DE102008050075A1

DE102008050075A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit

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Publication number: DE102008050075A1
Application number: DE200810050075
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Flüssigkeiten wie Wasser aus Seen, Flüssen oder dem Meer enthalten Schwebeteilchen und insbesondere Kleinstlebewesen, wie Muscheln, Algen, Quallen, Larven und Ähnliches. Wenn diese Flüssigkeiten beispielsweise als Kühlflüssigkeit für Anlagen verwendet werden, können sich die Kleinstlebewesen unkontrolliert vernehmen und damit die Anlagen verschmuzten. Dies hat zur Folge, dass zur Vermeidung von Schäden an den Anlagen diese häufig gereinigt werden müssen, was Kosten verursacht. Die Erfindung dient zur Behandlung einer Flüssigkeit, bevor diese einer Anlage zugeführt wird. Innerhalb der Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit kommt es durch Umströmung spezieller Umlenkprofile zu starken Druck- und Geschwindigkeitsänderungen und insbesondere zu Kavitation in der Flüssigkeit. Dadurch und durch mechanisches Anschlagen an die Umlenkprofile wird zumindest ein Teil der Kleinstlebewesen abgetötet, sodass eine Verschmutzung nachgeschalteter Anlagen reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 28.
In Flüssigkeiten wie Wasser sind vielfach Schwebeteilchen enthalten, die unterschiedlicher Herkunft sein können. Häufig sind die Schwebeteilchen dabei biologischen Ursprungs und zumindest zum Teil auch lebendig, beispielsweise in Form von Kleinstlebewesen, wie Muscheln, Algen, Quallen, Larven und ähnlichem. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Wasser einem natürlichen Reservoir, wie z. B. einem See, einem Fluss oder dem Meer entnommen wird. In dem Wasser sind üblicherweise alle für das Wachstum und die Vermehrung der Kleinstlebewesen notwendigen Nährstoffe enthalten, sodass die Anzahl und Größe der Kleinstlebewesen in dem Wasser vor allem bei Abwesenheit von Fressfeinden und anderen die Population dezimierenden Einflüssen im Regelfall explosionsartig zunimmt.
Insbesondere bei der Verwendung einer Flüssigkeit wie Wasser als Kühlflüssigkeit für Vorrichtungen, wie Anlagen und Motoren an Bord von Schiffen, in Kraftwerken, in Fabriken und für vergleichbare Einsatzzwecke, führt die Ansammlung, das Wachstum und Vermehrung der Kleinstlebewesen dazu, dass die Vorrichtungen verschlammen, und sich außerdem ein Oberflächenbesatz mit Kleinstlebewesen innerhalb der Vorrichtungen bildet. Um die Vorrichtungen von diesen Auswirkungen zu befreien, sind regelmäßige und kostenintensive Reinigungsvorgänge notwendig.
Üblicherweise werden mechanische Filter zur Abtrennung von Schwebeteilchen und Kleinstlebewesen aus der Flüssigkeit vor dem Eintritt in die jeweilige zu schützende Vorrichtung verwendet. Die Filter weisen dazu engmaschige Umlenkprofile in Form von Sieben auf, die selber regelmäßig oder sogar ständig von dem zurückgehaltenen Filtrat gereinigt werden müssen, was sich als nachteilig herausstellt. Einen weiteren Nachteil stellt der geringe erzielbare Durchsatz der Flüssigkeit durch den Filter dar, der nicht für üblicherweise notwendige Durchsätze von mehreren tausend Kubikmetern pro Stunde beispielsweise für Chemieunternehmen genügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit zu schaffen, die es erlaubt, die Zahl der lebendigen Kleinstlebewesen in der Flüssigkeit zu verringern, insbesondere zumindest einen Teil der Kleinstlebewesen in der Flüssigkeit abzutöten, vorzugsweise ohne den Dauerbetrieb einzuschränken.
Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist das mindestens eine Umlenkprofil derart ausgebildet, dass in der Flüssigkeit Kavitationen auftreten, insbesondere im Bereich des Umlenkprofils. Beim Umströmen des Umlenkprofils wird der Flüssigkeitsstrom umgelenkt, d. h. dass die ursprüngliche Strömungsrichtung vor dem Umlenkprofil im Bereich des Umlenkprofils geändert wird. Dabei werden aufgrund des Bernoulli-Effekts lokale Geschwindigkeits- und Druckänderungen in der Flüssigkeit hervorgerufen. Das Gesetz von Bernoulli besagt, dass sich bei einer Reduzierung des Querschnitts eines strömenden Fluides, z. B. einer Flüssigkeit, die Geschwindigkeit erhöht und der Druck gleichzeitig erniedrigt. Schwebeteilchen und insbesondere Kleinstlebewesen, die sich mit der Flüssigkeit mitbewegen, werden im Bereich dieser Druck- und Geschwindigkeitsänderungen starken mechanischen Kräften ausgesetzt. Insbesondere können die Druckänderungen so stark sein, dass Kavitationsblasen durch spontanes Überschreiten des Siedepunktes der Flüssigkeit aufgrund eines örtlichen Absinkens des Druckes entstehen. Beim Zusammenfallen der Kavitationsblasen entstehen starke Druck- bzw. Schockwellen und kurzzeitig hohe Temperaturen von bis zu einigen 1000°C. Die Effekte der Kavitation haben insbesondere einen schädigenden Einfluss auf die Schwebeteilchen und führen insbesondere zum erfindungsgemäßen Abtöten von Kleinstlebewesen.
Bevorzugt ist zumindest ein Teil des Umlenkprofils mit der Kammer verbunden. Eine solche Befestigung des Umlenkprofils an der Kammer, vorzugsweise an der Innenwand der Kammer, sorgt für eine definierte und insbesondere stabile Positionierung des Umlenkprofils relativ zur Kammer und damit zum Flüssigkeitsstrom. Insbesondere eignet sich dazu ein starres bzw. unbewegliches Befestigungsmittel.
Vorzugsweise besteht das Umlenkprofil aus mehreren Abschnitten. Besonders bevorzugt sind die Abschnitte miteinander verbunden, um so eine definierte Ausrichtung zueinander zu haben. Eine vorzugsweise feste bzw. starre Ausrichtung der Abschnitte zueinander sorgt dabei für eine gleichbleibende Umlenkwirkung. Insbesondere sind zumindest einige der Abschnitte des Umlenkprofils winklig, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. Durch eine solche Anordnung können durch geeignete lokale Umströmungen des Umlenkprofils die gewünschten Druck- und Geschwindigkeitsänderungen in der strömenden Flüssigkeit hervorgerufen werden.
Wenigstens zwei Umlenkprofile sind vorzugsweise in einer festen räumlichen Ausrichtung zueinander und/oder zur Kammer angeordnet. Dabei sind die Umlenkprofile insbesondere identisch oder einander ähnlich ausgebildet. Weiter bevorzugt weisen zumindest einige Umlenkprofile die gleiche räumliche Ausrichtung zueinander und/oder zur Kammer auf. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit beim Durchströmen der Kammer an mehreren nebeneinander und/oder hintereinander angeordneten Umlenkprofilen eine zumindest ähnliche Umlenkung erfährt. Dies hat zur Folge, dass der Flüssigkeitsstrom möglichst im gesamten Querschnitt der Kammer und außerdem durch sukzessives Umströmen mehrerer neben- bzw. hintereinander angeordneter Umlenkprofile mehrfach behandelt wird, um so beim ersten Umströmen nicht geschädigte Schwebeteilchen beim zweiten oder nachfolgenden Umströmen des oder der Umlenkprofile zu erfassen.
Mehrere Umlenkprofile sind insbesondere in einem Abstand zueinander angeordnet, der kleiner als eine Querabmessung eines der Umlenkprofile ist. Dies dient dazu, eine ausreichend starke Umlenkung des Flüssigkeitsstroms zu erreichen. So werden durch verhältnismäßig kleine durchströmbare Querschnitte hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt. Dadurch werden wiederum große Druckunterschiede hervorgerufen, um auf sichere Weise Kavitationsblasen zu erzeugen. Weiter bevorzugt ist zumindest ein Teil der Umlenkprofile im jeweils zumindest nahezu gleichen Abstand zueinander angeordnet. Durch eine solche regelmäßige Anordnung der Umlenkprofile wird eine gleichmäßige und mehrfache, insbesondere aufeinander folgende oder parallele Behandlung der Flüssigkeit erreicht. Insbesondere können jedoch die Umlenkprofile auch gezielt mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet werden, um so unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten beispielsweise am Rand oder im Zentrum der Kammer zu kompensieren.
Insbesondere zumindest einige der Abschnitte des wenigstens einen Umlenkprofils sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass ebenso einzelne Abschnitte eines einzigen Umlenkprofils, wie auch einzelne Abschnitte verschiedener Umlenkprofile zueinander parallel angeordnet sein können. Dadurch wird erreicht, dass vergleichbare Effekte an verschiedenen Umlenkprofilen und damit in verschiedenen Teilbereichen des Flüssigkeitsstroms erzielt werden.
Das Umlenkprofil weist insbesondere wenigstens einen Durchbruch, vorzugsweise eine Bohrung oder Ausnehmung zum Durchleiten von Flüssigkeiten auf. Die Anzahl, Form, Größe und Position des wenigstens einen Durchbruchs beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, so dass eine schädigende Wirkung auf die Schwebeteilchen über einen großen Wertebereich des Flüssigkeitsdurchsatzes erreicht wird. Durch eine vorzugsweise regelmäßige Anordnung von Durchbrüchen in dem Umlenkprofil lassen sich Kavitationsblasen im Wesentlichen im gesamten Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in der Kammer erzeugen.
Zumindest ein Abschnitt des Umlenkprofils ist vorzugsweise plattenförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet. Der mindestens eine Abschnitt ist dabei vorzugsweise flach und/oder eben ausgebildet, kann aber auch beispielsweise leicht gebogen sein. Die Flüssigkeit kann leicht an dem Abschnitt entlangströmen, und der Abschnitt ist besonders einfach und kostengünstig zu fertigen. Die plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitte des Umlenkprofils können winklig oder auch senkrecht zum Flüssigkeitsstrom angeordnet sein, so dass die Kantenbereiche des Abschnitts ebenso umströmt, wie auch der mindestens eine Durchbruch in dem Abschnitt durchströmt werden kann.
Das Umlenkprofil füllt vorzugsweise den Querschnitt der Kammer zumindest überwiegend aus. Das Umlenkprofil ist insbesondere winklig, vorzugsweise senkrecht zur Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit angeordnet. Damit kann der Flüssigkeitsstrom lediglich an Kanten des Umlenkprofils vorbeiströmen oder durch Durchbrüche in dem Umlenkprofil strömen, um auf die andere Seite desselben zu gelangen. So wird ein starker Einfluss des Umlenkprofils auf die Strömungseigenschaften der Flüssigkeit sichergestellt.
Mindestens einem Abschnitt des Umlenkprofils ist mindestens ein Ablenkkörper zum Umlenken der Flüssigkeit zugeordnet. Der Ablenkkörper dient zum Umleiten, Verstärken und/oder Erzeugen lokaler Strömungsänderungen, so dass Druck- und Geschwindigkeitsunterschiede vorhanden sind, die Kavitationsblasen bzw. Kavitationen zur Folge haben.
Der Ablenkkörper ist vorzugsweise einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche des Umlenkprofils zugeordnet. Weiter bevorzugt ist der Ablenkkörper fest mit der Oberfläche des Umlenkprofils verbunden. Die Flüssigkeit umströmt damit gleichermaßen das Umlenkprofil und den Ablenkkörper. Mehrere Ablenkkörper können dabei nebeneinander auf der Oberfläche des Umlenkprofils angeordnet sein. Zwischen den Ablenkkörpern sind weiter bevorzugt die Durchbrüche in dem Umlenkprofil angeordnet, insbesondere zwischen je drei Ablenkkörpern ein Durchbruch. Somit kann die Flüssigkeit durch die Durchbrüche strömen und wird im Anschluss daran durch die Ablenkkörper abgelenkt. Die Schwebeteilchen können somit sowohl durch Kavitation als auch durch mechanisches Anschlagen beispielsweise an die Ablenkkörper geschädigt werden.
Besonders bevorzugt weisen die Ablenkkörper eine langgestreckte Form auf. Insbesondere verjüngen sich die Ablenkkörper zu einem Ende hin, vorzugsweise gleichmäßig. Insbesondere weisen die Ablenkkörper einen runden oder mehreckigen Querschnitt auf. Eine solche längliche Ausbildung der Ablenkkörper führt zu einer effektiven Strömungsumlenkung.
Insbesondere sind die Ablenkkörper spitz zulaufend, vorzugsweise kegelförmig ausgebildet. Die Ablenkkörper sind dadurch einfach zu fertigen und weisen quer zu ihrer Längsmittelachse keine Vorzugsrichtung auf, sondern sind zirkularsymmetrisch.
Die Längsmittelachse des Ablenkkörpers ist im Wesentlichen parallel zur Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet. Dabei zeigt der Ablenkkörper insbesondere mit seinem im Querschnitt kleineren Endbereich in Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit. Durch diese Ausrichtung fließt die Flüssigkeit vom im Querschnitt größeren Endbereich des Ablenkkörpers in Richtung des im Querschnitt kleineren Endbereichs des Ablenkkörpers. Dabei vergrößert sich der Strömungsquerschnitt und somit erniedrigt sich die Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Druckerhöhung.
Insbesondere sind mindestens zwei Kammern zum Durchleiten der Flüssigkeit miteinander verbindbar. Somit lassen sich die Effekte mehrerer Kammern miteinander kombinieren. Insbesondere ist die Auslassöffnung einer ersten Kammer und die Einlassöffnung einer zweiten Kammer zum Verbinden korrespondierend ausgebildet. Folglich lassen sich die beiden Kammern miteinander verbinden, um die Flüssigkeit nach Durchströmen der ersten Kammer einer Behandlung in der zweiten Kammer zu unterziehen.
Mindestens eine der Kammern ist insbesondere rohrförmig ausgebildet. Vorzugsweise weist die Kammer über ihre Länge einen konstanten Querschnitt auf, der insbesondere kreisförmig ist. Somit ist die Kammer zirkularsymmetrisch zur Längsmittelachse. Die rohrförmige Kammer als Verbindung zwischen zwei weiteren Kammern dient zur Einstellung einer möglichst laminaren Strömung im Übergangsbereich von einer Kammer in die nächste.
Vorzugsweise weist die Kammer einen symmetrischen Querschnitt, insbesondere einen zu einer Längsmittelachse der Kammer zirkularsymmetrischen Querschnitt auf. Die mindestens eine Einlassöffnung und die mindestens eine Auslassöffnung der Kammer sind bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung im Querschnitt gleich groß, insbesondere formähnlich, vorzugsweise kreisförmig ausgebildet. Damit ist gewährleistet, dass die Strömungsverhältnisse an der Einlassöffnung im Wesentlichen denen an der Auslassöffnung der Kammer entsprechen.
Insbesondere variiert der Querschnitt der Kammer im Bereich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung. Vorzugsweise ist der Querschnitt zumindest abschnittsweise größer als der Querschnitt von Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung. Insbesondere nimmt der Querschnitt ausgehend vom Bereich der Einlassöffnung gleichmäßig bis zu einem Maximum zu und von dort aus wieder gleichmäßig ab bis in den Bereich der Auslassöffnung. Durch eine Vergrößerung des Querschnitts gegenüber der Einlass- bzw. der Auslassöffnung wird eine Erniedrigung der Durchschussgeschwindigkeit und damit eine Druckerhöhung erreicht. Somit können durch Anordnung von Umlenkprofilen in der Kammer auf leichtere Weise ausreichend starke Druckunterschiede zur Erzeugung von Kavitationen hervorgerufen werden.
Besonders bevorzugt ist mindestens einer Kammer ein schraubenförmiges Umlenkprofil zugeordnet. Die Längsmittelachse des schraubenförmigen Umlenkprofils liegt dabei vorzugsweise parallel zur Durchflussrichtung der Flüssigkeit. Weiter bevorzugt ist der Querschnitt des schraubenförmigen Umlenkprofils vorzugsweise so ausgebildet, dass er den gesamten Querschnitt der Kammer ausfüllt, wenn eine oder mehrere Windungen übereinander gelegt entlang der Längsmittelachse betrachtet werden. Ein schraubenförmiges Umlenkprofil sorgt für eine Rotation der entlangströmenden Flüssigkeit um die Längsmittelachse des Umlenkprofils. Durch diese Maßnahme wir der Flüssigkeitsströmung ein Drehimpuls aufgeprägt, der insbesondere beim Auftreffen auf weitere Umlenkprofile zu einer Verstärkung der lokalen Druck- und Geschwindigkeitsunterschiede und zusätzlich mechanischen Schädigungen der Schwebeteilchen führen kann.
Vorzugsweise ist der mindestens einen Kammer mindestens ein Gehäuse zugeordnet. Das Gehäuse dient der Montage der Vorrichtung zur Behandlung der Flüssigkeit in einer größeren Anlage. Gleichzeitig bildet das Gehäuse vorzugsweise zumindest einen Teil der die Kammer begrenzenden Wand. Darüber hinaus können auch mehrere Kammern in einem Gehäuse angeordnet sein, sodass eine aus mehreren Behandlungsstufen in Form mehrerer Kammern zusammengesetzte Vorrichtung als Einheit handhabbar ist.
Besonders bevorzugt ist die Kammer innerhalb des Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere oder insbesondere alle Kammern gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet.
Das Gehäuse weist vorzugsweise mehrere Gehäuseteile auf. Die Gehäuseteile sind insbesondere miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Gehäuseteile zumindest teilweise lösbar miteinander verbunden. Eine Mehrteiligkeit des Gehäuses ermöglicht ein leichtes Zerlegen und Zusammensetzen des Gehäuses, beispielsweise zu Montage-, Wartungs- oder auch Reinigungszwecken. Dazu sind zumindest einige Gehäuseteile miteinander lösbar verbunden, insbesondere mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, Steckverbindern und dergleichen.
Der Kammer ist mindestens eine Fördereinrichtung zugeordnet. Die Fördereinrichtung dient zum Fördern der Flüssigkeit vorzugsweise in Durchleitungsrichtung durch die mindestens eine Kammer. Die Fördereinrichtung kann insbesondere als Pumpe ausgebildet sein. Um besonderen Anforderungen gerecht zu werden, beispielsweise um in einzelnen Kammern besondere Drücke zu erzeugen, können auch mehrere Fördereinrichtungen insbesondere an verschiedenen Stellen der Kammern angeordnet sein.
Zur Verbindung der einzelnen Bestandteile der Vorrichtung miteinander, d. h. zum Beispiel des Umlenkprofils mit der Kammer oder auch der Abschnitte eines Umlenkprofils miteinander eignen sich Verbindungsmethoden wie Schweißen und Kleben, aber auch ein Gießverfahren zur Herstellung ist denkbar. Ebenfalls können lösbare und dauerhafte Befestigungsmittel, wie Schrauben, Steckverbindungen oder auch Nieten verwendet werden.
Vorzugsweise sind die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung aus verschleißarmen Metallen, Kunststoffen oder auch Keramiken gefertigt. Insbesondere können auch verschleißarme Beschichtungen zur Verhinderung oder Reduzierung von Kavitationsabrasion auf einzelne Bestandteile der Vorrichtung aufgebracht sein, insbesondere auf das mindestens eine Umlenkprofil.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist weiterhin ein Verfahren gemäß Anspruch 24 geeignet. Demnach wird beim Durchleiten der die Kleinstlebewesen enthaltenen Flüssigkeit durch die Vorrichtung zumindest ein Teil der Kleinstlebewesen abgetötet. Dies geschieht vorzugsweise durch mechanische Deformation und/oder Schädigung der Kleinstlebewesen. Insbesondere wird zum Abtöten der Kleinstlebewesen, wie beispielsweise wie Muscheln, Algen, Quallen, Larven und ähnlichen, eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet,
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden beim Umströmen mindestens eines Umlenkprofils Kavitationen und/oder zumindest abschnittsweise Druck-, Richtungs- und/oder Geschwindigkeitsänderungen in der Flüssigkeit hervorgerufen. Dies bedeutet, dass Kavitationsblasen erzeugt werden, die spontan wieder kollabieren, wodurch lokal Schockwellen und große Temperatursprünge erzeugt werden. Diese Effekte führen insbesondere zu Deformationen und/oder Schädigungen der Kleinstlebewesen, vor allem indem durch starke Kräfte auf die Kleinstlebewesen einwirken.
Die Strömung der Flüssigkeit wird durch mindestens einen Teil des mindestens einen Umlenkprofils umgelenkt. Eine solche Umlenkung findet abhängig von der Ausrichtung des Teils des Umlenkprofils gegenüber der im Bereich vor dem jeweiligen Umlenkprofil vorherrschenden Strömungsrichtung statt.
Bevorzugt können in Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit durch die Kammer hintereinander angeordnete Umlenkprofile deutlich voneinander abweichende Strömungsverhältnisse hervorrufen. Beim Umströmen des Umlenkprofils werden Kavitationen hervorgerufen. Auch werden insbesondere Geschwindigkeits-, Richtungs- und Druckunterschiede in der strömenden Flüssigkeit erzeugt.
In der Flüssigkeit enthaltene Kleinstlebewesen werden beim Umströmen des mindestens einen Umlenkprofils abgetötet, insbesondere durch Kavitationen, Scheren, Aufprallen und/oder Druckunterschiede.
Durch eine in der Flüssigkeit hervorgerufene lokale Druckdifferenz und/oder durch Kavitation und/oder mindestens einen Aufprall auf mindestens ein Umlenkprofil wird zumindest ein Teil von in der Flüssigkeit transportierten Schwebeteilchen mechanisch geschädigt. Zusätzlich zu den Kleinstlebewesen können weitere Schwebeteilchen in der Flüssigkeit vorhanden sein, auf die ebenfalls die mechanischen Kräfte einwirken.
Das mindestens eine Umlenkprofil reduziert den freien Querschnitt der mindestens einen Kammer zum Durchleiten der Flüssigkeit zumindest abschnittsweise. Durch Einbauten in die Kammer, wie z. B. des Umlenkprofils, wird automatisch der für die Strömung nutzbare freie Querschnitt verringert, sodass die Strömungseigenschaften einer Flüssigkeit in der Kammer direkt beeinflussbar sind.
Vorzugsweise wird der Querschnitt der Kammer durch das mindestens eine Umlenkprofil reduziert. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse entsprechend dem Gesetz von Bernoulli verändert, insbesondere wird der Druck erniedrigt und die Geschwindigkeit erhöht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit mit drei Kammern,
2 eine Detailansicht der ersten Kammer gemäß 1,
3 einen Detailausschnitt III eines Umlenkprofils gemäß 2,
4 eine Detailansicht der zweiten, rohrförmigen Kammer der 1,
5 eine Detailansicht der dritten Kammer gemäß 1, und
6 einen Detailausschnitt V der Umlenkprofile der 5.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung 10 für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse 11, in dem drei Kammern 12, 14, 16 angeordnet sind. Eine zu behandelnde Flüssigkeit wird dazu im Wesentlichen entlang einer Durchleitungsrichtung 18, die parallel zur Längsmittelachse 20 der Behandlungsvorrichtung 10 verläuft, nacheinander durch die Kammern 12, 14 und 16 geleitet.
Ein Rohr 22, das zur Zuführung einer Flüssigkeit zu der Behandlungsvorrichtung 10 dient, weist dazu in einem Endbereich eine Auslassöffnung 24 auf, die mit einer Einlassöffnung 26 der Kammer 12 korrespondiert. Um eine lösbare Verbindung zwischen dem Rohr 22 und der Kammer 12 herzustellen zu können, ist am Rohr 22 ein Flansch 28 und an der Kammer 12 ein korrespondierender Flansch 30 angeordnet, sodass die im Inneren des jeweiligen Flansches 28 bzw. 30 angeordnete Auslassöffnung 24 bzw. Einlassöffnung 26 flächendeckend zueinander angeordnet werden.
Im Bereich ihrer Auslassöffnung 32 ist die Kammer 12 fest mit der Kammer 14 einer korrespondierenden Auslassöffnung 34 verbunden. Gleiches gilt für die feste Verbindung zwischen den Kammern 14 und 16, bei denen die Auslassöffnung 36 der Kammer 14 mit der Einlassöffnung 38 der Kammer 16 zusammenfällt.
Am anderen Endbereich der Kammer 16, nämlich im Bereich einer Auslassöffnung 40 der Kammer 16, ist ein Flansch 42 angeordnet, der mit einem korrespondierenden Flansch 44 eines weiteren Rohres 46 verbindbar ist, sodass die Einlassöffnung 48 des Rohres 46 mit der Auslassöffnung 40 korrespondiert und lösbar verbindbar ist. Das Gehäuse 11 umgibt dabei alle drei Kammern 12, 14, 16.
Im Inneren der Kammer 12 ist ein Umlenkprofil 50 angeordnet. Das Umlenkprofil 50 dient zur Umlenkung einer durchgeleiteten Flüssigkeit. In den Detailansichten der 2 und dem vergrößerten Ausschnitt der 3 ist das Umlenkprofil 50 genauer abgebildet. Die Kammer 12 weist senkrecht zur Längsmittelachse 20 einen runden Querschnitt symmetrisch zur Längsmittelachse 20 auf. Das Umlenkprofil 50 erstreckt sich über den gesamten Querschnitt senkrecht zur Zeichenebene der Kammer 12 und ist umlaufend mit der Innenwand 52 des Gehäuses 11 im Bereich der Kammer 12 fest verbunden. Das Umlenkprofil 50 hat eine im Wesentlichen plattenförmige, ebene Form.
Auf einer Oberfläche 54 weist das Umlenkprofil 50 eine Anzahl Ablenkkörper 56 auf. Die Ablenkkörper 56 haben eine im Wesentlichen dreieckige Form. Sie sind parallel zueinander ausgerichtet, sodass sie einheitlich mit ihrem jeweils als Spitze 58 ausgebildeten Endbereich in Durchleitungsrichtung 18 der Flüssigkeit zeigend angeordnet sind. Das der Spitze 58 gegenüberliegende Ende des Ablenkkörpers 56 ist als ebene Basis 60 der dreieckigen Querschnittsform des Ablenkkörpers 56 fest mit der Oberfläche 54 des Umlenkprofils 50 verbunden. Senkrecht zur Längsmittelachse 61 der Ablenkkörper 56 sind diese kreissymmetrisch ausgebildet, sodass sie insgesamt die Form eines Kegels mit der ebenen Basis 60 und der Spitze 58 aufweisen.
Die Ablenkkörper 56 sind in gleichen Abstand zueinander regelmäßig angeordnet. Im Bereich zwischen den Basen 60 der Ablenkkörper 56 sind Durchbrüche 62 in dem Umlenkprofil 50 ausgebildet. Dabei umgeben jeweils drei oder vier Ablenkkörper einen Durchbruch 62. Eine in Durchleitungsrichtung 18 durch die Kammer 12 strömende Flüssigkeit kann daher nur durch die Durchbrüche 62 durch das Umlenkprofil 50 hindurchtreten und an den Ablenkkörpern 56 entlangströmen, um das Umlenkprofil 50 zu passieren.
Die Kammer 14, die detailliert in 4 dargestellt ist, weist eine im Wesentlichen rohrförmige Ausbildung mit einem kreisrunden Querschnitt auf. Im Inneren des Teils des Gehäuses 11, in dem die Kammer 14 angeordnet ist, befindet sich ein Umlenkprofil 64, das schraubenförmig ausgebildet ist. Die Längsmittelachse 68 des schraubenförmigen Umlenkprofils 64 fällt zusammen mit der Längsmittelachse 20 der Behandlungsvorrichtung 10 und damit auch der Kammer 14. Es erstreckt sich über die gesamte Länge der Kammer 14. Im vorliegenden Fall weist das schraubenförmige Umlenkprofil 64 dreieinhalb Windungen auf. Jede Windung stellt eine vollständige Überdeckung einer Kreisfläche, nämlich des Querschnitts der Kammer 14, senkrecht zur Längsmittelachse 58 dar.
Das Umlenkprofil 64 ist umlaufend fest mit der Wand des Gehäuses 11 im Bereich der Kammer 14 verbunden. In Durchleitungsrichtung 18 betrachtet überdeckt das Umlenkprofil 64 also mehrfach den gesamten Querschnitt der Kammer 14. Somit wird eine durch die Kammer 14 in Durchleitungsrichtung 18 strömende Flüssigkeit durch das Umlenkprofil 64 auf einer schraubenförmigen Bahn durch die Kammer 14 geleitet. Durch die schraubenförmige Strömung der Flüssigkeit durch die Kammer 14 erhält die Flüssigkeit einen Drehimpuls, mit dem sie die Kammer 14 an der Auslassöffnung 36 wieder verlässt.
In der Detaildarstellung der 5 ist die Kammer 16 vergrößert dargestellt. Die Kammer 16 beinhaltet eine Vielzahl sich quer zur Durchleitungsrichtung 18 der Flüssigkeit erstreckende Umlenkprofile 70, 72, 74, 76. Die Umlenkprofile 70, 72, 74, 76 sind seitlich fest mit der Innenwand 78 des Gehäuses 11 verbunden, in diesem Fall im Bereich oberhalb und unterhalb der Zeichenebene. Die Kammer 16 ist abgesehen von den Umlenkprofilen 70, 72, 74, 76 zirkularsymmetrisch zur Längsmittelachse 20 ausgebildet.
Die Umlenkprofile 70 und 72 sind spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Sie sind mit ihren Endbereichen jeweils mit geringem Abstand spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, so dass sie im Wesentlichen ein Parallelogramm mit zwei offenen Ecken ausbilden. Der zwischen den Endbereichen der Umlenkprofile 70 und 72 eingehaltene Abstand ist deutlich kleiner als die Querabmessungen der einzelnen Umlenkprofile 70, 72 ausgebildet. Außerhalb der Endbereiche der Umlenkprofile 70, 72 ist ein größerer Abstand zwischen den Umlenkprofilen 70 und 72 als zwischen den jeweils benachbarten Endbereichen derselben eingehalten. Auch zwischen benachbarten Umlenkprofilen 70, die dementsprechend in Durchleitungsrichtung 18 in gleicher Ausrichtung hintereinander angeordnet sind, sind im Wesentlichen die gleichen Abstände wie zwischen zwei Umlenkprofilen 70 und 72 eingehalten. Gleiches gilt für hintereinander angeordnete Umlenkprofile 72.
Jedes der Umlenkprofile 70, 72 besteht aus zwei im Wesentlichen identischen, plattenförmigen Abschnitten 80 und 82, die unter einem etwas kleineren als rechten Winkel (etwa 80°) zueinander angeordnet sind in Form eines Winkels. Je nach Position der Umlenkprofile 70, 72 innerhalb der Kammer 16 kann dieser Winkel etwas kleiner oder größer gewählt sein. So sind die Umlenkprofile 70, 72, die im Bereich der Längsmittelachse 20 angeordnet sind, mit einem etwas größeren als rechten Winkel (etwa 100°) zwischen den Abschnitten 80 und 82 versehen.
Der Einlassöffnung 38 der Kammer 16 am nächsten angeordnet sind drei Umlenkprofile 74. Diese Umlenkprofile bestehen aus je vier Abschnitten 84, die winklig zueinander in Form eines Parallelogramms miteinander verbunden sind. Zwischen zwei Abschnitten 84 ist eine Öffnung 88 angeordnet. Der eingeschlossene und der gegenüberliegende Winkel haben eine Größe von etwa 80°. Die beiden übrigen Winkel haben eine Größe von etwa 100°. In der Detailansicht der 6 sind die einzelnen Abschnitte 80, 82, 84, 86 der Umlenkprofile 70, 72, 74 im Einzelnen bezeichnet.
Im Bereich der Auslassöffnung 40 der Kammer 16 ist ein plattenförmiges Umlenkprofil 76 angeordnet, das drei Öffnungen 90 aufweist. Entgegen der Durchleitungsrichtung 18 ist das Umlenkprofil 76 zur Längsmittelachse 20 hinzeigend angewinkelt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Umlenkprofile 74 und jeweils 13 Umlenkprofile 70 und 72 innerhalb der Kammer 12 angeordnet. Die Umlenkprofile 70, 72, 74 sind dazu in drei Reihen parallel zur Durchleitungsrichtung 18 hintereinander angeordnet.
Die Vorrichtung funktioniert, wie im Folgenden beschrieben ist:
Eine zu behandelnde Flüssigkeit wird vom Rohr 22 ausgehend durch die Einlassöffnung 26 und die Auslassöffnung 32 in die Kammer 12 hineingepumpt. Aufgrund des Umlenkprofils 50, das den freien Querschnitt der sich zu ihrer Mitte hin erweiternden Kammer 12 reduziert, kommt es zu einem starken Druckabfall beim Strömen der Flüssigkeit durch die Öffnungen 62 in dem Umlenkprofil 50. Der kleine Querschnitt der Öffnungen 62 und die Umlenkung an den Ablenkkörpern 56 sorgen für einen schlagartigen Druckabfall, sodass es zur Ausbildung von Kavitationsblasen im Bereich des Umlenkprofils 50, hinter demselben und zwischen dem Ablenkkörpern 56 kommt. Eine erste Schädigung bzw. Abtötung von in der Flüssigkeit enthaltenden Kleinstlebewesen erfolgt hier.
Die Flüssigkeit strömt weiter entlang der Durchleitungsrichtung 18 in die Kammer 14. Das schraubenförmige Umlenkprofil 64 sorgt dafür, dass der strömenden Flüssigkeit ein Drehimpuls aufgeprägt wird, und sie so auf einer spiralförmigen Bahn die einzelnen Windungen des Umlenkprofils 64 durchläuft.
Aus der Kammer 14 tritt die strömende Flüssigkeit in die Kammer 16 ein. Die schraubenförmige Bewegung aus der Kammer 14 wird dabei zunächst aufrechterhalten. In der Kammer 16 trifft die Flüssigkeit zunächst auf die Umlenkprofile 74 und wird dort um diese herumgeleitet. Aufgrund der Reduzierung des Querschnitts durch diese Umlenkprofile 74 kommt es zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und einer entsprechenden Druckerniedrigung, die Kavitationen hervorrufen kann. Nach Umströmen der Umlenkprofile 74 trifft die Flüssigkeit auf die in Durchleitungsrichtung 18 dahinter angeordneten, zueinander jeweils spiegelsymmetrisch angeordneten Umlenkprofile 70 und 72. Indem die Flüssigkeit die Umlenkprofile 70 und 72 umströmt, wobei dich der Druck erhöht, und die Flüssigkeit dann durch die zwischen den Umlenkprofilen 70 und 72 vorhandenen Öffnungen 88 geleitet wird, kommt es zu weiteren schnellen Druckerniedrigungen, die wiederum zur Entstehung von Kavitationsblasen führen. Durch Kollaps der entstandenen Kavitationsblasen und durch Anschlagen der Kleinstlebewesen in der Flüssigkeit an die Umlenkprofile 70, 72, 74 kommt es zu Schädigungen der Kleinstlebewesen und insbesondere zu einem Absterben derselben.
Kurz vor Erreichen der Auslassöffnung 40 der Kammer 16 trifft die Flüssigkeit auf das Umlenkprofil 76 und muss Öffnungen 90 durchströmen, um durch die Auslassöffnung 40 der Kammer 16 und die Einlassöffnung 48 des Rohres 46 zum Abfluss zu gelangen. Die behandelte Flüssigkeit, in der nach Durchlaufen der Behandlungsvorrichtung 10 weniger lebendige Kleinstlebewesen vorhanden sind, kann nun in einer an das Rohr 46 angeschlossenen Anlage beispielsweise als Kühlwasser oder ähnliches genutzt werden.
Im Bereich der Kammer 14 kann zusätzlich auch eine beliebige Fördervorrichtung, wie beispielsweise eine Pumpe, angeordnet sein. Die Förderrichtung kann auch zwischen den einzelnen Kammern oder am Ende derselben angeordnet sein.

10: Behandlungsvorrichtung
11: Gehäuse
12: Kammer
14: Kammer
16: Kammer
18: Durchleitungsrichtung
20: Längsmittelachse
22: Rohr
24: Auslassöffnung
26: Einlassöffnung
28: Flansch
30: Flansch
32: Auslassöffnung
34: Einlassöffnung
36: Auslassöffnung
38: Einlassöffnung
40: Auslassöffnung
42: Flansch
44: Flansch
46: Rohr
48: Einlassöffnung
50: Umlenkprofil
52: Innenwand
54: Oberfläche
56: Ablenkkörper
58: Spitze
60: Basis
61: Längsmittelachse
62: Durchbruch
64: Umlenkprofil
66: Innenwand
68: Längsmittelachse
70: Umlenkprofil
72: Umlenkprofil
74: Umlenkprofil
76: Umlenkprofil
78: Innenwand
80: Abschnitt
82: Abschnitt
83: Öffnung
84: Abschnitt
86: Abschnitt
88: Öffnung
90: Öffnung

Claims

Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit mit mindestens einer Kammer, und mit mindestens einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung der Kammer zugeordnet sind zum Durchleiten der Flüssigkeit in einer Durchleitungsrichtung von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung, und mit mindestens einem in der Kammer angeordneten Umlenkprofil, wobei das Umlenkprofil zumindest von Teilen der Flüssigkeit umströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkprofil derart ausgebildet ist, dass in der Flüssigkeit im Bereich des Umlenkprofils Kavitationen auftreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Umlenkprofils mit der Kammer verbunden ist, insbesondere starr bzw. unbeweglich.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkprofil aus mehreren Abschnitten besteht, wobei die Abschnitte vorzugsweise fest miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise zumindest einige der Abschnitt: des Umlenkprofils winklig, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vorzugsweise zwei identisch oder ähnlich ausgebildete Umlenkprofile in einer festen räumlichen Ausrichtung zueinander und/oder zur Kammer angeordnet sind, wobei zumindest einige Umlenkprofile vorzugsweise die gleiche räumliche Ausrichtung zueinander und/oder zur Kammer aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Umlenkprofile jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner als die Querabmessung eines der Umlenkprofile ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil der Umlenkprofile im Wesentlichen im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Abschnitte des mindestens einen Umlenkprofils im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkprofil wenigstens einen Durchbruch, insbesondere eine Bohrung oder Ausnehmung, zum Durchleiten der Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Umlenkprofils plattenförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkprofil den Querschnitt der Kammer zumindest überwiegend ausfüllt, wobei das Umlenkprofil insbesondere winklig, vorzugsweise senkrecht, zur Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Abschnitt des Umlenkprofils mindestens ein Ablenkkörper zum Umlenken der Flüssigkeit zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche des Umlenkprofils zugeordnet ist, vorzugsweise fest mit der Oberfläche verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper eine langgestreckte, insbesondere sich zu einem Ende verjüngende Form aufweist, vorzugsweise mit rundem oder mehreckigem Querschnitt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper vorzugsweise spitz zulaufend, insbesondere kegelförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse des Ablenkkörpers im Wesentlichen parallel zur Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet ist, wobei der Ablenkkörper insbesondere mit seinem im Querschnitt kleineren Endbereich in Durchleitungsrichtung der Flüssigkeit zeigend ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kammern zum Durchleiten der Flüssigkeit miteinander verbindbar sind, wobei insbesondere die Auslassöffnung einer ersten Kammer und die Einlassöffnung einer zweiten Kammer zum Verbinden korrespondierend ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kammern rohrförmig ausgebildet ist, insbesondere mit über die Länge der Kammer konstantem, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einlassöffnung und die mindestens eine Auslassöffnung der Kammer im Querschnitt gleich groß, insbesondere formähnlich, vorzugsweise kreisförmig, ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kammer symmetrisch, insbesondere zirkularsymmetrisch zu einer Längsmittelachse der Kammer ausgebildet ist, und/oder dass der Querschnitt der Kammer im Bereich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung variiert, insbesondere zumindest abschnittsweise größer ist als die Querschnitte der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer ein schraubenförmiges Umlenkprofil zugeordnet ist, wobei die Längsmittelachse des schraubenförmigen Umlenkprofils vorzugsweise in Durchflussrichtung der Flüssigkeit angeordnet ist, und wobei der Querschnitt des schraubenförmigen Umlenkprofils vorzugsweise den gesamten Querschnitt der Kammer ausfüllt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Kammer mindestens ein Gehäuse zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruche 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer in dem Gehäuse angeordnet ist, vorzugsweise mehrere, insbesondere alle Kammern zusammen in einem Gehäuse angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mehrere Gehäuseteile aufweist, die vorzugsweise miteinander verbunden sind, insbesondere zumindest teilweise lösbar.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer mindestens eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, zum Fördern der Flüssigkeit durch die mindestens eine Kammer zugeordnet ist, vorzugsweise in Durchleitungsrichtung.
Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit, insbesondere zum Abtöten von Kleinstlebewesen, vorzugsweise Larven, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchleiten der die Kleinstlebewesen enthaltenden Flüssigkeit durch die Vorrichtung zumindest ein Teil der Kleinstlebewesen durch mechanische Deformation und/oder Schädigung der Kleinstlebewesen abgetötet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der Flüssigkeit durch das mindestens eine Umlenkprofil umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit beim Umströmen mindestens eines Umlenkprofils Kavitationen, und/oder zumindest abschnittsweise Druck-, Richtungs- und/oder Geschwindigkeitsänderungen in der Flüssigkeit hervorgerufen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit enthaltene Kleinstlebewesen beim Umströmen des mindestens einen Umlenkprofils abgetötet werden, insbesondere durch Kavitation, Scherung, Aufprallen und/oder lokale Druckunterschiede.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kammer durch das Umlenkprofil zumindest abschnittsweise reduziert wird.