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Die
Erfindung betrifft eine Zufuhrvorrichtung für eine Vorrichtung
zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein.
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Es
ist bereits bekannt, dass Ballastwasser auf Schiffen desinfiziert
werden kann durch den Einsatz von Acrolein. Schon eine Zugabe von
5 bis 15 ppm Acrolein zum Ballastwasser können Bakterien, Algen,
Zebra-Muscheln und anderen Organismen des Zooplanktons abgetötet
und damit kann der Transfer von einem Hafen zum anderen sicher unterbunden
werden. Der Vorteil des Acroleineinsatzes ist die Nachhaltigkeit
insbesondere gegenüber Larven von Zebramuscheln, und die
Tatsache, dass das Acrolein sich nach einigen Tagen von selbst abbaut, d.
h. beim Ablassen des Ballastwassers im Zielhafen tritt keine erneute
Belastung des Hafenbeckens durch dieses Biozid auf.
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Diesen
Vorteilen steht gegenüber, dass die Handhabung, der Transport
und die Lagerung vom reinem Acrolein auf Schiffen nicht durchgeführt
werden kann, weil Acrolein eine hochgiftige Flüssigkeit mit
Tränengaswirkung darstellt und das Bordpersonal gezwungen
wäre, die Handhabung dieses Biozids nur mit vollständiger
ABC-Schutzbekleidung und unter Verwendung von Gasmasken durchzuführen.
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Wässrige
Lösungen von Acrolein sind nicht giftig und lassen sich
sicher handhaben, jedoch beträgt die Haltbarkeit dieser
Lösungen nur wenige Tage, so dass der Einsatz auf Schiffen
wegen der logistischen Probleme unmöglich ist.
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Aus
DE-GM 20 2007 004 912 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der das Ballastwasser mittels einer
Druckerhöhungspumpe durch eine Wasserstrahlpumpe gepumpt
wird und die Unterdruckzone der Wasserstrahlpumpe hydraulisch über
ein Stellventil verbunden ist mit einem Reaktionsgefäß,
welches außen angebrachte separate Zulauföffnungen für
Acroleinacetal, Säure und Hydrolysewasser aufweist. In
dem Reaktionsgefäß wird eine wässrige Acroleinlösung
erzeugt, die in der Wasserstrahlpumpe dem Ballastwasser zugemischt
wird, sodass die Organismen in dem Ballastwasser durch das Acrolein
abgetötet werden. Bei der Vorrichtung nach
DE-GM 20 2007 004 912 kann Acroleinacetal
direkt eingesetzt werden, ohne dass eine Vormischung mit einem Lösungsmittel
erforderlich ist. Das gleiche gilt für die als Katalysator
eingesetzte Säure, die ohne vorherige Verdünnung
mit Wasser in die Vorrichtung dosiert werden kann. Das Hydrolysewasser
wird aus dem Bordwassernetz entnommen. Obwohl mit dieser Verrichtung
die Probleme der Handhabung, des Transports und der Lagerung vom
reinem Acrolein auf Schiffen gelöst werden, gibt es mit
zunehmenden Durchsatzanforderungen Dimensionierungsprobleme insbesondere
bei der Wasserstrahlpumpe und bei dem Reaktionsgefäß.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache Zufuhreinrichtung
bereit zu stellen, mit der Ballastwasser an Bord von Schiffen mit
Acrolein behandelt werden kann, deren Einsatzfähigkeit auch
bei großen Durchsatzmengen mit vertretbarem Bauaufwand
gewährleistet ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist die erfindungsgemäße
Zufuhreinrichtung zur Zufuhr einer wässrigen Acroleinlösung
zu einer Hauptballastwasserleitung einer Ballastwassereinrichtung
für Schiffe zur Behandlung des Ballastwassers mit Acrolein,
gekennzeichnet durch eine Ringdüse, die zum Einsatz in
die Hauptballastwasserleitung ausgelegt ist, wobei die Ringdüse
einen Düsenring aufweist, der eine Vielzahl von über
einen Innenumfang des Düsenrings verteile Düsenöffnungen
aufweist. Durch die Ringdüse mit der Vielzahl von an ihrem
Innenumfang angeordneten Düsenöffnungen kann die
Acroleinlösung gleichzeitig um den gesamten Umfang des
Hauptballastwasserstroms herum diesem Hauptballastwasserstrom zugeführt
werden, so dass eine gleichmäßige Zufuhr von Acroleinlösung
an dem Umfang des Hauptwasserstroms erfolgt, wodurch eine gleichmäßige
und gute Durchmischung der Acroleinlösung mit dem Hauptballastwasserstrom
ermöglicht wird. Eine gleichmäßige Durchmischung
dieser beiden Ströme ist für die gewünschte
Wirkung des Acroleins, nämlich die Abtötung der
lebenden Organismen in dem Hauptballastwasserstrom, wesentlich.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl
der über den Innenumfang der Ringdüse verteilen
Düsenöffnungen unter gleichen Abständen
angeordnet sind, wobei sich eine in vorteilhafter Weise gleichmäßige
Verteilung der Acroleinlösungsströmung in den
Hauptballastwasserstrom ergibt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser
der Ringdüse an den Innenumfang der der Hauptballastwasserleitung
des Hauptballastwasserstroms angepasst ist. Dabei ist vorteilhaft,
dass die Hauptballastwasserströmung ungehindert vorbeiströmen
kann, so dass sich keine Feststoffbestandteile des Hauptballastwasserstroms
vor oder hinter der Ringdüse ansammeln können.
Auch die Lebensdauer der Ringdüse wird dadurch erhöht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung
weiterhin eine an der Ringdüse angeordnete Strömungs-Störeinrichtung
aufweist, die in Richtung eines in der Hauptballastwasserleitung
fließenden Hauptballastwasserstroms stromab von der Ringdüse
liegt. Durch die Strömungs-Störeinrichtung wird
in vorteilhafter Weise die endgültige Durchmischung zwischen
der Acroleinlösungsströmung und der Hauptballastwasserströmung
erreicht. Dass die Strömungsmittel-Steuereinrichtung separat
von der Ringdüse ausgebildet ist, hat den Vorteil, dass
die Strömungs-Störeinrichtung leicht zu ersetzen
ist, wenn sie durch den Hauptballastwasserstrom beschädigt oder
abgenutzt ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Störeinrichtung eine
Mischblende mit einer Durchtrittsöffnung für den Hauptballastwasserstrom
aufweist, wobei die Durchtrittsöffnung eine kleinere offene
Fläche als die freie innere Querschnittsfläche
der Hauptballastwasserleitung hat. Die Strömungs-Störeinrichtung
kann eine beliebige Strömungs-Leiteinrichtung, ein Diffusor oder
dergleichen sein. Die Ausbildung der Strömungs-Störeinrichtung
als Mischblende ist eine konstruktiv einfache und sehr wirkungsvolle
Lösung für die Strömungs-Störeinrichtung,
die einerseits den Zweck einer Durchmischung der Acroleinlösungsströmung
mit der Hauptballastwasserströmung gewährleistet
und andererseits bei einem erforderlichen Austausch leicht zu handhaben
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung
der Mischblende nicht kreisförmig ist. Die Mischfunktion der
Mischblende wird durch den nicht kreisförmigen Querschnitt
im Vergleich zu der Mischwirkung einer Mischblende mit einer runden Öffnung
verbessert.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Zufuhreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflussleitung
der Ringdüse als Injektorleitung ausgebildet ist, die tangential
an der Ringdüse angeordnet ist. Dabei ist vorteilhaft, dass
die Acroleinlösung tangential in die Ringdüse eingeleitet
wird, so dass sich in der Ringdüse eine Kreisströmung
ergibt, die für eine gleichmäßige Verteilung
der Acroleinlösung an die Austrittsöffnungen der
Ringdüse sorgt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden an Hand der beigefügten Zeichnungen
erläutert, in denen
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel der gesamten Vorrichtung zeigt,
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2 schematisch
die Ringdüse in der Seitenansicht zeigt,
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3 schematisch
die in eine Ballastwasserrohrleitung eingesetzte Ringdüse
zusammen mit der Mischblende zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Ringdüse mit einer tangential
angesetzten Injektorleitung zeigt, und
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5 eine
Vorderansicht der Mischblende mit quadratischer Durchtrittsöffnung
zeigt.
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit
Acrolein, bei der die erfindungsgemäße Zufuhreinrichtung
eingesetzt wird. Wie aus 1 zu ersehen ist, fließt
ein Hauptballastwasserstrom (Volumen/Zeiteinheit) BW von mit Acrolein
zu behandelnden Ballastwassers durch eine Hauptballastwasserleitung 2 zu
einer Zufuhreinrichtung, die eine Ringdüse 4 mit
einem Düsenring 5 aufweist, an dessen Innenseite
eine Vielzahl von unter gleichen Abständen angeordnete
Düsenöffnungen 6 vorgesehen sind.
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Ferner
umfasst die Zufuhreinrichtung eine Strömungs-Störeinrichtung,
die in Richtung des Hauptballastwasserstroms stromab von der Ringdüse 4 liegt.
Die Strömungs-Störeinrichtung kann eine Verengung,
eine Strömungsleiteinrichtung oder ein sonstiges Hindernis
sein, wodurch der von der Ringdüse kommende Hauptballastwasserstrom
verwirbelt und damit vermischt wird.
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Eine
bevorzugte Form der Strömungs-Störeinrichtung
ist eine in 1 gezeigte Mischblende 8, durch
die das aus der Ringdüse 4 austretende Ballastwasser
strömt. Durch die Mischblende 8 wird der freie
Querschnitt der Hauptballastwasserleitung 2 verengt, und
es wird ein hydraulischer Überdruck vor der Blende 8 erzeugt,
der zu einer Turbulenz in der Ballastwasserströmung führt,
die zu der schnellen und guten Durchmischung des Hauptballastwasserstroms
BW mit einem mit Acrolein vorbehandelten Ballastwasser führt.
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Durch
die Düsenöffnungen 6 fließt
gleichzeitig ein Strom (Volumen/Zeiteinheit) BA von mit Acrolein
behandeltem Wasser radial nach innen und trifft auf den Hauptballastwasserstrom
BW. Die vollständige sofortige Vermischung des Hauptballastwasserstroms
BW und des mit Acrolein vorbehandelten Wasserstroms BA mittels der
Mischblende 8 liefert als Summe den Ballastwasserabfluss
BWB.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner eine Zweigleitung 10, die stromab
von eine Ballastwasser-Speisepumpe (nicht gezeigt), durch die Ballastwasser
in die Ballastwassertanks des Schiffes eingespeist wird, und stromauf
von der Zufuhreinrichtung von der Hauptballastwasserleitung 2 abzweigt
und durch die der Ballastwasser-Behandlungsvorrichtung ein Ballastwasser-Teilstrom
BT zugeführt wird. Die Zweigleitung 10 führt
zu einer Trenneinrichtung 12, die zur physikalischen Abtrennung
des Schlammanteils bzw. von suspendierten Feststoffen des Ballastwasser-Teilstroms
BT dient. Ein Regelventil 14 ist in der Zweigleitung 10 vorgesehen,
um die Menge des in die Trenneinrichtung 12 eintretenden
Ballastwasser-Teilstroms BT einzustellen. Ein in der Trenneinrichtung 12 abgetrennter
Schlammwasserstrom BZ verlässt die Trenneinrichtung 12 über
eine Austrittsleitung 16. Die Trenneinrichtung 12 führt
eine physikalische Abtrennung von suspendierten Feststoffen aus
dem Ballastwassers-Teilstrom BT mittels Zentrifugalkraft und/oder
Filtration durch.
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Der
vermittels der Trenneinrichtung 12 vorher physikalisch
gereinigte Ballastwasser-Teilstrom BV fließt durch eine
Klarwasserleitung 18 zu einem Saugstutzen einer Druckerhöhungspumpe 20.
Von der Druckerhöhungspumpe 20 führt
eine Druckwasserleitung 22 zu einer Mischdüse 24,
um den aus der Druckerhöhungspumpe 20 austretenden,
vorher physikalisch gereinigten Wasser-Teilstrom BV einem Zuflussstutzen 26 der
Mischdüse 24 zuzuführen, in welcher der
Wasser-Teilstrom BV mit wässriger Acroleinlösung
gemischt und so verdünnt wird, dass die Acroleinlösung über
einen Zeitraum von einigen Tagen stabil bleibt bzw. dass sich das
Acrolein in der Acroleinlösung nicht zersetzt.
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Die
Leistung der Druckerhöhungspumpe 20 ist in Abhängigkeit
von der Verengung des Einlasskonus der Mischdüse so dimensioniert
ist, dass bei Nennleistung der Druckerhöhungspumpe in dem
Bereich der Mischdüse zwischen dem Einlasskonus und dem
Auslasskonus eine Wasser-Strömungsgeschwindigkeit von 20
bis 25 m/sec zu erreichen ist. Die Druckerhöhungspumpe 20 ist
auf eine Leistung von 45 kW bei einem Durchsatz von 500 m3/h und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 2 bis 3 m/sec in einer Zuflussleitung und einer Abflussleitung
der Druckerhöhungspumpe ausgelegt.
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Die
Mischdüse 24 hat ferner einen Abflussstutzen 28,
der über eine Leitung 29 mit der Ringdüse 4 verbunden
ist, und zwei Saugstutzen 30, 32. Die Druckerhöhungspumpe 20 ist
so ausgelegt, dass über der Mischdüse 24,
die als Wasserstrahlpumpe ausgebildet, eine Druckdifferenz von etwas
1 bis 1,5 bar zwischen dem Druck in dem Zuflussstutzen 26 der
Mischdüse 24 und dem Druck in dem Abflussstutzen 28 der
Mischdüse 24 erzeugt wird, sodass ein Unterdruckbereich
in der Mischdüse entsteht, durch den die die Acroleinlösung
angesaugt wird.
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Das
Volumen des Wasser-Teilstroms BV ist nahezu gleich der Differenz
des von der Pumpe angesaugten Volumens des Wasser-Teilstroms BT
minus dem Volumen des von der Trenneinrichtung 12 zur physikalischen
Abtrennung von Feststoffen abgeschiedenen Schlammwasserstroms BZ.
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Der
eine Saugstutzen 30 ist über eine Leitung 34 mit
einem Schlauchreaktor 36 verbunden, der einen Abflussstutzen 38 und
einen Zuflussstutzen 40 aufweist. Der Zuflussstutzen 40 des Schlauchreaktors 36 ist über
eine Leitung 42 mit einem Abflussstutzen 44 eines
Generators 46 verbunden, der einen Acrolienderivat-Zuflussstutzen 48,
einen Spaltkatalysator-Zuflussstutzen 50 and einen Wasser-Zuflussstutzen 52 aufweist.
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Über
den Akroleinderivat-Zuflussstutzen 48 wird dem Generator 46 in
Abhängigkeit vom dem Volumen des Wasser-Teilstroms BT ein
Volumenstrom A eines Acroleinderivates, vorzugsweise Acroleinacetal,
zugeführt. Über den Spaltkatalysator-Zuflussstutzen 50 wird
dem Generator 46 in Abhängigkeit von dem Volumenstrom
A ein Volumenstrom K eines Spaltkatalysators zugeführt. Über
den Wasser-Zuflussstutzen 52 wird dem Generator 46 in
Abhängigkeit vom Volumenstrom A ein Reinwasserstrom W zugeführt.
In einer an den Wasser-Zuflussstutzen 52 angeschlossenen
Reinwasserleitung 54 ist ein Ventil 56 zur Steuerung
des Wasserzuflusses vorgesehen.
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Von
dem Wasser-Zuflussstutzen 52 führt eine Zweigleitung 58 zu
der Druckwasserleitung 22 und endet dort zwischen der Druckerhöhungspumpe 20 und
der Mischdüse 24. Wenn das Ventil 56 in
der Leitung 54 geöffnet und das Ventil 60 in
der Leitung 58 geschlossen ist, erfolgt die Wasserzufuhr
von einer (nicht gezeigten) Reinwasserquelle. Alternativ kann der
Generator 46 auch statt mit dem Reinwasserstrom W über
die Leitung 58 mit einem Teilstrom des Ballastwasser-Teilstroms
BV betrieben werden. Dazu wird das Ventil 56 geschlossen
und das Ventil 60 geöffnet.
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Die
im Generator 46 durch Zusammenwirken von Wasser W, Spaltkatalysator
K und Acroleinderivat A erzeugte, wässrige Acroleinlösung
strömt aus dem Abflussstutzen 44 des Generators 46 in
den Zuflussstutzen 40 des Schlauchreaktors 36,
wo die Reaktion der Reaktionsbestandteile zu Ende geführt wird.
Von dem Abflussstutzen 38 des Schlauchreaktors 46 fließt
die wässrige Acroleinlösung durch die Leitung 34 in
den Saugstutzen 30 der Mischdüse 32.
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In
der Mischdüse 24 trifft der Volumenstrom der bei
dem Saugstutzen 30 zugeführten wässrigen Acroleinlösung
mit dem durch den Anschlussstutzen 26 zugeführten,
vorher physikalisch gereinigten Wasser-Teilstrom BV zusammen.
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Der
in der Mischdüse 24 entstehende Acroleinhaltige
Wasserstrom verlässt die Mischdüse 24 durch
den Austrittsstutzen 28 und gelangt über die Leitung 29 in
die Ringdüse 4 wo die Vermischung mit dem Hauptballastwasserstrom
BW erfolgt.
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Mit
dem Saugstutzen 32 ist über eine Leitung 62 ein
Tank 64 für Zersetzungsbeschleuniger verbunden.
In der Leitung 62 sind eine Pumpe 66 und ein Absperrventil 68 in
dieser Reihefolge zwischen dem Tank 64 und Saugstutzen 32 vorgesehen.
Der Tank 64 ist durch die Leitung 63 mit dem Saugstutzen
einer Pumpe 66 hydraulisch verbunden. An dem Druckstutzen
der Pumpe 66 ist der Zuflussflansch des Absperrventils 68 angebracht.
Der Abflussflansch des Absperrventils 68 ist mit dem Flansch des
Saugstutzens 32 der Mischdüse 24 verbunden. Somit
kann aus dem Tank 64 bei Bedarf mittels der Pumpe 66 über
das Ventil 68 durch die Leitung 62 Zersetzungsbeschleuniger
zu dem Vakuum-Stutzen 32 zudosiert werden.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, besteht der Düsenring 5 der
Ringdüse 4 aus einem inneren Rohrabschnitt 70,
der auf seinem Umfang mit mehreren Düsenöffnungen 6 versehen
ist, sowie einem äußerem Rohrabschnitt 72 und
zwei Flanschringen 74 und 76 gebildet ist. Die
Flanschringe 74 und 76 sind zwischen dem inneren
Rohrabschnitt 70 und dem äußeren Rohabschnitt 72 flüssigkeitsdicht
eingeschweißt. In die Flanschringe 74 und 76 sind
Stehbolzen 78 eingesetzt, die Gewinde haben, damit mit
Hilfe von Muttern 79 (4) ein leichter
Einbau in bestehende Ballastwasserleitungen erfolgen kann.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist die Ringdüse 4 durch
die Stehbolzen 78 und die Muttern 79 direkt an
Anschlussflanschen 80, 82 der Hauptballastwasserleitung 2 so
angeschlossen, dass die Mischblende 8 in Flussrichtung
des Hauptballastwasserstroms BW hinter den Düsenöffnungen
liegt. Zwischen der Ringdüse 4 und den Anschlussflanschen 80, 82 sind
Flachdichtungen 84, 86 vorgesehen. Zwischen der
Ringdüse 4 und dem Anschlussflansch 80 der
Hauptballastwasserleitung 2 ist die Mischblende 8 angeordnet
und über zwei Flachdichtungen 88, 90 abgedichtet.
Die Mischblende 8 wird beim Anziehen der Muttern 79 an
den Stehbolzen 78 einfach eingeklemmt. Somit ergibt sich
ein einfacher Anschluss der Ringdüse 4 in die
auf dem Schiff vorhandenen Ballastwasserleitungen.
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4 zeigt
die perspektivische Darstellung der Ringdüse 4 und
die am äußeren Rohrmantel 72 tangential
angesetzte Leitung 29, die als Injektorleitung ausgebildet
ist. Der Acroleinhaltigen Wasserstrom, der die Mischdüse 24 verlässt,
steht unter einem Druck von etwa 1 bis 1,5 bar, sodass durch den von
der Mischdüse 24 kommenden Acroleinhaltigen Strom,
der unter Druck tangential über die Leitung 29 in
dem Düsenring 5 eingeleitet oder injiziert wird,
eine Ringströmung erzeugt wird, die dafür sorgt,
dass etwa die gleiche Menge an Acroleinlöung aus den einzelnen
Düsenöffnungen 6 austritt. Damit erfolgt eine
gleichmäßige Zufuhr von Acroleinlösung
in den Hauptballastwasserstrom BW. Die stromab liegende Strömungs-Störeinrichtung
sorgt dann für die Verwirbelung bzw. Vermischung der Acroleinlösung
mit dem Hauptballastwasserstrom BW.
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Der 5 zeigt
als bevorzugte Form der Strömungs-Störeinrichtung
die Mischblende 8, die mit einer nicht kreisförmigen
sondern quadratischen Durchtrittsöffnung 92 versehen
ist. Dadurch wird die Verwirbelung bzw. Vermischung der Acroleinlösung mit
dem Hauptballastwasserstrom gegenüber einer Mischblende
mit runder Öffnung weiter verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202007004912 [0005, 0005]