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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung gasgefüllter Mikroblasen, umfassend
- – wenigstens eine Düse mit drei Fluidkanälen, nämlich einem zentralen Primärgas-Kanal, einem den Primärgas-Kanal koaxial umgebenden Flüssigkeits-Kanal und einem Sekundärgas-Kanal, wobei alle Fluid-Kanäle in einer gemeinsamen Kammer mit einer zentralen Auslassöffnung in deren distaler Kammerwand münden,
- – eine erste Fluidleitung, nämlich eine mit dem Primärgas-Kanal verbundene Primärgas-Leitung, zur Leitung eines ersten Fluids, nämlich eines Primärgases, von einer Primärgas-Quelle zu dem Primärgas-Kanal,
- – eine zweite Fluidleitung, nämlich eine mit dem Sekundärgas-Kanal verbundene Sekundärgas-Leitung, zur Leitung eines zweiten Fluids, nämlich eines Sekundärgases, von einer Sekundärgas-Quelle zu dem Sekundärgas-Kanal,
- – eine dritte Fluidleitung, nämlich eine mit dem Flüssigkeits-Kanal verbundene Flüssigkeits-Leitung, zur Leitung eines dritten Fluids, nämlich einer Flüssigkeit, von einer Flüssigkeits-Quelle zu dem Flüssigkeits-Kanal, und
- – Druckerzeugungsmittel zur Erzeugung eines das jeweilige Fluid in Richtung des jeweils zugeordneten Fluidkanals beaufschlagenden Drucks.
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Stand der Technik
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Derartige Vorrichtungen sind bekannt aus Okuno, Y. et al.: ”Development of Three-Dimensional Air Flow Measuring Method Using Soap Bubbles”, JSAE Review Vol. 14, No. 4, 1993.
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Unter einer Mikroblase wird im Kontext der vorliegenden Beschreibung ein in etwa sphärischer, gasgefüllter Hohlkörper mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 5 mm verstanden. Die spezielle Materialwahl für den Mantel der Mikroblasen und deren Füllgas, welches hier allgemein als Primärgas angesprochen wird, ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Von besonderem Interesse sind jedoch Mikroblasen in Form von leichtgas-, insbesondere heliumgefüllten Seifenblasen. Die den Mantel bildende Flüssigkeit kann daher insbesondere eine Seifenlauge sein. Derartige Mikroblasen sind auch in der oben genannten gattungsbildenden Druckschrift explizit offenbart.
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Insbesondere im Gebiet der Visualisierung von Gasströmungen sind Licht reflektierende und/oder streuende Schwebeteilchen von besonderem Interesse. Solche Schwebeteilchen folgen einer Strömung ohne gravitationsbedingt abzusinken. Durch ihre reflektierenden und/oder streuenden optischen Eigenschaften sind sie von dem strömenden Gas gut zu unterscheiden, sodass die Strömung sichtbar gemacht und mittels Kameratechnik in Bildern aufgenommen werden kann. Als besonders vorteilhaft haben sich heliumgefüllte Seifenblasen mit Durchmessern von einem oder unter einem bis zu wenigen Millimetern erwiesen. Diese zeigen die zum Schweben erforderliche Gleichheit von Auftrieb und Gewicht, sind hinreichend klein, um auch kleine Strömungsstrukturen sichtbar zu machen, sind zugleich hinreichend groß, um einen guten optischen Kontrast zur umgebenden Luft zu bieten und können auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten selbst filigrane Umströmungsobjekte nicht beschädigen. Problematisch ist allerdings ihre Produktion in ausreichender Menge und Produktionsgeschwindigkeit, um schnelle Strömungsfelder sichtbar zu machen.
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Die oben genannte gattungsbildende Druckschrift offenbart einen Blasengenerator mit zwei gleichlangen konzentrisch angeordneten Rohren, die in einer gemeinsamen Kammer münden. Gegenüber der proximal angeordneten Mündungsstelle ist in der distalen Kammerwand eine Auslassöffnung angeordnet. Zugleich mündet ein weiterer Kanal seitlich in die Kammer. Werden der zentrale Kanal mit Helium als Primärgas und der diesen Primärgaskanal ringspaltförmig umgebende Flüssigkeitskanal mit Seifenlauge jeweils unter Druck beschickt, bildet sich an der Kanalmündung eine Quellblase. Wird zudem der seitliche Kanal unter Druck mit Luft als Sekundärgas beschickt, dehnt sich die Quellblase nicht beliebig aus, sondern wird durch die Öffnung in der distalen Kammerwand gepresst, wo sich eine Produktblase mit deutlich geringerem Durchmesser als die Quellblase abschnürt. Bei im Hinblick auf Fluid-Volumenstrom und -Druck geeigneter absoluter und relativer Beschickung der Fluidkanäle mit den jeweiligen Fluiden Primärgas (z. B. Helium), Sekundärgas (z. B. Luft) und Flüssigkeit (z. B. Seifenlauge) kann eine schnelle Folge von Produktblasen, z. B. 3.000 Blasen pro Sekunde, generiert werden.
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Problematisch bleibt allerdings die Visualisierung großflächiger Strömungsfelder, die nicht ausreichend von einer einzelnen Düse mit Mikroblasen beimpft werden können. Der naheliegende Ansatz, mehrere Düsen über jeweils gleichartige Leitungen mit entsprechenden Fluidreservoiren zu verbinden und für alle Düsen gemeinsame Druckerzeugungsmittel zu verwenden, hat sich als untauglich erwiesen. Trotz im Rahmen der Konstruktionsgenauigkeit identischer Ausgestaltung von Düsen und Fluidleitungen fallen bei derartigen Aufbauten regelmäßig einzelne Düsen aus. Man behilft sich daher in der Praxis mit der individuellen Ansteuerung mehrerer Düsen, d. h. insbesondere werden für jede Düse eigene Fluidreservoire und/oder wenigstens eigene Druckerzeugungsmittel vorgesehen. Dies ist aufwendig und teuer.
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Aus der
DE 10 2004 050 400 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gas-Flüssigkeitsgemisches, insbesondere eines Aerosol-Sprühnebels bekannt, die einen zentralen Luftkanal, einen, diesen koaxial umgebenden Luft-Ringkanal und einen den zentralen Luftkanal koaxial umgebenden und von dem Luft-Ringkanal koaxial umgebenen Flüssigkeits-Ringkanal aufweist. Die beiden Luftkanäle sind über eine gemeinsame Luftleitung mit einer Druckluftquelle verbunden. Der Flüssigkeits-Ringkanal ist über eine Flüssigkeitsleitung drucklos mit einem Flüssigkeits-Reservoir verbunden. Beaufschlagung der Luftkanäle mit Druckluft führt zu einem Ansaugen und Mischen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeits-Reservoir mit der Luft. Die Bildung definierter Blasen ist mittels der bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Aus der
US 2009/0 324 504 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gas-Flüssigkeitsgemisches bekannt, wobei eine Mehrzahl von Düsen gasseitig und flüssigkeitsseitig parallelgeschaltet sind, indem jede Fluidleitung einen allen Düsen zugeordneten, gemeinsamen Leitungsabschnitt aufweist, von dem zu jeder Düse jeweils ein düsenindividueller Leitungsabschnitt abzweigt. Eine definierte Blasenbildung ist hier ebenfalls nicht vorgesehen.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass eine Mehrzahl von Düsen unter gemeinsamer Nutzung von Druckerzeugungsmitteln und ggf. Fluidreservoiren zuverlässig betrieben werden können.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von N Düsen primärgasseitig, sekundärgasseitig und flüssigkeitsseitig parallelgeschaltet sind,
indem jede Fluidleitung einen allen N Düsen zugeordneten, gemeinsamen Leitungsabschnitt aufweist, von dem zu jeder der N Düsen jeweils ein düsenindividueller Leitungsabschnitt abzweigt,
wobei jeder düsenindividuelle Leitungsabschnitt so gestaltet ist, dass der bei bestimmungsgemäßem Betrieb in ihm auftretende Druckabfall wenigstens fünfmal so groß ist wie die Summe aus
- – der maximalen, im gemeinsamen Leitungsabschnitt zwischen den Abzweigen der düsenindividuellen Leitungsabschnitte auftretenden Druckschwankung und
- – dem maximalen, zwischen den zugeordneten Fluidkanälen der N Düsen auftretenden Druckunterschied.
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Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass der in den düsenindividuellen Leitungsabschnitten bei bestimmungsgemäßem Betrieb auftretende Druckabfall DP ≥ 5 × (dP + ΔP), mit
- DP:
- Druckabfall im düsenindividuellen Leitungsabschnitt;
- dP:
- maximale Druckschwankung im gemeinsamen Leitungsabschnitt zwischen den Abzweigen der düsenindividuellen Leitungsabschnitte;
- ΔP:
- maximaler, zwischen den zugeordneten Fluidkanälen der N Düsen auftretenden Druckunterschied.
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Bevorzugt sind die düsenindividuellen Leitungsabschnitten sogar so ausgelegt, dass in ihnen bei bestimmungsgemäßem Betrieb ein Druckabfall von DP ≥ 10 × (dP + ΔP) auftritt.
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dP beschreibt hier das Maximum der zeitlichen Druckänderungen im gemeinsamen Leitungsabschnitt im räumlichen Bereich zwischen den Abzweigen der düsenindividuellen Leitungsabschnitte. Diese kommen beispielsweise durch gewöhnliche Betriebsschwankungen der verwendeten Druckerzeugungsmittel zustande.
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ΔP hingegen beschreibt das Maximum der im Wesentlichen statischen Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Düsen. Diese können beispielsweise durch konstruktive Unterschiede zwischen den Düsen (z. B. Durchmesser und/oder Länge des jeweiligen Fluidkanals) und/oder unterschiedliche Montagehöhen der Düsen bedingt sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Strömungswiderstand der düsenindividuellen Leitungsabschnitte „groß” gegenüber dem Strömungswiderstand des jeweils zugeordneten gemeinsamen Leitungssabschnitts zu gestalten. Auf diese Weise staut sich das Fluid im gemeinsamen Leitungssabschnitt vor allen abgehenden düsenindividuellen Leitungsabschnitten gleichermaßen, sodass auch bei Druckschwankungen im gemeinsamen Leitungsabschnitt, wie sie bei bestimmungsgemäßem Betrieb stets in gewissem Maße auftreten, zwischen den Abzweigen der düsenindividuellen Leitungsabschnitte, wie sie bei bestimmungsgemäßem Betrieb stets in gewissem Maße auftreten, eine gleichmäßige Versorgung jeder Düse gewährleistet bleibt. Auch geringfügige Unterschiede im Strömungswiderstand zwischen den einzelnen Düsen werden kompensiert. Solche Unterschiede können dauerhafter Natur sein und beispielsweise durch konstruktive Unterschiede der Düsen oder deren Anordnung in unterschiedlichen vertikalen Höhen entstehen. Sie können jedoch auch temporär sein und durch Störungen, wie etwa Vibrationen etc. erzeugt werden. Bei gleichförmiger Zuleitung zu allen Düsen fallen derartige, geringfügige Unterschiede stark ins Gewicht und führen zum Ausfall einer oder mehrerer Düsen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hingegen bleibt auch beim Auftreten solch geringfügiger Unterschiede ein hinreichend großer Staudruck vor den düsenindividuellen Leitungsabschnitten erhalten, dass der kontinuierliche Fluidstrom zu allen Düsen nicht abreißt. Die erfindungsgemäße Relation schafft einen optimalen Kompromiss aus Betriebssicherheit und Praktikabilität.
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Auf diese Weise wird es auch möglich, wie bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, wenigstens einige der Düsen in unterschiedlicher vertikaler Höhe anzuordnen. Durch die unterschiedliche vertikale Anordnung entsteht ein gravitationsbedingter Druckunterschied zwischen den Düsen, der bei der herkömmlichen Anordnung zum Ausfall der oberen Düsen führen würde. Durch die erfindungsgemäße Anordnung fallen derartige Druckunterschiede jedoch nicht ins Gewicht, sodass auch eine solche, bei praktischen Experimenten häufig gewünschte Düsenanordnung störungsfrei betrieben werden kann. Bei sehr großen Höhenunterschieden kann es sinnvoll sein, den Mindestwert für den in den düsenindividuellen Leitungsabschnitten auftretenden Druckabfall zu verdoppeln. Voraussetzung für den störungsfreien Betrieb von in vertikal unterschiedlicher Höhe angeordneten Düsen ist, dass der Mindestwert für den Strömungswiderstand eines düsenindividuellen Leitungsabschnitts dem Verhältnis aus dem gravitationsbedingt zwischen der am höchsten und der am tiefsten angeordneten Düse auftretenden Druckunterschied zu dem für das zugeordnete Fluid bestimmungsgemäß vorgesehenen Volumenstrom durch den zugeordneten Fluidkanal entspricht. Im Hinblick auf Fehlertoleranz bevorzugt ist der tatsächliche Wert groß gegen diesen Mindestwert. Mit anderen Worten wird der gravitationsbedingt auftretende Druckunterschied als mindestens zu kompensierende „Störung” aufgefasst. Dieser Druckunterschied geteilt durch den vorgesehenen Volumenstrom ergibt den Mindestwert für den Strömungswiderstand des erfindungsgemäß gestalteten düsenindividuellen Leitungsabschnitts. Bei Betrieb ist dann der von den Druckerzeugungsmitteln zu erzeugende Druck so einzustellen, dass am jeweiligen Fluidkanal der vorgesehene Volumenstrom anliegt.
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Auch bei Einhaltung beider genannter Kriterien können sich bei vertikal unterschiedlich angeordneten Düsen geringfügige Unterschiede bei der Mikroblasenproduktion einstellen.
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Um dies zu kompensieren, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Strömungswiderstand der düsenindividuellen Leitungsabschnitte der höher angeordneten Düsen geringer ist als der Strömungswiderstand der düsenindividuellen Leitungsabschnitte der tiefer angeordneten Düsen. Den Unterschied im Strömungswiderstand wird der Fachmann im Hinblick auf die Höhenunterschiede der Düsen ohne weiteres in Ansehung des Einzelfalls berechnen können. Insbesondere, jedoch nicht nur im zuvor geschilderten Fall, kann es sinnvoll sein, unterschiedliche düsenindividuelle Leitungsabschnitte mit unterschiedlichen Strömungswiderständen zu versehen. Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die demselben Fluid zugeordneten düsenindividuellen Leitungsabschnitte unterschiedlicher Düsen und/oder die unterschiedlichen Fluiden zugeordneten düsenindividuellen Leitungsabschnitte derselben Düsen denselben Innendurchmesser und unterschiedliche Längen aufweisen. Bekanntermaßen ist der Strömungswiderstand einer Leitung u. a. sowohl von ihrem Innendurchmesser als auch von ihrer Länge abhängig. Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht es, für verschiedene düsenindividuelle Leitungsabschnitte einheitliche Leitungselemente zu verwenden und die exakte Einstellung des jeweiligen Strömungswiderstandes durch präzises Ablängen der Leitungselemente zu erzielen.
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Für die dem Primärgas und/oder der Flüssigkeit zugeordneten düsenindividuellen Leitungsabschnitte haben sich Glaskapillaren als bevorzugte Leitungselemente erwiesen. Solche Glaskapillaren sind mit Innendurchmessern von 0,02 mm bis 0,5 mm, insbesondere mit Innendurchmessern von 0,15 mm erhältlich. Typische Längen der düsenindividuellen Leitungsabschnitte liegen bei 100 mm bis 300 mm, bevorzugt bei ca. 200 mm, was eine gut handhabbare und gleichwohl platzsparende Größenordnung darstellt.
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Das Sekundärgas wird bevorzugt über als flexible Kunststoffschläuche ausgebildete düsenindividuelle Leitungsabschnitte geliefert. Der Unterschied ist auf die typischerweise stark unterschiedlichen Volumenströme von Primärgas und Sekundärgas zurückzuführen.
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Als gemeinsame Leitungsabschnitte haben sich bei einer Konfiguration (für wenigstens eines der Fluide) aus einer gemeinsamen Stammleitung und davon abzweigenden, düsenindividuellen Zweigleitungen flexible Kunststoffschläuche als besonders günstig erwiesen. Diese haben insbesondere bei typischen Durchmessern von 0,5 mm–5 mm einen sehr niedrigen Strömungswiderstand im Vergleich zu den vorgenannten Glaskapillaren, sodass die Einhaltung der erfindungsgemäßen Relation ohne weiteres gegeben ist. Zudem stellen flexible Kunststoffschläuche robuste und leicht zu verlegende, kostengünstige Leitungselemente dar.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass wenigstens einer der gemeinsamen Leitungsabschnitte als Bestandteil eines Reservoirs für das zugeordnete Fluid ausgebildet ist. D. h. für wenigstens ein Fluid ist keine Stamm-/Zweigleitungskonfiguration vorgesehen. Vielmehr gehen hier die düsenindividuellen Leitungsabschnitte direkt von einem Fluidreservoir, bspw. einem Gas- oder Flüssigkeitstank ab.
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Auch im Hinblick auf die konkrete Düsenform hat der Erfinder eine praktisch relevante Weiterentwicklung gefunden, die besonders vorteilhaft, jedoch nicht zwingend im Zusammenhang mit dem zuvor erläuterten Erfindungsbestandteil eingesetzt wird. So hat es sich als günstig erwiesen, wenn das freie Ende des Flüssigkeitskanals axial über das freie Ende des Primärgas-Kanals übersteht. Mit anderen Worten ist der zentrale Primärgaskanal gegenüber dem ihn koaxial umschließenden, ringspaltförmigen Flüssigkeitskanal leicht rückversetzt. Hierdurch wird die Gefahr reduziert, dass ein zu hoch eingestellter Primärgas-Volumenstrom die Haut „durchsticht”, die von der aus dem Flüssigkeitskanal austretenden Flüssigkeit gebildet wird. Die Vorrichtung wird durch diese Maßnahme fehlertoleranter gegenüber Fehleinstellungen der Druckerzeugungsmittel.
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Als weiter günstig hat sich herausgestellt, wenn der Sekundärgaskanal den Flüssigkeitskanal koaxial umgibt. Dabei können bevorzugt die freien Enden des Primärgaskanals und des Flüssigkeitskanals axial über das freie Ende des Sekundärgaskanals überstehen. Anders als beim Stand der Technik wird das Sekundärgas also nicht über eine randständige Seitenleitung in die Kammer eingeblasen, sondern über einen koaxial zu den beiden anderen Fluidkanälen ausgerichteten, ringspaltförmigen Kanal. Dies steigert die Symmetrie der Anordnung und verbessert die Bildungseffizienz der Mikroblasen. Die axiale Rückversetzung des Sekundärgaskanals ermöglicht die Bildung eines Tunnels zwischen der Mündung des Flüssigkeitskanals und der Auslassöffnung in der distalen Kammerwand, in dem sich die Quellblase von der Kanalmündung zur Auslassöffnung hin bewegen kann.
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Im Hinblick auf die konkreten Abmessungen hat es sich als günstig erwiesen, wenn der axiale Abstand zwischen der Mündung des Flüssigkeitskanals und der distalen Kammerwand dem Mündungsdurchmesser des Flüssigkeitskanals entspricht. Die exakten physikalischen Ursachen sind nicht bekannt; es stellt sich jedoch im Hinblick auf einen gleichbleibenden Durchmesser eine besonders stabile Mikroblasenproduktion ein.
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Einen ebenfalls diesbezüglich unterstützenden Effekt erreicht die Erfindung, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, der Durchmesser der Auslassöffnung größer als der Mündungsdurchmesser des Primärgaskanals und kleiner als der Durchmesser des Flüssigkeitskanals ist. Auch hier sind die exakten physikalischen Hintergründe nicht bekannt.
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Im Hinblick auf eine leichte Reinigbarkeit der Düse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kammer als eine zylindrische Kappe ausgebildet und dichtend mit einem die Fluidkanäle tragenden Sockel verbunden ist. Beispielsweise kann die Kappe mittels eines dichtenden Gewindes auf den Sockel aufgeschraubt sein. Andere Verbindungsarten sind jedoch ebenfalls möglich.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine schematische Querschnittsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Mikroblasen-Erzeugungsdüse und
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2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mikroblasen-Erzeugungsvorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer Düse 10 zur Erzeugung von Mikroblasen. Die Düse 10 umfasst einen Sockel 12, auf den in axialer Richtung eine Kappe 14 dichtend aufgeschraubt ist. Es ergibt sich zwischen der Stirnseite des Sockels 12 und der Innenseite der Kappe 14 eine Kammer 16. Die Kammer 16 ist über eine zentrale Auslassöffnung 18 im Zentrum der distalen Kammerwand 161 der Kammer 16 mit dem Außenraum verbunden.
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Der Sockel 12 ist in axialer Richtung von drei konzentrisch zueinander angeordneten Fluidkanälen durchzogen. Ein zentraler, zylindrischer Kanal dient zur Zuführung eines Primärgases in die Kammer 16, weshalb der zentrale Kanal hier als Primärgaskanal 20 angesprochen wird. Der Primärgaskanal 20 ist konzentrisch von einem zweiten, ringspaltförmigen Kanal umgeben, der der Zuführung einer Flüssigkeit in die Kammer 16 dient und daher hier als Flüssigkeitskanal 22 angesprochen wird. Der Flüssigkeitskanal 22 ist konzentrisch von einem ebenfalls ringspaltförmigen, dritten Kanal umgeben, der der Zuleitung eines Sekundärgases in die Kammer 16 dient und daher hier als Sekundärgaskanal 24 angesprochen wird.
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Man erkennt in 1, dass bei der gezeigten Ausführungsform das freie Ende 201 des Primärgaskanals axial leicht gegen das freie Ende 221 des Flüssigkeitskanals rückversetzt ist. Das freie Ende 241 des Sekundärkanals ist gegenüber den freien Enden 201, 221 der beiden anderen Fluidkanäle 20, 22 axial rückversetzt.
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Wie durch die Dimensionspfeile in 1 dargestellt, ist der Durchmesser D des Flüssigkeitskanals 22 im Bereich seiner Mündung genauso groß wie der Abstand h seines freien Endes 221 von der distalen Kammerwand 161. Der Durchmesser d der zentralen Auslassöffnung 18 liegt hingegen zwischen dem Durchmesser D des Flüssigkeitskanals 22 und dem freien Durchmesser des Primärgaskanals 20. Diese Dimensionierung hat sich als besonders vorteilhaft für die störungsfreie Erzeugung einer schnellen Folge von Mikroblasen erwiesen, insbesondere, wenn 1 mm < D < 2 mm, besonders bevorzugt D = 1,6 mm, und 0,5 mm < d < 1,5 mm, bevorzugt d = 1,0 mm.
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Als Flüssigkeit, die dem Aufbau der Mikroblasen-Wandungen dient, hat sich Seifenlauge als besonders günstig erwiesen. Als Primärgas wird Helium bevorzugt. Als Sekundärgas findet typischerweise Luft oder Stickstoff Einsatz.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Mikroblasen, wobei sechs baugleiche Düsen 10 parallelgeschaltet sind. Die Parallelschaltung betrifft sowohl die Versorgung der Düsen 10 mit Primärgas als auch mit Sekundärgas und Flüssigkeit. Hierzu ist ein Helium-Druckgastank 26 mit einem manuell oder automatisiert betätigbaren Steuerventil 261 vorgesehen. Druckgastank 26 und Steuerventil 261 vereinigen in sich Elemente eines Primärgas-Reservoir und zugehöriger steuerbarer Druckerzeugungsmittel. Weiter ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Kompressor 28 vorgesehen, der die Druckerzeugungsmittel für Luft als Sekundärgas, das aus der Umgebung angesaugt wird, darstellt. Ein nachgeschaltetes Steuerventil 281 dient der Feineinstellung. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kompressor 28 mit einem als Flüssigkeitsreservoir dienenden Seifenlaugentank 30 verbunden, für welchen er somit im Zusammenspiel mit dem manuell oder automatisiert betätigbaren Steuerventil 301 die zugeordneten Druckerzeugungsmittel darstellt.
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Der Helium-Druckgastank 26 ist mit einer Primärgas-Stammleitung 262 verbunden. Der Kompressor 28 ist mit einer Sekundärgas-Stammleitung 282 verbunden. Der Seifenlautentank ist mit einer Flüssigkeits-Stammleitung 302 verbunden. Von jeder der Stammleitungen 262, 282, 302, zweigen zu jeder Düse 10 je eine Zweigleitung, d. h. pro Düse eine Primärgas-Zweigleitung 263, eine Sekundärgas-Zweigleitung 283 und eine Flüssigkeits-Zweigleitung 303, ab. Die lichten Weiten der Zweigleitungen 263, 283, 303 sind wesentlich kleiner als die lichten Weiten der zugeordneten Stammleitungen 262, 282, 302, sodass Ihre Strömungswiderstände für das jeweilige Fluid groß sind gegen den Strömungswiderstand in der jeweils zugeordneten Stammleitung 262, 282, 302. Beispielsweise können als Primärgas-Zweigleitungen 263 und als Flüssigkeits-Zweigleitungen 303 Glaskapillaren mit einem Innendurchmesser von 0,15 mm Einsatz finden. Günstigerweise sind die Primärgas-Zweigleitungen 263 deutlich länger als, insbesondere doppelt so lang wie die Flüssigkeits-Zweigleitungen 303, insbesondere ca. 200 mm lang. Die zugehörigen Stammleitungen 262, 302 können hingegen bevorzugt als kostengünstige und leicht verlegbare Plastikschläuche mit beispielsweise 4 mm Innendurchmesser ausgestaltet sein.
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Die Zuführung des Sekundärgases erfolgt vorzugsweise vollständig über flexible Plastikschläuche. Auch hier kann die Sekundärgas-Stammleitung 282 aus einem Plastikschlauch mit einem Innendurchmesser von ca. 5 mm gebildet sein. Die Sekundärgas-Zweigleitungen 283 sind hingegen deutlich dünner gestaltet, beispielsweise als Plastikschläuche mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm.
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Bei einer derartigen Anordnung stellt sich bei Anlegen eines Primärgasdrucks von 2 bar an der Primärgas-Stammleitung 262, eines Flüssigkeitsdrucks von 1 bar an der Flüssigkeits-Stammleitung 302 und einem Sekundärgasdruck von 3 bar an der Sekundärgas-Stammleitun 282 ein kontinuierlicher Strom von Seifenblasen-Mikroblasen mit einem Durchmesser von ca. 0,3 mm ein, deren Gewicht und Auftrieb einander bei Zimmertemperatur und -atmosphäre weitgehend aufheben, sodass ein großflächiges Feld von Schwebeteilchen erzeugt wird, welches beispielsweise zur Visualisierung von Strömungen eingesetzt werden kann.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann der Fachmann die Anzahl der Düsen 10, die eingestellten Drücke und die Dimensionen der einzelnen Elemente an die Erfordernisse des Einzelfalls anpassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Düse
- 12
- Sockel von 10
- 14
- Kappe von 10
- 16
- Kammer 161
- 161
- distale Kammerwand
- 18
- zentrale Auslassöffnung
- 20
- Primärgas-Kanal
- 201
- freies Ende von 20
- 22
- Flüssigkeits-Kanal
- 221
- freies Ende von 22
- 24
- Sekundärgas-Kanal
- 241
- freies Ende von 24
- 26
- Helium-Druckgastank
- 261
- Steuerventil
- 262
- Primärgas-Stammleitung
- 263
- Primärgas-Zweigleitung
- 28
- Kompressor
- 281
- Steuerventil
- 282
- Sekundärgas-Stammleitung
- 283
- Sekundärgas-Zweigleitung
- 30
- Seifenlaugentank
- 301
- Steuerventil
- 302
- Flüssigkeits-Stammleitung
- 303
- Flüssigkeits-Zweigleitung
