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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen mindestens eines gasförmigen Mediums, insbesondere Druckluft, in ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken, insbesondere ein Belüftungsbecken einer Wasseraufbereitungsanlage, mittels mindestens eines Düsenkopfes, wobei die Flüssigkeit zumindest teilweise Feststoffe enthält.
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In bestehenden Wasseraufbereitungsanlagen bzw. Kläranlagen wird Luft mittels geeigneter Belüftungsvorrichtungen in Belebungsbecken eingebracht, um die dort zur Klärung notwendigen Bakterien mit Sauerstoff zu versorgen. Die zu diesem Zweck erforderliche Druckluft wird mit Hilfe von Kompressoren bzw. Verdichtern erzeugt und durch fest installierte Düsen am Beckenboden in das Becken eingeblasen. Um eine zumindest teilweise Durchmischung des Beckeninhalts mit dem eingebrachten Sauerstoff zu erreichen, sind in der Regel zusätzlich motorbetriebene Rührwerke vorhanden.
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Das Erzeugen der Druckluft mit Hilfe von Verdichtern erfordert einen hohen Energieeinsatz und erfolgt durch ortsfest im Becken angebrachte Düsen. Deren Position und die von ihnen bewirkte Einbringungsrichtung des Luftstroms können nicht verändert werden, woraus eine stets punktuelle Lufteinbringung resultiert. Ein selektives Zu- oder Abschalten einzelner Düsen ist nicht möglich und die ebenfalls energieintensiven motorbetriebenen Rührwerke entfalten gleichfalls nur eine punktuelle Durchmischungswirkung.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine möglichst energiesparende Vorrichtung zur optimierten Belüftung eines Beckens zu schaffen, das mit einer Flüssigkeit mit darin enthaltenen Feststoffen befüllt ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der mindestens eine Düsenkopf eine näherungsweise kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweist, die mit einer Vielzahl von bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordneten Düsen zum Austritt des gasförmigen Mediums versehen ist, wobei die Düsen derart unterschiedlich ausgerichtet sind, dass sich der mindestens eine Düsenkopf allein aufgrund der Rückstoßwirkung des aus den Düsen austretenden gasförmigen Mediums selbsttätig in der Flüssigkeit bewegt. Hierdurch ist ein aktiver, energieintensiver Antrieb des Düsenkopfes entbehrlich. Aufgrund der sich selbst in der Flüssigkeit bewegenden Düsenköpfe ist eine besonders effiziente Lufteinbringung bzw. Verwirbelung der Luft in der Flüssigkeit realisierbar, die zusätzliche Rührwerke überflüssig macht, so dass sich der zum Betrieb der Vorrichtung notwendige Energieeinsatz reduziert. Bei der Flüssigkeit handelt es sich im Allgemeinen um Wasser, das zumindest teilweise mit biologischen Feststoffen, insbesondere Fäkalien, versetzt sein kann. Das Wasser kann zudem Chemikalien enthalten. Die Vorrichtung kann weiterhin z. B. zur Belüftung von eutrophen Gewässern, Schwimmbecken, Fischzuchtbecken, Fischteichen oder dergleichen Verwendung finden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der mindestens eine Düsenkopf mittels eines Kopplungselements an einem Endabschnitt einer zugeordneten Leitung zur Zuführung des gasförmigen Mediums bevorzugt allseitig in Bezug zu einer Längsmittelachse der Leitung verschwenkbar befestigt. Hierdurch kann sich der Düsenkopf auf vielfältige Art und Weise bewegen, so dass bereits mit einer relativ kleinen Anzahl von Düsenköpfen ein hinreichend effizienter Lufteintrag in die Flüssigkeit eines größeren Beckens möglich ist. Da jeder Düsenkopf über eine individuelle Leitung zur Versorgung mit dem gasförmigen Medium verfügt, lassen sich die Düsenköpfe zudem mittels geeigneter Ventile bedarfsweise individuell zu- oder abschalten.
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Im Fall einer vorteilhaften Fortbildung ist das mindestens eine Kopplungselement eine elastische Scheibe, die mit einem Elastomer gebildet ist. Hierdurch ist ein konstruktiv einfacher, widerstandsfähiger, langlebiger und wartungsarmer Aufbau des Kopplungselements gegeben. Das Kopplungselement kann z. B. auch mit einem Kugelkopfgelenk oder mit einem einfachen Gelenk, das lediglich eine Schwenkachse aufweist, gebildet sein.
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Im Fall einer Ausführungsform weist der mindestens eine Düsenkopf einen im Wesentlichen kugelförmigen Innenraum auf, der zusammen mit einem zentrisch darin angeordneten kugelförmigen Verteiler für das gasförmige Medium einen näherungsweise kugelschalenförmigen Spalt begrenzt, wobei die Düsen jeweils über einen radial einwärts gerichtet verlaufenden Kanal mit dem kugelschalenförmigen Spalt verbunden sind. Durch die sternförmig bzw. radial strahlenförmig nach außen verlaufenden und in jeweils eine Düse übergehenden Kanäle ist in Verbindung mit dem Spalt eine besonders wirkungsvolle Verteilung der zugeführten Luft gewährleistet.
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Bei einer technisch vorteilhaften Weiterbildung weist der Verteiler mindestens eine diesen durchsetzende und bevorzugt abgewinkelte Verteilleitung zum Durchleiten des zu verteilenden gasförmigen Mediums auf, und der Verteiler ist an dem Endabschnitt der Leitung unter Schaffung einer Verbindung zwischen der Verteilerleitung und der Leitung befestigt. Hierdurch ist eine einfache Herstellbarkeit des Verteilers gegeben.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Düsenkopf einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenraum auf, in den der Endabschnitt der Leitung einmündet. Infolgedessen ergibt sich ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau des Düsenkopfes.
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Im Fall einer Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Vielzahl von Düsenköpfen bevorzugt gleichmäßig zueinander beabstandet im Bereich eines Beckenbodens des Beckens angeordnet. Hierdurch ist auch im Fall von großflächigen Becken eine effektive Einbringung des gasförmigen Mediums bei einem zugleich geringen mechanischen Aufwand gegeben.
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Bei einer technisch günstigen Weiterbildung ist mindestens ein Düsenkopf in einer Vertiefung des Beckenbodens des Beckens positioniert, die mit einer zumindest für das gasförmige Medium und die Flüssigkeit durchlässigen Abdeckung, insbesondere mit einem Lochblech, bedeckt ist. Hierdurch kann die Anzahl der zur Belüftung notwendigen Düsenköpfe vermindert werden. Darüber hinaus erfolgt das Einblasen der Druckluft am tiefst möglichen Punkt des Beckens. Vorzugsweise ist mindestens ein weiterer Düsenkopf außerhalb der Vertiefung im Bereich des Beckenbodens vorgesehen. Infolge der optionalen Abdeckung wird die Sedimentation der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe im Bereich der Vertiefung bzw. des Sumpfes vermieden.
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Gemäß einer Weiterbildung sind mindestens zwei Düsenköpfe mittels einer Positioniereinrichtung innerhalb des Beckens positionierbar. Dies ermöglicht ebenfalls eine optimale Belüftung nahezu beliebig großer Becken mit einer minimalen Anzahl von sich selbsttätig bewegenden Düsenköpfen.
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Im Fall einer weiteren Ausführungsform ist die Positioniereinrichtung mit mindestens zwei und bevorzugt näherungsweise orthogonal zueinander verlaufenden Linearführungen gebildet. Hierdurch ist ein besonders einfacher Aufbau der Positioniereinrichtung gegeben, die zum Beispiel mit wassergeschmierten Gleitlagern und Edelstahlrohren zur Führung auskommt. Darüber hinaus kann ggfls. eine dritte Linearführung vorgesehen sein, um eine freie vertikale Positionierung der Düsenköpfe in der Höhe bzw. in der volle Tiefe des Beckens zu ermöglichen. Diese optionale dritte Linearführung ist dann wiederum im Wesentlichen senkrecht zu den beiden anderen Linearführungen angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Linearführungen im Bereich des Beckenbodens unterhalb einer zumindest für das gasförmige Medium und die Flüssigkeit durchlässigen Abdeckung angeordnet. Aufgrund der optionalen Abdeckung wird eine Verschmutzung der Linearführungen mit den in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffen vermieden, so dass ein wartungsarmer Betrieb möglich ist.
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Nach Maßgabe einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die Positioniereinrichtung mit mindestens einem, mittels mindestens einer Linearführung verfahrbaren Schwenkarm aufgebaut, wobei die mindestens eine Linearführung und der mindestens eine Schwenkarm außerhalb des Beckens angeordnet sind. Infolgedessen sind keine reibungsbehafteten und ggfls. wartungsintensiven Lager, wie z. B. wassergeschmierte Linearlager oder dergleichen, innerhalb des Beckens bzw. der Flüssigkeit erforderlich. Darüber hinaus vereinfacht sich die Wartung, da die Düsenköpfe auf einfache Art und Weise mittels des Schwenkarms aus der Flüssigkeit herausgehoben werden können, so dass eine optimale Zugänglichkeit gegeben ist.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Düsenkopfes für eine Vorrichtung,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Düsenkopfes für die Vorrichtung,
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3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,
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4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
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5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung, und
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6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung.
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In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf.
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Die 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Düsenkopfes einer Vorrichtung.
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Ein Düsenkopf 10 verfügt über eine näherungsweise kegelstumpfförmige Mantelfläche 12, in der eine Vielzahl von nicht durchgehend bezeichneten Düsen 14 eingelassen ist. Die Düsen 14 sind in etwa gleichmäßig verteilt über die Mantelfläche 12 hinweg verteilt positioniert.
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Der Düsenkopf 10 verfügt ferner über einen ungefähr kugelförmigen Innenraum 16, in dem ein gleichfalls kugelförmiger Verteiler 18 bzw. Diffusor zentrisch angeordnet ist. Der Innenraum 16 begrenzt zusammen mit dem kugelförmigen Verteiler 18 einen kugelschalenförmigen Spalt 20.
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Der Spalt 20 ist über eine Vielzahl von radial auswärts gerichtet verlaufenden Kanälen 22 mit den Düsen 14 verbunden, wobei die Kanäle 22 jeweils in etwa senkrecht auf einer Wandung 24 des Innenraums 16 bzw. des Spalts 20 stehen. Der Düsenkopf 10 ist rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 26 aufgebaut und ein Kanal 22 verläuft parallel zu dieser, während die übrigen Kanäle jeweils unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Längsmittelachse 26 orientiert verlaufen. Im Bereich einer kreisrunden Grundfläche 28 des Düsenkopfes 10 verläuft eine hohlzylindrische Leitung 30, die eine Längsmittelachse 32 aufweist, für die Zufuhr eines gasförmigen Mediums, bei dem es sich bevorzugt um Druckluft 34 handelt. In der hier gezeigten Ruhestellung des Düsenkopfes 10 fallen die gegebenenfalls in Bezug zur Vertikalen verkippende Längsmittelachse 26 des Düsenkopfes 10 und die in Bezug zur Vertikalen im Wesentlichen ortsfeste Längsmittelachse 32 der zuführenden Leitung 30 zusammen.
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An einem Endabschnitt 36 der Leitung 30 ist der Verteiler 18 auf geeignete Art und Weise befestigt. Der Düsenkopf 10 ist mittels eines hier exemplarisch als eine Scheibe 38 ausgebildeten Kopplungselements 40 derart an die sich in einer von der Grundfläche 28 wegweisende, axial fortsetzende Leitung 30 angebunden, dass dieser ausgehend von seiner Ruhestellung Dreh-, Schwenk- und Taumelbewegungen – wie mit den beiden rechtwinklig zueinander verlaufenden schwarzen Pfeilen 42 angedeutet – vollziehen kann. Die Scheibe 36 kann z. B. mit einem chemikalienresistenten Elastomer gebildet sein. Infolge der hochelastischen Scheibe 38 ergibt sich eine geringe Reibung bei den Taumelbewegungen des Düsenkopfes 10 und Losbrechmomente werden vermieden, so dass sich ein feinfühliges Ansprechverhalten ergibt. Anstelle der Scheibe 38 kann auch ein zumindest bereichsweise formschlüssig ausgeführtes Kugelkopfgelenk oder ein einfaches Gelenk, das lediglich eine Schwenkachse aufweist, vorgesehen sein. Die Scheibe 38 hat zugleich eine abdichtende Wirkung, so dass die Druckluft 34 nicht unkontrolliert im Bereich der Leitung 30 aus dem Düsenkopf 10 in die Umgebung bzw. in eine umgebende Flüssigkeit austreten kann und umgekehrt keine Flüssigkeit in den Düsenkopf 10 eindringen kann. Die Leitung 30 selbst kann starr oder abschnittsweise flexibel ausgeführt sein.
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Zur Durchleitung der Druckluft 34 ist in dem bevorzugt massiven Verteiler 18 mindestens eine, diesen durchsetzende Verteilleitung 44 eingebracht. Die Verteilleitung 44 verfügt über einen Axialabschnitt 46, der zentrisch zu der Längsmittelachse 32 der Leitung 30 verläuft sowie einen sich daran anschließenden Winkelabschnitt 48, der unter einem Winkel von etwa 45° geneigt zur Längsmittelachse 32 im Bereich eines nicht bezeichneten Mittelpunkts des kugelförmigen Verteilers 18 austritt. Die Verteilleitung 44 ist in geeigneter Weise mit der Leitung 30 verbunden bzw. an diese angeschlossen, so dass die über die Leitung 30 von außen zugeführte Druckluft 34 über die Verteilleitung 44 bis in den Spalt 20 und von dort bis in die Kanäle 22 mit den endseitigen Düsen 14 gelangt.
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Nicht bezeichnete Längsachsen der Düsen 14 sind in Relation zur Mantelfläche 12 derart ausgerichtet, dass der Düsenkopf 10 ausgehend von seiner in 1 illustrierten Ruhestellung aufgrund der aus den Düsen 14 austretenden Druckluft 34 die gewünschten, selbsttätigen Dreh-, Schwenk- und Taumelbewegungen in Bezug zu der Längsmittelachse 26 vollzieht. Beispielsweise kann zum Erzeugen einer Drehbewegung des Düsenkopfes 10 eine Längsmittelachse mindestens einer der Düsen 14 tangential zu der Mantelfläche 12 und parallel zu der Grundfläche 28 verlaufen.
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Bei den gewünschten selbsttätigen Taumelbewegungen des Düsenkopfes 10 sind die Längsmittelachse 26 des Düsenkopfes 10 und die Längsmittelachse 32 der die Druckluft 34 zuführenden Leitung 30 in der Regel nicht mehr deckungsgleich. Für die Bewegungen des Düsenkopfes 10 ist neben der Rückstoßwirkung der aus den Düsen 14 austretenden Druckluft 34 kein zusätzlicher, aktiver Antrieb des Düsenkopfs 10 vonnöten.
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Aufgrund der selbsttätigen Taumelbewegungen ermöglicht der Düsenkopf 10 eine sehr effektive Einleitung der Druckluft 34 in eine Flüssigkeit, die durch eine besondere homogene Verteilung der Druckluft 34 in der Flüssigkeit gekennzeichnet ist.
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Die 2 illustriert einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Düsenkopfes der Vorrichtung.
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Ein Düsenkopf 50 verfügt wiederum über eine näherungsweise kegelstumpfförmige Mantelfläche 52, in die eine Vielzahl von nicht durchgehend bezeichneten Düsen 54 eingelassen ist. Die Düsen 54 sind in etwa gleichmäßig verteilt über die Mantelfläche 52 hinweg angeordnet. Der Düsenkopf 50 verfügt ferner über einen ungefähr kegelstumpfförmigen Innenraum 56. Der Düsenkopf 50 ist wiederum rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 58 ausgebildet. Der Düsenkopf 50 ist im Bereich einer Grundfläche 62 mittels eines hier lediglich exemplarisch als eine Scheibe 64 ausgeführten Kopplungselements 66 an einem Endabschnitt 68 einer Leitung 70, die eine Längsmittelachse 72 aufweist, für die Zufuhr der Druckluft 34 befestigt. Die Leitung 70 setzt sich in einer von der Grundfläche 62 wegweisenden Richtung axial fort. Nicht bezeichnete Längsmittelachsen der Düsen 54 verlaufen in Bezug zu der Längsmittelachse 58 des Düsenkopfes 50 jeweils unter unterschiedlichen Winkel, derart ausgerichtet, dass der Düsenkopf 50 bei Beaufschlagung mit der Druckluft 34 ausgehend von seiner in 2 illustrierten Ruhestellung aufgrund der aus den Düsen 54 austretenden Druckluft 34 die gewünschten, selbsttätigen Dreh-, Schwenk- und Taumelbewegungen in Bezug zu der Längsmittelachse 58 vollzieht. Neben der Rückstoßwirkung der aus den Düsen 14 austretenden Druckluft 34 ist hierbei wiederum kein zusätzlicher, aktiver Antrieb des Düsenkopfs 50 mehr vonnöten. Außerhalb der hier gezeigten Ruhestellung sind die Längsmittelachse 58 des Düsenkopfes 50 und die Längsmittelachse 72 der Leitung 70 nicht mehr deckungsgleich.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Eine Vorrichtung 100 umfasst unter anderem zwei Düsenköpfe 102, 104, deren konstruktiver Aufbau jeweils einem der beiden vorstehend erläuterten Düsenköpfe 10, 50 entsprechen kann (vgl. 1, 2).
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Die beiden Düsenköpfe 102, 104 sind in einem quaderförmigen Becken 106 angeordnet, das teilweise mit einer Flüssigkeit 108 befüllt ist, die zumindest teilweise Feststoffe enthält, die zeichnerisch nicht dargestellt sind. Bei dem Becken 106 kann es sich zum Beispiel um ein Belebungsbecken einer Kläranlage, eine Wasseraufbereitungsanlage oder dergleichen handeln, das mit Wasser und darin befindlichen Schmutz- und Reststoffen befüllt ist.
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Unterhalb eines Beckenbodens 110 ist eine wannenförmige Vertiefung 112 ausgebildet, die mit einer z. B. Abdeckung 114 versehen sein kann, die zumindest für das gasförmige Medium bzw. die Druckluft 34 und die Flüssigkeit 108 leicht durchlässig ist. Feststoffe unterhalb einer bestimmten (Korn-)Größe können gleichfalls die Abdeckung 114 passieren. Die optionale Abdeckung 114 kann zum Beispiel mit einem plattenförmigen Lochblech, einem Sieb, einem Gitter oder dergleichen realisiert sein. Unterhalb der Abdeckung 114 befindet sich der erste Düsenkopf 102, während der zweite Düsenkopf 104 auf dem Beckenboden 110 unmittelbar der Flüssigkeit 108 und den darin aufgenommenen Fest- bzw. Schwebstoffen ausgesetzt ist. Aufgrund der Filterwirkung der Abdeckung 114 weist die Flüssigkeit 108 in der Vertiefung 112 einen deutlich reduzierten Feststoffanteil auf. Die aus den Düsenköpfen 102, 104 zur Belüftung der Flüssigkeit 108 austretende Druckluft 34 wird über nicht dargestellte Leitungen zugeführt. Aufgrund der sich erfindungsgemäß selbsttätig bewegenden Düsenköpfe 102, 104 erfolgt eine innige Vermischung von der Druckluft 34 mit der Flüssigkeit 108, so dass unter anderem auf Rührwerke etc. verzichtet werden kann. Die Beaufschlagung der beiden Düsenköpfe 102, 104 mit Druckluft 34 bzw. einem anderen gasförmigen Medium oder einem Gasgemisch kann über nicht dargestellte Ventile individuell und zeitlich variabel gestaltet sein. Die Ansteuerung der Ventile kann beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Steuer- und /oder Regeleinrichtung erfolgen.
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Die 4 illustriert eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Bei der zweiten Ausführungsfom einer Vorrichtung 200 sind abweichend von der ersten Ausführungsform beispielhaft fünf Düsenköpfe 202 bevorzugt matrixförmig bzw. gleichmäßig zueinander beabstandet über den rechteckförmigen Beckenboden 110 des mit der Flüssigkeit 108 angefüllten Beckens 106 hinweg verteilt positioniert. Hierdurch ist ein besonders gleichmäßiger und zeitlich paralleler Eintrag der Druckluft 34 in die Flüssigkeit 108 möglich. Darüber hinaus können weitere, hier nicht darstellbare Reihen mit Düsenköpfen vorgesehen sein, die vor oder hinter der Zeichenebene versetzt verlaufen.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Die dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 300 umfasst eine Positioniereinrichtung 302, mittels der hier exemplarisch zwei Düsenköpfe 304, 306 innerhalb des mit der Flüssigkeit 108 angefüllten Beckens 106 zumindest in einer Ebene frei positionierbar sind. Die Positioniereinrichtung 302 umfasst eine traversenartige Halterung 308, auf der die Düsenköpfe 304, 306 in geeigneter Weise montiert sind. Die Halterung 308 ist auf einer ersten und zweiten Linearführung 312 leicht verschiebbar gelagert. Die Linearführungen 310, 312 verlaufen knapp oberhalb des hier im Wesentlichen planen Beckenbodens 110 und rechtwinklig zueinander. Die erste Linearführung 310 verläuft z. B. parallel zu einer Längsseite 314 des Beckens 106 bzw. parallel zu der x-Achse eines Koordinatensystems 316, während die zweite Linearführung 312 beispielsweise parallel zu einer Schmalseite 318 des Beckens 106, d. h. parallel zur Y-Achse des Koordinatensystems 316 verläuft. Die erste Linearführung kann z. B. mit zwei parallel zueinander beabstandet in Richtung der x-Achse verlaufenden Schienen gebildet sein. Die zweite Linearführung 312 kann dann beispielsweise mit einer Traverse realisiert sein, die endseitig jeweils auf einer der beiden Schienen parallel zur x-Achse verschiebbar aufgenommen ist, wobei die Halterung 308 ihrerseits in Richtung der y-Achse auf der Traverse verfahrbar ist.
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Oberhalb der somit frei innerhalb der xy-Ebene positionierbaren Düsenköpfe 304, 306 kann eine parallel beabstandet zum Beckenboden 110 verlaufende Abdeckung 320 vorgesehen sein. Diese optionale Abdeckung 320 ist im Wesentlichen plattenförmig und zumindest für die Druckluft 34 sowie die Flüssigkeit 108 leicht durchlässig. Die Abdeckung 320 ist vorzugsweise mit einem grobmaschigen Sieb, einem Gitter oder einem Lochblech mit geringer Materialstärke und einer hohen Korrosionsfestigkeit bzw. einer guten Chemikalienresistenz ausgebildet. Kontrolliert von einer nicht dargestellten Steuer- und/oder Regeleinrichtung lassen sich die beiden Düsenköpfe 304, 306 mittels der Linearführungen 310, 312 an nahezu jeden beliebigen Punkt des Beckenbodens 110 verfahren, so dass eine optimale Durchlüftung der Flüssigkeit 108 mit der Druckluft 34 bei einer zugleich minimalen Anzahl von Düsenköpfen 304, 306 realisierbar ist.
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Grundsätzlich kann die Abdeckung 320 entfallen, wobei sich jedoch die Gefahr von Verschmutzungen im Bereich der beiden Linearführungen 310, 312 in Folge der in der Flüssigkeit 108 befindlichen Feststoffe beträchtlich erhöht. Die Linearführungen 310, 312 können beispielsweise mit wassergeschmierten Gleitlagern aus Kunststoff, die auf Edelstahlrohren oder dergleichen entlang gleiten, realisiert sein.
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Die 6 illustriert eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Die Vorrichtung 400 umfasst eine Positioniereinrichtung 402, mit deren Hilfe ein erster und ein zweiter Düsenkopf 404, 406 innerhalb der in dem Becken 106 enthaltenen Flüssigkeit 108 weitgehend frei positionierbar sind.
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Die Positioniereinrichtung 402 weist unter anderem einen Schwenkarm 408 mit einem ersten und einem zweiten Armabschnitt 410, 412 auf, die mittels eines Gelenks 414 miteinander verbunden sind. Aufgrund des Gelenks 414 kann der erste Armabschnitt 410 in Bezug zu dem vertikal feststehenden zweiten Armabschnitt 412 – wie mit dem schwarzen Doppelpfeil 416 angedeutet – frei verschwenkt werden. An einem freien Ende 418 des ersten, zumindest teilweise in die Flüssigkeit 108 eintauchenden Armabschnitts 410 ist wiederum eine traversenartige Halterung 420 vorgesehen, an der die beiden Düsenköpfe 404, 406 zueinander beabstandet befestigt sind. Ein bodenseitiges Ende 422 des zweiten Armabschnitts 412 ist an einer Linearführung 424 befestigt, mittels der sich der ganze Schwenkarm 408 einschließlich der beiden Düsenköpfe 404, 406 parallel zu einer y-Achse eines Koordinatensystems 426 bzw. z. B. parallel zu einer Längsseite des Beckens 106 verfahren lässt. Mithilfe der Positioniereinrichtung 402 lassen sich die Düsenköpfe 404, 406 an nahezu jeden Punkt innerhalb der in dem Becken 106 enthaltenen Flüssigkeit 108 verfahren, so dass eine optimale Einbringung und homogene Verteilung der Druckluft 34 bei gleichzeitiger Minimierung der Anzahl der vorzuhaltenden Düsenköpfe 404, 406 gewährleistet ist. Die Düsenköpfe 404, 406 können – abweichend von der vorherigen Ausführungsfom – nicht nur parallel zu dem Beckenboden 110, sondern zugleich auch nahezu frei in vertikaler Richtung zwischen dem Beckenboden 110 des Beckens 106 und einer Flüssigkeitsoberfläche 428 positioniert werden. Gegebenenfalls kann der Schwenkarm 408 mit weiteren Gelenken versehen sein, um eine höhere Anzahl von Freiheitsgraden bezüglich der Bewegungsmöglichkeiten der Düsenköpfe 404, 406 in Relation zum Becken 106 zu ermöglichen.
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Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Belüftungsvorrichtungen darin zu sehen, dass sich die Düsenköpfe 404, 406 erforderlichenfalls vollständig aus der Flüssigkeit 108 heraus heben lassen, wodurch beispielsweise Wartungs-, Reparatur- sowie notwendige Austauscharbeiten beträchtlich erleichtert werden. Ferner kann bei dieser Ausführungsform die ansonsten vorteilhafte, parallel beabstandet zum Beckenboden 110 verlaufende und für die Flüssigkeit 108 durchlässige Abdeckung entfallen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 100, 200, 300, 400 zum Einbringen mindestens eines gasförmigen Mediums, insbesondere Druckluft 34, in ein mit einer Flüssigkeit 108 gefülltes Becken 106, insbesondere ein Belüftungsbecken einer Wasseraufbereitungsanlage, mittels mindestens eines Düsenkopfes 10, 50, 102, 104, 202, 304, 306, 404, 406, wobei die Flüssigkeit 108 zumindest teilweise Feststoffe enthält. Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Düsenkopf 10, 50, 102, 104, 202, 304, 306, 404, 406 eine näherungsweise kegelstumpfförmige Mantelfläche 12, 52 auf, die mit einer Vielzahl von bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordneten Düsen 14, 54 zum Austritt des gasförmigen Mediums versehen ist, wobei die Düsen 14, 54 derart unterschiedlich ausgerichtet sind, dass sich der mindestens eine Düsenkopf 10, 50, 102, 104, 202, 304, 306, 404, 406 allein aufgrund der Rückstoßwirkung des aus den Düsen 14, 54 austretenden gasförmigen Mediums selbsttätig in der Flüssigkeit 108 bewegt. Infolge dessen ist eine optimale Durchlüftung des mit der Flüssigkeit 108 befüllten Beckens 106 bei einem zugleich minimalen Kosten- und Energieeinsatzes gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Düsenkopf (1. Var.)
- 12
- Mantelfläche
- 14
- Düse
- 16
- Innenraum (kugelförmig)
- 18
- Verteiler (kugelförmig)
- 20
- Spalt (kugelschalenförmig)
- 22
- Kanal
- 24
- Wandung
- 26
- Längsmittelachse (Düsenkopf)
- 28
- Grundfläche (Düsenkopf)
- 30
- Leitung (Druckluft)
- 32
- Längsmittelachse (Leitung)
- 34
- Druckluft
- 36
- Endabschnitt (Leitung)
- 38
- Scheibe
- 40
- Kopplungselement
- 42
- schwarze Pfeile
- 44
- Verteilleitung
- 46
- Axialabschnitt
- 48
- Winkelabschnitt
- 50
- Düsenkopf (2. Var.)
- 52
- Mantelfläche
- 54
- Düse
- 56
- Innenraum
- 58
- Längsmittelachse(Düsenkopf)
- 62
- Grundfläche
- 64
- Scheibe
- 66
- Kopplungselement
- 68
- Endabschnitt (Leitung)
- 70
- Leitung
- 72
- Längsmittelachse (Leitung)
- 100
- Vorrichtung (1. Var.)
- 102
- erster Düsenkopf
- 104
- zweiter Düsenkopf
- 106
- Becken
- 108
- Flüssigkeit
- 110
- Beckenboden
- 112
- Vertiefung
- 114
- Abdeckung
- 200
- Vorrichtung (2. Var.)
- 202
- Düsenkopf
- 300
- Vorrichtung (3. Var.)
- 302
- Positioniereinrichtung
- 304
- erster Düsenkopf
- 306
- zweiter Düsenkopf
- 308
- Halterung
- 310
- erste Linearführung
- 312
- zweite Linearführung
- 314
- Längsseite (Becken)
- 316
- Koordinatensystem
- 318
- Schmalseite (Becken)
- 320
- Abdeckung
- 400
- Vorrichtung (4. Var.)
- 402
- Positioniereinrichtung
- 404
- erster Düsenkopf
- 406
- zweiter Düsenkopf
- 408
- Schwenkarm
- 410
- erster Armabschnitt
- 412
- zweiter Armabschnitt
- 414
- Gelenk
- 416
- schwarzer Doppelpfeil
- 418
- (freies) Ende
- 420
- Halterung
- 422
- (bodenseitiges) Ende
- 424
- Linearführung
- 426
- Koordinatensystem
- 428
- Flüssigkeitsoberfläche
