DE102006007634A1

DE102006007634A1 - Zyklonaler Kavitationsgenerator

Info

Publication number: DE102006007634A1
Application number: DE102006007634A
Authority: DE
Inventors: Erhard Schindler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-18
Filing date: 2006-02-18
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die bereits bei geringen Vordrücken in festen, flüssigen und/oder gasförmigen hindurchströmenden Komponenten ein hydrodynamisches, regelbares Kavitationsfeld erzeugt. Hierbei kann die Feldenergie des Kavitationsfeldes unabhängig vom Vordruck eingestellt werden. Dabei wird in einem Durchflussreaktor ein hydrodynamisches Kavitationsfeld aufgebaut, das in Abhängigkeit von der Art und Konzentration der beigemengten bzw. gelösten Gase Radikale bzw. Polyoxide erzeugt, die als Katalysatoren sowie als Reaktionspartner sowohl zum Abbau wie auch zum Aufbau molekularer Verbindungen benutzt werden können und in den unterschiedlichsten Produktionsbereichen eingesetzt werden können.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung die bereits bei geringen Vordrücken in festen, flüssigen und/oder gasförmigen hindurchströmenden Komponenten ein hydrodynamisches, regelbares Kavitationsfeld erzeugt. Hierbei kann die Feldenergie des Kavitationsfeldes unabhängig vom Vordruck geregelt werden. Dabei wird in einem Durchflussreaktor ein hydrodynamisches Kavitationsfeld aufgebaut, das in Abhängigkeit von der Art und Konzentration der beigemengten bzw. gelösten Gase Radikale bzw. Polyoxide erzeugt, die als Katalysatoren, sowie als Reaktionspartner sowohl zum Abbau, wie auch zum Aufbau molekularer Verbindungen benutzt werden können.

Stand der Technik

Hydrodynamische Kavitationsgeneratoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei handelt es sich meist um statische Komponenten, entsprechend DE 10009326 , die durch Versuche für die jeweiligen Fluide optimiert werden müssen. Eine Regulierungsfunktion wird dann durch Variation des Vordrucks bzw. Verschiebung der turbulenzerzeugenden Elemente erreicht. Diese hydrodynamischen Kavitationsgeneratoren nach dem Stand der Technik erzielen gute Ergebnisse beim Vermischen von Bestandteilen bzw. Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes. Die Regulierungsfunktion ist dabei allerdings beschränkt auf die Erzeugung eines Kavitationsfeldes mit spezifischem Feldpotential, eine Variation der Feldenergie ist hierdurch nicht möglich. Wird versucht, die Energie des Kavitationsfeldes durch Vordruckerhöhung oder Feldüberlagerungen zu erhöhen, führt dies meist zur Schwächung oder sogar zur Auslöschung des Kavitationsfeldes, da das Gesamtfließsystem nur einen schmalen optimalen Druckbereich aufweist. Molekulare Integration/Desintegration erfordert jedoch komponentenabhängige spezifische Initialisierungsniveaus. Das energetische Potential des Kavitationsfeldes muss daher in einem breiteren Bereich variierbar sein.

Ebenso sind Kavitationsgeneratoren bekannt, bei denen das Kavitationsfeld mittels Ultraschall erzeugt wird. Hier ist eine Feldstärkenvartition durch Frequenzvariation möglich. Aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten sind diese Generatoren meist nur im Labormaßstab betriebswirtschaftlich sinnvoll nutzbar. Für die Behandlung von Masseströmen kommen sie nicht in Frage.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kavitationsgenerator zu schaffen, der bereits bei niedrigen Vordrücken und einem gegebenen Gesamtfließsystem eine Variation der Kavitationsfeldenergie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei dem zyklonalen Kavitationsgenerator dadurch gelöst, dass in der Mittelachse des Generators ein oder mehrere Zuführungskanäle für Fluide eingeführt werden, über die, entgegen dem Massestrom, Flüssigkeiten/Gase zugeführt werden. Über diese Zufuhr kann Verhalten und Zusammensetzung des Massestromes gesteuert werden. Dieser Zuführungskanal endet in einem turbulenz- und drallerzeugenden Element in der Vorkammer. Das turbulenz- und drall erzeugende Element in der Vorkammer besteht aus 2 gegeneinander angeordneten konischen Wendeln (10, 11), zwischen denen eine oder mehrere Lamellenscheiben (9) angeordnet sind. Dabei kann die Steigung der drallerzeugenden Wendeln und die Anzahl der turbulenzerzeugenden Lamellenscheiben der jeweiligen Dichtestruktur der Fluide angepasst werden. Beweglich gelagert (7) kann das gesamte turbulenz- und drallerzeugende Element innerhalb der Vorkammer verschoben werden, um eine weitere Variation der Durchflussgeschwindigkeit zu erreichen. Darüber hinaus können Teile oder die gesamte Innenfläche der Vorkammer mit gewindeartigen Erhebungen/Vertiefungen (14) ausgeführt werden, die mit der Steigung der konischen Wendeln korrespondieren. Des weiteren verjüngt sich die Vorkammer in Fließrichtung stufenförmig um sich sodann ebenso stufenförmig in die Reaktionskammer aufzuweiten.
Die vorteilhafte Wirkung dieser Anordnung besteht darin, dass der Massestrom am Eingang zur Vorkammer durch die im Gegenstrom zugeführten Fluide/Gase stark verwirbelt wird. Aufgrund der durch die nun folgende Wendel verursachte Querschnittsverengung erfährt der turbulente Massestrom eine starke Beschleunigung. Diese wird weiter gesteigert durch den starken Drall der durch Wendel und gewindeartige Innenfläche der Vorkammer hervorgerufen wird. Die in der Mitte der Vorkammer angeordneten Lamellenscheiben rufen in dem bereits verwirbelten Massestrom weitere Verwirbelungen hervor. Die nunmehr folgende Vorkammerverjüngung, verbunden mit einer weiteren Wendel, trägt zu einer zyklonalen Zunahme von Turbulenzen und Geschwindigkeit bei. In der nachfolgenden Reaktionskammer wird die durch die Vorkammerbehandlung des Massestromes mehrfach potenzierte kinetische Energie abrupt abgebremst. Es entsteht ein komplexes Kavitationsfeld dessen energetisches Potential insbesondere über die Drallbeschleunigung eingestellt wird. Das hierbei freigesetzte energetische Potential schafft die Voraussetzung zum schlagartigen Aufbau neuer oder Abbau bestehender molekularer Verbindungen. Die Steuerung des Gesamtsystems erfolgt durch Variation von Wendelsteigung und Lamellenanzahl, Variation des Vordruckes des Massestromes und Variation des Druckes des entgegen der Strömungsrichtung zugeführten Fluides/Gases.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Aufgrund dieser Variabilität der Kavitationsfeldenergie lässt sich nunmehr gezielt die gewünschten Wirkungen einstellen, je nachdem ob eher mechanische oder radikalische Reaktionen erwünscht werden. So ist je nach Einstellung intensive Vermischung oder Entmischung (micromixing) möglich, Agglomeration oder Desintegration, mechanischer Abbau von Makromolekülen oder Hochtemperaturpyrolyse von leichtflüchtigen Substanzen unter Radikalbildung und Radikalreaktionen. Im Lebensmittelbereich reichen die Anwendungsmöglichkeiten von der Trinkwasseraufbereitung (Abbau von Schadstoffen, Sterilisierung, über Herstellung von Tafelwasser (Karbonisierung) ohne den Einsatz der bisher notwendigen Produktionsvorstufen Kühlung und Entgasung, Karbonisierung und Homogenisierung von Getränken und Säften mit gleichzeitiger Erhöhung der Haltbarkeit ohne Zusatzstoffe. Bei der Abwasserbehandlung ist eine Variation von der Beschleunigung biologischer Reinigungsprozesse, Belüftung, Abbau von Schadstoffen, bis zur Verringerung der Aufsalzung möglich. Bei Klärschlammbehandlung erhöht und beschleunigt sich die Biogasausbeute durch Desintegration, ebenso ist eine Nutzung zur Biogaswäsche möglich. Im Bereich der Treibstoffindustrie reicht der Einsatzbereich von der Entschwefelung von Ölen und Benzinen, über die Veresterung von Rapsöl bis zu Herstellung von Wasserdiesel als stabiler Mischung.

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten der Komponenten eines hindurchströmenden Massen- und gegenströmenden Teilstromes, wobei die Komponenten insbesondere fest, flüssig oder gasförmig sein können, mittels einem hydrodynamischen Kavitationsfeld, um eine Mischung, insbesondere eine Emulsion oder Suspension, sowie neuartige molekulare Verbindungen und Trennungen (kavitative Integration und Desintegration) zu erzeugen, mit einem Gehäuse (1), das eine Eingangsöffnung (2) für die Zufuhr des zu vermischenden Massestromes und eine Ausgangsöffnung(3) für die Entnahme des Massestromes aufweist, wobei das Gehäuse (1) eine Vorkammer (4) mit einem darin mittels einer Halterung (6) angeordneten turbulenz- und drallerzeugenden Element (8) aufweist, und das turbulenz- und drallerzeugenden Element (8) mindestens einen oder mehrere turbulenzerzeugende Teilbereiche (9) und diesen vor und nachgelagert zwei drallerzeugende Teilbereiche (10, 11) in Form einer konisch zulaufenden Wendel oder Schraube besitzt, die für jeweils eine lokale Strömungseinengung sorgen, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Vorkammer (4), der senkrecht zu ihrer Mittelachse genommen wird, wenigstens in einem Teil des Bereichs, der das turbulenzerzeugende Element (9) umgibt, zuerst größer und dann kleiner wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das turbulenz- und drallerzeugende Element (8) auf der als Zuführungskanal, mit einem Zuführungseingang (61) und einem Zuführungsausgang (62) über den ein Fluid/Gas im Gegenstrom zugeführt werden kann, ausgebildeten Halterung (6) in der Gehäusemittelachse angeordnet ist und sich durch eine außerhalb des Gehäuses angeordnete Steuerung (7) im Gehäuse verschieben lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die über den Zuführungsausgang (62) zugeführten Fluide/Gase die einzuleitenden Fluide vor Eintritt in die Vorkammer vorgemischt und verwirbelt, durch die nachfolgende konische Wendel (10) zu Beginn des turbulenz- und drallerzeugenden Elementes der verwirbelte Massestrom einen Drall erhalten, durch die folgenden Lammellenscheiben (9) die Turbulenzen verstärkt werden und durch die nachfolgende konische Wendel (11) in Verbindung mit der sich verjüngenden Vorkammer (4, 42, 43, 44) eine weitere starke zyklonale Beschleunigung erhält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Wendel (10), die der Eingangsöffnung (2), am nächsten liegt, so ausgestaltet ist, dass ihr Querschnitt der senkrecht zu der Mittelachse der Durchflusskammer (4) genommen wird, in Strömungsrichtung des Massestromes gesehen, größer wird, der Querschnitt der konisch Wendel (11) die der Reaktorkammer (13) am nächsten liegt, kleiner wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den turbulenz- und drallerzeugende Element (8) hindurchgehende Hohlraum (80) so ausgestaltet ist, das er eine Auslassöffnung (62) aufweist, die sich an dem Ende des turbulenz- und drallerzeugende Elementes (8) befindet, das der Eingangsöffnung (2) des Gehäuses (1) am nächsten liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände der Vorkammersegmente (41, 42, 43, 44) gänzlich oder teilweise eine gewindeartige Struktur (14) aufweisen, deren Steigung mit der Steigung der konischen Wendeln (10, 11) korrespondiert und ebenfalls zu einer Verstärkung des Dralls des Massestroms beiträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Vorkammer (4) sich zuerst stufenkonisch erweitert (41, 42), und anschließend stufenkonisch verengt (42, 43, 44) um sich sodann wieder stufenkonisch (44, 131, 132, 133) in die Reaktionskammer (13) zu erweitern