 angebracht ist. Diese weist eine Seitenfläche 15 auf, welche der Seitenfläche 11 der Rotorscheibe 10 zugewandt ist, sowie Statornuten 16, welche voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse 7 angeordnet sind. Diese schaffen Durchgänge für die Flüssigkeit 2, um eine periodische Flüssigkeitsströmung 19 von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 zu bilden.
[0023] Wenn diese Nuten 12, 16 aufgrund der Drehung der Rotorscheibe 10 im Betrieb einander gegenüberstehen, wird eine periodische Flüssigkeitsströmung 19 von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 gebildet, welche während der Verwendung durch Schubspannung ringförmige Wirbel in der portionierten Flüssigkeit 2 erzeugen. Dies geschieht, da die Portionen der Flüssigkeit 2 von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 fließen und sich vor und zurück bewegen. Falls die Rotorscheibe 10 die äußeren Nuten 13 aufweist, wird die Bildung ringförmiger Wirbel innerhalb der periodischen Flüssigkeitsströmung 19 weiter verstärkt, bevor diese die Rotorscheibe 10 verlassen kann.
[0024] Schließlich werden Durchgänge radial außerhalb der Statorscheibe 14 zur Auslassöffnung 5 geschaffen, welche zwischen 70 und 95 % zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung 20 durch den Generator 1 beitragen.
[0025] Die Anzahl jeder der Arten von Nuten 12, 13, 16 liegt bei zwischen 16 und 42, wobei sie an ihrer jeweiligen Scheibe 10, 14 nicht in gleichen Abständen voneinander angeordnet sein müssen, was jedoch bevorzugt wird. Die Anzahl der inneren Nuten 12 kann gleich der Anzahl der äußeren Nuten 13 und/oder der Anzahl der Statornuten 16 sein. Diese ist in den Fig. 2 und 3 der Fall.
[0026] Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, sind die Rotorscheibe 10 und die Statorscheibe 14 durch einen Spalt 17 voneinander beabstandet. Dieser Spalt erlaubt einer permanenten Flüssigkeitsströmung 18 von den inneren Nuten 12 durch den Spalt 17 zur Auslassöffnung 5 zu fließen, um während der Verwendung aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen 11, 15, welche den Spalt 17 definieren, sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit 2, welche den Spalt 17 in axialer Richtung passiert, räumliche Wirbel in der laminaren Flüssigkeitsströmung 2 zu erzeugen. Diese permanente Flüssigkeitsströmung 18 trägt zwischen 5 % und 30 % zur Gesamtflüssigkeitsströmung 20 durch den Generator 1 bei. Dies ist durch die parallelen Pfeile in Fig. 4 gezeigt. Diese Strömung ist unabhängig von der aktuellen Position der Rotorscheibe 8.
[0027] Der Generator 1 kann ferner eine Führungsschaufel 21 innerhalb des Statorgehäuses 3 radial außerhalb der Statorscheibe 14 und der Rotorscheibe 10 aufweisen, um die Gesamtflüssigkeitsströmung 20 zur Auslassöffnung 5 zu leiten.
[0028] Durch die Schritte des Zuführens der Flüssigkeit 2 zur Einlassöffnung 4, des In-Drehung-Versetzens des Rotors 8 mit der daran angebrachten Rotorscheibe 10, und des Hervorrufens einer permanenten Flüssigkeitsströmung 18 und einer periodischen Flüssigkeitsströmung 19 zwischen der Statorscheibe 14 und der Rotorscheibe 10 kann der Generator 1 dazu verwendet werden, ringförmige und räumliche Wirbel in einer Flüssigkeit 2 zu erzeugen.
[0029] In der portionierten Flüssigkeit 2 der periodischen Flüssigkeitsströmung 19 werden durch Schubspannung ringförmige Wirbel erzeugt, da die Portionen der Flüssigkeit 2 von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 gelangen und sich vor und zurück bewegen.
[0030] Ferner werden aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen (11, 15), sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit (2), welche den Spalt (17) in axialer Richtung passiert, räumliche Wirbel in der permanenten Flüssigkeitsströmung 18 im Spalt 17 zwischen den Seitenflächen (11, 15) erzeugt.
[0031] Schließlich werden die permanente Flüssigkeitsströmung 18 und die periodische Flüssigkeitsströmung 19 zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung 20 kombiniert, welche zur Auslassöffnung 5 des Generators 1 geleitet wird, um ihr zu ermöglichen, den Generator 1 zu verlassen.
[0032] In einem angegebenen Beispiel dreht sich der Rotor 8 mit 3000 Umdrehungen pro Minute ± 20 %, und die Kapazität des Generators 1 beträgt ungefähr 200 m<3>/Stunde ± 20 %. Wie oben beschrieben wird sich unter solchen Bedingungen, insbesondere aufgrund der Reibung der Flüssigkeit in der permanenten Flüssigkeitsströmung 19 und der plötzlichen Richtungsänderung in der periodischen Flüssigkeitsströmung, ein Wirbel bilden, und die Flüssigkeit weist die Fähigkeit auf, sich in Tori zu verwandeln. Fig. 6 zeigt ein Foto eines sich entwickelnden Torus, und Fig. 7 ein Foto eines vollständig gebildeten Torus. Das Foto wurde unter Verwendung eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops aufgenommen. Seine transversale Auflösung beträgt ungefähr 0,2 - 0,5 µm. Die Bildgröße beträgt 2'000 Punkte pro Bild, 400 µm - 1 cm. Die ungefähre Auflösung entlang der Z-Achse beträgt 0,3 µm. Rund um seinen Außendurchmesser bringt es ein solcher Flüssigkeitstoruswirbel auf Umfangsgeschwindigkeiten von 200 - 400 Metern pro Sekunde, während er in der Strömung dieser selben Flüssigkeit bleibt, welche sich mit 2 - 4 Metern pro Sekunde bewegt.
[0033] Die Flüssigkeit 2, welche der Einlassöffnung 4 zugeführt wird, kann zum Beispiel Wasser mit gelösten anorganischen Salzen sein, wie zum Beispiel Salzwasser, und die Gesamtflüssigkeitsströmung 20, welche von der Auslassöffnung 5 weggeleitet wird, ist Süßwasser mit beigemischten wasserlöslichen kristallisierten anorganischen Salzen. Nachdem sie von der Auslassöffnung 5 weggeleitet worden ist, muss die Gesamtflüssigkeitsströmung 20 gefiltert werden, um Süßwasser getrennt von den wasserlöslichen kristallisierten anorganischen Salzen zu gewinnen.
[0034] In einem weiteren Beispiel kann die der Einlassöffnung 4 zugeführte Flüssigkeit 2 Heizöl mit 3 - 5 % Schwefel und bis zu 3 % Wasser sein, und die Gesamtflüssigkeitsströmung 20, welche von der Auslassöffnung weggeleitet wird, ist Heizöl mit 0,3 - 0,5 % Schwefel, bis zu 5 % kolloidem Schwefel und bis zu 1 % flüssigem Kohlenwasserstoff. Nachdem sie von der Auslassöffnung 5 weggeleitet worden ist, wird die Gesamtflüssigkeitsströmung 20 gefiltert, um Heizöl getrennt von kolloidem Schwefel zu gewinnen.
[0035] Im Vergleich zu anderen Prozessen, welche zu denselben Ergebnissen führen, ist das hier beschriebene Verfahren viel einfacher, billiger und zuverlässiger.
[0036] Das Verfahren kann in einer der folgenden Branchen verwendet werden, um nur einige zu nennen: In der Erdöl-, Raffinerie, petrochemischen, pharmazeutischen, chemischen, Lebensmittelverarbeitungs- und Bauindustrie; in der Wasseraufbereitung bei der Stromerzeugung sowie in der Lebensmittelverarbeitung; im Energiesektor bei der Produktion von Wasserdampf, in Anlagen zur Produktion trinkbaren und nicht trinkbaren Süßwassers; zur Produktion monomolekularer Schichten wie Graphen beim Dispergieren von Feststoffen, wobei die Feststoffe entlang von flachen parallelen Schichten gespalten werden; in der Atomstromindustrie zum Behandeln belasteter Abwässer, während konzentrierte Isotope radioaktiver Materialien und nicht trinkbares Süßwasser produziert wird; auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung zum Aufbereiten industrieller sowie Haushaltsabwässer zum Entfernen gelöster anorganischer Salze sowie zum Gewinnen gereinigten Wassers sowie trockener anorganischer Salze; sowie bei der Behandlung von Salzwasser und Meerwasser zum Entfernen wasserlöslicher Minerale und zur Konzentration solcher entfernten wasserlöslichen anorganischen Salze.
[0037] Ein weiteres Beispiel: Im Betrieb drehen sich der Rotor 8 und die fest daran angebrachte Rotorscheibe 10 mit ungefähr 3000 Umdrehungen pro Minute +/- 20 %; der Außendurchmesser der Rotorscheibe liegt im Bereich von 0,25 bis 0,40 Meter +/- 20 %. Die lineare Umfangsgeschwindigkeit liegt im Mittel bei 47 - 125,7 Metern pro Sekunde oder 170 - 450 Kilometern pro Stunde. Im Fall einer solchen Vorrichtung mit einer Rotorscheibe 10 von 0,3 Metern Außendurchmesser betrüge seine lineare Umfangsgeschwindigkeit 94 Meter pro Sekunde oder 340 Kilometer pro Stunde.
[0038] Flüssigkeit 2 verlässt den Rotor 8, um in die inneren Nuten 12 der Rotorscheibe 10 zu gelangen, wenn diese auf die Statornut 16 der Statorscheibe 14 treffen; sie weist ungefähr dieselbe lineare Umfangsgeschwindigkeit auf, bis sich die Rotorscheibe 10 zur Seite dreht und dem geschlossenen Raum zwischen den Nuten 12, 13, 16 gegenübersteht. An diesem Punkt würde sich der Durchgang für die Flüssigkeit 2 zum Verlassen der Kammer der Rotorscheibenvertiefung verschließen. Dies würde eine Druckspitze in der inneren Nut 12 der Rotorscheibe 10 erzeugen, bis sich ein Ausgang für die Flüssigkeit 2 öffnet, und die Flüssigkeit 2 in der Lage ist, in die Statornut 16, welche in der Statorscheibe 14 gebildet ist, zu fließen.
[0039] Direkt nach dem Schließpunkt wird die periodische Strömung 19 weiter beschleunigt; ein Abschnitt dieser Strömung dreht sich um 180° und beginnt, sich in die Richtung entgegen der Hauptströmung innerhalb der inneren Nuten 12 zu bewegen, wobei er die Form einer verdrehten Strömung annimmt und ein stabiles Wirbelgeflecht entlang der gesamten Länge der inneren Nuten 12 bildet, welches teilweise in die Statornut 16 gelangt.
[0040] Die weitere Drehung der Rotorscheibe 10 öffnet den Strömungsdurchgang von den inneren Nuten 12 in die Statornuten 16 zum Teil. Dadurch, dass die Öffnung nach wie vor sehr schmal ist, wird der Raum für die Strömung des Wirbelgeflechts eng, und das Geflecht beginnt, sich in Torusstücke aufzuteilen. Die derart erzeugten Toruswirbel gelangen in die Statornuten 16, wo sie durch die Nuten zu getrennten Toruswirbeln geformt werden.
[0041] Da sich der Strömungsdurchgang von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 dann allmählich öffnet, wird jede der Statornuten 16 mit einem schraubenähnlichen Wirbelgeflecht gefüllt, welches sich in Abschnitte aufteilt, sobald die Gesamtströmung der Flüssigkeit ihre Richtung um 180° umkehrt, wodurch ähnliche Toruswirbel erzeugt werden.
[0042] Der Zeitraum, in welchem die Statornuten 16 vollständig geöffnet sind, ist sehr kurz, da sich die Rotorscheibe 10 mit 3000 Umdrehungen pro Minute dreht. Die fortgesetzte Drehung des Rotors verengt die Räume für das Wirbelgeflecht, da sich die inneren Nuten 12 allmählich schließen. Dies fördert die fortschreitende Aufteilung des Wirbelgeflechts in Toruswirbel.
[0043] Sobald sich die Statornuten 16 vollständig schließen, wiederholt sich der gesamte Prozess. Die permanente Flüssigkeitsströmung 18 zwischen den Scheiben 10, 14 wird zwischen den flachen parallelen Seitenflächen 11, 15 der Rotorscheibe 10 beziehungsweise der Statorscheibe 14 zusammengedrückt und bewegt sich radial.
[0044] Die permanente Flüssigkeitsströmung 18 wird durch Wirbelströmungen, welche lotrecht zur permanenten Flüssigkeitsströmung von den inneren Nuten 12 zu den Statornuten 16 fließen, gestört.
[0045] In diesem Zusammenhang wird die permanente Flüssigkeitsströmung 18 durch Schubspannungen, welche die Rotorscheibe 10 erzeugt, wenn sie sich gegenüber der frei angebrachten Statorscheibe 14, welche blockiert ist, um ihre Drehung zu verhindern, bewegt, beeinflusst. Die Nuten 12, 13 in der Seitenfläche 11 der Rotorscheibe unterbrechen die ebene Strömung 18 zwischen den Scheiben fortwährend, und erzeugen räumliche Wirbel in dieser.
[0046] Wenn jene räumlichen Wirbel mit ringförmigen Wirbeln, zunächst von den inneren Nuten 12 und dann von den Statornuten 16, in Kontakt treten, verwandeln sie sich in noch kleinere und noch intensivere Toruswirbel, verteilen sich zusammen mit Toruswirbeln von den Statorscheibennuten 12 in der Gesamtströmung 20, und werden in ein Ablaufsystem geleitet.
[0047] Auch der Kontakt zwischen räumlichen Wirbeln in der permanenten Flüssigkeitsströmung 18 und dem räumlichen Wirbelgeflecht für die periodische Strömung 19, welche die Statornuten 16 verlässt, wenn sich diese vollständig öffnen, trägt zu deren Verwandlung in stabilere Toruswirbel bei. Da sich die beiden Strömungen 18, 19 miteinander vermischen, erzeugen sie die Gesamtflüssigkeitsströmung 20, welche durch ein bedeutsames inneres Volumen an Toruswirbeln gekennzeichnet ist.
[0048] Der Generator 1 ist in der Lage, eine Flüssigkeit 2 und einen in dieser Flüssigkeit dispergierten Feststoff (zum Beispiel Gesteinstrümmer in Rohöl) mit einem Massenverhältnis von mindestens 2 : 1 zu verarbeiten. Der Generator 1 ist auch in der Lage, Flüssigkeiten mit einer kinematischen Viskosität von mehr als 400 mm<2>/Sek. zu verarbeiten.
Liste der Bezugsziffern
[0049] 1 Generator 2 Flüssigkeit 3 Statorgehäuse 4 Einlassöffnung 5 Auslassöffnung 6 Ebene 7 Achse 8 Rotor 9 Kanäle 10 Rotorscheibe 11 Seitenfläche der Rotorscheibe 12 innere Nuten 13 äußere Nuten 14 Statorscheibe 15 Seitenfläche an der Statorscheibe 16 Statornuten 17 Spalt 18 permanente Flüssigkeitsströmung 19 periodische Flüssigkeitsströmung 20 Gesamtflüssigkeitsströmung 21 Führungsschaufel

Claims (15)

1. Generator (1) zum Erzeugen ringförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit (2), aufweisend ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Statorgehäuse (3) mit einer Achse (7) und einer axialen Einlassöffnung (4) und einer exzentrischen Auslassöffnung (5) ausgerichtet in einer Ebene (6), welche normal zur Achse (7) ausgerichtet ist, und einen Rotor (8) drehbar angeordnet rund um die Achse (7) im Statorgehäuse (3) mit sich radial nach außen erstreckenden Kanälen (9) in einer steten Fluidverbindung mit der Einlassöffnung (4), gekennzeichnet durch eine Rotorscheibe (10), welche am Rotor (8) in einer drehfesten Art und Weise radial außerhalb des Rotors (8) angebracht ist, aufweisend eine Seitenfläche (11) der Rotorscheibe (10) normal zur Achse (7), mit inneren Nuten (12), welche voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse (7) und in steter Fluidverbindung mit den Rotorkanälen (9) angeordnet sind, um die Flüssigkeit (2) zu portionieren vorübergehend zu blockieren, sowie eine Statorscheibe (14) angebracht mit einer drehfesten Verbindung am Statorgehäuse (3), aufweisend eine Seitenfläche (15) der Statorscheibe (14), welche der Seitenfläche (11) der Rotorscheibe (10) zugewandt ist, die Seitenfläche (15) der Statorscheibe (14) aufweisend Statornuten (16), welche voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse (7) angeordnet sind, um Durchgänge für die Flüssigkeit (2) zum Bilden einer periodischen Flüssigkeitsströmung (19) von den inneren Nuten (12) zu den Statornuten (16) zu schaffen, wenn diese Nuten (12, 16) aufgrund der Drehung der Rotorscheibe (10) im Betrieb einander gegenüberstehen, um während der Verwendung durch Schubspannung ringförmige Wirbel in der portionierten Flüssigkeit (2) zu erzeugen, wenn die Portionen der Flüssigkeit (2) von den inneren Nuten (12) zu den Statornuten (16) gelangen und sich vor und zurück bewegen, und um Durchgänge radial außerhalb der Statorscheibe zur Auslassöffnung (5) zu schaffen, welche zwischen 70 und 95 % zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung (20) durch den Generator (1) beitragen, wobei die Rotorscheibe (10) und die Statorscheibe (14) durch einen Spalt (17) voneinander beabstandet sind, um eine permanente Flüssigkeitsströmung (18) von den inneren Nuten (12) durch diesen Spalt (17) zur Auslassöffnung (5) zu ermöglichen, um während der Verwendung aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen (11, 15), welche den Spalt (17) definieren, sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit (2), welche den Spalt (17) in axialer Richtung passiert, in der laminaren Flüssigkeit (2) räumliche Wirbel zu erzeugen, welche zwischen 5 % und 30 % zur Gesamtflüssigkeitsströmung (20) durch den Generator (1) beitragen.
2. Generator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (11) der Rotorscheibe (10) äußere Nuten (13) aufweist, welche radial außerhalb der inneren Nuten (12) angeordnet, voneinander beabstandet und in gleichen Abständen von der Achse (7) angeordnet sind, um die Bildung von Toruswirbeln innerhalb der periodischen Flüssigkeitsströmung (19) weiter zu verstärken, bevor diese die Rotorscheibe (10) verlassen kann.
3. Generator (1) nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der inneren Nuten (12) gleich der Anzahl der äußeren Nuten (13) ist.
4. Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der inneren Nuten (12) gleich der Anzahl der Statornuten (16) ist.
5. Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Führungsschaufel (21) innerhalb des Statorgehäuses (3) radial außerhalb der Statorscheibe (14) und der Rotorscheibe (10), um die Gesamtflüssigkeitsströmung (20) zur Auslassöffnung (5) zu leiten.
6. Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl von Nuten (12, 13, 16) jeder der verschiedenen Arten zwischen 16 und 42 liegt.
7. Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Rotor (8) einen Außendurchmesser von 30 cm ± 20 % aufweist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Generators (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erzeugen ringförmiger und räumlicher Wirbel in einer Flüssigkeit (2) durch die Schritte a) Zuführen der Flüssigkeit (2) zur Einlassöffnung (4); b) In-Drehung-Versetzen des Rotors (8) mit der daran angebrachten Rotorscheibe (10); c) Hervorrufen einer permanenten Flüssigkeitsströmung (18) und einer periodischen Flüssigkeitsströmung (19) zwischen der Statorscheibe (14) und der Rotorscheibe (10); d) Erzeugen ringförmiger Wirbel in der portionierten Flüssigkeit (2) der periodischen Flüssigkeitsströmung (19) durch Schubspannung, wenn die Portionen der Flüssigkeit (2) von den inneren Kerben (12) zu den Statorkerben (16) gelangen und sich vor und zurück bewegen; e) Erzeugen räumlicher Wirbel in der permanenten Flüssigkeitsströmung (18) im Spalt (17) zwischen den Seitenflächen (11, 15) aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds der Seitenflächen (11, 15), sowie aufgrund periodischer Unterbrechungen durch die portionierte Flüssigkeit (2), welche den Spalt (17) in axialer Richtung passiert; f) Kombinieren der permanenten Flüssigkeitsströmung (18) und der periodischen Flüssigkeitsströmung (19) zu einer Gesamtflüssigkeitsströmung (20); g) Leiten der Gesamtflüssigkeitsströmung (20) zur Auslassöffnung (5) des Generators (1), um ihr zu ermöglichen, den Generator (1) zu verlassen.
9. Verfahren nach AnspruchFehler! Verweisquelle konnte nicht gefundenwerden., wobei sich der Rotor (8) mit 3000 Umdrehungen pro Minute ± 20 % dreht.
10. Verfahren nach AnspruchFehler! Verweisquelle konnte nicht gefundenwerden, oderFehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden., wobei die Kapazität des Generators (1) ungefähr 200 m<3>/Stunde ± 20 % beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Flüssigkeit (2), welche der Einlassöffnung (4) zugeführt wird, Wasser mit gelösten anorganischen Salzen ist, wie zum Beispiel Salzwasser, und die Gesamtflüssigkeitsströmung (20), welche von der Auslassöffnung (5) weggeleitet wird, Süßwasser mit beigemischten wasserlöslichen kristallisierten anorganischen Salzen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Gesamtflüssigkeitsströmung (20), nachdem sie von der Auslassöffnung (5) weggeleitet worden ist, gefiltert wird, um Süßwasser getrennt von den wasserlöslichen kristallisierten anorganischen Salzen zu gewinnen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die der Einlassöffnung (4) zugeführte Flüssigkeit (2) Heizöl mit 3 - 5 % Schwefel und bis zu 3 % Wasser ist, und wobei die Gesamtflüssigkeitsströmung (20), welche von der Auslassöffnung (5) weggeleitet wird, Heizöl mit 0,3 - 0,5 % Schwefel, bis zu 5 % kolloidem Schwefel und bis zu 1 % flüssigem Kohlenwasserstoff ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Gesamtflüssigkeitsströmung (20), nachdem sie von der Auslassöffnung (5) weggeleitet worden ist, gefiltert wird, um Heizöl getrennt von kolloidem Schwefel zu gewinnen.
15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14, in einer der folgenden Branchen: a) in der Erdöl-, Raffinerie-, petrochemischen, pharmazeutischen, chemischen, lebensmittelverarbeitenden und Bauindustrie; b) bei der Wasseraufbereitung in der Energieerzeugung und in der Lebensmittelverarbeitung; c) im Energiesektor bei der Produktion von Wasserdampf; d) in Anlagen zur Produktion von trinkbarem und nicht trinkbarem Süßwasser; e) zur Produktion monomolekularer Schichten wie Graphen beim Dispergieren von Feststoffen, wobei die Feststoffe entlang von flachen parallelen Schichten gespalten werden; f) in der Atomstromindustrie zum Behandeln belasteter Abwässer, während konzentrierte Isotope radioaktiver Materialien und nicht trinkbares Süßwassers produziert wird; g) auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung zum Aufbereiten industrieller sowie Haushaltsabwässer zum Entfernen gelöster anorganischer Salze sowie zum Gewinnen gereinigten Wassers sowie trockener anorganischer Salze; h) bei der Behandlung von Salzwasser und Meerwasser zum Entfernen wasserlöslicher Minerale und zur Konzentration solcher entfernten wasserlöslichen anorganischen Salze.
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