DE19714665C1

DE19714665C1 - Vorrichtung zur Beseitigung und Verhinderung von Ablagerungen mit Ultraschallwellen in flüssigen Medien

Info

Publication number: DE19714665C1
Application number: DE19714665A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr Ing Podolyak; Ulrich Schmucker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2017-04-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung und Verhinderung von Ablage rungen mit Ultraschallwellen in mit flüssigen Medien gefüllten Geräten, wie Wärme tauschern, Kesseln, Rohrleitungssystemen u. dgl. mit den Merkmalen der im Oberbe griff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Die Ablagerungen können aus Kalkablagerungen, Metalloxyd in Form von Rost, u. dgl. anderen Ablagerungen bestehen. Mittels einer Vorrichtung, die Ultraschallenergie in Form von Ultraschallwellen in das flüssige Medium, wie beispielsweise Wasser, einlei tet, kann man ohne chemische Reagenzien bei der Beseitigung und Verhütung derartiger Ablagerungen auskommen, wobei die Ergebnisse der Beseitigung mit Ultraschallenergie umweltfreundlich, effektiver und anlageschonender als chemische Verfahren sind. Bei der Einleitung von Ultraschallenergie in das flüssige Medium werden Gas- und Kavitationsbläschen gebildet, die in Rissen und Unebenheiten der Ablagerungsflächen dringen und diese Ablagerungen dann zerstören. Dabei bildet sich Schlamm, der aus dem mit dem flüssigen Medium gefüllten Behältern bzw. Rohrsystemen abgelassen wird.

Aus der EP 0 531 902 A1 ist eine Vorrichtung zur Beseitigung von Ablagerungen, vor zugsweise Metalloxyd- oder Kalkablagerungen in einem Rohrleitungssystem vorbekannt, das als Wasserrohrleitungssystem ausgebildet und/oder zur Vermeidung von entsprechenden Ablagerungen ausgebildet ist. In der EP 0 531 902 A1 ist mindestens eine Ultraschallquelle in einem Gehäuse vorgesehen, wobei das Gehäuse in das Rohrleitungssystem integriert ist. Das Gehäuse besteht aus zwei Halbschalen mit einer mittig angeordneten Längenausnehmung sowie einer konzentrisch darum angeordne ten ringförmigen weiteren Ausnehmung. In der Längenausnehmung befindet sich die Ultraschallquelle, die aus einem Resonator gebildet wird. Der Resonatorkörper besteht aus Vollmaterial, wie beispielsweise Aluminium, Messing, Kupfer oder Edelstahl, und weist an der stromabwärtsbefindlichen Stirnseite eine Ausnehmung auf, in der die Ultra schallquelle in Form einer piezoelektrischen planen Scheibe angeordnet ist. Die Aus nehmung wird durch einen Resonatordeckel verschlossen. Die piezoelektrische Scheibe ist innerhalb des Resonators derart angeordnet, daß ihre Normale parallel zur Flußrich tung des Wassers im Rohrleitungssystem verläuft, so daß die Hauptrichtung der Ultra schallschwingung der piezoelektrischen planen Scheibe in Längsrichtung des Rohrlei tungssystems erfolgt. Die Ultraschallwellen werden dabei von der piezoelektrischen Scheibe über den Resonator auf zwei vor dem Resonator in Flußrichtung liegenden Einschnitten, die mit Wasser gefüllt sind, in das Rohrleitungssystem abgegeben.

Der Gegenstand der EP 0 531 902 A1 ist außer mit dem bereits genannten ersten Resonator noch mit zwei weiteren Ultraschallquellen ausgestattet, die Schwingungen schräg oder senkrecht zur Längsachse des Gehäuses abgeben. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, in das eine ring- oder halb ringförmig ausgebildete zweite Ultraschallquelle eingefügt ist, die den Resonator mindestens zum Teil umschließt. Diese zweite Ultraschallquelle gibt ihre Schwin gungsenergie unmittelbar an das Gehäuse der Reinigungsvorrichtung und somit an das mit dem Gehäuse festverbundene Rohrleitungssystem ab. Dadurch wird das Rohrlei tungssystem selbst in Schwingung versetzt. Eine dritte Ultraschallquelle ist dafür vor gesehen, das Zuleitungsrohr zu dem Gehäuse direkt zu umschließen und liegt deshalb unmittelbar an der Außenwandung des Rohrleitungssystems bzw. der Wasserzuleitung an und versetzt das Rohrsystem selbst in Schwingung.

Da bei dem Gegenstand der EP 0 531 902 A1 der erste Ultraschallerzeuger indirekt über die Form eines Resonators ganz und der zweite Ultraschallerzeuger in Form einer halbringförmig ausgebildeten Ultraschallquelle über das Gehäuse teilweise in dem als Wasser ausgebildeten flüssigen Medium liegt, ist es erforderlich, zur Überwachung des Betriebes der Ultraschallquellen die erzeugte Temperatur mittels eines Thermometers zu überwachen. Dafür ist ein Temperatursensor an der planen piezoelektrischen Scheibe des Resonators vorgesehen, die mit einer Steuerung in Verbindung steht, die bei Überschreiten einer Grenztemperatur von beispielsweise 35 Grad eine automatische Abschaltung des Betriebs der Ultraschallvorrichtung ausführt. Durch das Einbauen der Ultraschallerzeuger in das flüssige Medium Wässer kommt es bei stehendem Medium zur nachteiligen Erwärmung des Mediums selbst, darüber hinaus ist auch die Elektronik der Ultraschallwandler durch die Temperaturerhöhung beim Ausstrahlen der Ultraschallwellenenergie gefährdet, wenn das Medium selbst im Betrieb eine hohe Temperatur aufweist.

Der Gegenstand der EP 0 531 902 A1 besitzt außerdem an den Stirnseiten des ersten Resonators aus flexiblem Material bestehende Auflagevorsprünge, die in entsprechende Ausnehmungen auf der jeweiligen Stirnseite der Längsausnehmung eingreifen. Zwischen der Innenseite der Längsausnehmung und dem ersten Resonator selbst ist ein umlaufender Spalt vorgesehen, der im Bereich der beiden Einschnitte stromauf wärts und stromabwärts jeweils vergrößert ist. Durch den zwischen Gehäuse und dem ersten Resonator umlaufenden Spalt ist der Resonator bis auf die Fläche der Auflagevorsprünge vollständig von Wasser umgeben. Diese Auflagevorsprünge beste hen aus flexiblem Material wie Kunststoff oder Gummi. Beim Gegenstand der EP 0 531 902 A1 sind die von den dort vorgesehenen Ultraschallerzeugern aufzubringenden Ultraschallschwingungen in zwei verschiedene Frequenzwerte von 25 kHz und 45 kHz aufgeteilt. Die Vorrichtung gemäß EP 0 531 902 A1 ist in ihrer Herstellung und im Betrieb deshalb sehr kompliziert, es werden beispielsweise Ultraschallerzeuger in ebener Ausführung, in halbringförmiger und in ringförmiger Ausführung benötigt. Die Ausführung des ersten Resonators und des in dem Gehäuse untergebrachten zweiten Resonators sind außerdem mechanisch und massenmäßig sehr massiv ausgeführt und bieten auch in ihrer räumlichen Form einen hohen hydraulischen Widerstand wegen der vielen Änderungen der freien Querschnitte und Wasserstromrichtungen, weshalb die Vorrichtung nicht effektiv genug für eine kontinuierliche Arbeit in stationären Anlagen ist.

Die Ultraschallerzeuger gemäß der EP 0 531 902 A1 können auch intermittierend, d. h. auch in bestimmten Zeitabständen auf das Rohrleitungssystem einwirkend betrieben werden. Der Nachteil bei intermittierender Energieaussendung der Ultraschallerzeuger besteht jedoch darin, daß bei den sehr kurzen Impulsen der Ultraschallschwingungen nur kleine Amplituden entstehen können, da bei der Vorrichtung gemäß EP 0 531 902 A1 große Massen in Schwingung versetzt werden müssen. Dies führt zu einer schnellen Schwingungsdämpfung der Ultraschallwellen durch die Reaktionswiderstände, insbe sondere durch den Trägheitswiderstand, wodurch keine stehenden Wellen erzeugt werden können, so daß das Schwingungssystem weit von seiner Resonanzanregung entfernt arbeitet. So ist beispielsweise die Schwingungsbeschleunigung eines Ultra schallstrahlers mehr als 1500 mal größer als die Erdschwerkraftbeschleunigung g. Deshalb läßt sich nur eine geringe Schwingungsleistung mit der Vorrichtung nach der EP 0 531 902 A1 in die Flüssigkeit einkoppeln. Um die großen mechanischen Massen des ersten und zweiten Ultraschallerzeugers nach der EP 0 531 902 A1 in Schwingung zu versetzen, ist außerdem bei kontinuierlicher Arbeit der Ultraschallerzeuger sehr viel Energie erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und preiswerte für die Massenfertigung geeignete Vorrichtung zu schaffen, die insbesondere eine Maxi mierung der von dem Ultraschallerzeuger in das flüssige Medium abgegebenen Energie ermöglicht, ferner eine Minimierung des Reaktionswiderstandes des Ultraschaller zeugers zuzulassen, weiterhin einen kleineren mittleren Leistungsverbrauch und eine leichte Nachrüstbarkeit des Ultraschallerzeugers in bestehende Geräte zu ermöglichen und schließlich sowohl eine geringe Wärmebelastung des flüssigen Mediums durch die Ultraschallenergie bei der Einstrahlung in das Medium und auch eine geringe Wärme belastung des Ultraschallerzeugers bzw. der ihn unterstützenden Elektronik selbst bei Verwendung in flüssigen Medien zuzulassen, wenn das Medium selbst im Normalbe trieb eine hohe Temperatur aufweist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 20 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein separater Ultraschallrohrflächenstrahler vorgesehen ist, der von dem Ultraschallerzeuger und einem Überträger der Ultraschallwellen in das Gerät getrennt ausgeführt ist. Dabei ist der Ultraschallerzeuger und der Übertrager außerhalb des flüssigen Mediums angeordnet und nur der separate Ultraschallrohrflächenstrahler in dem flüssigen Medium selbst angebracht. Der separate Ultraschallrohrflächenstrahler ist dünnwandig und mit geringer Masse ausgebildet und wird von einem Ultraschallerzeu ger derart betrieben, daß die Ultraschallenergie bzw. die Ultraschallwellen intermittie rend in Form von Ultraschallimpulsen an das flüssige Medium abgegeben werden. Der separate Ultraschallrohrflächenerzeuger ist mit einem sich über seine ganze Länge erstreckenden Spalt ausgebildet. Da sich der separate Ultraschallrohrflächenstrahler mit seiner Rohrkreisform allseitig direkt von den flüssigen Medium sowohl von seiner Außenseiten wie auch an seinen Innenseiten umgeben bzw. bei fließendem Medium an der Außenseite umflossen wird und an seinen Innenseiten von dem flüssigen Medium durchflossen wird, ergib sich eine starke Verbesserung der Effektivität der Abstrahlung der Ultraschallwellen an das flüssige Medium gegenüber dem Stand der Technik. Dies ermöglicht die bauliche Ausführung des Ultraschallrohrflächenstrahlers und die Trennung der Massen zwischen Ultraschallrohrflächenstrahler sowie dem Ultraschallerzeuger und dem Übertrager, so daß nur eine sehr geringe Trägheitsbelastung und ebenfalls sehr geringe elastische Belastungen während des Betriebes auf den Ultraschallrohrflächenstrahler selbst ausgeübt werden. D. h., daß die Resonanzeigenschaften des Ultraschallrohrflächenstrahlers, wie beispielsweise seine Schwingungsamplitude und die in das flüssige Medium eingekoppelte Schwingungsleistung gegenüber dem Stand der Technik stark verbessert sind. Zur Unterstützung der vorgenannten Vorteile ist der erfindungsgemäße Ultraschallrohrflächenstrahler der Vorrichtung über seine Gesamtlänge in Richtung der Mittelachse durch die halbe Wellenlänge der Biegeschwingung teilbar ausgeführt, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt. Auch der Kreisbogen bzw. Radius von der Mittelachse zu der Mantelfläche des Ultraschallrohrflächenstrahlers ist durch die halbe Wellenlänge der Biegeschwingung teilbar ausgeführt. Der Ultraschallrohrflächenstrahler selbst sowie sein Spalt mit den Rändern des Spaltes sind parallel und symmetrisch zu einer durch die Mittelachse des Ultraschallrohrflächenstrahlers und durch die Mittellinie des Übertragers gebildeten Ebene ausgebildet. Der Spalt des Ultraschallrohrflächenstrahlers erstreckt sich über einen definierten Winkel in einer Kreisbogenlänge, die wenigstens 290 Grad beträgt und zwischen 290 Grad und 356 Grad liegen kann.

Zur Verringerung des Reaktionswiderstandes des Ultraschallrohrflächenstrahlers sind zur Abstützung des Ultraschallrohrflächenstrahlers an dessen Außenseite federnde Biegeelemente und Lager vorgesehen, wobei die Lager als Gleitlager ausgeführt sind. Die Lager und Biegeelemente werden jeweils gemeinsam in einer zu der Mittelachse des Ultraschallrohrflächenstrahlers senkrechten Ebene angebracht. Jeweils auf einer zur Mittelachse senkrechten Ebene des Ultraschallrohrflächenstrahlers sind zwei Gleitlager und zwei Biegeelemente angeordnet, wobei durch die federnden Biegeele mente ein Druck auf dem Ultraschallrohrflächenstrahler ausgeübt wird und den Ultra schallrohrflächenstrahler damit auf die zu den Biegeelementen symmetrisch angeord neten Gleitlager drückt. Zur Verringerung der Reaktionswiderstandes, hier insbeson dere des Trägheitswiderstandes des Ultraschallrohrflächenstrahlers auf den Ankopp lungspunkt des Übertrages bzw. des Ultraschallerzeugers wird also mit Hilfe der fe dernden Biegeelemente und der Gleitlager die Masse des Ultraschallrohrflächenstrah lers zwischen den Biegeelementen und den Gleitlagern verteilt, weshalb sich die Schwingungsamplitude der Ultraschallwellen des Ultraschallerzeugers, die durch den Strahler abgegeben werden, vergrößert. Zu diesem Zweck sind die Gleitlager dem Ankopplungspunkt des Übertragers jeweils gegenüberliegend an den parallelen Rändern des Spaltes des Ultraschallrohrflächenstrahlers unterhalb seiner Mittelachse und damit im unteren Teil des Ultraschallrohrflächenstrahlers angeordnet. Die den Gleitlagern zuarbeitenden elastischen Biegeelemente sind jeweils nahe an dem Ankopplungspunkt des Übertragers oberhalb der Mittelachse des Ultraschallrohrflä chenstrahlers und damit im oberen Teil des Ultraschallrohrflächenstrahlers angebracht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß als Über trager für die von dem Ultraschallerzeuger generierten Ultraschallwellen sowohl Am plitudenverstärker, Booster u. dgl. oder reine Wellenleiter verwendet werden können. Die Ultraschallenergie für den Ultraschallrohrflächenstrahler wird durch wenigstens ei nen Überträger zugeführt, jedoch sind auch mehrere räumlich getrennte Übertrager vorgesehen, wobei wenigstens ein jedoch auch mehrere Ultraschallerzeuger in die Vorrichtung eingebaut werden können. Bei der Verwendung von mehreren Wellenleitern zur Speisung mit Ultraschallenergie bzw. Ultraschallwellen in den Ultraschallrohrflächenstrahler läßt sich vorteilhaft eine einzige gemeinsame Ultraschallquelle für mehrere Wellenleiter verwenden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Prinzip- und Teildarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ultraschallrohrflächenstrahler, der von dem Übertrager und von dem Ultraschallerzeuger räumlich getrennt ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 1 mit Darstellung der Biegeelemente und Gleitlager,

Fig. 3 eine Prinzip- und Teildarstellung einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Übertragern, die Ultraschallwellen zu dem Ultraschallrohrflächenstrahler übertragen und

Fig. 4 eine Abwicklung des Ultraschallrohrflächenstrahlers nach Fig. 3 für einen Ultraschallerzeuger mit n = 1, 2, 3 ..

In Fig. 1 ist in Schnittdarstellung und in Fig. 2 in der Seitenansicht die erfindungs gemäße Vorrichtung zur Beseitigung und Verhinderung von Ablagerung mit Ultra schallwellen in mit flüssigem Medium gefüllten Geräten dargestellt, wobei die Geräte als Wärmetauscher, Kessel, Rohrleitungssysteme ausgebildet sein können, sowie in allen weiteren Geräte, in denen Ablagerungen entstehen bzw. beseitigt werden müssen, wie Kalkablagerungen, Metalloxyde in Form von Rost und andere Ablagerungen, die bei der Anwesenheit eines flüssigen Mediums, wie beispielsweise Wasser, in Behältern und Rohrleitungssystemen entstehen können. Aus Fig. 1 und 2 ist ein Ultraschallrohrflächenstrahler 1 ersichtlich, der mittels eines Übertragers 2 an einem hier nicht dargestellten Ultraschallerzeuger angeschlossen ist. Der nicht dargestellte Ultraschallerzeuger und der Übertrager 2 sind außerhalb eines hier ebenfalls nicht dargestellten flüssigen Mediums, wie beispielsweise Wasser, das in einem Gehäuse 3 entweder steht oder fließt angeordnet. Die Ultraschallenergie wird in Ultraschallwellenform von dem nicht dargestellten Ultraschallerzeuger über den Übertrager 2 zu dem Ultraschallrohrflächenstrahler 1 geführt. Der Übertrager 2 ist mittels einer Gleitdichtung 4 durch das Gehäuse 3 geführt, wobei die Gleitdichtung eine Dämpfung der durch den Übertrager fließenden Ultraschallwellen vermeidet. Das Gehäuse 3 ist in den Darstellungen der Fig. 1 bis 3, als das Rohr eines Rohrsystems dargestellt, was jedoch zur Ausführung der Erfindung nicht erforderlich ist. Das Gehäuse 3 kann auch der Boden eines Kessels oder eines anderen Gerätes sein, durch den der Übertrager die Ultraschallwellen zu dem Ultraschalloberflächenstrahler überträgt. Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung ist nur in einer Prinzip- und Teildarstellung hier geoffenbart. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Fig. 1 bis 3 nur die für die Erfindung maßgeblichen Bestandteile oder Teilfunktionen dargestellt sind. Nicht dargestellt sind u. a. neben dem Ultraschallerzeuger die Elektronik und Regelung des Ultraschallerzeugers, ferner können in dem Übertrager z. B. hier nicht dargestellte Amplitudenverstärker, Booster für die Ultraschallwellen enthalten sein. Nicht dargestellt ist auch die Verbindung von mehreren Übertragern, wenn die Übertrager nur als Wellenreiter ausgebildet sind.

Über den Übertrager 2 kann von dem nicht dargestellten Ultraschallerzeuger kontinu ierlich eine Ultraschallenergie in Ultraschallwellenform zu dem Ultraschallrohrflächen strahler 1 übertragen werden. Der Ultraschallrohrflächenstrahler 1 gemäß der Erfin dung ist jedoch besonders geeignet, eine von einem Ultraschallerzeuger in Form von Ultraschallimpulsen intermittierend abgegebene Ultraschallenergie bzw. Ultraschallwel len an das flüssige Medium zu übertragen, was, wie später noch näher ausgeführt wird, dadurch begründet ist, daß die Ausbildung des Ultraschallrohrflächenstrahlers eine erhebliche Verbesserung der Effektivität der Abstrahlung der Ultraschallenergie an das Medium gegenüber den Strahlern nach dem Stand der Technik ermöglicht. Ein Grund zur Steigerung der Effektivität der Abstrahlung durch den Ultraschallrohrflä chenstrahler ist eine Verringerung seines Reaktionswiderstandes und hier insbesondere des Trägheitswiderstandes des Ultraschallrohrflächenstrahlers, was bei der vorliegenden Vorrichtung unter anderem dadurch erreicht wird, daß die Mantelfläche 5 des Ultraschallrohrflächenstrahlers dünnwandig ausgeführt ist und deshalb auch nur eine geringe Masse besitzt, die durch die Ultraschallenergie in Schwingungen zu versetzen ist. Um eine größere Schwingungsamplitude des Ultraschallrohrflächenstrahlers zu erreichen und damit einen höheren Wirkungsgrad bei der Übertragung der Ultraschallenergie in das flüssige Medium wie Wasser zu ermöglichen, ist der Ultraschallrohrflächenstrahler selbst parallel und symmetrisch zu einer durch die Mittelachse 8 des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 und durch die Mittellinie 9 des Übertragers 2 gebildeten Ebene ausgeführt. Aufgrund dieser symmetrischen Ausrichtung des Rohrflächenstrahlers sind auch die Ränder 10 und 11 des Spaltes 12 parallel und symmetrisch zu der durch die Mittelachse 8 des Rohrflächenstrahlers 1 und durch die Mittellinie 9 des Übertragers 2 gebildeten Ebene ausgeführt. Der mit dem Übertrager 2 verbundene separate Rohrflächenstrahler verfügt also über einen sich über seine gesamte Länge erstreckenden Spalt 12. Dieser Spalt 12 wird dadurch gebildet, daß der separate Ultraschallrohrflächenstrahler 1 in Rohrkreisform mit einer Mantelfläche 5 ausgestattet ist, die im Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsachse die Form einer Mantellinie eines sich über einen definierten Winkel erstreckenden Kreissektors hat. Die Kreisbogenlänge der Mantelfläche 5 beträgt mindestens 290 Grad. Die Kreisbogenlänge der Mantelfläche 5 kann dabei zwischen 290 Grad und 356 Grad liegen. Die bauliche Ausführung und Form des Ultraschallrohrflächenstrahlers ermöglicht es, daß der Oberflächenstrahler allseitig direkt vom flüssigen Medium sowohl an seiner Außenseite 7 wie auch an seiner Innenseite 6 umgeben ist. Wenn es sich um ein fließendes flüssiges Medium handelt, so wird ebenfalls die Außenseite 7 der Mantelfläche 5 des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 umflossen, wie auch mit dem Effekt einer besonderen zusätzlichen Erhöhung der Übertragungsfläche für die Ultraschallenergie in das flüssige Medium auf der Innenseite 6 der Mantelfläche 5 des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 ständig durchströmt. Durch die Trennung des Ultraschallerzeugers und des Übertragers von dem Ultraschallrohrflächenstrahler und der Auslagerung des Ultraschallerzeugers und des Übertragers aus dem flüssigen Medium, wird einmal eine geringe Wärmebelastung des Ultraschallerzeugers bzw. der dazu erforderlichen Elektronik zur Einleitung von Ultra schallenergie in ein flüssiges Medium erreicht, das selbst sehr hohe Temperaturen im Betrieb besitzt. Zum anderen wird durch das Verbleiben nur des Ultraschallrohrflächenstrahlers in dem flüssigen Medium die Wärmebelastung des flüssigen Mediums bei der Einleitung von Ultraschallenwellenenergien das Medium minimiert. Als Material für den Ultraschallrohrflächenstrahler kann beispielsweise Metall in Form von Stahl oder jedes andere für den Zweck der Einleitung von Ultraschallenergien in ein flüssiges Medium geeignete Material verwendet werden.

Die jeweilige Gesamtlänge des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 in Richtung seiner Mittelachse 8 ist teilbar durch die halbe Wellenlänge Lambda der Biegeschwingung ausgeführt, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt. Auch der Kreisbogen bzw. Radius von der Mittelachse 8 zu der Mantelfläche 5 des Ultraschallrohrflächenstrahlers ist jeweils durch die halbe Wellenlänge der Biege schwingung teilbar ausgeführt, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Reso nanzfrequenz ausführt. Deshalb entspricht der Innendurchmesser des Ultraschallrohr flächenstrahlers jeweils einer geraden Anzahl von halben Wellenlängen Lambda der Biegeschwingung. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Ultraschallrohrflächenstrahler 1 nicht nur mit einem Ultraschallerzeuger für einen Übertrager 2 mit Ultraschallenergie gespeist werden, sondern auch mit mehreren räumlich getrennten Übertragern versehen sein. Die Übertrager können dabei als reine Wellenleiter ausgebildet sein oder es können auch mehrere Ultraschallerzeuger vorgesehen sein, denen je ein Wellenleiter oder beispielsweise zusätzlich ein Amplitu denverstärker zugeordnet ist. Bei der Anordnung mehrerer reiner Wellenleiter als Übertrager kann auch lediglich ein gemeinsamer Ultraschallerzeuger für diese Wellen leiter vorgesehen sein. Bei dem Anbringen mehrerer Übertrager an dem Ultraschall rohrflächenstrahler 1 sind die Übertrager 2 symmetrisch zur Querachse des Ultraschall rohrflächenstrahlers angeordnet und zusätzlich dabei im gegenseitigen Abstand von einer Wellenlänge Lambda der Biegeschwingungen, die der Ultraschallrohrflä chenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt, einander zugeordnet. Auch bei der Anordnung von mehreren Übertragern auf dem Ultraschallrohrflächenstrahler gilt, daß die jeweilige Gesamtlänge des Ultraschallrohrflächenstrahlers in Richtung der Mittel achse 8 durch die halbe Wellenlänge Lambda der Biegeschwingung teilbar ausgeführt ist, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz hat. Die Ab stände der Ankopplungspunkte der Übertrager, die den Rändern 13 und 14 in Längs richtung am Nächsten liegen, beträgt auch hier wieder eine halbe Wellenlänge der Bie geschwingungen bei Resonanzfrequenz des Ultraschallrohrflächenstrahlers. Durch die Anordnung von mehreren Übertragern an einem Ultraschallrohrflächenstrahler läßt sich die Resonanzeigenschaft des Strahlers leichter erreichen.

Um den Reaktionswiderstand, hier insbesondere dem Trägheitswiderstand, des Ultra schallrohrflächenstrahlers weiter zu minimieren, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß zur Abstützung des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 an dessen Außenseite 7 federnde Biegeelemente 15 und Lager 16 vorgesehen sind. Die Lager 16 sind dabei als Gleitlager ausgebildet. Die Lager 16 und die Biegeelemente 15 werden jeweils gemeinsam in einer zu der Mittelachse 8 des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 senkrechten Ebene angeordnet. Es sind jeweils auf einer zur Mittelachse 8 senkrechten Ebene des Ultraschallrohrflächenstrahlers zwei Gleitlager 16 und zwei Biegeelemente 15 angebracht. Die Funktion der Biegeelemente besteht darin, daß die federnden Biegeelemente einen Druck auf die Mantelfläche 5 des Ultraschallrohrflächenstrahlers ausüben und den Ultraschallrohrflächenstrahler 1 damit auf die Gleitlager 16 drücken, siehe dazu Fig. 2 und 3. Bei einer Anordnung des Ultraschallrohrflächenstrahlers in einem als Röhre ausgeführten Gehäuse 3 sind die federnden Biegeelemente 15 und die Gleitlager 16 an der Rohrinnenwand 17 des Gehäuse 3 befestigt. Wenn das Gehäuse 3 nicht aus einem Rohr besteht, so kann mittels einer Hilfskonstruktion, beispielsweise in Form von zentrischen Ringen um den Ultraschallrohrflächenstrahler, an der die Biegeelemente und Lager befestigt sind, ebenfalls eine derartige Abstützung des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 erzielt werden. Die Lager 16, auf denen der Ultraschallrohrflächenstrahler 1 gleitet, liegen ebenso wie die Biegeelemente auf der Normalen zu der Mantellinie und durch die Mittellinie des Ultraschallrohrflächenstrahlers. Die weitere Anordnung der Gleitlager auf der Außenseite 7 der Mantelfläche 5 ist derart gestaltet, daß die Gleitlager 16 dem Ankopplungspunkt der Übertrager 2 jeweils gegenüberliegend an dem parallelen Rändern 10 und 11 des Spaltes 12 des Ultraschallrohrflächenstrahlers unterhalb der Mittelachse 8 und damit im unteren Teil des Rohrflächenstrahlers angeordnet sind. Die federnden Biegeelemente 15 jedoch sind jeweils nahe zu dem Ankopplungspunkt des Übertragers 2 oberhalb der Mittelachse 8 des Ultraschallrohrflächenstrahlers gelegen und damit im oberen Teil des Ultraschallrohrflächenstrahlers angeordnet. Die weitere Anordnung der federnden Biegeelemente 15 und der Gleitlager 16 erfolgt derart, daß alle zu der Mittelachse 8 senkrechten Ebenen in Längsrichtung auf der Mittelachse stets im Abstand von einer oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Biegeschwingungen des Ultraschallrohrflächenstrahlers in den Punkten der Schwingungsbäuche in Bezug auf den Ankopplungspunkt des Übertragers angeordnet werden. Zusätzlich sind die federnden Biegeelemente 15 und die Gleitlager 16 jeweils symmetrisch zu der durch die Mittellinie 9 des Übertragers 2 und der Mittelachse 8 des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 gebildeten Ebene angeordnet.

Durch die vorstehend geschilderte Anordnung der federnden Biegeelemente 15 und der Gleitlager 16 wird, wie bereits geschildert, mittels der Biegeelemente der Ultra schallrohrflächenstrahler auf die Gleitlager gedrückt. Durch die spezielle Zuordnung der Biegeelemente zu den Gleitlagern und ferner durch die spezielle Auswahl der Ab stände der zu der Mittelachse 8 senkrechten Ebenen, auf denen die Biegeelemente und Gleitlager angeordnet sind, wird der Reaktionswiderstand zum Ultraschallrohrflächenstrahler 1 erneut verringert und zwar hauptsächlich der Trägheitswiderstand wird dabei minimiert, da die Masse des Ultraschallrohrflächenstrahlers zwischen den Biegeelementen 15 und den Gleitlagern 16 gleichmäßig verteilt ist, wodurch sich die Schwingungsamplitude des Ultraschallrohrflächenstrahlers vergrößert. Bei einer derartigen Anordnung der Gleitlager 16 und der federnden Biegeelemente 15 entstehen auch Radialschwingungen des Ultraschallrohrflächenstrahlers, wodurch die Schwingungen von seiner Innenseite 6 der Mantelfläche 5 auf die Mittelachse 8 fokussiert werden. Deshalb ist auch der Innendurchmesser des Ultraschallrohrflächenstrahlers 1 gleich einem geradzahligen Vielfachen der halben Schwingungswellenlängen ausgeführt. Bei einer derartigen Anordnung der Biegeelemente und Gleitlager entstehen auch Radialschwingungen des Ultraschallrohrflächenstrahlers derart, daß die Schwingungen auf der Innenseite 6 auf die Mittelachse fokussiert werden, während Radialschwingungen nach dem Stand der Technik bisher für den Einleitungsprozeß in das Medium verlorengegangen sind. Durch die bereits geschilderten Anordnungen und zusätzlich durch die ebenfalls bereits geschriebene Bauart des Ultraschallrohrflächenstrahlers konzentriert sich die Ultraschallenergie bzw. die Ultraschallwellen in dem flüssigen Medium auf die Mittelachse 8. Das führt zur intensiven Bildung von Kristallisationszentren, von Gasbläschen und Kavitationsbläschen, ferner zu einem tieferen Eindringen der Ultraschallwellen und damit Schwingungen in das flüssige Medium, womit schließlich eine erhöhte Effektivität vor allem bei der Abstrahlung der Ultraschallenergie und ebenso bei der Abtragung bzw. Verhütung von Ablagerungen in den betroffenen Geräten erreicht wird. Dies rührt auch daher, da sich Härtebilder vorzugsweise auf dem Kristallisati onszentren, an den Gasbläschen und Kavitationsbläschen niederschlagen, nicht jedoch beispielsweise auf den in dem Gerät vorhandenen Heizflächen. Die sich verstärkt bildenden Gas- und Kavitationsbläschen zerstören die vorhandenen Ablagerungen, in dem sie in deren Ritzen und Unebenheiten eindringen. Damit gelingt es, eine ge genüber dem Stand der Technik höhere Ultraschallenergie in das flüssige Medium auf der Mittelachse zu konzentrieren. Es ist offensichtlich, daß der in Rohrkreisform gestaltete Ultraschallrohrflächenstrahler leicht in den verschiedensten Geräten nach gerüstet werden kann. Es ist nur ein kleiner mittlerer Leistungsverbrauch für das Ein bringen der Ultraschallenergie in das flüssige Medium erforderlich, insbesondere auch dadurch, daß die Ultraschallenergie lediglich intermittierend in Form von Ultra schallimpulsen an das flüssige Medium abgegeben wird, wobei der entwickelte Ultra schallrohrflächenstrahler für die Ultraschallimpulsabgabe an das flüssige Medium be sonders geeignet ist.

Bezugszeichenliste

1

Ultraschallrohrflächenstrahler

2

Übertrager

3

Gehäuse

4

Gleitdichtung

5

Mantelfläche

6

Innenseite

7

Außenseite

8

Mittelachse (Ultraschallrohrflächenstrahler)

9

Mittellinie (Übertrager)

10

Rand des Spaltes

11

Rand des Spaltes

12

Spalt

13

Rand in Längsrichtung

14

Rand in Längsrichtung

15

Biegeelemente

16

Lager

17

Rohrinnenwand

Claims

1. Vorrichtung zur Beseitigung und Verhinderung von Ablagerungen mit Ultra schallwellen in mit flüssigem Medium, insbesondere Wasser, gefüllten Geräten, wie Wärmetauschern, Kesseln, Rohrleitungssystemen, wobei die von dem Ultraschallerzeuger gelieferte Ultraschallenergie in Ultraschallwellenform mit in teilweiser Kreisbogenform ausgebildeten flächigen Einleitungsmitteln in das flüssige Medium der Geräte übertragen wird und die Einleitungsmittel teilweise von dem flüssigen Medium umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallerzeuger und ein Übertrager (2) der Ultraschallwellen in das Gerät außerhalb des flüssigen Mediums angeordnet sind, daß ein mit dem Übertrager (2) verbundener separater Ultraschallrohrflächenstrahler (1) in Rohrkreisform vorgesehen ist, daß in dem Ultraschallrohrflächenstrahler (1) ein sich über seine ganze Länge erstreckender Spalt (12) ausgebildet ist und daß der Ultraschallrohrflächenstrahler (1) allseitig direkt von dem flüssigen Medium sowohl an seinen Außenseiten (7) wie auch an seinen Innenseiten (6) umgeben bzw. von dem Medium an den Innen- und Außenseiten um- und durchflossen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschaller zeuger derart ausgebildet ist, daß die Ultraschallenergie bzw. die Ultraschall wellen intermittierend in Form von Ultraschallimpulsen an das flüssige Medium abgegeben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Gesamtlänge des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) in Richtung der Mittelachse (8) durch die halbe Wellenlänge der Biegeschwingung, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt, teilbar ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisbogen bzw. Radius von der Mittelachse (8) zu der Mantelfläche (5) des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) durch die halbe Wellenlänge der Biegeschwingung, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Rosonanzfrequenz ausführt, teilbar ist und daß deshalb der Innendurchmesser des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) jeweils einer geraden Anzahl von halben Wellenlängen der Biegeschwingungen entspricht, die der Ultraschallrohrflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallrohrflächenstrahler (1) selbst sich parallel und symmetrisch zu und sein Spalt (12) bzw. die Ränder (11, 12) des Spaltes sich parallel und symmetrisch zu einer durch die Mittelachse (8) des Rohrflächenstrahlers (1) und die Mittellinie (9) des Übertragers (2) gebildeten Ebene erstrecken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Ultraschallrohrflächenstrahler (1) in Rohrkreisform mit einer Mantelfläche (5) ausgestattet ist, die im Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsachse die Form einer Mantellinie eines sich über einen definierten Winkel erstreckenden Kreissektors hat, daß die Kreisbogenlänge der Mantelfläche (5) des Kreissektors nicht weniger als 290 Grad beträgt und daß sie zwischen 290 Grad und 356 Grad liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (5) des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) dünnwandig und mit geringer Masse ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) an der Außenseite (7) seiner Mantelfläche (5) federnde Biegeelemente (15) und Lager (16) vorgesehen sind und daß die Lager (16) als Gleitlager ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (16) und Biegeelemente (15) jeweils gemeinsam in einer zu der Mittelachse (8) des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) senkrechten Ebene angeordnet werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einer zur Mittelachse (8) senkrechten Ebene des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) zwei Gleitlager (16) und zwei Biegeelemente (15) angebracht sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Biegeelemente einen Druck auf den Ultraschallrohrflächenstrahler ausüben und der Ultraschallrohrflächenstrahler damit auf die Gleitlager drückbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung des Ultraschallrohrflächenstrahlers in einem Rohr die Lager (16) und Biegeelemente (15) an der Rohrinnenwand befestigt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (16) dem Ankopplungspunkt der Übertrager (2) jeweils gegenüberliegend an den parallelen Rändern (10, 11) des Spaltes (12) des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) unterhalb der Mittelachse (8) und damit im unteren Teil des Ultraschallrohrflächenstrahlers angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (15) jeweils nahe zu dem Ankopplungspunkt des Übertragers (2) oberhalb der Mittelachse (8) des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) gelegen und damit im oberen Teil des Ultraschallrohrflächenstrahlers angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu der Mittelachse (8) senkrechten Ebenen in Längsrichtung auf der Mittelachse stets im Abstand von einer oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Biegeschwingungen des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) in den Punkten der Schwingungsbäuche in Bezug auf den Ankopplungspunkt des Übertragers (2) angeordnet werden.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager und Biegeelemente jeweils symmetrisch zu der durch die Mittellinie des Übertragers und die Mittelachse des Ultraschalloberflächenstrahlers gebildeten Ebene angebracht sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertrager (2) ein Amplitudenverstärker, Booster u. dgl. oder ein reiner Wellenleiter vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ultraschallrohrflächenstrahler (1) mindestens ein oder mehrere räumlich getrennte Übertrager (2) mit ihren Ankopplungspunkten für die Ultraschallwellen vorgesehen sind, daß die Übertrager (2) symmetrisch zur Querachse des Ultraschallrohrflächenstrahlers (1) und im gegenseitigen Abstand von einer Wellenlänge Lambda der Biegeschwingung angeordnet sind, die der Ultraschalloberflächenstrahler bei seiner Resonanzfrequenz ausführt und daß wenigstens ein oder mehrere Ultraschallerzeuger vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrager (2) jeweils mit einer Gleitdichtung (4) durch die Gehäusewand geführt sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung mehrerer als reine Wellenleiter ausgebildeter Übertrager (2) ein gemeinsamer Ultraschallerzeuger vorgesehen ist.