-
Vorrichtung zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte mittels
akustischer Druckwellen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von
Stoffen unterschiedlicher Dichte mittels akustischer Druckwellen, und insbesondere
eine Vorrichtung zum Extrahieren eines Fluids aus einem Gemisch fester Stoffe mit
dem Fluid.
-
Es ist bereits bekannt, Schwebstoffe aus Gasen und Dämpfen durch Einwirkung
von Schall und Ultraschall abzuscheiden.
-
Der Grund für die Möglichkeit dBwrAbscheidung besteht darin, daß aufgrund
mehrerer Wechselwirkungen zwischen Schallfeld und Schwebstoffteilchen eine Koagulation
von Teilchen erfolgt, welche aufgrund starker Oberflächenkräfte aneinander haften
bleiben und leicht abscheidbare Flocken oder Tröpfchen bilden.
-
Während die bekannten mit Ultraschall arbeitenden Vorrichtungen bisher
ausschließlich für die Gasreinigung verwendbar sind, soll durch die Erfindung eine
Vorrichtung geschaffen werden, die es ermöglicht, Stoffe unterschiedlicher
Dichte,
von denen wenigstens eine eine Flüssigkeit ist, zu trennen.
-
Die.erfinlungsgemäße Vorrichtung zum Extrahieren eines Fluids aus
einem Gemisch fester Stoffe mit dem Fluid ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung
zum Erzeugen von akustischen Druckwellen in dem Fluid vorgesehen ist, daß diese
Eierichtung ein Teil besitzt, das in das Gemisch oder das Fluid eingetaucht ist-und
bei Betrieb der Einrichtung schwingt, und daß Mittel zum Abziehen des abgetrennten
Fluids vorhanden sind, welches sich im Betriebsfall benachbart dem eingetauchten
schwingenden Teil ansammelt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Zwischenwand
zur Trennung des Gemisches von dem gefilterten Fluid vorgesehen, wobei ein Teil
der Zwischenwand von einem perforierten Filterelement gebildet wird und die schallerzeugende
Einrichtung so angeordnet ist, daß das Filterelement im Betrieb in Schwingung versetzt
wird.
-
Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung sind eine Abstrahlfläche
des eingetauchten Teils der Einrichtung zum Erzeugen akustischer Druckwellen und
eine gegenüberliegende Fläche des Filterelementes im wesentlichen zueinander parallel
angeordnet und von ähnlicher Gestalt, wobei akustische Druckwellen von der Abstrahlfläche
auf die gegenüberliegende Fläche gestrahlt werden, um das Filterelement in Schwingung
zu versetzen. Die Frequenz der akustischen Druckwellen beträgt vorzugsweise mehr
als 10 kHz.
-
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Filterelement und der Abstrahlfläche
derart gewählt, daß sich bei der benutzten Betriebsfrequenz und bei dem speziell
gefilterten
Medium eine nahezu optimale Filtrierung ergibt. Das
Filterelement ist vorzugsweise ein Maschengewebe, dessen Lochgröße in tbereinstimmung
mit dem Abstand und der Frequenz zum Abfiltrieren des gewünschten Fluids aus dem
Gemisch gewählt ist.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die
Betriebsfrequenz zwischen 23#d 25 kHz liegt, daß das Maschengewebe im wesentlichen
80 Drähte pro Zoll besitzt und der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen
des Generators zur Erzeugung akustischer Wellen und des Maschengewebes 5/8 + 1/16
Zoll beträgt.
-
Der Generator zur Erzeugung akustischer Druckwellen liegt vorzugsweise
auf der gleichen Seite des Filterelementes wie das gefilterte Fluid.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, daß die Zwischenwand zum Trennen des Gemisches von dem
gefilterten Fluid als geschlossener Kasten ausgebildet ist, der den Generator umschließt,
daß das Filterelement einen Teil einer Fläche des Kastens bildet, daß ein Auslaß,
durch den das filtrierte Fluid abgefiilirt werden kann, an der gegenüberliegenden
Seite des Kastens befestigt ist, und daß der Generator in einem Abstand von dem
Auslaß angebracht ist, um dem ablaufenden Fluid freien Durchfluß zu gewähren.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Trennungsvorrichtung
mit am Boden des Kastens angeordnetem Filterelement an Schwimmkörpern aufgehängt,
wodurch das Filterelement in einer konstanten Tiefe unter der freien Oberfläche
des zu filtrierenden" Gemisches gehalten wird.
-
Falls gewünscht, kann ein Filter von größerer Kapazität durch Zusammenkoppeln
einer Vielzahl der vorstehend erwähnten Filter hergestellt werden.
-
Vorzugsweise ist das Filterelement direkt mit dem Generator verbunden,
wobei der Generator das Filterelement in Schwingung versetzt. Das Filterelement
besitzt vorteilhafterweise die Form eines starren Gitters, das aus an den Enden
offenen Zellen. ile gefertigt ist, die von dünnen Blechwänden begrenzt sind.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders vorteilhaft zur Extraktion
von Holzfasern aus einem Gemisch von Holzfasern und Wasser bei der.Papierherstellung,
zur Extraktion von Öl aus ölhaltigem Sand, allgemein zur Reinigung von Wasser und
zur Gewinnung von Wasser mit einem verringerten Salzgehalt aus Seewasser benutzt
werden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden
anhand eines Ausführungsbe##piels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert;
in dieser zeigt: Fig. einen senkrechten Teilschnitt durch den Filter, Fig. 2 eine
ansieht der Unterseite, Fig. 3 einen kafriß einer Anordnung von Filtern, Fig. 4
eine Draufsicht von vier Filtern, die so ausgebildet sind, da sie in dem ungefilterten
Gemisch schweben, und die Fig. 5 6 und 7 Alternativkonstruktionen eines Teils der
Fig. 4.
-
Nach den Figuren í und 2 ist an einem Kasten aus nichtrostenden Stahl
,0 an inneren Unfang seines unteren Endes
eine Leiste 11 von L-förmigem
Querschnitt angenietet, an deren Unterseite ein Rahmen 12 aus einer steifen, laminierten
oder harzgebundenen Faserplatte abdichtend befestigt ist. Der Rahmen besitzt eine
rechteckige Öffnung 14, die durch eine Schicht Filter-Haschengewebe 15 bedeckt ist,
das zwischen zwei identischen Rahmen 16 aus Hessingblech ausgespannt ist. Die Anordnung
von Maschengewebe 15 und Rahmen 16 wird, während das Mascheiewebe noch gespannt
ist, an der Unterseite des Faserplatten-Rahniens 12 durch dicht beieinanderliegende
Schrauben 17 befestigt. Das Diaschengewebe besteht zweckdienlich aus nichtrostendem
Stahl und hat 80 Drähte pro Zoll in beiden Richtungen.
-
Ein Distanzstück 18 und ein Dichtring 19 sind um eine Öffnung 20 in
der Oberseite des Kastens 10 abdichtend befestigt. Ein Ultraschall-Wandler 21, d.h.
ein Erzeuger von akustischen Ultraschall-Druckwellen, ist über ein Loch 22 in dem
Distanzstück 18 an einer Verbindungseinheit 23 befestigt, von der eine elektrische
Leitung 24 zu einer nicht dargestellten Quelle von elektrischen Signalen mit Ultraschall-Frequenz
geht.
-
Der Ultraschall-Wandler 21 besitzt eine rechteckige Unterseite, wie
durch die gestrichelten Linien 25 in Fig. 2 gezeigt, die eine etwas kleinere Fläche
als die effektive Fläche des Maschengewebes 15 aufweist. Der Ultraschall-Wandler
kann von jedem geeigneten Typ sein, der eine große Abstrahlfläche 26 hat. Ein geeigneter
Typ ist ein Dawes Typ B 60/6, der von einem Dawes Ultraschall-Generator Typ 146
A gespeist wird.
-
Gefiltertes Wasser wird über einen Auslaßstutzen 27 und einen Dichtring
28 durch eine geeignete, hier nicht dargestellte Pumpe abgeführt. Das Distanzstück
18 ist vorgesehen, um den Wandler 21 in einem Abstand von dem Auslaß 27 zu halten.
-
Es wurde festgestellt, daß der Wirkungsgrad des Filtersystems von
der sorgfältigen Auswahl verschiedener Variabler abhängt. Es wurde herausgefunden,
daß bei Benutzung in Wassr, wenn der Wandler eine Unterseitenfläche 26 von ungefähr
60 Quadratzoll hat und die effektive Fläche des Haschengewebes 15 ungefähr ~100
Quadratzoll groß und von ähnlicher Gestalt wie die Unterfläche 26 des Wandlers 2-1
ist und wenn dabei die Betriebsfrequenz etwa 24 Idfz beträgt und das Haschengewebe
(15) 80 Drähte pro Zoll aufweist, die Unterseite 26 des Wandlers (2') in einem Abstand
von 5/8 Zoll + Zoll von der gegenüberliegenden Fläche des haschengewebes i5 angeordnet
werden sollte.
-
Anstelle der beschriebenen Haterialien können andere korrosionsbeständige
Haterialien benutzt werden, und es können auch andere perforierte Filtermedien als
Haschengewebe aus nichtrostendem Stahl brauchbar sein, aber in jedem Fall muß eine
sorgfältige Auswahl der Betriebsfrequenz und des Abstands von dem Wandler getroffen
werden.
-
Fig. 3 zeigt zwei zur Erzielung einer größeren Durchflußkapazität
aneinander befestigte Filterkästen O, deren Auslässe 27 in eine Sammelleitung 29
münden, die einen einzigen Auslaß 30 besitzt.
-
In Fig. 4 sind vier Filterkästen 10 durch Schrauben an vier hölzernen
Leisten 31 befestigt. Diese sind mit ihren Enden an einem hölzernen Umfangrahmen
32 befestigt, unter dem Schwimmkörper 33 von geeigneter Größe angebracht sind. Die
Filterkasten-Baugruppe wird dadurch mit dem Haschengewebe in einem konstanten Abstand
unter der Oberfläche des zu filternden Gemisches gehalten.
-
Bei Ausführungsarten der Erfindung, bei denen ein perforiertes Filtermedium
benutzt wird, wurde festgestellt, daß höhere Wirkungsgrade und Durchflußraten erhalten
werden, wenn das Filteriement während des Betriebs straff gehalten wird. Fig. 5,
6 und 7 zeigen verschiedene Wege, dieses zu erreichen.
-
Nach Fig. 5 ist das lriaschengewebe -5 zwischen zwei identischen Umfangsrahmen
34 eingespannt, die von der Leiste l, durch einen Streifen 35 aus elastomerem l,aterial
getrennt sind. Die Leiste -; besitzt eine aus dem gleichen Teil geformte Lippe 36,
die gegen das Maschengewebe 5 gerichtet ist. Wenn die Rahmen 34 durch nicht dargestellte
Schrauben oder durch @uttern und Bolzen gegen die Leiste gezogen werden, wird der
Streifen 35 zusammengedrückt, was bewirkt, daß das Maschengewebe 5 gegen die Lippe
36 gezogen und in einer einstellbaren Weise gestrafft wird.
-
Nach Fig. 6 werden die Rah@en 34 fest an der Leiste gehalten. Entlang
wenigstens einer Kante der inneren Peripherie der Rahmen 34 wird eine Metallschiene
37 von im wesentlichen L-förmigem Querschnitt die an den Schenkeln abgerundete Enden
besitzt, lose gegen den Rahmen 34 gehalten. Das abgerundete Ende eines Schenkels
38 stößt an einen der Rahmen 34, während das abgerundete Ende des anderen Schenkels
3@ gegen das @aschengewebe 5 drückt. Die Schiene 37 ist auf der Seite des @aschengewebes
15 gelegen, von der aus die Durchströmung erfolt, so daß die auf die Schiene 37
ausgeübte Kraft des strömenden Fluids bewirkt, daß das Maschengewebe 15 straff gezogen
wird.
-
Nach Fig. 7 besitzt ein Umfangsrahmen @@ von L-förmigem Querschnitt
einen schenkel 4, der gegen das @aschengewebe 15 drückt, während der andere Schenkel
42 von einer Reihe von Schrauben gegen den Rahmen 34 gezogen wird, um so das @aschengewebe
5 straff @@ ziehen.
-
Es wurde festgestellt, daß bei einigen Anwendungsfällen z.B. wenn
das Gemisch aus Öl und Sand besteht, auf das Filterelement verzichtet werden kann.
Bei diesen kwendungsfällen bildet sich bei sich in Betrieb befindendem Wandler 21
benachbart der Arbeitsfläche des Wandlers 21 eine Fluidschicht, die einen reduzierten
Gehalt an festen Stoffen enthält. Diese Schicht kann durch zweckmäßig gelegte Kanäle
oder Rohre abgezogen werden.
-
Auch wurde ferner festgestellt, daß bei Verwendung vorstehend beschriebener
Ausführungsform der Brflnd1ng in Meerwasser das abgezogene Wasser einen verringerten
Salzgehalt besitzt.
-
Bei einigen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, das Filterelement
direkt mit der Arbeitsfläche des Wandlers zu verbinden, so daß das Filterelement
direkt in Schwingungen versetzt wird Dies wird dann erleichtert, wenn das Filterelement
die Form eines starren Gitters besitzt, das aus an den Enden offenen Zellen, die
von Blechwänden begrenzt sind, hergestellt ist, oder von solch einem Gitter unterstützt
wird.
-
Obgleich die Filter als kastenförmig beschrieben wurden, könnten sie
natürlich in jeder anderen geeigneten Weise gestaltet werden. Die feinkörnigen festen
Stoffe können hikroorganismen pflanzlicher und tierischer Art einschließen, und
das vorstehend beschriebene Filter besitzt dabei den zusätzlichen Vorteil, daß die
akustischen Ultraschall-Druckwellen einige dieser durch das Filter tretenden Mikroorganismen
abtöten können.
-
- Patentansprüche -