DE2411277A1 - Vorrichtung zum anreichern einer fluessigkeit mit luft - Google Patents

Vorrichtung zum anreichern einer fluessigkeit mit luft

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Description

DIPL.-INO. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ PATENTANWÄLTE ZutUlladreite:
reply to:
MÖNCHEN 80 (BOQENHAUSEN) , BERLIN 15
KOLBERGER STRASSE 21 KURFORSTENDAMM 66
TeIefön: 089/98 27 04 Telefon: 030/8835071
Telegramme: Consideration Berlin
2411277 48/15 004 de
6. März 1974
Patentanmeldung
der Firma
ALEG HIBBURD LAURIE
Lyndewode Road,
Gambridge, England
"Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit
mit Luft"
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit, insbesondere-Wasser, mit Gas, insbesondere Luft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und
409838/0826 g_
Postscheckkonto Berlin Weet Konto 174384-100 Berliner Bank AG., Konto 0110921900
DIPL-INO. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BDNINQ PATENTANWÄLTE
wirksame Vorrichtung dieser Art zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch . ein vertikales in der Flüssigkeit befindliches Steigrohr, · eine Platte im Steigrohr, vorzugsweise im mittleren Bereich desselben, mit einer Öffnung, insbesondere einem Schlitz, und Löchern im Bereich der Öffnung, durch die Luft austreten kann.
Die Luft, die aus den Löchern austritt und in die Flüssigkeit gelangt, reduziert die Dichte oberhalb der Platte, was zur Folge hat, daß die Flüssigkeit in dem Steigrohr nach oben steigt.
Es sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, mittels eines solchen Steigrohres 'Flüssigkeit durch das Steigrohr von unten nach oben zu transportieren, wobei jedoch die Luft am unteren Ende des Steigrohres eingelassen wird. Dieses bekannte Steigrohr ist jedoch nicht geeignet zum Anreichern der Flüssigkeit mit Luft, weil die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Steigrohr zu groß und die Verweilzeit der Blasen in der Flüssigkeit zu klein ist, so daß relativ wenig Sauerstoff in die Flüssigkeit hineindiffudieren kann. Das ergibt sich aus folgendem Beispiel: Ein Steigrohr ' zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Länge von 3 m, welches am unteren Ende mit Luft versorgt wird, und zwar mit 19 cnr/Std.» transportiert Wasser vom Boden des Rohres nach oben mit einer Geschwindigkeit von 1,4 m/Sek. Das Wasser bleibt theoretisch 2,14 Sek. in dem Steigrohr, wobei die Luftblasen /in dem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 25 cm/Sek. ansteigen. Diese bleiben also 1,8 Sek. in dem Steigrohr. Die Zeit, die zum Gasaustausch zur Verfügung steht, ist also sehr kurz.
Bei einem wirksamen Gasaustausch ist folgendes zu beachten:' Die potentielle Energie in der komprimierten Luft innerhalb
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der Blasen ist weit größer als die Energie, die erforderlich ist, um in dem Steigrohr eine Zirkulation hervorzurufen. Wenn also die Überschußenergie absorbiert werden kann, so bedeutet das, daß das Wasser, in dem sich die Blasen befinden., zu verzögern ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Sauerstoffaustausch verbessert wird. Kann man ferner die Überschußenergie zum Reduzieren der Größe der Blasen. verwenden, so erreicht man einen weiteren Vorteil im Hinblick auf den Gasaustausch. Beide Gesichtspunkte werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert.
An einem Beispiel soll die Erfindung erläutert werden: Es sei angenommen, daß in einem Steigrohr die 'Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 1,4 m/Sek. steigt und daß diese Geschwindigkeit auf 30 cm/Sek. reduziert werden soll. Das kann dadurch erreicht werden, daß der Schlitz so geartet ist, daß durch ihn die Flüssigkeit mit dem zehnfachen Wert, d. h. 3 m/Sek.,strömt. Dann ist die Geschwindigkeit unterhalb der Platte in etwa 30 cm/Sek. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Flüssigkeit schnell eine beträchtliche Energiemenge aufnimmt, die die unerwünschte Energie bei einem Lufteintritt absorbiert, deren Hauptzweck darin besteht, Sauerstoff in die Flüssigkeit zu fördern. Die Flüssigkeit oberhalb der Platte bewegt sich mit einer Geschwindigkeit nach oben, die durch die Menge bestimmt wird, die durch den Schlitz pro Zeiteinheit hindurchtritt. Ein zweiter Effekt besteht darin, daß die Flüssigkeit an den Öffnungen, Düsen od.dgl. mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmt, was zur Folge hat, daß die Blasen gewissermaßen abgeschert werden, bevor sie eine Größe erreichen, bei der sie sich normalerweise'von den Öffnungen trennen würden. Die Blasen sind also klein und andererseits zahlreicher in einem bestimmten Volumen. Das hat zur Folge, daß die Flächen zwischen der Luft und der Flüssigkeit vergrößert sind, so daß mehr Sauerstoff in die Flüssigkeit eintreten kann. Die erfindungsgemäße Methode
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DIPL-INQ. DIETER JANDER DR1-ING-MANFREDBoNING PATENTANWÄLTE
ίεΐ wirksamer als die Methode, "bei der man Luft durch extrem kleine Öffnungen schickt, was nämlich einen erhöhten Druck verlangt. Bei der erfindunrrsgemrßen Vorrichtung können die Öffnungen relativ groß 'und der Druck in der Luft relativ klein sein. Die zusätzliche Energie, die erforderlich ist, um kleine Blasen zu bilden, v/ird von der "uberschußenergie in dem Luftaufstiegseystern geliefert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Löcher in dem Verteilerrohr, die relativ groß sein können, kaum sich verstopfen können. Versuche haben weiterhin gezeigt, daß sogar bei Schmutzwasser durch die schnelle Geschwindigkeit der Flüssigkeit im rechten Winkel zu den öffnungen die Löcher sich nicht verstopfen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
Fig. 3 im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform;
Fig. 4- einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform und
Fig. 5 einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Ziffern versehen.
In Fig. 1 ist mit S die Oberseite und B der Boden eines Behälters, gefüllt mit einer Flüssigkeit L, z.B. eines Beckens für die Fischzucht oder eines Behälters zur Versorgung von Flüssigkeit mit Sauerstoff, bezeichnet. Innerhalb dieses
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Behälters befindet sich ein Steigrohr 1 vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt und vorzugsweise aus Kunststoff. Dieses Rohr kann an seinem oberen Ende Schwimmkörper und an seinem unteren Ende Gewichte aufweisen. Vorzugsweise ist es mit seinem unteren Ende verankert. Das untere Ende weist einen gewissen Abstand von Boden 3 auf, der nicht kleiner als ein Viertel des Innendurchmessers de::: Rohres ist. Das untere Ende des Rohres befindet sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche, wobei der Abstand von dieser nicht kleiner als ein Viertel der. Innendurchmesser,«? des Rohres ist. Schwankt der Flüssigkeit.? spiegel, kann das Rohr teleskopartig ausgebildet sein, um die erwähnten Abstünde einhalten zu können.
Das Steigrohr 1 ist mit einem senkrecht zu diesem verlaufenden Luftverteiler 2 ausgerüstet, in den Luft von einer nicht dargestellten ,uelle koKiat. Innerhalb ο es Steigrohrer: v.reir:1: der Luftverteiler 2 Löcher 3, Düsen, Schlitze od.dgl. auf, wobei deren Größe von der Luftmenge abhängt, die durchströmen soll.
Ferner ist eine Führungsplatte 4- vorgesehen, die einen Schlitz P im Bereich der Öffnungen 3 besitzt. Durch diesen strömt Flüssigkeit, wenn durch die Öffnungen.3 Luft strömt. Im Falle der Figuren 1 und 2 verschließt in übrigen die Platte 4- das Steigrohr 1.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist die eine Kante des Schlitzes F Durchmesser des Steigrohres.
Bei der Anordnung der Fig. 2 befindet sich der Luftverteiler 2 unterhalb der Platte 4, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine laminare Strömung ob er! ir Ib des Luftverteil err. 2 herrscht.
Bei der AuFführunrnforr.; der J?ir-. 3 befindet r-icl·. der Luftver-
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toiler oberhrlb der Platte 4-, wobei rieh die öffnungen 3 in Bereich de? Durchnesners der; Rohres 1 befinden.
Der Schlitz lint vorzugsweise eine Breite von weniger als einen Zehntel de? Durchnesrer? der Steigrohres 1.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Schlitzbereich ist vorzugsv/eise acht- bin zwölfnal schneller als in übrigen Bereich der Steigrohres 1.
Durch die Lu:?t wird die Dichte der Flüssigkeit verringert und der Strornfluß nach oben bewirkt.
Befindet sich keine Platte iu Steigrohr, ist der Durchfluß 1,A1- ra/Sek. Soll die Durchströrager.chwindigkeit auf 30 cm/Sek. reduziert werden, εο mu? der Schlitz P so geartet sein, daß in ihm die Geschwindigkeit ca. y m/Sek. betrögt, nämlich, ca. zehnmal der gewünschten Durchströmgeschwindigkeit. Auf diese V/eise wird erreicht, daß die Flüssigkeit beträchtlich kinetische Energie im Schlitz P aufnimmt, was zur Folge hat, daß entsprechend viel Luft im Schlitz aufgenommen wird.
Die kinetische Energie wird durch die Turbulenz und die Reibung teilweise aufgebraucht, die bein übergang in die geschwindigkeit ε schwächeren Zonen auftreten.
Gemäß einen zweiten Effekt wird erreicht, daß die Flüssigkeit hinter dem Luftverteiler 2 mit hoher Geschwindigkeit strömt, was zur Folge hat, daß die in ihr befindlichen Blasen wegtransportiert v/erden, bevor nie eine Größe haben, bei der r.ie sich normalerweise von dem Luftverteiler lösen würden. Auf diese l/eice wird erreicht, daß die Blasen relativ klein (und zahlreich) sind, was eine Vergrößerung der Oberfläche/ Luftflüssigkeit zur Folge hat. Auf diese Weise wird die Menge an Sauerstoff, die in die Flüssigkeit eintritt, vergrößert.
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Fig. 4- zeigt eine andere Ausführungsform. Bei dieser hat die Platte 4- einen mittleren Schlitz, und der Luftverteiler ist gabelförmig ausgebildet. Die Löcher 5 liegen auf einander gegenüberliegenden Kanten. Auf diese V/eise v/ird erreicht, daß die. Luft durch eine größere Zahl von Löchern, verglichen mit der Zahl der Löcher bei der weiter oben beschriebenen Anordnung, austreten kann. Dadurch kann die Luftgeschwindigkeit in jedem einzelnen Loch reduziert werden, was zu der Bildung kleinerer Blasen und insofern einem größeren Sauerstoff übergang führt.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Bei dieser ist die Platte 4- ein Tisch, der an seinem Rand einen ringförmigen Durchgang P mit der Wend des Steigrohres bildet. Der Luftverteiler hat die Forin eines Kragens, der das Steigrohr 1 auf der Außenseite umgibt. Das Steigrohr 1 weist im Bereich des Luftverteilers Löcher auf, die sich in der Höhe des Tisches 4- befinden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 arbeitet in der gleichen V/eise wie die vorher beschriebenen Vorrichtungen.
Hat das Steigrohr einen Querschnitt, der nicht kreisförmig ist, so kann eine seiner Wände durch eine Wand de.s Tanks gebildet werden, in dem das Steigrohr untergebracht ist.
Bei allen Ausführungsformen ist der Durchgang hinter der Platte so ausgebildet, daß die Flüssigkeit abrupt ihre Geschwindigkeit ändert, was bei einem Venturirohr nicht der Fall ist, also bei einem Durchgang, bei dem stromaufwärts und stromabwärts, gerechnet von der engsten Stelle, Wände so angeordnet sind, daß die Flüssigkeit beim Durchströmen möglichst wenig Turbulenz zeigt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung koisnt es auch also auf eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit begleitet mit Turbulenzerncheinungen und einem möglichst rrofien Verlust an Enerrie an. Auch bei einer
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I^Mjffpif'
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Anordnung, bei der die l'lür-nipkeit einen ßpiralf örnigren l/er durchlauft, wird die er£indun£S{?ernäße Lehre nicht verwirklicht.
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Claims (20)

  1. RIPL-INQ. DIETER JANDER DRMNQ. MANFRED BONINQ
    PATENTANWÄLTE
    Patentansprü c h e ;
    Vorrichtung zum Anreichern einer /''lucrigkeit, insbesondere V/asser, mit Gas,.insbesondere Luft, g e k e η η zeichnet durch ein vertikales in der Flüssigkeit befindliches Steigrohr (1), eine Platte (4) im Steigrohr (1), vorzugsxtfeise im mittleren Bereich desselben, mit einer Öffnung (P), insbesondere einem Schlitz (P), und Löchern (3>) im Bereich der Öffnung (P), durch die Luft austreten kann.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (P) im Bereich der größten inneren Breite des Steigrohres (1) erstreckt (Fig. 1-4).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz im Bereich der Peripherie des Steigrohres befindet (Fig. 5).
  4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit laminar an den Löchern (3) vorbeiströmt.
  5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der öffnung (P) etwa acht bis zwölfmal schneller als die Durchschnittsgeschwindigkeit in übrigen Teil des Steigrohres (1) ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß Organe zum Verankern des Steigrohres (1), vorzugsweise an dessen unterem Ende,
    - 10 -
    409838/0826
    DIPL-INCJ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BDNINC? PATENTANWÄLTE
    vorgesehen sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstände des Steigrohres (1) von der Flüssigkeitsoberf lache und vom Roden nicht kleiner als ein Viertel der größten inneren Breite des Steigrohres (1) sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (4) einen Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche hat, der kleiner als 1 m ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (3) in einem Verteilerrohr (2) angeordnet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verteilerrohr (2) oberhalb oder unterhalb des Schlitzes (P) befindet und vorzugsweise im Bereich einer Kante des Schlitzes (P) liegt.
  11. 11. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Verteilerrohr (2) das Steigrohr (1) umgibt.
  12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (P) kleiner als ein Zehntel der Öffnung des Steigrohres (1) im Bereich der Platte (4) ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (1)
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    DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINO
    PATENTANWÄLTE
    zylindrisch, rechteckig, sechseckig oder achteckig ist.
  14. 14-, Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-1 ">, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Steigrohres (1) ein kleineres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit hat.
  15. 15· Vorrichtung nach einem oder nehreren der Ansprüche 1-14-, dadurch gekennzeichnet, da^ am oberen Ende des Steigrohres (1) Schwimmkörper befestift sind.
  16. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-15» dadurch gekennzeichnet , daß das Steigrohr teleskopartig ausgebildet ist.
  17. 17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Platte (4-) im obersten Rohrteil des Steigrohres befindet.
  18. 18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17» dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil der Wand des Steigrohres aus der Wand des Behälters besteht, in der das Steigrohr untergebracht ist.
  19. 19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-18, dadurch gekennz ei chnet , daß das Verteilerrohr (2) die Platte (4) berührt, insbesondere an dieser befestigt ist.
  20. 20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-19» dadurch gekennzeichnet , daß zwei nebeneinander angeordnete Verteilerrohre vorgesehen sind, zwischen denen die Flüssigkeit strömt (Fig. 4).
    DJ-.DG
    409838/0826
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