DE2505572A1

DE2505572A1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheren von blasen und verfahren zur herstellung der vorrichtung

Info

Publication number: DE2505572A1
Application number: DE19752505572
Authority: DE
Inventors: Gilbert M Kyrias
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1974-02-11
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1975-08-14
Also published as: FR2260375B1; FR2260375A1; CA1048173A; JPS50132568A; GB1503163A; BR7500831A

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Abscheren von Blasen und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung"

Diese Anmeldung ist in den Vereinigten Staaten von Amerika eine Continuation-in-Part-Anmeldung zu der USA-Patentanmeldung "Gas Diffuser" vom 12. März 1971, Serial Nr. 123,693 (deutsche Patentanmeldung P 22 23 460).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Diffundieren feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Diffusionsvorrichtung.

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Bei zahlreichen Verfahrenstechniken ist es von Bedeutung, ein Gas in einen Flüssigkeitskörper so zu diffundieren, dass das Gas gleichmässig über einen grossen Teil der Flüssigkeit verteilt wird und dass das Gas so schnell wie möglich von der Flüssigkeit absorbiert wird. Die Diffusion eines Gases in einen Flüssigkeitskörper in dieser Weise kann in einer ganzen Reihe von chemischen und petrochemischen Verfahren angewendet werden. Sie ist ferner bei bestimmten Abwasserbehandlungsverfahren von Bedeutung. Sie gewinnt zunehmende Bedeutung bei der Behandlung von natüi— liehen Wassermengen mit Luft, Sauerstoff oder Ozon, um verschmutzte Flüsse, Seen, Buchten usw. zu regenerieren.

Wenn aus wirtschaftlichen oder anderen Gründen die zur Behandlung eines Flüssigkeitskörpers verwendeten Gase nicht von der Oberfläche der Flüssigkeit entweichen sollen, ist es von Bedeutung, dass das angewandte Verfahren und die benutzte Vorrichtung von der Art sind, dass sich das gesamte oder nahezu das gesamte Gas in der Flüssigkeit auflöst, bevor eine nennenswerte Anzahl von Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche steigen kann. In jedem Fall ist es für gewöhnlich wünschenswert, dass die Absorption des Gases in die Flüssigkeit so schnell wie möglich stattfindet.

Es gibt eine Anzahl von Faktoren, die die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der ein besonderes Gas in einem bestimmten Flüssigkeitskörper gelöst werden kann. Zwei der wichtigsten Faktoren sind die Grosse der Gasblasen und der Grad der Einheitlichkeit der Blasengrösse.

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Der Idealfall ist die Erzeugung grosser Mengen sehr kleiner Blasen, deren Grosse so einheitlich wie möglich ist, mit höchstmöglicher Geschwindigkeit und unter geringstmöglichem Energieaufwand. Die vorliegende Erfindung umfasst ein neuartiges und wesentlich verbessertes Verfahren zum Abscheren von Gasblasen und eine Vorrichtung hierfür, wodurch dieser Idealfall erreicht wird.

Es ist seit langem bekannt, dass Verfahren und Vorrichtungen, bei denen das Abscheren von Gasblasen angewandt wird, sehr gut für die Erzeugung sehr kleiner Gasblasen in einer Flüssigkeit geeignet sind. Bei diesem Verfahren wird ein Gas durch die Kapülarkanäle eines porösen Stoffes geschickt, um in einen Flüssigkeitsstrom an der anderen Seite des Stoffes eingeführt zu werden. Das Gas tritt an der Grenzfläche des porösen Stoffes an in Abstand voneinander liegenden Stellen aus, wo es beginnt, eine Vielzahl feiner Blasen zu bilden, oder mit anderen Worten in der Entstehung begriffene Gasblasen zu bilden. Die Flüssigkeit, in die das Gas auf diese Weise eingeführt wird, wird mehr oder weniger schnell an den Kapillaröffnungen des porösen Stoffes vorbeibewegt. Daraus ergibt sich, dass die von dem sich bewegenden Flüssigkeitskörper ausgeübten viskosen Scherkräfte die teilweise ausgebildeten oder in der Entstehung begriffenen Gasblasen abscheren, bevor sie eine Grosse erreichen können, bei der sie aufgrund ihres natürlichen Auftriebes in der Flüssigkeit die Oberflächenspannung durchbrechen, die bestrebt ist, sie an den Grenzflächen des gasdurchlässigen porösen Stoffes zu halten.

Die neuartigen und überraschenden Ergebnisse der Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden

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Erfindung werden auf Wegen erzielt, die früher von den Fachleuten entweder niemals in Erwägung gezogen oder für unmöglich gehalten wurden.

Vermutlich das älteste Verfahren zur Einführung von Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper ist das Verfahren, bei dem man einen gasdurchlässigen Körper mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen in die Flüssigkeit eintaucht und Gas aus diesen Öffnungen in die Flüssigkeit ausströmen lässt, um Blasen zu bilden, die sich dann trennen und in der Flüssigkeit aufsteigen, wenn sie so gross geworden sind, dass ihr Auftrieb die Oberflächenspannung überwindet, die bestrebt ist, sie an der Fläche festzuhalten, an der sie sich bilden. Die Geschwindigkeit der Bildung von Gasblasen bei diesem Verfahren ist verhältnismässig gering. Da ferner jede Blase erst zu der Grosse anwachsen muss, bei der ihr Auftrieb gross genug ist, um sie von der Fläche zu trennen, an der sich die Gasblase bildet, sind diese Gasblasen grosser als es für viele Verwendungsfälle zweckmässig ist. Beispiele für Verfahren und Vorrichtungen, die ausschliesslich oder vorwiegend auf dem Auftrieb der Gasblasen zur Trennung der Blasen von der Blasenbildungsfläche beruhen, umfassen die USA-Patentschriften 2 295 740, 2 555 201, 2 708 571 und 2 719 032.

Ein weiteres Verfahren zur Diffusion von Blasen in einen Flüssigkeitskörper umfasst die Strömung der Flüssigkeit an einer Vielzahl von Öffnungen (die vorzugsweise in der Stromabrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet sind) vorbei, aus denen das Gas aufgrund der Unterdruckzone in dem Sog der sich bewegenden Flüssigkeit ausströmt. Die Geschwindigkeit der Bildung von Gasblasen bei

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dieser Art des Verfahrens und der Vorrichtung ist nur geringfügig höher, und die durchschnittliche Blasengrösse ist nur etwas kleiner als bei dem Verfahren und der Vorrichtung, die in erster Linie auf dem Auftrieb der Blasen beruhen, der sie von der Fläche trennt, an der sie gebildet werden. Beispiele für dieses weitere Verfahren sind in der britischen Patentschrift 942 754 und in den USA-Patentschriften 3 489 396 und 3 671 022 offenbart.

Eine mehr oder weniger herkömmliche Form einer Blasenabschervorrichtung ist in der polnischen Patentschrift 48 942 offenbart. Bei dieser Vorrichtung erzeugt ein Flüssigkeitsstrom aus einem Einlassrohr eine zirkulierende Strömung, die sich an einer zylindrischen Fläche vorbei bewegt, deren oberer Teil durchlöchert ist, um Gas austreten zu lassen, und die sich turbulent bewegende Flüssigkeit schert Gasblasen ab, die sich an den Löchern bilden. Sowohl das Vorhandensein der Turbulenz als auch die grossen Löcher in der Gasdiffusionsfläche (mit einem Durchmesser von mindestens etwa 5 mm) bedeuten, dass die mit der Vorrichtung gemäss der polnischen Patentschrift erzeugten Blasen nicht annähernd die sehr kleinen Gasblasen erreichen, die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.

Eine Vorrichtung, die das Blasenabscherprinzip in besonderer Weise anwendet, ist in der USA-Patentschrift 3 450 800 offenbart. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren schert eine freie Strömung eines sich bewegenden Flüssigkeitskörpers in der Entstehung begriffene Gasblasen an den Öffnungen von Kapillarrohren ab und bewegt sie in Stromabrichtung in der sich

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bewegenden Flüssigkeit. Die einzelnen Kapillaröffnungen sind in einer freistehenden Reihe von Kapillarrohren angeordnet, die offenbar einer hohen Bruchkraft ausgesetzt wären, die von der sich" bewegenden Flüssigkeit ausgeübt wird. Ferner müssten tausende von Kapillarrohren vorgesehen werden, um feine Gasblasen in einer bedeutenden Flüssigkeitsmenge zu verteilen, und diese Kapillarrohre würden den Flüssigkeitsdurchgang so anfüllen, dass die Vorrichtung nicht praktisch verwendet werden kann.

In der USA-Patentschrift 3 545 731 wird darauf hingewiesen, dass es bekannt war, einem flüssigen Medium eine Strömung von verhältnismässig geringer Geschwindigkeit zu verleihen, um Blasen von einer porösen gasdurchlässigen Fläche abzuscheren, an der sich die Blasen bilden, aber in der genannten Patentschrift wird dann das Abscheren von Blasen zugunsten der Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung mit so hoher Geschwindigkeit verworfen, dass eine turbulente Grenzschicht in einem Bereich gebildet wird, der sich praktisch an der Fläche der Wand befindet, wobei nur eine sehr dünne laminare Schicht zwischen diesem Bereich und der Wand Hegt. Wie in dieser Patentschrift erläutert wird, werden durch die Druckschwankungen in diesem turbulenten Bereich die Blasen abgetrennt, bevor sie von den viskosen Scherkräften abgeschert werden können. Die Beschreibung dieses Patentes stellt fest, dass die so gebildeten Gasblasen "mikroskopische Grosse mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 1Ou haben", aber diese Behauptung ist nicht durch Versuchsergebnisse (wie zum Beispiel mikrophotographische Aufnahmen) untermauert. Der Hauptnachteil des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss dieser

2 Patentschrift besteht darin, dass eine Druckhöhe von 5,25 kp/cm

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erforderlich ist, um eine ausreichende Flüssigkeitsströmung für den Betrieb der Vorrichtung zu erzeugen. Im Gegensatz hierzu beträgt die Flüssigkeitsdruckhöhe, die für den Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung erforderlich ist, nur zwischen

2 0,14 und 0,49 kp/cm .

Verschiedene andere frühere Patente beziehen sich auf die Erzeugung von Gasblasen in Flüssigkeitsströmen unter verschiedenen Bedingungen, aber sie geben keinen Hinweis auf die Zweckmässigkeit der Erzeugung einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht in der Flüssigkeit, die über Kapillaröffnungen strömt, die klein genug sind, um feine Gasblasen zu erzeugen, was von der Anmelderin als ein sehr wichtiges, herzustellendes Strömungsbild gefunden wurde. Diese Patentschriften offenbaren vielmehr bauliche Merkmale, die entweder Vena Contraeta (britische Patentschrift 1 039 702) oder Turbulenz (USA-Patentschriften 2 695 710, 3 256 802 und britische Patentschriften 694 918, 713 064 und 885 406) erzeugen, wenn Wasser, das sich mit der von der Anmelderin als erforderliche Mindestgeschwindigkeit festgestellten Geschwindigkeit bewegt, als die Abscherflüssigkeit verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Gasdiffusionsfläche mit sehr kleinen KapiUaröffnungen, deren Durchmesser nicht grosser ist als eü/va 100 ij, vorzugsweise sehr nahe an dem vorderen Rand der Fläche. Die Scherflüssigkeit wird veranlasst, an dem vorderen Rand der Gasdiffusionsfläche vorbei zu einem Auslassrand zu strömen, um eine im wesentlichen parallele laminare Strömung zu erzeugen, die eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht

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unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche enthält, mit einem freien Strom über dieser Schicht, über mindestens eine wesentliche Anzahl der Kapillaröffnungen. Bei dem Verfahren ist die teilweise entwickelte Grenzschicht mindestens über einem Viertel der Kapillaröffnungen vorhanden. Die Flüssigkeit über allen weiteren Kapillaröffnungen, die in der Gasdiffusionsfläche stromab von den bereits erwähnten Kapillaröffnungen vorhanden sind, müssen im wesentlichen frei von jeder anderen Strömungsart (wie zum Beispiel Vena Contraeta oder Turbulenz) als der vollständig entwickelten im wesentlichen parallelen laminaren Strömung sein.

Der Ausdruck "Kapillaröffnungen" bezeichnet in dieser Beschreibung alle Öffnungen, die klein genug sind, um kleine Gasblasen zu erzeugen, ungeachtet der Art der Gasdiffusionsfläche, auf der die Blasen gebildet werden, oder der Art der Gasdurchlasskanäle, durch die das Gas strömt, um diese Öffnungen zu erreichen.

Die Flüssigkeit in der soeben beschriebenen, teilweise entwickelten laminaren Strömung schert entweder' mit oder ohne die Wirkung des freien Sitroms über der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen ab. Die sich bewegende Flüssigkeit trägt die auf diese Weise erzeugten feinen Gasblasen von der Gasdiffusionsfläche an ihrem Auslassrand hinweg und in den behandelten Flüssigkeitskörper. Die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht kann in eine vollständig entwickelte laminare Strömung umgewandelt werden, bevor die Abscherflüssigkeit die Gasdiffusionsfläche verlässt_r und es können zusätzliche Kapillaröffnungen unter der vollständig entwickelten Strömung sein oder auch nicht. Ein gewisser

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Vorteil kann sich auch dann aus der Anwendung der vorliegenden Erfindung ergeben, wenn in der sich bewegenden Abscherflüssigkeit eine gewisse Turbulenz auftritt, bevor die Flüssigkeit die Gasdiffusionsfläche verlässt, aber in diesem Falle dürfen sich keine Kapillaröffnungen unter der Turbulenzzone befinden.

Die Blasenabschervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schlitz für den Durchlass der Abscherflüssigkeit an den Kapillaröffnungen der Gasdiffusionsfläehe vorbei, an der" die in der Entstehung begriffenen Gasblasen gebildet werden, bevor sie von der sich bewegenden Flüssigkeit abgeschert werden. Die Form, Abmessungen und Abstände der Teile, die den Schlitz umgrenzen, dienen dazu, die oben beschriebene laminare Strömung herzustellen, wenn Wasser in der Vorrichtung als die Abscherflüssigkeit unter bestimmten besonderen Betriebsbedingungen verwendet wird. Ferner umfasst die Vorrichtung Teile zur Bildung einer Strömung von Flüssigkeit in dem Schlitz mit einer Geschwindigkeit zur Erzeugung von einer derartigen parallelen laminaren Strömung. Am besten sind die sehr kleinen Kapillar öffnungen in der Gasdiffusionsfläehe nahe an dem Einlassende des Dürchlassschlitzes für die Flüssigkeit angeordnet·und vorzugsweise sollten die am weitesten stromauf gelegenen Kapillaröffhüngen unmittelbar' an dem Einlassende liegen, und zwar so-nahe an dem Einlassende · wie es baulich möglich ist. ■ .. · : ; -· ^;

Die Blasenabschervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ■ kann auch in Form einer mathematischen Sollgrosse definiert ^! werden, die das Produkt aus (a) dem Abstand, der däs-Einlass- ■ ende des. Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes von den sehr kleinen -^V1

Kapillaröffnungen trennt, die am weitesten stromab auf der Gas-

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diffusionsfläche liegen, über die die Abscherflüssigkeit strömt, mal (b) die durchschnittliche Breite des Schlitzes über den angegebenen

Abstand. Die Dimensionen für diese mathematische Sollgrösse

sind square inches (ein square inch = 645,16 mm ). Zufriedenstellende Ergebnisse können bei einigen Anwendungsfällen erhalten werden, wenn dieser Wert nicht grosser als etwa 0,1 ist. Etwas verbesserte Ergebnisse werden im allgemeinen dann erhalten, wenn die Grosse nicht mehr als etwa 0,075 ist, und eine weitere Verbesserung wird erhalten, wenn sie nicht mehr als 0,05 beträgt. Sehr gute Ergebnisse werden erhalten, wenn diese Grosse nicht mehr als etwa 0,025 beträgt, und ausgezeichnete Ergebnisse wei— den dann erhalten, wenn sie 0,01 beträgt. Für einige bestimmte Anwendungen ist das bevorzugte Produkt der angegebenen Breite und des Abstandes nicht grosser als etwa 0,005 square inches, oder sogar noch weniger.

Die Erfindung kann auch durch den maximalen Abstand von dem vorderen Rand der Gasdiffusionsfläche zu den entferntesten, sehr kleinen Kapillaröffnungen in dieser Fläche definiert werden. Werte von 25,4 mm, 12,7 mm und 2,54 mm für diesen Abstand ergeben gute, verbesserte bzw. bevorzugte Ergebnisse. Wenn Abstände dieser Grössenördnung bei den bekannten Vorrichtungen verwendet wurden, War es nur mit sehr grossen Öffnungen in der Gasdiffusionsfläche, wie zum Beispiel den Löchern bei der Vorrichtung gemäss der britischen Patentschrift T 039 702, die mindestens zwanzig Mal grosser sind, als die'KapilTaröffnungen gemäss der vorliegenden Erfindung mit einem Durchmesser von ioö u oder weniger. Es ist allgemein von den Fächleuten angenommen worden, dass mit so kleinen Kapillaröffnungen, wie sie hier verwendet

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werden, ein sehr viel breiteres Band von Kapillaröffnungen verwendet werden müsse, als es von der Anmelderin für erforderlich festgestellt worden ist.

Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gasdurchlasskörpers zur Verwendung in der Gasdiffusionsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung. Dieses Verfahren umfasst die Herstellung des porösen Teils der Wand einer Gaskammer durch Einbettung mehrerer hohler Kapillarfasern, vorzugsweise als Bestandteile mehrerer Garn- oder Gespinststücke, in einer Matrize aus härtbarem Bindemittel, die zwischen zwei Platten eingeschlossen sind, um einen als "Sandwich" zu bezeichnenden Schichtkörper zu bilden, der in einer Wand der Gaskammer eingebaut ist.

In den Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist, sind:

Fig. 1A eine erheblich vergrösserte schematische Schnittansicht einer im wesentlichen parallelen laminaren Flüssigkeitsströmung von links nach rechts durch einen Schlitz, die auf der rechten Seite der Zeichnung eine vollständig entwickelte laminare Strömung wirdj

Fig. 1B eine Teilansicht des in Fig. 1A angezeigten Teils, die in seitlicher Richtung noch weiter vergrössert ist und mehrere Kapillaröffnungen in unmittelbarer Nähe des vorderen Randes des Schlitzes zeigt;

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Fig. 2A bis 2F graphische Darstellungen den Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit für die laminare Strömung der Scherflüssigkeit durch einen Flüssigkeitsdurchlaßschlitz, an einzelnen Stellen, die fortschreitend von dem Einlassende des Schlitzes in Stromabrichtung liegen;

Fig. 3 eine schematische Teilansicht der in den Fig. 2A bis 2F gezeigten Laminarströmung der Scherflüssigkeit, in der nur die Bodenwand des Schlitzes gezeigt ist;

Fig. 4A bis 4F schematische Querschnittsansichten verschiedener Arten von im wesentlichen paralleler Laminarströmung der Abscherflüssigkeit durch einen Flüssigkeitsdurchlaßschlitz, hevorgerufen durch die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 bis 10 graphische Darstellungen, die zeigen, wie sich der Blasendurchmesser von Blasen, die unter Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, mit Änderungen bestimmter physischer Eigenschaften der Vorrichtung, von Betriebsparametern und Eigenschaften der Abscherflüssigkeit ändert;

Fig. 11 eine Darstellung einer Diffusionsanordnung, die mehrere gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildete Aggregate oder Module umfasst;

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Fig. 12 eine ihrer Art nach schematische, vergrösserte Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in Fig. 11, in der das Verhältnis zwischen Gasverteilungsanordnungen oder -stäben, einer Wasserzufuhrkammer und mehrerer Auslaßschlitze in einem der Diffusionsaggregate veranschaulicht istj

Fig. 13 eine schematische Querschnittsansicht eines Gasdurchlasskörpers und eines den Durchlaßschlitz bildenden Teils, die so in Abstand voneinander angeordnet sind, dass sie einen ringförmigen Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit gemäss einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung umgrenzen;

Fig. 14- eine Zeichnung, die von einer mikrophotographischen Aufnahme hergestellt ist, die eine Teilansicht einer in einer erfindungsgemassen Vorrichtung*tatsächlich verwendeten Gasdiffusionsfläche zeigt;

Fig. 15 und 16 mikrophotographische Aufnahmen in etwa

280-facher Vergrösserung gegenüber der natürlichen Grosse, die als Teil der vorliegenden Anmeldung vorgelegt werden und die Bildung feiner Luftblasen in Wasser zeigen, die sich bei der Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ergeben;

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Fig. 17A-bis 1 7D die Darstellung einer Reihe von Verfahrensschritten bei der erfindungsgemässen Herstellung eines Gasdurchlasskörpers zur Verwendung in der erfindungsgemässen Gasdiffusionsvorrichtungj

Fig. 18A eine Draufsicht auf einen fertigen Gasdurchlasskörper, dessen Herstellung die in den Fig. 17A bis 1 7D gezeigten Verfahrensschritte umfasst;

Fig. 18B eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie 18B-18B in Fig. 18Aj

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer Wickelvorrichtung, auf der mehrere der in Fig. 17A gezeigten Stützplatten befestigt sind, um mehrere Garn- oder Gespinststücke, die aus hohlen Kapillarfasern bestehen, quer über die Platten gemäss der vorliegenden Erfindung anzubringen;

Fig. 20A eine Teildraufsicht auf eine der Stützplatten gemäss der Fig. 19, in der mehrere quer über die Platte verlaufende Gespinststücke der hohlen Kapillarfasern gezeigt sindj

Fig. 2OB eine schematische Querschnittsansicht durch eines ., der in Fig. 2OA gezeigten Gespinststücke; .

Fig. 21A und 21B Ansichten von Verfahrensschritten bei der Herstellung eines anderen "Sandwich"-Schichtkörpers. aus hohlen Kapillarfasern, die in einer Matrize zwischen zwei Stützplatten eingebettet sind, die in einem Gas-

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durchlasskörper zur Verwendung in der erfindungsgennässen Blasenabschervorrichtung eingesetzt ist;

Fig. 22A eine Draufsicht auf die Bodenabdeckplatte des ■Gasdurchlasskörpers;

Fig. 22B und 22C Querschnittsansichten entlang den Linien 22B-22B bzw. 22C-22C in Fig. 22A;

Fig. 22D eine Seitenansicht der in Fig. 22A gezeigten Bodenabdeckplatte;

Fig. 23A eine Draufsicht auf die obere Abdeckplatte des Gasdurchlasskörpers;

Fig. 23B eine Querschnittsansicht entlang der Linie 23B-23B in Fig. 23A;

Fig. 23C eine seitliche Ansicht der in Fig. 23A gezeigten oberen Abdeckplatte; -

Fig. 24A eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Gasdurchlasskörper, der gemäss dieser Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Körpers zur Verwendung in der erfindungsgemässen Vorrichtung hergestellt ist?

Fig. 24B eine vergrösserte Querschnittsansicht entlang der Linie 24B-24B in Fig. 24A und '

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Fig. 24C eine entsprechend vergrösserte Seitenansicht des in Fig. 24A gezeigten zusammengesetzten Gasdurchlasskörpers .

Im Gegensatz zu den Lehren gemäss dem Stand der Technik hat die Anmelderin entdeckt, dass es bei der Erzeugung feiner Gasblasen durch die Strömung einer Flüssigkeit über sehr kleine Kapillaröffnungen in einer Gasdiffusionsfläche von wesentlicher Bedeutung ist, jegliche Turbulenz oder Vena Contraeta in der sich bewegenden Flüssigkeit zu vermeiden und gleichzeitig nicht mehr als eine teilweise entwickelte laminare Strömung über einen wesentlichen Teil der Kapillaröffnungen der Gasdiffusionsfläche herzustellen und aufrechtzuerhalten. Die Bedeutung, alle kleinen Kapillaröffnungen sehr nahe an dem vorderen Rand der .Fläche anzuordnen, an der die Blasen gebildet werden, ist ebenfalls bisher nicht erkannt oder gelehrt worden. Mit dem neuartigen Verfahren und der neuartigen Vorrichtung, die auf diesen Entdeckungen der Anmelderin beruhen, ist festgestellt worden, dass Gasblasen mit sehr kleinem Durchmesser und sehr guter Einheitlichkeit der Blasengrösse mit überraschend geringem Energieaufwand gebildet werden können.

Im wesentlichen parallele laminare Strömung

Wie eben angedeutet, ist das Ziel für das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu den Lehren gemäss dem Stand der Technik, eine gleichmässige aber schnelle Flüssigkeitsströmung mit nur minimalen Störungen an den sehr kleinen Kapülaröffnungen vorbei zu erreichen, an denen die Blasenbildung stattfindet. Ein besonderes Ziel der vorliegenden

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Erfindung besteht in der Erzeugung einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht über eine erhebliche Anzahl - bei denn Verfahren gemäss der vorliegenden Anmeldung zumindestens ein Viertel - der Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche.

Fig. 1A ist eine schematische Darstellung einer im wesentlichen parallelen Laminarströmung durch einen Schlitz 40, der durch im wesentlichen ebene, parallele Wände 42 und 44 gebildet wird, von dem Einlassende 46 zu dem Auslassende 48 des Schlitzes. Der Schlitz 40 ist lang genug, so dass, wie es weiter unten erläutert wird, die im wesentlichen parallele Laminarströmung durch den Schlitz voll entwickelt wird. Der Maßstab der Fig. 1A ist zur deutlicheren Darstellung erheblich vergrössert und der Schlitz ist nicht annähernd so breit wie der vergrösserte Maßstab der Fig. 1A vermuten lassen könnte. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung betrug beispielsweise die Breite des Schlitzes 40 nur etwa 1,016 mm und die Länge des Schlitzes nur etwa 2,032 mm.

Strömungslinien 50 zeigen die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit von links nach rechts durch den Schlitz 40. Die Bewegung der Flüssigkeit ist im wesentlichen parallel zu den entsprechenden Umfangsformen der Wände 42 und 44, die den Schlitz bilden. Es ist keine Vena Contracta-Strömung vorhanden, die eine oder mehrere Zonen umfassen würde,., in der die Flüssigkeit in engen ..·_,. Bahnen zirkulieren würde, wodurch verhindert würde, dass sie fortlaufend durch den vorhandenen Kanal des Schlitzes 40 strömt. Es ist ferner auch keine Turbulenzströmung durch den Schlitz vorhanden, die extreme Störungen umfassen würde, die zu

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grossen Änderungen des Flüssigkeitsdruckes innerhalb des Turbulenzbereiches führen würde.

In der Laminarströmung bewegt sich die Flüssigkeit so, als bestände sie aus einzelnen Schichten mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten. Dies ist in Fig. 1A durch die Zwischenfläche 52 zwischen der laminaren Grenzschicht 54 und dem freien Strom 56 am Boden des Schlitzes 40 gezeigt, sowie durch die Zwischenfläche 58 zwischen der laminaren Grenzschicht 60 und dem freien Strom 56 an der Oberseite des Schlitzes 40. Das Vorhandensein dieser beiden Zwischenflächen kann durch Verfahrensweisen überprüft werden, die dem Hydrodynamik-Fachmann geläufig sind.

Teilweise entwickelte Laminargrenzschicht

Bei der in Fig. 1A gezeigten Strömung ist die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Einlassende 46 des Schlitzes 40 über die gesamte Breite des Schlitzes einheitlich. Aufgrund der viskosen Reibung zwischen der Flüssigkeit und den Wänden 42 und 44, wird die sich bewegende Flüssigkeit unmittelbar an diesen Wänden merklich abgebremst, wenn sie durch den Schlitz 40 hindurchgeht. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in grösseren Abständen von den Wänden 42 und 44 ihrerseits herabgesetzt. Daraus ergibt sich, dass sich an jeder Wand eine laminare Grenzschicht bildet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der sich bewegenden Flüssigkeit in der Schicht von ihrem niedrigsten Wert an der Wand zu ihrem höchsten Wert reicht, wo sie sich mit der freien Strömung an den äusseren Teilen der Schicht vereinigt.

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Wie in Fig. 1A gezeigt ist, nehmen die laminaren Grenzschichten 54 und 60 an Dicke von Null an dem vorderen Rand 61 der Fläche der Wand 42 zu, bis sie an dem Punkt 62 in Nähe des Endes des Schlitzes 40 ineinander übergehen. Die laminaren Grenzschichten 54 und 60 sind als "teilweise entwickelte laminare Grenzschichten" von dem Einlass 46 des Schlitzes 40 zu der Stelle 62 gekennzeichnet. "Voll entwickelte laminare Strömung" 64 setzt sich von der Stelle 62 zu dem Auslassende 48 des Schlitzes 40 fort.

Fig. 1B ist eine in seitlicher Richtung vergrösserte Ansicht von der linken Seite der Fig. 1A, wobei Kapillaröffnungen 65 in schematischer Form zusätzlich gezeigt sind. Gasdurchgänge 66 verlaufen durch die Wand 42 und enden in Kapillaröffnungen 65, die sich in unmittelbarer Nähe der vorderen Kante 61 an dem Einlassende 46 des Schlitzes 40 befinden, um eine Gasdiffustonsfläche 68 zu bilden.

Es ist aus der Fig. 1B ersichtlich, wie sich eine laminare Grenzschicht 54 in Berührung mit der Schlitzwand 42 von der vorderen Kante 61 her mit zunehmender Dicke aufbaut, und in entsprechender Weise,wie sich eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 60 in Berührung mit der oberen Wand 44 aufbaut. Wie es in Fig. 1A gezeigt ist, liegt die freie Strömung 56 zwischen den. teilweise entwickelten laminaren Grenzschichten mit einer Zwischenfläche 52, die sie in dem unteren Teil des Schlitzes 40 voneinander trennt, und einer Zwischenfläche 58, die sie in dem oberen Teil des Schlitzes 40 trennt. Die Strömungslinien 50 stellen die Flüssigkeitsströmung von links nach rechts durch den Schlitz

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dar. Wie es aus dem vergrösserten Maßstab der Fig. 1B ersichtlich ist, ist die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 54 über den in dieser Figur gezeigten Kapillaröffnungen verhältnismässig dünn.

Wie bereits oben hervorgehoben, sind die Abmessungen des Schlitzes 40 bei einer tatsächlichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sehr viel kleiner als es aufgrund des vergrösserten Maßstabes der Fig. 1A und 1B vielleicht zu vermuten wäre. Bei dieser besonderen tatsächlichen Ausführungsform sind die Kapillaröffnungen jedoch etwas weiter in Stromabrichtung von der vorderen Kante der Gasdiffusionsfläche angeordnet, als es in Fig. 1 B den Anschein hat, obwohl sie sich immer noch sehr nahe an dieser Kante befinden.

Strömungsgeschwindigkeit der freien Strömung

Aus Gründen, die bereits oben erläutert worden sind, bewegt sich die Flüssigkeit in den Teilen der laminaren Grenzschichten 54 und 60 in Berührung mit den Wänden 42 bzw. 44 langsamer als die Flüssigkeit, die an dem Einlassende 46 des Schlitzes 40 eintritt. Da die Flüssigkeitsmenge, die den Schlitz 40 an seinem Auslassende 48 verlässt, dieselbe sein muss, wie diejenige, die an dem Einlassende 46 eintritt, muss die Flüssigkeit in der freien Strömung 56 diese Verlangsamung dadurch ausgleichen, dass sie sich schneller bewegt als die in den Schlitz 40 eintretende Flüssigkeit. Da die Bremswirkung der viskosen Reibung zwischen den Wänden und der sich bewegenden Flüssigkeit in Stromabrichtung durch eine immer dicker werdende Flüssigkeitsschicht Gestalt annimmt, gleicht die Strömungsgeschwindigkeit der freien Strömung diese Wirkung da-

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durch aus, dass sie ständig zunimmt, wenn die Flüssigkeit durch den Schlitz strömt, bis die Strömungsgeschwindigkeit an einer bestimmten, stromab gelegenen Seite einen begrenzenden Maximalwert erreicht.

Die Fig. 2A bis 2F, die von der Fig. 9.16 des Werkes "Boundary-Layer Theory" von Schlichting, 6. Ausgabe (McGraw Hill 1968), Seite 177, abgeleitet sind, veranschaulichen, wie das Profil der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz 40 sich bei Stromabwärts bewegung durch den Schlitz ändert. In diesen Figuren sind Teilstücke der Wände 42 und 44 so gezeigt, als umgrenzten sie aufeinanderfolgende Teile des Schlitzes 40. Die in diesen Figuren gezeigten aufeinanderfolgenden Teile des Schlitzes schreiten in Stromabrichtung von dem Einlass 46 in Fig. 2A zu einer Stelle in Fig. 2F voran, an der sich das Profil der.Strömungsgeschwindigkeit einer parabolischen Form nähert. An Stellen, die noch weiter in Stromabrichtung liegen, nimmt das Profil der Strömungsgeschwindigkeit die Form einer Parabel an, und die Strömung ist ähnlich der in Fig. 1A mit 62 bezeichneten voll entwickelten Strömung geworden. ·

Die aufeinanderfolgenden Teile oder Stellen in den Fig. 2A bis 2F befinden sich an den Abstandseinheiten 0,1j 0,4; 1,0j'2,0j . 4 und 10 in Stromabrichtung von dem Einlass 46 an den Stellen 70, 72, 74, 76, 78 bzw. 80. Die Abstände von der Schlitzwand sind in senkrechter Richtung gemessen. Die Strömungsgeschwin- ' digkeit der sich bewegenden Flüssigkeit an den angegebenen Abständen von der Wand ist durch die Verschiebung der Punkte des Diagramms nach rechts in waagerechter Richtung dargestellt.

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Es ist also ersichtlich, dass sich die Flüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit bewegt, die von Null an den Wänden 42 und 44 auf eine im wesentlichen einheitliche maximale Strömungsgeschwindigkeit quer zu der freien Strömung 56 zunimmt.

Punkte 82, 84, 86, 88, 90 und 92 stellen die Abstände von der Schlitzwand 42 dar, an denen sich die Flüssigkeit im wesentlichen mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit wie der Geschwindigkeit der freien Strömung (die mit zunehmenden Abständen in Stromabrichtung zunimmt) an den Stellen 70, 72, 74, 76, 78 bzw. 80 bewegt. In Fig. 1A oder 1B würden die Punkte 82 bis 92 mit anderen Worten auf die Zwischenfläche 52 fallen, die die laminare Grenzschicht 54 begrenzt. Diese von den Fig. 2A bis 2F hergeleiteten Punkte sind auch auf Fig. 3 übertragen worden.

Zu der gleichen Zeit, in der die viskose Reibung mit den Schlitzwänden die sich bewegende Flüssigkeit in den unteren Teilen der laminaren Grenzschicht 54 abbremst, wird die Flüssigkeit in den oberen Teilen der laminaren Grenzschicht 54 beschleunigt, um mit der zunehmenden Strömungsgeschwindigkeit des freien Stroms 56 schrittzuhalten. Die Punkte 83, 85, 87, 89, 91 und 93 stellen diejenigen Abstände von der Schlitzwand 42 dar, an denen sich die Flüssigkeit mit im wesentlichen der gleichen Strömungsgeschwindigkeit bewegt, mit der sie in den Schlitz 40 an dem Einlassende 46 eingetreten ist. Diese Punkte sind als gestrichelte Linie 95 in Fig. 3 gezeigt. Über der Linie 95 bewegt sich die Flüssigkeit schnell er als bei ihrem Eintritt in den Schlitz 40, während sie sich unterhalb der Linie 95 langsamer bewegt.

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Die viskose Scherkraft, die von jeder sich bewegenden Flüssigkeit ausgeübt wird, ist der Strömungsgeschwindigkeit direkt proportional, mit der sich die Flüssigkeit bewegt. Eine in der Entstehung begriffene Gasblase, die sich an einer Kapillaröffnung in der Schlitzwand 42 unter der Schicht 54 bildet, erstreckt sich also nicht sehr weit über die langsamer bewegte Flüssigkeit in dem unteren Teil der laminaren Grenzschicht 54 - und sicherlich nicht weit in die freie Strömung 56 über dem oberen Teil der laminaren Grenzschicht, bevor sie abgeschert wird. Dadurch wird der Durchmesser der durch die erfindungsgemäss erzeugten Gasblasen klein gehalten.

Hydrodynamische Erfordernisse der vorliegenden Erfindung

Zwei Erfordernisse müssen erfüllt werden, wenn das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung hydrodynamisch definiert werden:

1 . Eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht wird über einer nennenswerten Anzahl - bei dem erfindungsgemässen Verfahren mindestens ein Viertel - der Kapülaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche hergestellt, an der sich die Blasen bilden und abgeschert werden.

2. Die Flüssigkeit über allen Kapillaröffnungen, die in der Gasdiffusionsfiäche vorhanden sind, ist im wesentlichen frei von jeder Art von Strömung, die eine andere als eine teilweise oder vollständig entwickelte, im wesentlichen parallele laminare Strömung

ist. ;

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Diese beiden Erfordernisse müssen erfüllt werden, gleichgültig, welche Abscherflüssigkeit bei dem Verfahren gemäss der Erfindung verwendet wird. Zur Bestimmung der Vorrichtung werden jedoch eine besondere Abscherflüssigkeit und besondere Versuchsbedingungen angewandt, wie es weiter unten erläutert wird.

Es ist nicht erforderlich, dass die laminare Strömung absolut parallel ist, sondern nur im wesentlichen parallel. Ebenfalls ist es nicht erforderlich, dass die Flüssigkeit über allen Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche absolut frei von jeder Art von Strömung ist, die anders als die gewünschte Strömung ist, sondern nur im wesentlichen frei von derartigen Strömungen. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass restliche minimale Störungen immer in der Abscherflüssigkeit vorhanden sind, die auf dem Strömungsverlauf vor dem Eintritt in den Flüssigkeitsdurchlass schlitz beruhen. Ebenso werden immer minimale Störungen entlang den Wänden des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes vorhanden sein. Das Vorhandensein der in der Entstehung begriffenen Gasblasen und das Abscheren dieser Blasen wird ferner (siehe Fig. 4A unten) geringfügige Abweichungen von rein geradlinigen Strömungslinien hervorrufen. Tatsächlich werden die Hauptströmungslinien selbst nicht vollständig parallel sein (Fig. 1A), bis sie den Bereich der vollständig entwickelten laminaren Strömung erreichen, der sich in einigem Abstand in Stromabrichtung von dem Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes befindet. Der Fachmann versteht jedoch, dass keine dieser geringen Abweichungen von den absolut parallelen Strömungslinien schädlich ist und dass es für das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ausreicht, wenn unstabile

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Strömung, wie zum Beispiel Turbulenz oder Vena Contracta im wesentlichen nicht vorhanden sind.

Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der beiden oben angeführten hydrodynamischen Merkmale bei der Anwendung eines besonderen Verfahrens und einer Vorrichtung ist für den Fachmann ohne weiteres feststellbar, wenn die Abscherflüssigkeit durchsichtig oder zumindest lichtdurchlässig ist. Bei derartigen Einrichtungen kann das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein der begrenzten laminaren Strömung dadurch sichtbar gemacht werden, dass eine kleine Menge eines Farbstoffes in die Strömung innerhalb des Schlitzes gegeben wird, oder kann aus mikrophotographischen Aufnahmen erkennbar sein, die aufeinander ausgerichtete oder schnurförmig verlaufende winzige Blasen zeigen, die in der Richtung der Laminarströmung verlaufen, vermutlich von besonderen einzelnen Kapillaröffnungen.

Mit lichtundurchlässigen Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Abwasser, ist das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von im wesentlichen paralleler laminarer Strömung einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht schwieriger zu bestimmen, es sind jedoch Verfahrensweisen für eine derartige Bestimmung mit einem gewissen Zuverlässigkeitsgrad bekannt. In jedem Fall kann diese Bestimmung praktisch durch Analogie zu Versuchsströmungen unter den entsprechenden Bedingungen mit durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Abscherflüssigkeiten vorgenommen werden. Ein besonderes Verfahren und eine Vorrichtung, kann beispielsweise durch Betrieb mit einer synthetischen durch-, sichtigen oder lichtdurchlässigen Abwasserflüssigkeit geprüft wer-

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.den, die eine wässrige Lösung umfasst, die eine ausreichende Menge eines Verdickungsstoffes, wie zum Beispiel Carboxymethylzellulose enthält, um eine Viskosität zu erzeugen, die der Viskosität des zu behandelnden Abwassers entspricht, und durch Beobachtung der Strömung in einer derartigen Flüssigkeit durch Farbstoff oder durch Basen, wie es oben beschrieben worden ist. Andererseits kann ein Fachmann auch eine gegebene Vorrichtung mit einer zur Verfugung stehenden Versuchsflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, prüfen, um zu bestimmen, ob die bestimmte Laminarströmung auch dann vorhanden ist, wenn die Vorrichtung mit einer zweiten Flüssigkeit, wie zum Beispiel Abwasser, verwendet wird. Dies kann wichtig sein, entweder weil die Flüssigkeit undurchsichtig ist, mit der ein besonderes Teil der Vorrichtung verwendet werden soll, oder weil es nicht sicher ist, mit welcher Flüssigkeit die Vorrichtung verwendet werden wird.

Beweis der Laminarströmung, einschliesslich der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht, in einer Flüssigkeit durch Untersuchung einer anderen Flüssigkeit.

Es ist bekannt,, dass laminare Strömung in jedem System vorhanden ist, bei dem die Reynolds-Zahl unter einer bestimmten kritischen Höhe liegt. Bei einem Strömungssystem mit gegebener Kanalgeometrie und Oberflächeneigenschaften ist die Reynolds-Zahl direkt proportional zu der linearen,Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung und zu der Flüssigkeitsdichte,, und ist.umgekehrt proportional zu der Viskosität der Flüssigkeit. Die Flüssigkeits?- dichten von Flüssigkeiten mit hohem Wassergehalt sind im wesentlichen gleichend können praktisch unbeachtet bleiben, so dass die

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Schwellenströmungsgeschwindigkeit für die Umwandlung von laminarer in turbulente Strömung bei irgendeiner Vorrichtung umgekehrt proportional zu der Viskosität der durch die Vorrichtung hindurchgehenden Flüssigkeit ist.

Unter Verwendung dieser Information kann ein Fachmann eine gegebene Vorrichtung beispielsweise mit Wasser bei 20 C prüfen, um festzustellen, ob die Vorrichtung zur Verwendung mit einer anderen Flüssigkeit mit höherer Viskosität, wie zum Beispiel Abwasser, geeignet wäre. Eine Vorrichtung, die Laminarströmung hervorruft, wenn Wasser mit 20 C durch den Schlitz mit einer gegebenen Linearströmungsgeschwindigkeit geschickt wird, erzeugt auch eine Laminarströmung, einsehtiesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht, wenn Abwasser durch den gleichen Schlitz mit dieser Strömungsgeschwindigkeit geschickt wird, da das Abwasser eine höhere Viskosität und daher eine höhere Schwellenströmungsgeschwindigkeit für den Beginn einer turbulenten Strömung hat.

Andererseits erzeugt eine Strömungsgeschwindigkeit, die in einer gegebenen Vorrichtung mit Wasser eine turbulente Strömung erzeugt, nicht unbedingt auch eine turbulente Strömung mit Schmutzwasser wegen der höheren Viskosität des letzteren. Aus diesem Grunde kann die Versuchsströmungsgeschwindigkeit, mit der Wasser bei der Überprüfung der Vorrichtung auf ihre Geeignetheit zur Behandlung von Schmutzwasser durch den Schlitz der Vorrichtung geschickt wird, eine geringere Strömungsgeschwindigkeit sein, als diejenige, mit der die Vorrichtung mit Schmutzwasser betrieben wird. Beispielsweise kann die Vorrichtung geprüft werden,

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um festzustellen, ob die Laminarströmung vorherrscht, wenn Wasser mit 20⁰C durch den Schlitz mit einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit von 3 m/sec. geschickt wird. Falls mit Wasser in einer gegebenen Vorrichtung bei dieser Strömungsgeschwindigkeit Laminarströmung vorhanden ist, kann ein Fachmann sicher sein, dass Schmutzwasser, das etwa 1 % Feststoffe oder etwa 6 % Feststoffe enthält (wie es üblich für Schmutzwasser ist), durch den gleichen Schlitz unter Aufrechterhaltung laminarer Strömung hindurchgehen kann, einsehtiesslich einer teilweise enü/vickelten laminaren Grenzschicht, und zwar mit Strömungsgeschwindigkeiten, die weit über der angegebenen Zahl liegen, und tatsächlich weit über jedem praktischen Wert, mit dem die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung vernünftigerweise benuizt würde. Demzufolge ist eine Möglichkeit, das erfindungsgemässe Gerät zu definieren, einen spezifischen Versuch vorzuschreiben, bei dem Wasser mit einer bestimmten Mindestströmungsgeschwindigkeit verwendet wird, der die besondere Ausbildung der Vorrichtung entsprechen muss. Der in den Ansprüchen vorgeschriebene Versuch besteht darin, dass die Form, Abmessungen und die Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils, das zu beiden Seiten des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes liegt, geeignet sein müssen, wenn Wasser mit 20 C durch den Flüssigkeitsdurchlaßschlitz mit einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit von 3 m/sec. strömt und kein Gas durch die Gasdurchlasskanäle strömt, die definierte, im wesentlichen parallele Laminarströmung herzustellen. Höhere Strömungsgeschwindigkeiten für die Abscherflüssigkeit sind ebenfalls in den Ansprüchen dargelegt. Es ist festgestellt worden, dass die besonderen angegebenenStrömungsgeschwindigkeiten für die Bildung kleiner Blasen

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mit Wasser als Abscherflüssigkeit wichtig sind und diese Ergebnisse sind in den der Anmelderin bekannten Vorveröffentlichungen nirgends Offenbart.

Eine Vorrichtung, die den beschriebenen Versuch enthält, fällt in den Rahmen der beanspruchten Erfindung, gleichgültig ob die Vorrichtung bei ihrer praktischen Anwendung mit Wasser oder mit einer anderen Flüssigkeit als Abscherflüssigkeit verwendet wird. Die Gültigkeit dieses Verfahrens der Definition der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung wird durch die "Extrapolierung" in der oben beschriebenen Weise unterstützt, um zu beweisen, dass bei Verwendung einer zweiten, zähflüssigeren Flüssigkeit (wie zum Beispiel Abwasser mit 6 % Feststoffgehalt) gegenüber einer ersten Flüssigkeit (Wasser), dass die definierte Laminarströmung bei Verwendung der zweiten Flüssigkeit vorhanden ist, ebenso, wie sie vorhanden ist, wenn die erste Flüssigkeit als Abscherflüssigkeit verwendet wird.

Es ist festgestellt worden, dass die beiden hydrodynamischen Erfordernisse, die charakteristisch für die erfindungsgemässe Vorrichtung sind, dann vorhanden sind und zufriedenstellende Ergebnisse im Hinblick auf die Blasengrösse und Einheitlichkeit der Blasengrösse erzielt werden, wenn die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit durch das Einlassende eines Schlitzes; mit ^: typischer Breite bei Verwehdung von Wasser bei 20°C als Abscherflüssigkeit 3 m/sec. beträgt. Eine verbesserte Blasenab- ^v scherung kann mit einer Vorrichtung erzielt werden, die die ■ " definierte Laminarströmung erzeugt, wenn diese Strömungsgeschwindigkeit 4,5 m/sec. beträgt, und eine weitere Verbesserung

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wird dann erzielt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit 6 oder 7,5 m/sec. beträgt. Die gleiche Verfahrensweise des Beweises durch "Extrapolierung" kann angewendet werden, wenn es erforderlich ist zu'zeigen, dass ein besonderes Blasenabscherverfahren in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt. Das Vorhandensein oder die Abwesenheit der definierten Laminarströmung in einer gegebenen Anlage kann, wenn dies erwünscht ist, durch Sekundärevidenz erhärtet werden, wie zum Beispiel den Wirkungsgrad der Gasabsorption, die bei der Verwendung der Anlage erhalten wird. Es ist festgestellt worden, dass bei einem gegebenen Gasvolumen, das in einer gegebenen Zeit in ein gegebenes Flüssigkeitsvolumen eingeführt wird, die Absorption im wesentlichen vollständiger ist, wenn die oben beschriebenen beiden hydrodynamischen Bedingungen bei dem Verfahren und der Vorrichtung vorhanden sind, durch die die Gasblasen gebildet werden. Die Umkehr trifft ebenfalls zu: Das Vorhandensein dieser beiden Bedingungen kann durch Darlegung des grösserenWirkungsgrades der gegebenen Anlage im Vergleich zu dem Wirkungsgrad erhärtet werden, der dann erhalten wird, wenn die Strömungsbedingungen durch den Schlitz deutlich turbulente Strömungsbedingungen sind..

Gasströmungsmenge

Es ist für das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung nicht nur von Bedeutung, dass die beiden wesentlichen hydrodynamischen Erfordernisse erfüllt werden, sondern auch, dass die Gasströmungsnnenge in die Abscherflüssigkeit genügend hoch ist. Mit zu geringer Gasströmung kann das Volumen des in die Flüssigkeit in einer gegebenen Zeitspanne diffundierten Gases so klein sein, dass die erzeugten Blasen zwar die gewünschte Grosse und Gleich-

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mässigkeit haben, die Leistung der Vorrichtung jedoch unzureichend ist und die erforderliche Ausrüstung für einen gegebenen Anwendungsfall zu teuer ist.

Die Aufrechterhaltung von zweckmässigen hohen Gasströmungsmengen kann jedoch die beiden wesentlichen hydrodynamischen Eigenschaften gemäss der vorliegenden Erfindung beeinträchtigen. Wenn die Gasströmungsmenge zu hoch ist, ist es unmöglich, die notwendige parallele Laminarströmung herzustellen und unerwünschte Strömungsarten, wie zum Beispiel Vena Contraeta oder Turbulenz über den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche zu vermeiden. Die besondere Gasströmungsmenge, die für eine gegebene Vorrichtung und für gegebene Betriebsbedingungen zweckmässig ist, kann am besten empirisch durch den Fachmann bestimmt werden, der alle Faktoren berücksichtigt, die das Abscheren von Blasen beeinflussen.

Bei der Lösung dieser miteinander im Konflikt stehenden Aufgaben der hohen Gasströmungsmenge einerseits und der im wesentlichen parallelen Laminarströmung andererseits, ist festgestellt worden, dass mit typischen Formen, Abmessungen und Abständen für die Teile, die den Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit bei der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung bilden, und mit Wasser als Abscherflüssigkeit, die Gasströmungsmenge mindestens

etwa 0,152 bis 0,304 l/min/cm der wirksamenFläche in der Gasdiffusionsfläche betragen. Praktisch gesehen erzeugt diese Sauerstoffströmungsmenge, bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers von 6,09 m/sec. und bei einer volume^trischen Wasserströmungsmenge von 0,372 l/min/mm-Schlitzeinlasslänge eine

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Überführung von Sauerstoff in Wasser von etwa 0,5 bis 1 lb/HP/h, also eine Sauerstoffüberführungsmenge, die charakteristisch für eine Reihe von Anlagen zur Behandlung von Abwässern ist. Verbesserte Ergebnisse werden erzielt, wenn diese Gasströmungsmenge für

2 Wasser als Abscherflüssigkeit etwa 1,219 l/min/cm ist, und noch

2 bessere Ergebnisse, wenn diese Zahl 2,13 l/min/cm beträgt. Der

Ausdruck "wirksame Fläche" in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen bezieht sich auf die Fläche, die von den Linien umgrenzt wird, die die äussersten Kapillaröffnungen berühren, an denen Blasen gebildet werden.
Herkömmliche Vorkehrungen zur Erzielung von im wesentlichen

paralleler Laminarströmung.

Es ist ferner bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wichtig, soviele vernünftige Vorkehrungen zu treffen - hinsichtlich der Breite des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes, der Länge der Strömung durch den Schlitz und der Viskosität und Strömungsgeschwindigkeit der Abscherflüssigkeit, mit der das Gerät verwendet werden soll - wie erforderlich sind, um Turbulenz oder Vena Contraeta zu vermeiden und eine im wesentlichen parallele Laminarströmung in dem Schlitz zu erzielen.

Wenn beispielsweise Wasser, das mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 3 m/sec. strömt, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass, falls die Länge der Strömung durch den Durchlaßschlitz grosser istals etwa 12,7 mm, eine gewisse Aufmerksamkeit darauf verwendet werden muss, vernünftige Vorkehrungen zu treffen, um die Erzeugung einer turbulenten Strömung in dem Schlitz zu vermeiden. Die Notwendigkeit, Vorkehrungen zu treffen, um Vena Contraeta zu vermeiden, nimmt zu, wenn die Strömungsstrecke

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d&r Flüssigkeit ziemlich kurz ist. Andererseits ist es bekannt, dass umso mehr Sorgfalt auf die Vermeidung von Turbulenz verwendet werden muss, je breiter der Flüssigkeitsdurchlaßschlitz ist oder je länger die Strömungsstrecke der Flüssigkeit durch den Schlitz ist. Erhöhte Sorgfalt muss auch dann angewandt werden, wenn Abscherflüssigkeiten mit geringerer Viskosität oder wenn höhere Strömungsgeschwindigkeiten für die Abscherflüssigkeit verwendet werden.

Herkömmliche Vorkehrungen gegen das Auftreten von Vena Contraeta umfassen, zusätzlich zu der Vermeidung einer zu kurzen Strömungsstrecke, die Vermeidung von zu grossen Öffnungen, durch die das Gas in die Abscherflüssigkeit eingeführt wird und, was am wichtigsten ist, die Verwendung von abgerundeten Rändern an dem Schlitzeinlass. Herkömmliche Vorkehrungen gegen das Auftreten von Turbulenz umfassen die Verwendung besonders konturierter Einlasse, die Vermeidung von mehr als nur minimalen Vorsprüngen, die Vermeidung rauher Kanalwände, die Ausübung einer besonderen Steuerung der Flüssigkeitsströmung in den Einlass, um die anfängliche Höhe von Störungen in der Strömung so gering wie möglich zu halten, usw.

Die Rauheit der Kanalwände kann durch die (1) Höhe der am meisten hervorstehenden Spitzen bzw. die Tiefe der grössten Vertiefungen über bzw. unter der Mittelebene der Kanalwand, verglichen mit (2) der Verdrängungsdicke der laminaren Grenzschicht in der Flüssigkeitsströmung entlang der Wand ausgedrückt werden. Um die Tendenz der Flüssigkeit zur Turbulenz so gering wie möglich zu halten, sollten die ersteren Abmessungen (1) für gewöhnlich nur ein kleiner

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- 34 Bruchteil der letzteren (2) sein.

Herkömmliche Maßnahmen zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung in den Schlitzeinlass zur Herabsetzung der Höhe von Störungen in der Strömung an dieser Stelle umfassen die Verwendung eihes Beruhigungstanks zur Verteilung jeglicher bereits vorhandener Turbulenz, die Vermeidung scharfer Ecken in der Zufuhrleitung, die zu dem Schlitzeinlass führt, die Verwendung von Kurvenleitflächen, wenn Kurven in der Strömungsführung unvermeidbar sind, die Vermeidung von Stufen in der Strömungsstrecke, die Vermeidung von Öffnungen in der Strömungsstrecke, die Verwendung von Pumpen und Ventilen nur dann, wenn es absolut erforderlich ist, und ähnliche Maßnahmen, die dazu bestimmt sind, so ruhige Strömungsbedingungen zu erzeugen, wie es nur möglich ist.

Beispiele für parallele Laminarströmung, die von der vorliegenden Erfindung umfasst wird.

Die besten Ergebnisse werden mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzielt, wenn die nachfolgenden zusätzlichen Bedingungen vorhanden sind:

Die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht erstreckt sich über die gesamte Länge der Gasdiffusionsfläche, über die die Abscherflüssigkeit strömt, selbst diejenigen Teile, an denen sich keine Kapillaröffnungen befinden, und

alle in der Entstehung begriffenen Gasblasen werden von der Gasdiffusionsfläche durch die kombinierte Wirkung der sich in der

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teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht und der sich in der freien Strömung über dieser Schicht bewegenden Flüssigkeit abgeschert.

Diese besonderen Bedingungen sind schematisch in Fig. 4Ä veranschaulicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Figur ist zur deutlicheren Darstellung ebenso wie die Fig. 1A und 1B und die Fig. 4B bis 4F erheblich vergrössert. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung beträgt die Breite des Schlitzes 40 etwa 1,016 mm und die Länge etwa 2,032 mm. Die Kapillaröffnungen in dieser Ausführungsform sind wesentlich kleiner und wesentlich zahlreicher als es schematisch in Fig. 4A gezeigt ist, obwohl sie sich nicht ganz so nahe an der Vorderkante 61 befinden.

Die Wand 42 ist ein Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn hindurchgehenden Gasdurchlasskanälen 66, von denen jeder in einer Kapillaröffnung 65 an der Gasdiffusionsfläche 68 der Wand endet. Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Erzeugung einer Gasströmung durch die Gasdurchlasskanäle 66 und aus den Kapillaröffnungen 65 zur Bildung von in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94.

Die Wand 44, die in Abstand von der Gasdiffusionsfläche 68 liegt, umgrenzt den Schlitz 40, der ein Einlassende 46 und ein Auslassende 48 aufweist. Der Flüssigkeitskörper 96, in den die durch Anwendung der vorliegenden Erfindung erzeugten feinen Blasen diffundiert werden, liegt rechts von dem Schlitz 40 in der Ansicht der Fig. 4A. "

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Eine laminare Strömung, die im wesentlichen parallel zu der Kontur der Gasdiffusionsfläche 68 verläuft, wird in der Flüssigkeit hergestellt, die durch den Schlitz 40 strömt. Da die Kapillaröffnungen 65 nahe an der Vorderkante 61 an dem Einlassende 46 des Schlitzes 40 liegen, liegen sie unter der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht 54. Die freie Strömung 56 wird über der laminaren Grenzschicht 54 über den Kapillaröffnungen hervorgerufen. Wie in den bereits erörterten Figuren der Zeichnung veranschaulichen Strömungslinien 50 die im wesentlichen parallele laminare Strömung von links nach rechts.

Die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers 43 und des den Schlitz umgrenzenden Teils 44 sind geeignet, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit unter den oben festgelegten Bedingungen verwendet wird, eine Laminarströmung der beschriebenen Art in dem Wasser herzustellen, das durch den Schlitz 40 strömt. Ferner umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung Mittel zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz 40 mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die in dem Wasser diese Art der im wesentlichen parallelen Laminarströmung erzeugt.

Das Ergebnis der Verwendung dieser Vorrichtung besteht darin, die in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94 von den Kapillaröffnungen 65 abzuscheren, so dass die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz 40 die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an seinem Auslassende 48 hinaus und in den Flüssigkeitskörper 96 transportiert. Wie es in Fig. 4A gezeigt ist, werden alle Gasblasen, die bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung abgeschert werden, von den Kapillaröffnungen 65 durch die kom-

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binierte Wirkung der Flüssigkeit abgeschert, die sich in der teilweise entwickelten Laminargrenzschicht 54 bewegt und der Flüssigkeit, die sich in der freien Strömung 56 über der Grenzschicht bewegt. Die Oberflächenspannung an der Verbindungsstelle zwischen der Fläche der Gasblase und der Gasdiffusionsfläche 68, die jede Kapillaröffnung 65 umgibt, ist bestrebt, jede Gasblase an der Fläche 68 anhaften zu lassen. Die Bewegung der Flüssigkeit von links nach rechts durch den Schlitz 40 in Fig. 4A schert jedoch gegen diese Kraft der Oberflächenspannung die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von der Fläche 68 ab, und auf diese Weise werden Gasblasen erzeugt, die sehr viel kleineren Durchmesser haben, als Gasblasen, die dadurch gebildet würden, dass die Auftriebskraft der vollständig entwickelten Blase die Oberflächenspannung durchbricht, die die Blase an der Gasdiffusionsfläche hält.

Da die Kapillar Öffnungen 65 sehr nahe an der Vorderkante 61 liegen, hat die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 54 nur wenig Zeit, sich zu einer dicken Schicht aufzubauen. Wenn die in der Entstehung begriffenen Blasen 94 über die Zwischenfläche 52 zwischen der laminaren Grenzschicht 54 und der freien Strömung 56 hinausragen, sind sie der vollen Kraft der freien Strömung 56 ausgesetzt, die sich mit grösserer Strömungsgeschwindigkeit bewegt, als die Flüssigkeit in der laminaren Grenzschicht 54. Aus diesem Grunde werden die in der Entstehung begriffenen Gasblasen abgeschert, bevor sie zu einem grösseren Durchmesser anwachsen können. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung sind beispielsweise zur Erzeugung von Luftblasen in Wasser verwendet worden, von denen manche nur einen Durchmesser von 1Ou haben, und bei denen der mittlere Durchmesser nicht grosser als etwa

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25 bis 30 u betrug. Wie es schematisch in Fig. 4A gezeigt ist, wachsen die Gasblasen in Stromabrichtung eft/vas an, und die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht nimmt in Stromabrichtung an Dicke zu.

Wie es in Fig. 4A gezeigt ist, erstreckt sich die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 54 mit der darüber befindlichen freien Strömung 56 über alle Kapillaröffnungen 65 in der Gasdiffusionsfläche 68 zu dem Auslassende 48 des Schlitzes 40, und die freie Strömung 56 verläuft weiter in den Flüssigkeitskörper 96. Das gleiche trifft für die in den Fig. 4B und 4C gezeigten Ausführungsformen der erfinduhgsgemässen Vorrichtung zu, in denen die gleichen Bezugszahlen für die verschiedenen Einzelteile verwendet werden, wie in den Fig. 1A, 1B und 4A.

Die durch die in Fig. 4B schematisch gezeigte Vorrichtung erzfeite Blasenabscherung ist nur wenig wirkungsvoller als die Blasenabscherung, die mit der in Fig. 4A gezeigten Vorrichtung erzielt wird. Bei der in Fig. 4B gezeigten Vorrichtung werden nur einige, aber nicht alle der in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94 von den Kapillaröffnungen 65 in der Gasdiffusionsfläche 68 durch die kombinierte Wirkung der Flüssigkeit abgeschert, die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht 54 bewegt und der Flüssigkeit, die sich in der freien Strömung 56 bewegt. Die übrigen in der Entstehung befindlichen Blasen 94 werden von den Kapillaröffnungen 65 nur durch die Wirkung der sich in der laminaren Grenzschicht 54 bewegenden Flüssigkeit abgeschert.

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Da die laminare Grenzschicht 54 sehr dünn ist, werden mit der in Fig. 4C schematisch gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ebenfalls sehr gute Ergebnisse erzielt, wenngleich ihre Verwendung etwas weniger vorteilhaft ist, als die Verwendung der in den Fig. 4A und 4B gezeigten Ausführungsformen. Bei der Vorrichtung gemäss Fig .4C werden alle in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94 von den Kapillaröffnungen 65 lediglich durch die Wirkung der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht 54 bewegenden Flüssigkeit abgeschert.

Die Fig. 4D und 4E veranschaulichen schematisch Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei denen sowohl eine teilweise entwickelte als auch eine vollständig entwickelte Laminarströmung in dem Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit auftritt. Die gleichen Bezugszahlen werden verwendet, um gleiche Einzelteile in diesen Figuren zu bezeichnen, wie in den Fig. 1A, 1B und 4A bis 4C.

Fig. 4D zeigt die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 54, die an dem Punkt 62 in eine obere laminare Grenzschicht 60 in einer Zone übergeht, die zwischen den Kapillaröffnungen 65 und dem Auslassende 48 des Schlitzes 40 liegt. Bei dieser Ausführungsform ist die Fläche der Wand 42, die unter der vollständig entwickelten laminaren Strömung rechts von dem Punkt 62 in Fig. 4C liegt, frei von jeglichen Kapillaröffnungen. Fig. 4E zeigt eine ähnliche Ausführungsform mit der Abweichung, dass zusätzliche Kapillaröffnungen unter der vollständig entwickelten Laminarströmung rechts von dem Punkt 62 vorhanden sind, an dem die beiden teilweise entwickelten Laminargrenzschichten 54 und 60

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ineinander übergehen.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die schematisch in Fig. 4F gezeigt ist, zeigt einige Turbulenz innerhalb des Durchlaßschlitzes für die Abscherflüssigkeit, aber der grundlegende Vorteil, die Kapillaröffnungen sehr nahe an der Vorderkante der Gasdiffusionsfläche anzuordnen, um sie unter eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht zu bringen, ergibt noch sehr brauchbare Ergebnisse. Bei dieser Ausführungsform, bei der entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, wie sie in den vorangehenden Figuren verwendet wurden, liegt die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 54 unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche 68, und die freie Strömung 56 verläuft darüber. Die Grenzschicht 54 endet in dem turbulenten Bereich 98 in Nähe des Auslassendes 48 des Schlitzes 40 innerhalb des Schlitzes. Die Fläche der Wand 42 unter dem turbulenten Strömungsbereich 98 ist jedoch frei von allen Kapillaröffnungen. Derselbe Zustand herrscht in dem oberen Teil des Schlitzes 40, wo die teilweise entwickelte laminare Grenzschicht 60 in einem turbulenten Strömungsbereich 100 kurz vor dem Auslassende 48 des Schlitzes 40 endet. Die schädliche Wirkung der turbulenten Strömungsbereiche 98, 100, durch die eine Kollision der feinen Gasblasen und ihr Zusammenwachsen zu grösseren Blasen bewirkt werden könnte, wird dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, dass die freie Strömung 56 bis zu dem Ende des Schlitzes verläuft, wie es in Fig. 4F gezeigt ist.

Bei den Vorrichtungen gemäss Fig. 4D und 4F werden die in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94 alle von den KapiUaröffnungen 65 in der Gasdiffusionsfläche 68 ausschliesslich durch die Wirkung

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der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht 54 bewegenden Flüssigkeit abgeschert. Bei der in Fig. 4E gezeigten Ausführungsform werdeh einige der in der Entstehung begriffenen Gasblasen 94 von den Kapillaröffnungen 65 ausschliesslich durch die Wirkung der Flüssigkeit abgeschert, die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht 54 bewegt, während einige andere ausschliesslich durch die Wirkung der Flüssigkeit abgeschert werden, die sich in der vollständig entwickelten laminaren Strömung nach rechts von dem Punkt 62 in Nähe des Auslassendes 48 des Schlitzes 40 bewegt.

Vorrichtung, die durch das Produkt des maximalen Abstandes von der Vorderkante zu den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen und der durchschnittlichen Schlitzbreite definiert ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch durch eine "mathematische Sollgrösse" definiert werden, die das Produkt des (a) Abstandes, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes von den sehr kleinen Kapillaröffnungen trennt, die am weitesten in Stromabrichtung auf der Gasdiffusionsfläche liegen, über die die Abscherflüssigkeit strömt und (b) der durchschnittlichen Breite dieses Schlitzes über die gesamte angegebene Strecke ist.

Wie bereits oben erwähnt, können zufriedenstellende Ergebnisse bei einigen Anwendungsfällen erhalten werden, wenn diese Grosse nicht mehr als etwa 0,1 square inches (64,516 mm/ ) beträgt. Einige verbesserte Ergebnisse werden im allgemeinen dann erhalten, wenn diese Grosse nicht mehr als etwa 0,075 square inches

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(48,387 mm ) beträgt, und eine weitere Verbesserung wird dann erzielt, wenn das Produkt nicht mehr als 0,05 square inches

2
(32,258 mm ) beträgt. Sehr gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn das Produkt nicht grosser ist als etwa 0,025 square inches

2 (16,129 mm ), und ausgezeichnete Ergebnisse, wenn es nur

2
0,01 square inches (6,452 mm ) beträgt. Für einige Anwendungsfälle beträgt das bevorzugte Produkt der angegebenen Breite und Strecke nicht mehr al;
noch weniger beträgt.

2 Strecke nicht mehr als etwa 0,005 square inches (3,226 mm ) oder

Die Anmelderin hat entdeckt, wie es bereits erläutert worden ist, dass im Gegensatz zu den Lehren gemäss dem Stand der Technik die beste Ausbildung feiner Blasen dann erzielt wird, wenn im wesentlichen keine Turbulenz über irgendwelchen Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche vorhanden ist, über die die Flüssigkeit strömt, die die Blasen erzeugt. Diese Entwicklung macht es möglich, die oben definierte mathematische Sollgrösse zu formulieren.

Die kritische Reynolds-Zahl für die Stromabstrecke von der Vorderkante einer flachen Platte, an der der Übergang zu Turbulenz in einer Flüssigkeit stattfindet, die mit einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit über die Platte strömt, beträgt etwa 350 000. Diese Zahl trifft auch für die Strömung durch einen Schlitz mit parallelen flachen Wänden zu, solange die Schlitzbreite mindestens so gross ist, wie die aus einer zweiten kritischen Reynolds-Zahl, d.h. der kritischen Reynolds-Zahl für die Schlitzbreite, errechnete Grosse. Die folgenden zwei Gleichungen, die die beiden erwähnten kritischen Reynolds-Zahl en enthalten, setzen die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung zu der Viskosität der Flüssigkeit und

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zwei wesentlichen Abmessungen des Schlitzes in Beziehung:

(1) ~ 350 000 und U . w ^ . 2 000

CS.) y

wobei U = die freie Strömungsgeschwindigkeit der freien Strömung der Abscherflüssigkeit, χ der Abstand von dem Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes zu den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen ist, über denen keine Turbulenz stattfindet, w die kritische Schlitzbreite für turbulente Strömung ist und Y die kinematische Viskosität der Abscherflüssigkeit ist.

(Die erste oben erwähnte kritische Reynolds-Zahl von 350 000 ist von Schlichting, Boundary-Layer Theory, 6. Auflage (McGraw-Hill, 1968) auf Seite 435 als geeignet für Vorrichtungen angegeben, bei denen nur herkömmliche Vorkehrungen getroffen sind, wie es für gewöhnlich bei tatsächlichen Blasenabschervorrichtungen der Fall wäre - um im wesentlichen parallele laminare Strömung zu erzielen. Die zweite oben erwähnte kritische Reynolds-Zahl von 2 000 beruht auf einer experimentellen Arbeit, über die in der "Zeitschrift für Physik, Band 178, Seiten 159-172 (1964) in einem Artikel von D. Meksyn "The Stability of Laminar Flow Between Parallel Planes for Two- and Three Dimensional Finite Disturbances" berichtet wird.

Diese beiden Gleichungen wurden zusammen mit einer dritten Gleichung, die weiter unten dargelegt wird, dazu verwendet, um den kritischen Abstand von der Vorderkante der Gasdiffusipnsfläche der erfindungsgemässen Vorrichtung zu der am weitesten

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entfernten Kapillaröffnung zu bestimmen, über der keine Turbulenz stattfindet, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit verwendet wird und der die Abscherflüssigkeit durchlassende Schlitz durch parallele ebene Wände umgrenzt wird. Bei diesen Bestimmungen wurden Kapillaröffnungen mit Durchmessern von 20, 30 und 40 u geprüft, da es ja das Ziel des Blasenabscherens ist, Gasblasen von sehr kleinen Durchmessern zu erzeugen. Es wurde angenommen, dass die Gasblasen aus diesen Kapillaröffnungen einen Durchmesser von 50.U hatten. Drei typische Breiten für den die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitz wurden verwendet, nämlich 12,7 mm, 2,54 mm und 1,016 mm.

Das die Kapillaröffnungen bildende Material ist ebenfalls von Bedeutung. Das Blasenabscheren, das durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzielt wird, ist am wirkungsvollsten, wenn das die Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche umgebende Material eine geringe Benetzbarkeit, oder mit anderen Worten, einen grossen Berührungswinkel mit der Abscherflüssigkeit aufweist. Da der Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung bei der Erzielung sehr kleiner Gasblasen erheblich von diesem Faktor abhängt, wurden Bestimmungen für Vorrichtungen vorgenommen, bei denen das die Kapillaröffnungen umschliessende Material einen Berührungswinkel mit der Abscherflüssigkeit von 20 bzw. 45 aufweist. Unter normalen Betriebsbedingungen bilden Verunreinigungen, die in Leitungswasser enthalten sind, eine Beschichtung auf Stoffen, wie zum Beispiel verschiedenen Metallen und Glas, und infolgedessen haben solche Stoffe einen Berührungswinkel von etwa 20 mit dem Leitungswasser. Berührungswinkel von 90 bringen bei der vorliegenden

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Erfindung die besten Ergebnisse, aber für diesen Wert wurden keine Bestimmungen vorgenommen. Stoffe-mit einem Berührungswinkel mit Leitungswasser von etwa 45 umfassen beispielsweise Polyvinylchlorid und Polymethylmethacrylat. Stoffe mit einem Berührungswinkel mit Leitungswasser von etwa 90 umfassen beispielsweise Fluorsilicone und Fluorkohlenstoff-Kunststoffe, wie zum Beispiel das unter der Handelsbezeichnung "Teflon" vertriebene Material.

Mit den angegebenen Annahmen wurden die Strömungsgeschwindigkeiten der Abscherflüssigkeit, die erforderlich sind, um Blasen von bestimmten Grossen aus Kapillaröffnungen mit gegebenen Abmessungen zu erzeugen, durch die nachfolgende Gleichung bestimmt:

= w²g-dcos²e

727ΓΛ4 r* (3/4 w - r) '.

in der U die Strömungsgeschwindigkeit des freien Stroms der Abscherflüssigkeit, w die Schlitzbreite, (T die Oberflächenspannung der Abscherflüssigkeit, d der Durchmesser der Kapillaröffnung, θ der Berührungswinkel zwischen der Abscherflüssigkeit und dem die Kapillaröffnungen umgebenden Stoff, .u die dynamische Viskosität der Abscherflüssigkeit und r der Radius der Blasen sind, die durch die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung gebildet werden. ■

Mit den erhaltenen Werten aus der Gleichung (3) für die Strömungsgeschwindigkeit der Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen wurde die weiter oben angegebene Gleichung (1) verwen-

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det, um für jede Situation den kritischen maximalen Abstand von dem vorderen Rand der Gasdiffusionsfläche zu den am entferntesten liegenden Kapillaröffnungen zu bestimmen, über denen keine Turbulenz stattfindet. Die weiter oben angegebene Gleichung (2) wurde dann verwendet, um für jede Situation zu bestätigen, dass die Schlitzbreite unter allen in Frage kommenden Bedingungen gross genug war, um das Auftreten von Turbulenz unmittelbar hinter den errechneten kritischen Abständen zu gestatten.

Die nachstehende Tabelle I zeigt den maximalen Abstand in Millimetern von der Vorderkante der Gasdiffusionsfläche zu den am weitesten in Stromabrichtung gelegenen Kapillaröffnungen, über denen keine Turbulenz erzeugt wird, für die angegebenen Betriebsparameter und Wasser als Abscherflüssigkeit:

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TABELLE I

Berührungswinkel Kapillargrösse in u Schlitzbreite in mm (w)

Abstand von der Vorderkante zu den am weitesten entfernten Kapillaröffnungen in mm (x)

2 Produkt (wx) in mm

Berührungswinkel Kapillargrösse inu Schlitzbreite in mm (w)

2 Profukt (wx) in mm

Blasengrösse - 5Ou 20°

	,016	20	54	12,	7	1,	016	30	,54	12,	7	1,	40	2,	54	12,	7
1	,878	2,	256	3,	,302	26,	67	2.	,922	2,	286	20,	016	8,	128	1,	524
39	,645	16,	290	41	,935	27,	096	10,	,741	29	,032	20,	066 ·	20	,645	19	,355
40		41,						27	45°				645

	016	20	,54	12,	7	1,	016	30	54	12,	7	1	,016	40	54	12,	7
1,	898	2	,956	5,	842		99	2,	304	3,	81	35	,306	2,	478	2,	794
72,	193	28	548	74,	193	47	,742	19,	032	48	,387	36	,129	14,	774	35,	484
⁷⁴>	73,					49,					36,

Die in dieser Tabelle enthaltenen Angaben bestätigen, dass der maximale Abstand von dem Einlassende des Durchlaßschlitzes für die Abscherflüssigkeit zu den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen, der ohne die Erzeugung von Turbulenz über irgendwelchen Kapillaröffnungen verwendet werden kann (in der Tabelle als Abstand "x" bezeichnet) abhängig ist von einer Vielzahl von Faktoren einschliesslich der Schlitzbreite. Die Tabelle gibt an, dass zufriedenstellende Erzeugung von feinen Gasblasen im allgemeinen dann erzielt werden kann, wenn der Abstand "x" im wesentlichen mehr als 25,4 mm beträgt, falls das Produkt des Abstandes "x" und der durchschnittlichen Breite "w" des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes über diesen gesamten Abstand - also die "mathematische Sollgrösse" wx - nicht grosser als etwa 64 Quadratmillimeter beträgt. (Für die Breite w und den Abstand χ siehe Fig. 12). Wenn also die Schlitzbreite klein genug ist, können kleine Blasen mit einem Durchmesser von 50 u mit einer Vorrichtung erzeugt werden, bei der der Abstand χ grosser als 25,4 oder sogar 50,8 mm ist,

2 falls das Produkt wx nur geringfügig über 64 mm bei 73,5 oder

74,2 mm liegt, der Berührungswinkel zwischen dem die Kapillaröffnungen umgebenden Material und Wasser 45 beträgt und der Durchmesser der Kapillaröffnungen 2.0 η beträgt.

Verbesserte Abscherergebnisse werden dann erzielt, wenn das

2
Produkt wx auf etwa 48,387 mm herabgesetzt wird. Die Erzeugung der gleichen Gasblasen mit einem Durchmesser von 5Ou ist also

2 mit einem Produkt wx von 47,74 bis 49,03 mm möglich, selbst wenn der Kapillardurchmesser auf 30 ju erhöht wird. Entsprechend ist es möglich, Gasblasen mit einem Durchmesser von 5Ou mit einem Produkt wx von 40,65 bis 41,94 zu erzeugen, wenn der Be-

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rührungswinkel auf den weniger wirkungsvollen Wert von 20 herabgesetzt wird.

Eine weitere Verbesserung bei dem Abscheren von Blasen wird dann erzielt, wenn das Produkt wx der verwendeten Vorrichtung wesent—

2 ■ Hch geringer ist, zum Beispiel nicht mehr als etwa 32,26 mm .

Wie die Tabelle zeigt, können Gasblasen mit einem Durchmesser von 50 u noch immer dann erzeugt werden, wenn das Produkt wx zwischen 35,48 und 36,77 beträgt, selbst wenn die Kapillargrösse auf 40 u erhöht wird. Und in entsprechender Weise kann die Blasen-

' 2

grösse auf 5Ou mit einem Produkt wx von 27,1 bis 29,0 mm gehalten werden, selbst wenn der Berührungswinkel auf den weniger

ο wirkungsvollen Wert von 20 verringert wird.

Sehr gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn das Produkt wx

2
etwa 16,129 mm beträgt. Wenn dieses Produkt etwas über dieser

2 Zahl liegt, und zwar zwischen 19,35 und 20,65 mm , können noch immer Gasblasen mit einem Durchmesser von 5Ou erzeugt werden, ohne einenStoff zur Bildung der Kapillaröffnungen verwenden zu müssen, der einen Berührungswinkel mit Wasser hat, der besser

als 20 ist, selbst wenn die Kapillaröffnungen einen Durchmesser

von 40 ju haben.

Die Tendenz der in der Tabelle angegebenen Daten zeigt, dass die beschriebenen Blasenabscherergebnisse verbessert werden, wenn die mathematische Sollgrösse, also das Produkt wx, noch weiter

auf 6,45 mm oder weniger herabgesetzt wird. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, die ausgezeich nete Blasenbildung bei Schmutzwasser mit 6 % Feststoffen als Ab-

-.50 -

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scherflüssigkeit bewirkt, beträgt die Schlitzbreite des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes an seinem Eintrittsende und über seine gesamte Länge etwa 3,175 mm, und der Abstand von dem Einlassende zu der

am weitesten entfernt gelegenen Kapülaröffnung beträgt etwa

2 1,143 mm, was ein Produkt wx von etwa 3,613 mm ergibt. Bei

einer anderen Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, die eine ebenfalls beeindruckende Blasenabscherung mit Wasser als Abscherflüssigkeit erzielt, beträgt die Schlitzbreite etwa 1,016 mm und der Abstand χ beträgt etwa 1,143 mm, was ein noch kleineres

2
Produkt wx von etwa 1,163 mm ergibt.

Wenn eine erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung eine mathe-

2 matische Sollgrösse (Produkt wx) von 64,516 mm hat und das

Einlassende des Durchlaßschlitzes für die Abscherflüssigkeit eine Breite von 2,54 mm hat, beträgt der Abstand von dem Einlassende zu den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen auf der

Gasdiffusionsfläche des Gasdurchlasskanals 25,4 mm. Bei einer

2
Sollgrösse (wx) von 32,258 mm und der gleichen Schlitzbreite von

2,54 mm beträgt der Abstand χ 12,7 mm. Ein Produkt wx von

6,45 mm und einer Schlitzbreite von 2,54 mm ergibt einen Abstand "x" von 2,54 mm. Bei derselben Schlitzbreite ergibt ein

2
Produkt wx von 3,226 mm einen Abstand "x" von 1,27 mm.

Die Berechnungen, auf denen die Tabelle I beruht, wurden für einen Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit gemacht, der von parallelen ebenen Wänden umschlossen wird, aber die Werte für die entsprechende mathematische Sollgrösse (wx) für einen ringförmigen Schlitz sind von vergleichbarer Grosse. Die Gleichungen (1), (2) und (3) können auch für einen ringförmigen Schlitz angewendet wer-

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den, wenn der mittlere Durchmesser des Schlitzes erheblich grosser ist, als die Schlitzbreite, was bei Blasenabschervorrichtungen für gewöhnlich der Fall sein wird, da ein derartiger Schlitz einem Schlitz gleichwertig ist, der zunächst durch parallele, ebene Wände umschlossen wird und dann über sich selbst herumgekrümmt verläuft.

Wenn der Querschnitt durch den Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit kreisförmig ist, wie es beispielsweise bei einem Schlitz der Fall ist, der die Form eines runden Zylinders hat, kann die "durchschnittliche Breite" des Schlitzes als gleich dem durchschnittlichen Radius des Schlitzes in dem Bereich der Kapillar öffnung en der Gasdiffusionsfläche angesehen werden. (Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass der senkrechte Abstand zwischen den Wänden eines Schlitzes mit parallelen ebenen Wänden hydraulisch gleichwertig dem Radius eines Schlitzes mit kreisförmigem Querschnitt ist). Der Ausdruck "durchschnittliche Breite" des Durchlaßschlitzes für die Flüssigkeit wird also in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen mit dieser Bedeutung für jeden Schlitz mit kreisförmigem Querschnitt verwendet, d.h., er betrifft den durchschnittlichen Radius des Schlitzes in dem angegebenen Bereich.

Wie bereits oben ausführlich bei der Erörterung der mathematischen Bestimmung oder Definition der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines spezifizierten hydrodynamischen Versuchs erwähnt, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die angegebene mathematische Sollgrosse (Produkt wx) definiert oder bestimmt ist, nicht nur diese mathematische Söllgrösse

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angewendet werden sollte, sondern dass auch vernünftige Vorkehrungen getroffen werden sollten, um zu vermeiden, dass irgendwelche baulichen Merkmale in der Blasenabschervorrichtung enthalten sind (wie zum Beispiel rauhe Schlitzwände), die die Neigung haben könnten, Turbulenzen in der Flüssigkeit hervorzurufen - oder irgendwelche sonstigen baulichen Merkmale, wie zum Beispiel ein zu geringes Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des Schlitzes, die die Neigung hätten, Vena Contraeta zu erzeugen - , all dies jeweils im Hinblick auf die besondere Abscherflüssigkeit und die besondere StrÖmu ngsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, für die die Vorrichtung konstruiert wird. Ferner muss der Fachmann sich immer vor Augen halten, dass der Wirkungsgrad einer besonderen Sollgrosse bei der Erzeugung einer guten Blasenbildung immer zu einem gewissen Grad von der Art der in der Vorrichtung zu verwendenden Abscherflüssigkeit abhängt.

Wie bereits oben erwähnt, wurden vor der vorliegenden Erfindung die grossen Vorteile der Verwendung der ausserordentlich wirkungsvollen viskosen Scherkräfte, die in den oberen Teilen einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht in der Abscherflüssigkeit, die über eine Gasdiffusionsfläche strömt, und direkt darüber vorhanden sind, von den Fachleuten nicht erkannt. Aufgrund dessen wurde die Wichtigkeit der Verwendung eines engen Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes (geringer Wert für "w") zur Erzeugung einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht über einen erheblichen Teil der Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche nicht erkannt, noch die Bedeutung oder sogar die Möglichkeit, sehr kleine Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche sehr nahe an der Vorderkante oder dem Einlassende des Schlitzes anzuordnen (geringer Wert für

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"χ")j um den dünnsten Teil dieser teilweise entwickelten Grenzschicht auszunutzen.

Infolgedessen kannte niemand die Bedeutung des geringen Wertes der "mathematischen Sollgrösse" (Produkt wx) bei sehr kleinen Kapillaröffnungen, durch den die erfindungsgemässe Vorrichtung einerseits definiert werden kann. Der Anmelderin ist keine Vorveröffentlichung bekannt, in der - vielleicht nur zufällig - irgendein Hinweis auf dieses Prinzip gegeben worden wäre.

Maximaler Abstand von der Vorderkante zu den am weitest entfernt liegenden Kapillaröffnungen.

Die in der Tabelle I enthaltenen Angaben zeigen auch, dass die vorliegende Erfindung andererseits ausschliesslich durch den maximalen Abstand von der Vorderkante der Gasdiffusionsfläche zu den am weitest entfernt liegenden Kapillaröffnungen in dieser Fläche (Abstand x) definiert werden kann. Dieses Merkmal ist für sich ein wesentlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.

ο Die beispielsweise einen Berührungswinkel von 20 betreffenden Angaben in der oberen Hälfte der Tabelle I zeigen, dass ein gutes Abscheren von Blasen erzielt werden kann, wenn der genannte Abstand nicht mehr als 25,4 mm beträgt. Verbesserte Abscherergebnisse sind erzielbar, wenn der Abstand nicht mehr als etwa. 1.2,7 mm beträgt und noch bessere Ergebnisse, wenn der Abstand njLpht mehr als etwa 2,54 mm, 1,27 mm oder sogar noch weniger beträgt.

- 54 -

60 9 83 37-1013

Verschiedene Faktoren, die die Blasengrösse
beeinflussen.

Eine Anzahl von Faktoren sind erörtert worden, die die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzielten Ergebnisse beeinflussen. Einige annähernde Daten bezüglich der verschiedenen Faktoren, die die Grosse der bei dem Abscheren von Blasen erzeugten Gasblasen beeinflussen, sind in Form von Diagrammen in den Fig. 5 bis 10 gezeigt. In diesen Diagrammen ist der Blasendurchmesser in funktioneller Abhängigkeit von den folgenden Parametern dargestellt:

TABELLE II
Figur Unabhängige Veränderliche

5 Abstand von der Vorderkante der

Gasdiffusionsfläche zu den entferntesten Kapillaröffnungen

6 Durchmesser der Kapillaröffnungen

7 Berührungswinkel zwischen Wasser

und dem Stoff, aus dem die Gasdiffusionsfläche gebildet ist

8 Wasserströmungsgeschwindigkeit

durch'den Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit

9 Oberflächenspannung zwischen den

Gasblasen und verschiedenen Abscherflüssigkeiten

— 55 —

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10

Viskosität der Abscherflüssigkeit

Die Bedingungen für die einzelnen Bestimmungen, auf denen die betreffenden Diagramme beruhen, sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt:

TABELLE III Figur 5

Wasserströmungsgesehwindigkeit Kapillargrösse (mittlerer Innendurchmesser)

Oberflächenspannung

Berührungswinkel

Viskosität

6 m/sec.

50 - 60 Dyn/cm. 20° (annähernd) 0,01 ep.

Figur 6

Wasserströmungsgeschwindigkeit Oberflächenspannung

Berührungswinkel

Viskosität

Abstand Vorderkante zu entferntesten Kapillaröffnungen 6 m/sec. 50 - 60 Dyn/cm. 20° (annähernd) 0,01 cp-.

mm

Figur 7

Wasserströmungsgeschwindigkeit Kapillargrösse (mittlerer Innendurchmesser)

Oberflächenspannung
Viskosität

Abstand Vorderkante zu entferntesten Kapillaröffnungen 6 m/sec.

8 AX

50-60 Dyn/cm. 0,01 cp.

mm

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Figur

Kapillargrösse (mittlerer Innendurchmesser)

Oberflächenspannung

Berührungswinkel

Viskosität

Abstand Vorderkante zu entferntesten Kapillaröffnungen 50 - 6o Dyn/cm. 20° (annähernd) 0,01 cp.

1,143 mm

Figur

WasserStrömungsgeschwindigkeit Kapillargrösse (mittlerer Innendurchmesser)

B e ruh rung s wi nke1
Viskosität

Abstand Vorderkante zu entferntesten Kapillaröffnungen 6 m/sec.

20° (annähernd) 0,01 cp.

1,143 mm

Figur

Wasserströmungsgeschwxndigkeit Kapillargrösse (mittlerer Innendurchmesser)

Oberflächenspannung
Berührungswinkel

Abstand Vorderkante zu entferntesten Kapillaröffnungen 6 m/sec.

50 - 60 Dyn/cm. 20° (annähernd)

1,143 mm

Besondere Ausführungsformen der Blasenabschervorrichtung.

Fig. 11 bis 14 veranschaulichen besondere Ausführungsformen der Blasenabschervorrichtung bzw. der Gasdiffusionsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung.

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509833/101

Diffusionsanordnung

Obwohl eine Diffusionsanordnung ilO gemäss der vorliegenden Erfindung in vielen verschiedenen Umgebungen verwendet werden kann, ist die in Fig. 11 gezeigte Diffusionsanordnung auf dem Boden 112 eines Sees oder einer grossen Menge von verschmutztem Wasser 114 gezeigt. Das verschmutzte Wasser steht unter Sauerstoffmangel und dadurch werden normale Lebensprozesse beeinträchtigt, die erforderlich sind, um den Fischbestand zu erhalten und die guten sanitären Bedingungen in dem See 114 aufrechtzuerhalten. Durch Lösung von Sauerstoff in dem Wasser werden die natürlichen Vorgänge der Wasserreinigung beschleunigt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Unterstützung der natürlichen Vorgänge der Wasserreinigung durch die Zufuhr von Sauerstoff in das Wasser ist in der USA-Patentschrift 3 505 213 beschrieben. Wenngleich die Diffusionsanordnung 110 in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden kann, die Absorption von Sauerstoff durch Wassermengen zu fördern, ist darauf hinzuweisen, dass die Diffusionsanordnung 110 auch zur Förderung der Absorption andrer Gase durch andere Flüssigkeitsmengen verwendet werden kann.

Die Diffusionsanordnung 110 umfasst mehrere Aggregate oder Module 118, die im wesentlichen senkrechte und parallele Auslassöffnungen oder Schlitze 120 aufweisen, aus denen eine Mischung von Wasser und kleinen Sauerstoffbläschen 122 (Fig. 12) in den See 114 strömt, um das Wasser des Sees mit Sauerstoff anzureichern. Die Schlitze J20 können erforderlichenfalls auch in anderen Winkeln zu dem Grund des Sees angeordnet sein, aber die senkrechte Ausrichtung wird bevorzugt, um zu gestatten,, dass das neue, mit Sauerstoff anzureichernde Wasser zwischen den Schlitzen aus den unteren Bereichen der Flüssigkeitsmenge

- 58 - ■ 509833/1013

emporsteigt.

Kleine Sauerstoffblasen 122 werden in einen verhältnismässig grossen Bereich des Sees dispergiert und steigen langsam in Richtung auf die Oberfläche des Sees empor. Beim Anstieg der Blasen 122 wird der Sauerstoff in den Bläschen durch das sauerstoffarme Wasser des Sees absorbiert. Da die Sauerstoffblasen 122 nur langsam ansteigen und sehr klein sind, mit einer verhältnismässig grossen Oberfläche pro Volumeneinheit des in den Blasen enthaltenen Sauerstoffes, wird im wesentlichen der gesamte Sauerstoff absorbiert, wenn die Blasen in Richtung auf die Oberfläche des_ Sees 114 emporsteigen. Wenn die Blasen verhältnismässig gross wären, würden sie schneller in Richtung auf die Oberfläche des Sees emporsteigen, so dass nicht genügend Zeit für die Absorption des Sauerstoffs vorhanden wäre. Dies könnte dazu führen, dass der Sauerstoff in Blasen durch die Wasseroberfläche hindurchbricht und an die Atmosphäre gelangt. Natürlich erhöht der Austritt von Sauerstoff in die Atmosphäre die Kosten der Erzeugung des gewünschten Sauerstoffgehaltes in dem Wasser des Sees 114.

Die Aggregate oder Module 118 sind mit einer gemeinsamen Sauerstoffquelle unter Druck durch eine Gasleitung 124 (Fig. 11) verbunden. Die Gasleitung 124 ist mit Gasdispersionsanordnungen oder -"stäben" 128 in jedem Aggregat 118 durch Zufuhrleitungen 130 verbunden. Ferner wird jedes Aggregat 118 mit Wasser unter Druck durch eine gemeinsame Rohrleitung 132 versorgt, mit der die Diffusionsaggregate 118 durch eine Grundplatte 134 verbunden sind. Eine geeignete Pumpe mit verstellbarer Aus-

- 59 509833/1013

laßströmungsgeschwindigkeit, die schematisch bei 133 gezeigt ist, kann der Wasserleitung 132 zugeordnet sein
und saugt Wasser aus dem See 114 an und schickt es mit
verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten je.nach Bedarf durch die Leitung 132. Ein geeigneter Filter kann dazu
verwendet werden, Peststoffe von der Pumpe oder den Dispersionsanordnungen 128 fernzuhalten. Wenn die Diffusionsanordnungen 118 also dazu verwendet werden, den See 114 mit Sauerstoff anzureichern, werden die Diffusionsanordnungen ständig mit gasförmigem Sauerstoff durch die Gasleitung 124 und ständig mit Wasser durch die Wasserleitung 132 versorgt. Obwohl die Gasleitung 124 und die Wasserleitung 132 in Fig. 11 so gezeigt sind, als lägen sie auf dem Grund 112 des Sees, ist darauf hinzuweisen, dass sie auch über dem Grund des Sees aufgehängt oder in sonstiger Weise gehaltert sein könnten.

Ausserordentlich feine Bläschen 122 werden an jeder Seite der Schlitze 120 gebildet, die durch die Gasdispersionsanordnungen oder -stäbe 128 gebildet werden (siehe Fig. 12). Kleine Bläschen 122 werden also in Gruppen von Blasen und 144 gebildet, die über die gesamte Länge der einander gegenüberliegenden₉ in Längsrichtung verlaufenden Seitenwände 146 und 148 der Schlitze verlaufen, wobei in einer Ausführungsform dieser Vorrichtung jeder Schlitz eine
senkrechte Länge von etwa 304,8 mm hat. Die Blasen werden durch das Wasser hinweggespült, das in einem ständigen
Strom aus einer Kammer 149 durch die Schlitze 120 in den See strömt. Die Wasserkammer 149 steht in Strömungsverbindung mit der Wasserleitung 132 durch (nicht gezeigte) Durchgänge, die durch die Halterungsplatte 134 verlaufen (Fig. 1).

- 60 -■

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- 6ο -

Da im wesentlichen die einzige wirksame Blasenbildungskraft bei dieser Vorrichtung die viskose Scherkraft der Flüssigkeitsströmung ist und die Auftriebskraft im wesentlichen keine Rolle spielt, werden die Blasen hinweggeschwemmt, bevor sie zu gross werden. Die erzeugten Blasen sind so klein, dass es schwer oder unmöglich für den Betrachter ist, mit unbewaffnetem Auge einzelne Blasen zu unterscheiden, und die Blasen haben dabei den Anschein eines "Gasnebels" oder einer milchigen ¥olke von Blasen, die über eine erhebliche Strecke von der Diffusionsanordnung ilO nach aussen verlaufen. Da die langsam ansteigenden Blasen 122 über einen verhältnismässig grossen Bereich des Sees 114 verteilt werden, kann das Gas in den Blasen durch das Wasser des Sees absorbiert werden, bevor die Blasen die Oberfläche des Sees erreichen.

Blasen 122 werden an offenen Enden 154 von Kapillardurchgängen 158 gebildet, die von einer Gaskammer l6o durch die Seitenwände 146 und 148 der Schlitze 120 verlaufen (Fig. 12). Jede der aufrechtstehenden Gaskammern l6o steht in Strömungsverbindung mit der Gasleitung 124, so dass ein ständiger Strom von Gas unter Druck aus der Leitung 124 durch Zufuhrrohre 130 (Fig. l) in die Gaskammern l60 und von dort zu den offenen Enden_154 der Kapillardurchgänge 158 strömt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung bei Verwendungen, wie zum Beispiel einigen industriellen Anwendungen von nützlicher Bedeutung ist, bei denen eine gesamte Flüssigkeitsmenge, in die Gasblasen diffundiert werden sollen, durch die Pumpe 133, die Hauptflüssigkeitsleitung 132, die Flüssigkeitskammer 149 und die Schlitze

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120 geschickt wird. In einem derartigen Fall bezieht sich der Ausdruck "Flüssigkeitskörper, in den feine Bläschen diffundiert werden sollen" auf eine gesamte Flüssigkeit, die bereits durch die Schlitze 120 des Gasdiffusionsgerätes geströmt ist und in anschliessenden Rahren, Kanälen oder sonstigen Gefässen zur weiteren Verwendung gesammelt worden ist.

Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit

Wenn das Wasser die Kammer 149 verlässt, um in einen gegebenen Schlitz 120 einzudringen, strömt es an abgerundeten Vorderkanten 150 an den Wänden 146 und 148 vorbei. Wenn die Abscherflüssigkeit Wasser ist (wie in Fig. 12), sollte die Strömungslänge durch den Schlitz 120 vorzugsweise das Doppelte der Schlitzbreite betragen, wenngleich sie bei zähflüssigeren Flüssigkeiten auch geringer sein kann. Diese Merkmale, insbesondere die abgerundeten Vorderkanten unterstützen die Erzeugung der im wesentlichen parallen Laminarströmung in dem Schlitz 120, einschliesslich einer teilweise entwickelten Laminargrenzschicht, die für die vorliegende Erfindung kennzeichnend ist. Das Verhältnis der Länge des Schlitzes zu seinem Durchmesser sollte jedoch nicht zu gross gewählt werden, sonst findet ein zu hoher Druckabfall statt, der von entsprechenden Energieerfordernissen für die Vorrichtung begleitet wird, und es entsteht darüber hinaus bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel der Schmutzwasserbehandlung, ein Problem hinsichtlich der Verstopfung der Schlitze.

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Wie es in Fig. 12 veranschaulicht ist, sollte jeder Schlitz 120 über seine gesamte Länge vorzugsweise eine im wesentlichen einheitliche Breite, gemessen in senkrechter Eiehtung zu der Strömungsrichtung, haben. Bei der gezeigten Ausführungsform hat der Schlitz 120 von seinem Einlassende zu seinem Auslassende rechteckige Querschnittsform. Wie es ersichtlich ist, wird dadurch eine im wesentlichen geradlinige, unbehinderte Strömungsstrecke für die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz gebildet, indem Seitenwände 146 und 148 verwendet werden, die im wesentlichen eben und zueinander parallel verlaufen. Diese Merkmale unterstützen die Erzeugung einer gleichmässigen und stabilen Strömung der Abscherflüssigkeit durch den Durchlaßschlitz, was die Herstellung des beschriebenen laminaren Strömungsbildes unterstützt.

Wie bereits oben angedeutet, kann die Breite des Schlitzes 120 in Abhängigkeit von einer ganzen Reihe von Faktoren verändert werden, die unter anderem die Art der Abscherflüssigkeit umfassen. Eine Schlitzbreite von 12,7 mm oder sogar mehr kann mit Abscherflüssigkeiten von hoher Viskosität verwendet werden, obwohl bei breiteren Schlitzen mehr Vorkehrungen erforderlich sein können, um eine im wesentlichen parallele laminare Strömung durch den Schlitz zu erzielen. Eine Schlitzbreite von 3,175 mm ist mit Schmutzwasser mit einem Feststoffgehalt von 6 % verwendet worden. Eine Schlitzbreite von 1,016 mm ist mit Schmutzwasser mit einem Feststoffgehalt von 1 % verwendet worden, und eine Schlitzbreite von 0,762 mm oder sogar nur 0,508 mm ist mit Wasser als Abscherflüssigkeit verwendet worden.

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Bei Gleichheit der sonstigen Faktoren sollte die Schlitzhreite "w" (Fig. 12) bei grösseren Kapillaröffnungen grosser sein, so dass eine Kollision und Zusammenballung feiner Blasen zur Bildung grösserer Blasen so gering wie möglich gehalten wird. Die Schlitzbreite kann grosser gemacht werden, als es sonst möglich wäre, wenn die verwendete Abscherflüssigkeit eine höhere Zähflüssigkeit hat, wie zum Beispiel Tbei Schmutzwasser. Dies hat den Vorteil, die Verstopfung des Schlitzes durch in dem Abwasser vorhandene Feststoffteilchen verhindern zu helfen. Bei der Konstruktion einer Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung müssen die genannten Erwägungen gegenüber der Tatsache abgewogen werden, dass ein umso geringerer Energieaufwand für eine gegebene Strömungsgeschwindigkeit der Abscherflüssigkeit erforderlich, je kleiner die Breite des Schlitzes 120 ist.

Es sei bemerkt, dass jeder Schlitz 120 der Diffusionsanordnung 110 einen Spalt aufweist, der während der Herstellung der Diffusionsanordnung ohne weiteres so eingestellt werden kann, dass das gewünschte Verhältnis zwischen der Breite des Wasserstroms, der durch die Schlitze fliesst, und den an den Seiten des Schlitzes gebildeten Gasblasen geschaffen wird. Erwünschtenfalls kann auch die Breite des Schlitzes verstellbar sein - beispielsweise von Null auf eine bestimmte Breite -, so dass er für verschiedene Betriebsbedingungen der Vorrichtung verändert werden kann. Wenn die Breite des Schlitzes über einen bestimmten Bereich verstellbar ist, wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung dann angewandt, wenn entweder die definierte, im wesentlichen parallele Laminarströmung oder die besonders angegebene "Sollgrösse" für mindestens einen Teil dieses Bereiches von Schlitzbreiten vorhanden sind.

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Fig. 13 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gasdurchlasskörpers und eines einen Schlitz umschliessenden Teils, das in der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendbar ist. Bei dieser Ausführungsform weist ein zylindrischer Gasdurchlasskörper 172 eine Vielzahl von Gasdurchlasskanälen auf, die durch ihn hindurchverlaufen und je in einer Kapillaröffnung I76 an der Gasdiffusionsfläche 178 enden. Ein ringförmiger Durchlaßschlitz 180 für die Abscherflüssigkeit wird durch ein zylindrisches Teil 182 gebildet, das konzentrisch in dem Teil 172 sitzt. Wie bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform wird Gas in eine Gaskammer 160 innerhalb des Teils I72 eingeführt und strömt nach aussen durch die Kapillardurchgänge 174 an die Gas — diffusionsfläche 178, wo Gasblasen an den Kapillaröffnungen 176 gebildet werden und von der Abscherflüssigkeit abgeschert werden, die in Längsrichtung durch den ringförmigen Schlitz 180 strömt.

Gasdurchlasskörper

Die Kapillaröffnungen 154 haben im wesentlichen die gleiche Grosse, Form und Anordnung in dem Durchlassschlitz 120 in beiden Gasdiffusionsflächen 146 und 148 an entgegengesetzten Seiten des Schlitzes (Fig. 12). Die Gasdurchlasskanäle 158 sind vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen, die tangential zu den Gasdiffusionsflächen 146 bzw. 148 verlaufen. Die letzteren Flächen sind vorzugsweise im allgemeinen eben, brauchen dies aber nicht genau zu sein.

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Um die kleinstmöglichen Blasen gemäss der vorliegenden Erfindung zu erzielen, sollte das die Kapillaröffnungen 154 umgehende Material in den Gasdiffusionsflächen 146 und 148 ein Stoff mit geringer Benetzbarkeit oder einem hohen Berührungswinkel mit der Abscherflüssigkeit sein, die durch den Schlitz 120 strömt. Dieser Stoff ist vorzugsweise ein Stoff, wie zum Beispiel Polystyrol oder Polyäthylen, mit einem Berührungswinkel von mindestens 60° mit Leitungswasser, wenn diese Flüssigkeit das mit der Erfindung verwendete Abschermedium ist.

Die offenen Enden 154 der Kapillardurchgänge 158 müssen einen kleinen Durchmesser haben, wenn kleine Bläschen dadurch gebildet werden sollen, dass Gas aus den Enden der Kapillarröhren ausströmt. Bei der Ausführungsform, die in Fig. 12 schematisch dargestellt ist, werden die Kapillardurchgänge 158 durch hohle Glasfaserröhren gebildet, die zylindrische Innendurchgänge mit einem Durchmesser von etwa 3 bis etwa 30 λι und einem mitieren Durchmesser von etwa 8 u haben. Hohle Glasfaserröhren mit einem Durchmesser von etwa 6 bis etwa 12 p. können ebenfalls verwendet werden.

Wie in einem weiteren Vorschlag der Anmelderin offenbart (US-Serien Nr. 123,693), kann man diese geraden Glasfaserröhren verhältnismässig leicht in Stützstäben I66 parallel zueinander und rechtwinklig zu der Mittelebene des Schlitzes 120 einbetten. Dieses Einbetten von Kapillarröhren 158 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Röhren in dem gewünschten Verhältnis angeordnet und dann mit einem geeigneten Dichtungsstoff 162 umgössen werden. Wenn der Dichtungsstoff oder das

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Bindemittel l62 erstarrt, verbindet es dichtend die Kapillarröhren 158 zur Bildung der Stäbe 166 und verhindert die Strömung eines Strömungsmediums um die Röhren.

Es können auch andere Gasdurchlasskörper hei dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung verwendet werden. Der Gasdurchlasskörper kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass Löcher in das Teil 166 gebohrt werden oder kann aus porösem gesintertem Metall, porösen keramischen Stoffen, Sieb- oder Maschenmaterial aus Metall oder Kunststoff, verschiedenen anderen gewebten Stoffen, einer porösen Folie oder Membran oder irgendeinem anderen porösen Körper mit Kapillaröffnungen in einer Gasdiffusionsfläche gebildet werden. Wie bereits oben erläutert, wird der Ausdruck "Kapillaröffnungen" in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen zur Bezeichnung von allen Öffnungen verwendet, die klein genug sind, um feine Gasblasen zu erzeugen, gleichgültig von welcher Art die Gasdiffusionsfläche ist, auf der die Blasen gebildet werden, oder von welcher Art die Gasdurchlas skanäle sind, durch die das Gas zu diesen Öffnungen strömt.

Andere poröse Verbundstoffe neben hohlen Kapillarfasern 158, die in Dichtungsstoff oder Bindemittel 162 eingebettet sind, können ebenfalls verwendet werden. Fäden aus Glas, Kunststoff oder Metall können in Bündeln zusammengeschmolzen oder gesintert werden, um Gasdurchlasskanäle in Form der Zwischenräume zwischen benachbarten, im wesentlichen parallelen Fäden zu bilden. Hierfür stehen beispielsweise Glas- oder Kunststoffäden mit > Aussendurchmessern von etwa 10 bis 20 ja und Metalldraht mit Aussendurchmessern von etwa hO bis 80 ja zur Ver-

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fügung. Wenn solche Fäden aneinandergepresst und geschmolzen oder gesintert werden, werden durch die sich ergehenden Zwischenräume zwischen den Fäden sehr kleine Gas— durchlasskanäle gebildet, die in Kapillaröffnungen enden, an denen feine Gasblasen gebildet und gemäss der vorliegenden Erfindung abgeschert werden können.

Gleichgültig, aus welchem Stoff der Gasdurchlasskörper gebildet ist, sollte der Gasdurchlasskörper und seine Gasdiffusionsfläche vorzugsweise die unten in Verbindung mit der Darstellung in Fig. 14 erörterten Eigenschaften haben.

Da die Kapillarröhren 158 bei der gezeigten Ausführungsform verhältnismässig klein sind und in engen Abständen entlang der gesamten Länge des Schlitzes 120 angeordnet sind, kann eine grosse Anzahl von Blasen mit kleinem Durchmesser entlang den Seiten 146 und 148 des Schlitzes 120 gebildet werden. Luftblasen in Wasser mit Durchmessern bis zu 100 oder 20Ou können ohne weiteres erhalten werden. Wie bereits oben erwähnt worden ist, können mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung Luftblasen in Wasser mit einem mittleren Durchmesser von nur etwa 25 bis 30 kl gebildet werden. Bei Flüssigkeiten mit höherer Viskosität, wie zum Beispiel Abwässern, ist die Mehrzahl der Blasen sogar noch kleiner.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass Fig. 12 eine schematische Darstellung ist. Insbesondere sind die Gas-,^ durchlasskanäle 158, die durch die Wand des Gasdurch— lasskörpers 166 verlaufen, um in den Gasdiffusionsflächen

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146 und 148 die Kapillaröffnungen 154 zu bilden, schematisch in dem gehärteten Bindemittel 162 eingebettet gezeigt. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, sind die Kapillarröhren 158 und das Bindemittel 162 an "beiden Seiten der Anordnung an Stützplatten 170 befestigt, um den die Gaskammer l6o umschliessenden Gasstab 166 zu bilden.

Fig. 14 ist von einer mikrophotographischen Aufnahme gezeichnet worden, die von einer tatsächlichen Gasdiffusionsfläche 146 oder 148 in einem Gasstab 166 gemacht worden ist. Die Kapillaröffnungen 154 sind die offenen Enden von einzelnen hohlen Glasfaserröhren 158, die in einem gehärteten Epoxydharz 162 eingebettet sind. Die Stützplatten 170, die die Gasdiffusionsfläche 146 vervollständigen, sind durch gestrichelte Linien an beiden Seiten in Fig. angedeutet. Der Abstand zwischen den beiden Platten beträgt etwa 0,5 mm.

Die Strömung der Abseherflüssigkeit quer über die Gasdiffusionsfläche 146 (oder 148) in Fig. 14 findet von links nach rechts in dieser Figur statt, während die Gasströmung auf den Betrachter der Zeichnung zu verläuft. In der Entstehung begriffene Gasblasen, die an den Kapillaröffnungen 154 gebildet werden, werden also als ausserordentlich feine Gasbläschen abgeschert und nach rechts in Richtung auf die Flüssigkeitsmenge hinweg geschwemmt, in die sie diffundiert werden sollen.

Die maximale Grosse der Blasen, die mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, wird durch viele Faktoren beeinflusst, wie es bereits oben hervorgehoben worden ist. Einer der

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wichtigsten Paktoren ist die Grosse der Kapillaröffnungen 15^ in der Gas diffus ions fläche 146 oder 148. TJm die Vorteile anderer wichtiger Merkmale der vorliegenden Erfindung voll auszunutzen, sollten im wesentlichen alle Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche einen Durchmesser haben, der nicht grosser als etwa 100 μ ist. Erheblich verbesserte Ergebnisse werden erzielt, wenn im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 50 yu haben, und weitere Verbesserungen werden erzielt, wenn diese Zahl nur etwa 25 p. beträgt. Für die bevorzugten Ergebnisse sollte der maximale Durchmesser der Kapillaröffnungen etwa 5 /U sein.

Ein weiteres Maß für die Grosse der Kapillaröffnungen bezieht sich auf die gewünschte Bläschengrösse. ¥enn mit der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung Gasbläschen von bestimmter Grosse in einen Flüssigkeitskörper diffundiert werden sollen, sollte der maximale Durchmesser der Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche nicht grosser sein als diese bestimmte Grosse der Bläschen. Für bessere Ergebnisse sollte der maximale Kapillardurchmesser nicht mehr als etwa die Hälfte des bestimmten maximalen Bläschendurchmessers sein und für die besten Ergebnisse nicht mehr als etwa ein Viertel dieses Maßes. Im allgemeinen sollten die Kapillardurchmesser vorzugsweise so klein sein, wie es möglich-ist, ohne den Gasdruckabfall durch die Kapillairöhren zu hoch zu machen.

Jede hohle Glasfaser-Kapillarröhre 158 hat über ihre gesamte Länge einen Querschnitt von im wesentlichen gleichbleibender Grosse und Form und ist im wesentlichen ein gerader Rundzylinder. Infolgedessen bildet jede hohle Kapillarfaser eine geradlinige, unbehinderte Strömungs-

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strecke für die Gasströmung durch den Gasdurchlasskörper, an dem die Abscherflüssigkeit vorbeiströmt. Der von jeder hohlen Kapillarfaser 158 gebildete Durchgang sollte vorzugsweise in Nähe seiner betreffenden Kapillaröffnung in einer Richtung verlaufen, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Gasdiffusionsfläche 146 verläuft. Die Gleichmässigkeit bei all diesen Gesichtspunkten der Grosse, Form und Ausrichtung der Gasdurchgänge 158 trägt vermutlich durch die Herabsetzung von Wirbelbildung in diesen Durchgängen zu einer grösseren Einheitlichkeit der Grosse der erfindungsgemäss erzeugten Bläschen bei.

Gaswirbelbildung innerhalb der Kapillardurchgänge 158 sollte ferner dadurch so gering wie möglieh gehalten werden, dass die Länge für jeden Durchgang mindestens das Zehnfache des Durchmessers des Durchganges beträgt. Noch bessere Ergebnisse werden wohl bei einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 20 zu 1 erzielt.

Die Gasdurchlass-Kapillardurchgänge 158 sollten ferner ein minimales Verhältnis von Länge zu Durchmesser haben, um eine Auffüllung der Kapillardurchgänge durch die Abscherflüssigkeit so gering wie möglich zu halten, nachdem eine Gasblase von der Kapillaröffnung 154 abgeschert worden ist. Die Auffüllung mit Flüssigkeit kann zur Verstopfung führen, wenn die Flüssigkeit verdunstet und ge-Bste Salze ausfällt, nachdem das Gas wieder die Kapillardurchgänge anfüllt. Diese Vorteile eines minimalen Verhältnisses von Länge zu Durchmesser für die Gasdurchgänge muss natürlich gegen die Nachteile einer Erhöhung des Druckabfalls durch diese Durchgänge abgewogen werden.

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In Fig. 12 sind die Kapillaröffnungen 154 in mehreren geraden Reihen senkrecht zu der Strömung der Abscherflüssigkeit durch den Schlitz 120 angeordnet. In Fig. sind die Kapillaröffnungen willkürlich über die Gasdiffusionsfläche 146 verteilt. Obwohl die Vorteile der vorliegenden Erfindung schon dann erzielt werden können, wenn nur wenige Kapillaröffnungen entlang der Strömungsrichtung angeordnet sind, sollten durchschnittlich mindestens etwa fünf Öffnungen in dieser Richtung in im wesentlichen allen Teilen der Fläche vorhanden sein. Wenn quer über Fig. 14 ein Lineal mit gerader Kante in der Richtung der Strömung der Abscherflüssigkeit angelegt wird, (von links nach rechts quer über die Seite) ist es ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform einer Gasdiffusionsfläche durchschnittlich mehr als zehn Kapillaröffnungen quer über diese Fläche von dem Einlassende zu dem Auslassende verteilt sind. Eine durchschnittliche Zahl von 20 bis 40 Öffnungen in der Strömungsrichtnng der Abscherflüssigkeit wurden mit vorteilhaften Ergebnissen verwendet und im Bedarfsfall könnten noch mehr Kapillaröffnungen verwendet werden.

Für die beste Ausnutzung der Vorteile gemäss der vorliegenden Erfindung bei der Bildung von feinen Bläschen sollten die Flächenteile in der Gasdiffusionsfläche zwischen den Kapillaröffnungen nicht zu eng sein, oder in anderen Worten, die Kapillaröffnungen 154 sollten nicht zu eng aneinander liegen. Zu diesem Zweck ist jede Öffnung 154 vorzugsweise an allen Seiten von einer Mindestfläche umgeben, die genügend weit in einer Ebene verläuft, die im wesentlichen tangential zu den äussersten Punkten auf der Gasdiffusionsfläche liegt, um im wesentlichen Zu-

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sammenballung oder Kollision einer Gasblase, die an dieser Öffnung gebildet wird, mit einer anderen Gasblase zu vermeiden, die an irgendeiner anderen Öffnung gebildet wird, wodurch Gasblasen erzeugt würden, die einen grösseren Durchmesser haben als der bestimmte maximale Blasendurchmesser. Eine Vereinigung von Gasblasen entweder an dem Punkt ihrer Ausbildung oder in Stromabrichtung ist zu einem gewissen Grad akzeptabel, jedoch.sollte dieser Effekt so gering wie möglich gehalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Kapillaröffnung 154 von einer Mindestfläche umgeben, die elliptische Form hat und an jeder Seite der Öffnung in der Richtung, die rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch den Durchlassschlitz über eine Strecke verläuft, die mindestens gleich dem maximalen Blasendurchmesser, ist, und an jeder Seite der Öffnung in der Strömungsrichtung über eine Strecke verläuft, die mindestens den dreifachen maximalen Blasendurchmesser beträgt, gemessen in einer Ebene, die im wesentlichen tangential zu den äussersten Punkten auf der Gasdiffusionsfläche verläuft.

Die in Fig. 14 gezeigte Gasdiffusionsfläche 146 ist im wesentlichen eben, um eine grössere Stabilität in der Laminarströmung durch den Schlitz 120 und damit die beste Bläschenbildung zu bilden. Eine ebene Gasdiffusionsfläche ergibt schärfere Ränder für die Kapillaröffnungen 154, was zu kleineren Blasen mit einheitlicherer Grosse führt Bei Vorrichtungen, die zur Behandlung von Abwasser benutzt werden, wird dadurch auch die Verstopfung der Schlitze 120 durch Feststoffe herabgesetzt, die sich in dem Abwasser befinden, das durch die Schlitze als Abscherflüssigkeit hindurchgeht.

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Die Grosse der Blasen kann weiter verringert werden,, wenn die Benetzbarkeit des Stoffes, der die Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche umgibt,, durch die Abscherflüssigkeit gering ist oder, mit anderen Worten^ wenn, der Berührungswinkel hoch; ist* Sowohl Glasfaserröhren 158 (die in den Kapillaröffnungen 154 enden) als auch die Epoxydharzgrundmasse 162 haben, einen Berührungswinkel mit Leitungswasser von etwa 20-'". Der bevorzugte Berührungswinkel mit. Leitungswasser als Abscherflgssigkeit

beträgt etwa 6Q ,· ■

BEISPIELE .

Fig. 15 und 16 sind mikrophotographisehe Aufnahmen in 280-fctcher Vergrösserung gegenüber dem Original _h die als Teil dieser An-* meldung vorgelegt werden und die Bildung von erfindungsgemäss erzeugten sehr kleinen Luftblasen zeigen.

Diese mikrophotographischen Aufnahmen zeigen·· einen gleichen Flächenteil in einer Gasdiffusionsfläche und im wesentlichen. gleiehe Blasenbildungen, sie wurden jedoch zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen, so dass sie verschiedene Gruppen von Blasen bei der jeweiligen. Blasenbildung zeigen. Eine der parallelen, ebenen Seiten des Durchlaßschlitzes für die Abscherflüssigkeit war eine Gasdiffusionsfläche der Fig. 14. Die andere Seite war eine Glasplatte» durch die die mikrophotographischen Aufnahmen aufgenommen wurden. Die Abscherflüssigkeit war Leitungswasser.

Die dunklen Teile auf den linken Seiten der mikrophotographischen Aufnahmen in Fig. 15 und 16 stellen Kapillarfasern158 dar, die in Epoxydbindemittel 162 als Grundmasse eingebettet sind, aber

. wegen der Lichtverhältnisse bei den Aufnahrnen sind die Kapillar— öffnungen 154 nicht erkennbar. Einige Gasblasen 122, die von den Offnungen 154 durch die vorbeiströmende Abscherflüssigkeit abgeschert werden, sind über diesen dunklen Teilen der Gasdiffusionsfläche 146 schwach erkennbar, wo diese Teile in der Mitte jeder der beiden Aufnahmen in ein mitteldunkles, schmales senkrechtes Band 163 übergehen (welches eine Schicht von Epoxydbindemittel ohne darin eingebettete Kapillarfasern 158 darstellen kann,).

Die hellen Teile auf den rechten Seiten der Fig. 15 und 16 stellen die Ränder der MetalIstützplatten 170 dar. Da dort mehr Licht reflektiert wird, sind die kleinen Luftblasen 122 sehr deutlich erkennbar. Das Vorhandensein von erkennbaren Gruppen von Gasblasen in verhältnismässig gut ausgerichteten "Schnüren" _f wobei alle Blasen in einer bestimmten Schnur nahezu die gleiche tSrosse haben, zeigt das Vorhandensein der im wesentlichen parallelen. Laminar strömung, die oben als eines der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet worden ist. Die Blasenschnüre 122a, 122b und 122c in. Fig. 15 sowie die Blasenschnüre 122d, 122e und 122f in Fig. 16 zeigen deutlich eine im wesentlichen parallele Laminarströmung-, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht. Die Blasenschnüre verlaufen nicht vollständig geradlinig aufgrund geringfügiger "Umleitungen¹¹,. wie sie durch winzige örtliche Unregelmässigkeiten in der Gasdiffusionsfläche hervorgerufen werden können, aber derartige geringfügige Abweichungen sind selbst bei einer im hohen Maße stabilen: laminaren Strömung zu erwarten. Vermutlich entstammt jede gesondert erkennbare Bläschenschnur einer anderen Kapillaröffnung ν

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Wenn die wenigen atypisch grossen oder kleinen Blasen in Fig. 15 und 16 einmal aus der Betrachtung ausgenommen werden, ist es ersichtlich, dass die grosse Masse der Bläschen ziemlich einheitliche Grosse aufweist. Der Durchmesser der kleinsten Blasen innerhalb des normalen Grössehbereichs beträgt etwa zwei Drittel des Durchmessers der grössten Blasen innerhalb dieses normalen Bereiches.

Mikrophotographische Aufnahmen von etwas grösseren Flächen, die eine ähnliche Luftblasenbildung zeigten (und die mit 200-facher Vergrösserung gemacht wurden und die in den Fig. 15 und 16 ge*- zeigten Teilansichten umfassten), wurden mit Hilfe eines Grossenmessgitters in Form einer durchsichtigen Auflegefolie geprüft. Auf diese Weise wurden die unten angegeben geschätzten durchschnittlichen Bläschengrössen und die maximalen Bläschengrössen für die beiden grösseren Aufnahmen bestimmt. Ähnliche Bestimmungen wurden für die anderen unten angegebenen Beispiele vorgenommen. Für alle geprüften mikrophotographisehen Aufnahmen (einschliesslich der Fig. 15 und 16) wurden die folgenden Bedingungen konstant gehalten:

Abscherflüssigkeit Leitungswasser

2 Wasserdruck 1,21 kp/cm

Mittlerer Kapillardurchmesser 8 u (annähernd)

2 Wirksame Gasdiffusionsfläche 0,39 cm

Schlitzbreite 1,016 mm

Abstand von Einlassende des Schlitzes zu der entferntesten Kapillaröffnung 1,143 mm

Anordnung der Kapillaröffnungen Wie in Fig. 14 veranschaulicht

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■ ; .- BEISP TEL 1 "·

"■■■■'■'■" ' ■ A.

Sechs Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Bedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit der .

Abscherflüssigkeit 2,53 m/sec.

2 Gasdruck - 1,14 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,049 l/min.

(0.00175 scfm>

Gasstab Unabgesandet+)

+) Hinweis: In den Beispielen 1 bis 3 wurden die Gasdurchlasskörper oder "Stäbe" so verwendet, wie sie für gewöhnlich erfindungsgemäss hergestellt werden. In den Beispielen 4 bis 6 wurden die Ränder der Gasstäbe, die die Gasdiffusionsfläche bilden, abgesandet, in dem Versuch diese Flächen einheitlicher zu machen und dadurch die Blasenabscherwirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung zu verbessern. Wie die erhaltenen Bläschengrössen zeigen, hat das Absanden jedoch nicht die gewünschten Ergebnisse erbracht und scheint tatsächlich grössere Blasen hervorgerufen zu haben, als die mit den unabgesandeten Gasstäben erzeugten. .

Die nachfolgenden Ergebnisse wurden bei Betrachtung der mikrophotographischen Aufnahmen festgestellt, die unter den angegebenen Bedingungen aufgenommen wurden:

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Bltsehengrösse für all© Aufnahmen

Blägsehangrösse"for die 4. Aufnahme (von der Fig, 15 ©in Teil ist}

Bläschengrösse für die-7. Aufnahme der Fj g, 16 ein Teil ist)

37 μ~ mittlere

7 μ

39 w = mittlere

/ -■■■

— maximal«

hu

39ρ-mittlere 2Q0JU ^5 maximale

-H-) Anmerkung: Bei der Bestimmung der mittleren und der maximalen Bläschengrdsse wurden alle Bläschen in Betracht gezogen, einsehliess-Iich aller atypischen Blasen» die aus dem normalen Rahmen fallen.

B, ·

Sieben- Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit

Gasdruck

Gasströmung für 76 mm-^Schlitz;

Gasstab

2,53 m/sec-

2'

1*Si kp/cm

Q, 173 l/min. (0.Q061 scf m>

Unabgesandet

Die folgenden Ergebnisse wurden bei Prüfung der Aufnahmen festgestellt:

Bl äscheng rosse für alle Aufnahmen

35u = mittlere /'

u- maximale

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■ BEISPIEL 2

A.

Sieben Schnellaufnahmen wurdennjnter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet: _;

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 4,877 m/sec.

2 Gasdruck 1,21 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,173 l/min.

(0.0061 scfm)

Gasstab Unabgesandet

Die folgenden Ergebnisse wurden bei Prüfung der Aufnahmen festgestellt:

Blasengrösse für alle Aufnahmen 28 u = mittlere

10Oo = maximale

B.

Sieben Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 1,34 m/sec.

2 Gasdruck 1,14 kp/cm

Gasströmung für 76 mm—Schlitz 0,05 l/min.

CO.001 75 scfm)

Gasstab Unabgesandet

- 79 -

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Die folgenden Ergebnisse wurden bei Prüfung der mikrophotographischen Aufnahmen festgestellt:

Bläschejigrosse für alle Aufnahmen· -· ^Ij43 jj = mittlere

20Ou= maximale

BEISPIELS .·.-■..■■"-■- .

A.

Fünf Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 6,86 m/sec.

2 Gasdruck 1,21 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,172 l/min.

(0.0061 scf m)

Gasstab Unabgesandet

Die folgenden Ergebnisse wurden bei Prüfung der mikrophötographisehen Aufnahmen festgestellt:

Bläschengrösse für alle Aufnahmen - 26 u = mittlere

75.U= maximale

B.

Sieben Schnellaufnähmen wurden unter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet:

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Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 6,86 m/sec.

2 Gasdruck 1,14 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,05 l/min.

(0.00175 scfm)

Gasstab Unabgesandet

Die folgenden Ergebnisse wurden bei Prüfung der Aufnahmen festgestellt:

Blasengrösse für alle Aufnahmen 25 u = mittlere

50,u = maximale

BEISPIEL 4 A.

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 2,408 m/sec.

2 Gasdruck 1,14 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,09 l/min.

(0.0032 scfm)

Gasstab Unabgesandet

Bläschengrösse für alle Aufnahmen 76 u = mittlere

200.U = maximale

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509833/1013

SiebenAufnahmen wurden unter den folgenden Betriebsbedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 2,408 m/sec.

2 Gasdruck 1,21 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,34 l/min.

(0.012 scfm)

Gasstab Abgesandet

Die folgenden Ergebnisse wurden bei' Prüfung der mikrpphotographi— sehen Aufnahmen festgestellt:

Bläschengrösse für alle Aufnahmen 98 u = mittlere

300u = maximale

BEISPIEL 5 A.

Sechs Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Bedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 4,877 m/sec.

2 Gasdruck 1,21 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,34 I/min.

(0.012 scfm)

Gasstab Abgesandet

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Bläschengrösse für alle Aufnahmen 52 u = mittlere

10Ou= maximale

B.

Sieben Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Bedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit " 6,31 m/sec.

2 Gadruck 1,21 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,34 l/min.

(0.012 scfm)

Gasstab Abgesandet

Die folgendenErgebnisse wurden bei Prüfung der mikrophotographi sehen Aufnahmen festgestellt:

Blasengrösse für alle Aufnahmen 4Ou= mittlere

75 .u = maximale

BEISPIEL 6 A.

Sechs Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Bedingungen belichtet:

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Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit 6 ,,31 m/sec.

2 Gasdruck 1,28kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 0,76 l/min.

(0.027 scfm.)

Gasstab Abgesandet

Blasengrösse für alle Aufnahmen 75 u = mittlere

125 u = maximale

B.

Acht Schnellaufnahmen wurden unter den folgenden Bedingungen belichtet:

Strömungsgeschwindigkeit der

Flüssigkeit 6,31 'm/sec.

2 Gasdruck 1,35 kp/cm

Gasströmung für 76 mm-Schlitz 1,47 l/min.

(0.052 scfm)

Gasstab Abgesandet

Blasengrösse für alle Aufnahmen 100u = mittlere

150xi = maximale.

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Wie es aus den obigen Ergebnissen ersichtlich ist, wurden die kleinsten Blasen mit dem unabgesandeten Gasstab unter den Betriebsbedingungen des Beispiels 3 erzielt, die nächstkleinsten Blasen wurden mit diesem Stab unter den Bedingungen des Beispiels 2 erzielt und die nächstkleinsten in Beispiel 1. In allen drei Beispielen wurden der gleiche Gasstab und die gleiche Aufnahmenfläche verwendet.

Mit dem abgesandeten Gasstab wurde die beste Blasenabscherung in dem Beispiel 5 erzielt und die nächstbeste in Beispiel 6. Beispiel 4 ergab die schlechtesten Ergebnisse. Der Stab mit der abgesandeten Gasdiffusionsfläche war in jeder anderen Hinsicht der gleiche Gasstab wie der unabgesandete.

Die Blasenabscherung bei den Beispielen 1 bis 6-wurde so durchgeführt, dass eine Wand des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes von einer flachen Glasplatte gebildet wurde, was es ermöglichte, die unter den angegebenen Bedingungen erzeugten Gasblasen zu photographieren. In den unten folgenden Beispielen 7.bis 9 wurde die verwendete Vorrichtung nicht in dieser Weise abgewandelt, sondern so betrieben, wie sie bei normalem Gebrauch betrieben wird, mit einer Gasdiffusionsfläche ähnlich der in Fig. 14 gezeigten Fläche auf beiden Seiten des Durchlaßschlitzes.

BEISPIEL 7

Eine ausgezeichnete Sauerstoffblasenabscherung wurde bei der Benutzung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Gerätes mit Leitungswasser als Abscherflüssigkeit unter den nachfolgenden Bedingungen beobachtet:

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Schlitzbreite

Volumetrische Strömungsmenge der Abscherflüssigkeit

Lineare Strömungsgeschwindigkeit für die Abscherflüssigkeit Gasdruck
Gasströmungsmenge

1 ,016 mm

0,298 l/min/mm des Schlitzes (2 gallons/min./inch of slot)

4,572 m/sec.

2 1,21 kp/cm

ρ 1,52 l/min/cm der wirksamen Gasdiffusionsfläche

(50 scfm/sq. ft. of active gas diffusing area)

Mittlerer Kapillardurchmesser

BEISPIEL

Ausgezeichnete Sauerstoffabsorption von mehr als 90 % des der Flüssigkeitsmenge zugeführten Sauerstoffes wurde bei der Benutzung des gleichen Gerätes mit Abwasser mit 1 % Feststoffen als Abscherflüssigkeit unter im wesentlichen den folgenden Bedingungen beobachtet:

Schlitzbreite

Volumetrische Strömungsmenge der Abscherflüssigkeit

Lineare Strömungsgeschwindigkeit für die Abscherflüssigkeit Gasdruck
Gasströmu ng smenge

Mittlerer Kapillardurchmesser 1,016 mm

0,37 l/min/mm des Schlitzes

6,096 m/sec.

1,21 kp/cm²

2 1,37 l/min/cm der wirksamen Gasdiffusionsfläche

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BEISPIEL 9

Ausgezeichnete Sauerstoffabsorption, wiederum von mehr al's 90"%, wurde ferner bei der Anwendung der gleichen Vorrichtung, mit der Abweichung, dass die Schlitzbreite auf 3,175 mm eingestellt wurde, mit Schmutzwasser mit 6 % Feststoffen als Abscherflüssigkeit unter den folgenden Bedingungen erzielt:

Schlitzbreite 3,175 mm

Volumetrische Strömungsmenge

für die Abscherflüssigkeit 0,37 l/min/mm

des Schlitzes

Lineare Strömungsgeschwindigkeit

für die Abscherflüssigkeit 2,13 bis 2,44 m/sec.

2 Gasdruck 1,21 kp/cm

2 Gasströmungsmenge 0,45 l/min/cm der

wirksamen Gasdiffusionsfläche

mittlerer Kapillardurchmesser 8 u

Wegen der höheren Viskosität des Schmutzwassers mit 6 % Feststoffen und der sich ergebenden Verbesserung der Blasenabscherung wurde annähernd der gleiche Wirkungsgrad der Sauerstoffabsorption erzielt wie bei dem Abwasser mit 1 % Feststoffen, mit etwa einem Drittel der linearen Strömungsgeschwindigkeit und etwa der gleichen für das Pumpen aufgewendeten Energie.

Besondere Ausführungsformen des Gasstabes

Wegen ihrer länglichen Form (wie sie am deutlichsten in den Fig. 18A und 24A gezeigt sind) werden die Gasdurchlasskörper 166, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind, als "Stäbe" bezeichnet.

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Die Fig. 18A und 18B zeigen einen Gasstab 166a, der in der Gasdiffusionsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung in der schematisch in Fig. 12 gezeigten Weise eingebaut werden kann. Der Gasstab 166a ist ein umschlossener Behälter mit einer Gaseinlassöffnung 184, die durch ein Knierohr 186 gebildet wird, das in geeigneter Weise mit Gewinde für den Anschluss an eine Gaszufuhrleitung 130 versehen ist (Fig. 12). Diese Ausführungsform des Gasdurchlasskörpers weist zwei Wände 146 und 148 auf, die mit einer Vielzahl von durch sie hindurchgehenden Gasdurchlasskanälen versehen sind, um das Gas aus der umschlossenen Innenkammer 160 entweichen zu lassen. Die Wände 146 und 148 sind die Gasdiffusionsflächen des Gasstabes 166a.

Die Fig. 24A bis 24C zeigen eine weitere Ausführungsform eines " Gasstabes 166b zur erfindungsgemässen Verwendung. Diese Ausführungsform weist nur eine Gasdiffusionsfläche, nämlich die Wand 148, auf, um das Gas aus der umschlossenen Innenkammer 160 entweichen zu lassen. Wie bei dem Gasstab 166a sind auch bei dem Gasstab 166b die Einlassöffnung 184 und das Anschlussteil 186 vorgesehen. .

Wie es weiter unten ausführlicher erläutert wird, besteht jede Gasdiffusionsfläche 146 und 148 bei den Gasstäben 166a und 166b aus zwei dünnen Metallstützplatten, den Teilen 188 und 190 für den Gasstab 166a und den Teilen 192 und 194 für den Gasstab 166b, .zwischen denen eine Vielzahl von hohlen Kapillarglasfasern 206 in Epoxydharz 162 als Trägermasse eingebettet sind. Da die Stützplatten so dünn sind (Fig. 18B, 24B und 24C), liegen die Kapillaröffnungen 154 nahe an Grenzlinien bil&nden Kanten oder Rändern 196 und 198 der Gas-

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diffusionsflache bei den Stäben 166a bzw. 166b, die die Vorderränder der Schlitze 120 werden, wenn die Gasstäbe in die Gasdiffusionsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind. (Die Strömung der Abscherflüssigkeit in der Blasenabschervorrichtung, in der der Gasstab 166a oder 166b eingebaut ist, findet in den Fig. 18B, 24B und 24C nach oben statt).

Der in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprächen verwendete Ausdruck "Gasdiffusionsfläche" umfasst die Seiten der beiden Stützplatten, aber wie bereits oben angedeutet worden ist, umfasst der "wirksame Flächenteil" dieser Fläche nur diejenige Fläche, die von den Grenzlinien begrenzt wird, die die äussersten Kapillaröffnungen berühren (siehe beispielsweise Fig. 14).

Bei den in den Fig. 18 und 24 gezeigten Ausführungsformen ist jede Stützplatte etwa 0,635 mm dick, wodurch die Kapillaröffnungen so nahe an die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche herangebracht werden, wie es baulich bei diesen Ausführungsformen möglich ist. Da die Schicht der in dem Trägerstoff 162 eingebetteten hohlen Kapillarfasern 206 etwa 0,508 mm dick ist, befinden sich die am entferntest gelegenen Kapillaröffnungen insgesamt etwa 1,143 mm von den Vorderkanten 196 bzw. 198 entfernt.

Gute Ergebnisse können unter bestimmten Bedingungen mit einem Abstand von dem angegebenen die Grenzlinie bildenden Rand des Gasstabes zu den entferntesten Kapillaröffnungen von etwa 25,4 mm erzielt werden. Verbesserte Ergebnisse werden erzielt, wenn dieser Abstand etwa 12,7 mm beträgt, und noch bessere Ergebnisse, falls dieser Abstand 2,5 mm, 1,27 mm oder noch weniger beträgt.

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Die Vorderkanten 196 und 198 sind abgerundet, um die Stabilität der Strömung durch den Schlitz 120 zu verbessern. Dieses Merkmal unterstützt die Erzeugung einer stabilen Laminarströmung, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht, in dem die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitz. Die abgerundeten Kanten sind in den Fig. 18B, 24B und 24C so genau gezeigt, wie es bei diesem Maßstab der Zeichnungen möglich ist.

Die Gasdiffusionsflächen 146 und 148 in den Gasstäben 166a und 166b sind den Flächen ähnlich, die in Fig. 14 gezeigt und oben beschrieben worden sind. Die Flächen sind im wesentlichen eben, und die Gasdurchlaßstäbe, deren Teil sie sind, sind in ähnlicher Weise ausgebildet, wie der oben in Verbindung mit Fig. 14 beschriebene. Dies umfasst Kapillardurchgänge von einer Grosse, Form und Ausrichtung, die ähnlich den Kapillardurchgärigen in Fig. 14 sind, sowie Kapülaröffnungen mit einer Anordnung, die den in Fig. 14 gezeigten Öffnungen entspricht.

Verfahren zur Herstellung von Gasstäben

Fig. 17 bis 24 veranschaulichen zwei Verfahren zur Herstellung von Gasstäben zur Verwendung in der erfindungsgemässen Vorrichtung, die für die Sauerstoffanreicherung von Schmutzwasser entweder in Form des Schmutzwassers mit etwa 1 % Feststoffen oder mit etwa 6 % Feststoffen bestimmt ist.

Fig. 17A ist eine Draufsicht auf die dünne Bodenplatte 188, die in ihrer Gesamtform rechteckig ist und eine im wesentlichen rechteckige Öffnung 200 in ihrem inneren Teil aufweist, um dadurch ein

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.längliches O-förmiges Teil zu bilden. Dieses Teil hat zwei Innenseitenwände 202, die dazu dienen, einen Teil der Innenwand der Gaskammer 160 zu bilden, sowie zwei Aussenseitenwände 204, die dazu dienen, einen Teil der Aussenwand der Gaskammer zu bilden.

Wie in Fig. 17B gezeigt ist, besteht der erste Schritt dieses Verfahrens zur Herstellung des Gasstabes 166a darin, eine Vielzahl von hohlen Kapillarfasern 206 sowie eine Menge des Bindemittels 162 quer über die obere Fläche der dünnen Stützplatte 188 so anzuordnen, dass die hohlen Fasern im wesentlichen rechtwinklig zu den Seitenwänden 202 und 204 verlaufen. In dieser Lage verlaufen die Fasern an den Innen- und Aussenseiten der Platte über die Platte 188 hinaus.

Das bei dem ersten Verfahrensschritt angebrachte Bindemittel kann auch schon auf den von dem Hersteller der Kapillarfasern erhaltenen Glasfasern vorhanden sein, oder es kann von dem Hersteller des Gasstabes entweder vor oder nach der Anbringung der Fasern über der Bodenstützplatte 188 hinzugefügt werden. Erforderlichenfalls kann zusätzliches Bindemittel den hohlen Kapillarfasern in ihrer Stellung auf der Platte 188 hinzugefügt werden, bevor die dünne Stützplatte 190, die in jeder Hinsicht der Bodenstützplatte 188 ähnlich ist, hinzugefügt wird (Fig. 18C), um das aus den beiden Platten mit den dazwischen befindlichen Kapillarfasern und Bindemittel bestehende "Sandwich" zu bilden.

Dieses Sandwich wird zusammengepresst, um zu bewirken, dass das Bindemittel 162 alle Hohlräume zwischen den Fasern 206 und zwischen den Fasern und den Stützplatten 188 und 190 ausfüllt.

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Der Sandwich-Körper wird dann zusammengepresst gehalten, bis das Bindemittel gehärtet ist, so dass die hohlen Kapillarfasern indem gehärteten Bindemittel als Trägermasse eingebettet sind. Das Bindemittel 162 kann erforderlichenfalls ein wärmehärtbares Bindemittel sein, und in diesem Fall wird Wärme zugeführt, während der Sandwich-Körper zusammengepresst wird, um das Bindemittel zu härten.

Bei dem nächsten Schritt dieses Verfahrens zur Herstellung von Gasstäben werden die Teile 208 der in der Trägermasse eingebetteten hohlen Kapillarfasern 206, die nach aussen über die äusseren Seitenwände 204 der Stützplatten 188 und 190 hinausverlaufen, im wesentlichen auf die Höhe der Wände 204 zurückgeschnitten, um die Gasdiffusionsflächen 146 und 148 zu bilden. Die Flache der äusseren Seitenwand des Gasstabes, die aus einer ersten Wand 204, einer Vielzahl von Kapillaröffnungen 154, die von Epoxydharz 162 umgeben sind, und einer zweiten Wand 204 besteht, wird vorzugsweise so flach wie möglich ausgebildet, aber das Ausmaß geringerer Abweichungen von der erwünschten ebenen Fläche wird durch das Schneidwerkzeug und das angewandte Schneidverfahren bestimmt.

Die Teile 210 der in der Trägermasse eingebetteten hohlen Kapillarfasern 206, die nach innen über die Innenseitenwände 202 der Stützplatten 188 und 190 hinausverlaufen, werden abgeschnitten, um die Einlassenden der Gasdurchlasskanäle 158 zu bilden. Es ist nicht von wesentlicher Bedeutung, dass diese Enden genau auf die Höhe der Wand 202 zurückgeschnitten werden, sondern nur, dass sie Durchgänge bilden, durch die das Gas die Kammer 160 verlassen kann.

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Gasdichte Abdeckplatten 212 und 214 werden als nächstes an dem Sandwich-Körper an dessen entgegengesetzten Seiten befestigt, um die Kammer 160 zu bilden, in die das Gas durch die Einlassöffnung 184 eingeführt werden kann und aus der das Gas durch die hohlen Kapillarfasern 158 entweichen kann. Eine Bindemittelschicht in flüssiger Form oder in Form einer flachen Folie mit entsprechenden Abmessungen kann zwischen der Bodenstützplatte 188 und ihrer zugeordneten Abdeckplatte 212 sowie zwischen der oberen Stützplatte 190 und der zugeordneten Abdeckplatte 214 angebracht werden. Alle Teile des Gasstabes werden zusammengepresst gehalten, bis das Bindemittel gehärtet ist, wobei zusätzlich Wärme zugeführt wird, wenn das Bindemittel ein wärmehärtbarer Stoff ist.

Vorzugsweise sind Abschrägungen 216 an den äusseren Rändern der oberen Abdeckplatte 214 ausgebildet, die in Nähe des Strömungsweges der Abscherflüssigkeit liegen, wenn diese aus dem Auslassende des Durchlaßschlitzes (in den Fig. 18B, 24B und 24C nach oben) ausströmt, wenn der Gasstab in der erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung zum Abscheren von Blasen eingebaut ist. Der Grund für diese Abschrägungen besteht darin, zu vermeiden, dass die Strömung aus dem Durchlaßschlitz durch die Wände 218 der oberen Abdeckplatte 214 aufgehalten wird, was der Fall wäre, wenn diese Wände nicht so abgeschnitten wären, wie es angedeutet ist. Ein derartiges Aufhalten der Strömung würde bewirken, dass die Strömung der Abscherflüssigkeit und die darin enthaltenen feinen Gasblasen um die rechtwinklige Ecke herunngelangen müssen, die durch die vollständige Wand gebildet würde, wodurch die Strömung bei ihrem Eintritt in den Flüssigkeitskörper verbreitert würde, in den die Gasblasen dispergiert werden sollen. Eine der-

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artige Verbreiterung der Strömung würde den Wirkungsgrad der Verteilung der feinen Gasbläschen über die gesamte Flüssigkeit herabsetzen. Es wird bevorzugt, den Strahl der Strömung so schmal zu halten, wenn dies möglich ist, dass sein gesamter Streuwinkel in den anfänglichen Stadien nicht mehr als etwa 15 beträgt.

Unter Verwendung einer besonderen Wickelvorrichtung können die in den Fig. 17A bis 17C veranschaulichten Herstellungsschritte gleichzeitig an einer Reihe von Aggregaten durchgeführt werden. Mit einer Wickelvorrichtung 220, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist, können acht Bodenstützplatten 188 an der Vorrichtung befestigt werden, und zwar zwei an jeder senkrechten Wand der Vorrichtung, und hohle Kapillarglasfasern 206 können gleichzeitig um alle acht Platten gewickelt werden. Wenn das notwendige Bindemittel 162 angebracht worden ist, können die oberen Stützplatten 190 angebracht werden, um acht Sandwich-Körper zu bilden, und sodann können die notwendigen Druck- und Heizschritte durchgeführt werden, um acht einzelne Gasstäbe herzustellen.

Fig. 2OA zeigt die Anbringung einer Vielzahl von Gespinststrähnen 221 auf der Bodenstützplatte 188 in ähnlicher Weise wie die Anbringung der einzelnen Kapillarfasern in Fig. 17B. Jedes Stück der Gespinststrähne 221 besteht aus einer Vielzahl von hohlen Kapillarfasern 206, wie es in der schematischen Querschnittsansicht der Fg. 2OB gezeigt ist. Die Kapillarfasern in allen Gespinststrähnen 221 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander.

Fig. 21A bis 24C zeigen eine weitere Art eines Gasstabes 166b, der in sehr ähnlicher Weise hergestellt wird, wie der bereits

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beschriebene Gasstab 166a. Hohle Kapillarglasfasern 206 und eine Menge an Bindemittel 162 werden sandwichartig zwischen einer Bodenplatte 192a-192b und einer oberen Platte 194a-194b eingeschlossen, und die notwendigen Druck- und Heizschritte werden durchgeführt. Äussere Teile 222 der in dem Bindemittel eingebetteten Kapillarfasern werden zurückgeschnitten, um eine Gasdiffusionsfläche zu bilden, und die inneren Teile 224 der Fasern und des Bindemittels werden abgeschnitten.Ferner werden die Stützplatten 192 und 194 entlang den Linien 226 durchgeschnitten, um zwei einzelne Sandwich-Körper zu bilden, von denen jeder eine einzige Gasdiffusionsfläche 148 aufweist.

Die Bodenabdeckplatte 228 weist eine Nut 230 auf, die dazu dient, einen zusammengesetzten Sandwich-Körper von Kapillarfasern und Bindemittel zwischen zwei Stützplatten aufzunehmen. Die Deckelplatte 228 weist eine zweite Nut 232, die von einer länglichen C-förmigen Wand 234 umgeben wird, auf. Die Querschnittsansichten der Fig. 22B und 22C, und die Seitenansicht der Fig. 22D (vom Boden der Fig. 22A aus gesehen) zeigen die Ausbildung der Abdeckplatte 228.

Die obere Abdeckplatte 236 (Fig. 23A und 23C) weist eine flache ebene Fläche auf. Wenn die obere Abdeckplatte 236 auf der unteren Abdeckplatte 228 aufgesetzt wird, erfüllen die zusammengesetzten Platten zwei Funktionen. Erstens befestigen sie den Sandwich-Körper der zwei Stützplatten auf jeder Seite einer Schicht hohler Kapillarfasern, die in einem Bindemittel eingebettet sind, zwischen sich. Zweitens bilden sie zwischen sich die Gaskammer 160, die an drei Seiten von der Wand 234 (Fig. 22C) und an der vierten Seite

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durch den Sandwich-Körper (Fig. 24B) umgeben wird. Bindemittelschichten 238 und 240 vervollständigen den gasdichten Zusammenbau des Gasstabes 166b.

Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung

Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst die bereits oben beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung mit einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht über sehr kleinen Kapillaröffnungen, die vorzugsweise nahe an der Vorderkante einer Gasdiffusionsfläche angeordnet sind, wobei der übrige Teil der Kapillaröffnungen an der Fläche frei von jeder anderen Strömung ausser vollständig entwickelter Laminar strömung ist. Das Verfahren ist nicht auf die besondere Ausbildung der Einzelteile begrenzt, einschliesslich eines Durchlaßschlitzes für die Abscherflüssigkeit, die die Vorrichtung gemäss der Erfindung bilden. Das Verfahren ist jedoch auf die Herstellung einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht über mindestens etwa ein Viertel der Kapillaröffnungen der Gasdiffusionsfläche begrenzt, damit diese Schicht eine erhebliche Wirkung auf die Blasenbildung ausüben kann, die sich aus der Anwendung des erfindüngsgemässen Verfahrens ergibt.

Bei dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird Gas durch eine Gasdiffusionsfläche mit Kapillaröffnungen geschickt, die im wesentlichen alle einen Durchmesser von nicht mehr als eü/va 100 u haben, und eine Abscherflüssigkeit wird an einer Vorderkante der Gasdiffusionsfläche und über diese Fläche zu einem Auslassende der Fläche geschickt. Die Strömung der Abscher-

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flüssigkeit wird mit minimaler Störung und mit einer Strömungsgeschwindigkeit zur Erzeugung der im wesentlichen parallelen Laminarströmung durchgeführt, die für die vorliegende Erfindung kennzeichnend ist, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht über mindestens ein Viertel der Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche. Die besten Ergebnisse werden dann erzielt, wenn sich die teilweise entwickelte Schicht über einen Hauptteil der Kapillaröffnungen erstreckt.

Das Verfahren wird vorzugsweise mit unmittelbar an der Vorderkante der Gasdiffusionsfläche angeordneten Kapillaröffnungen durchgeführt. Gute Ergebnisse werden mit diesem Verfahren erzfelt, wenn die am weitesten von der Vorderkante entfernten Kapillaröffnungen nicht mehr als etwa 25 mm von dieser Kante entfernt sind. Verbesserte Ergebnisse werden dann erzielt, wenn dieser Abstand nicht mehr als etwa 12,7 mm beträgt und die besten Ergebnisse werden dann erzielt, wenn der Abstand nicht mehr als eü/va 2,5 mm, 1,27 mm oder sogar noch weniger beträgt.

Das Verfahren ergibt die beste Blasenabscherung, wenn die Gasdiffusionsfläche im wesentlichen eben ist. Die Grosse der abgescherten Blasen ist umso kleiner, je grosser der Berührungswinkel der Abscherflüssigkeit mit dem Stoff ist, der die Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche umgibt. Der Berührungswinkel beträgt vorzugsweise mindestens etwa 60 , wenn die verwendete Abscherflüssigkeit Leitungswasser ist.

Zufriedenstellende Blasenabscherergebnisse werden mit dem Verfahren gemäss der Erfindung mit einer Strömungsgeschwindigkeit

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der Abscherflüssigkeit von etwa 3 m/sec. erzielt, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit verwendet wird. Verbesserte Ergebnisse werden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 4,5 m/sec. erzielt und weitere Verbesserungen werden erzielt, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 6 m/sec. angewandt wird. Eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 7,5 m/sec. wird bevorzugt.

Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer Gaszufuhr zu den Gasdurchlasskanälen in einer Menge zur Erzeugung einer Gasströmung durch die Kanäle von etwa 0,30 l/min/cm der Diffusionsfläche wird für gewöhnlich gute Blasenabscherergebnisse erbringen. Wie bereits oben erläutert, wird durch eine Erhöhung der Gasströmungsmenge die Blasenabscherung in einer dem Fachmann bekannten Weise beeinflusst, aber allgemein ausgedrückt,

2 ergibt eine Gasströmungsmenge von 1,22 l/min/cm der wirksamen Diffusionsfläche verbesserte Ergebnisse, und eine Erhöhung dieser Menge auf 2,13 oder etwas mehr ergibt noch bessere Ergebnisse.

Wenn die Abscherflüssigkeit von dem Auslassrand der Gasdiffusionsfläche hinwegströmt, trägt sie die vielen kleinen Gasblasen mit sich und in den behandelten Flüssigkeitskörper, die von der sich bewegenden Abscherflüssigkeit von der Gasdiffusionsfläche abgeschert worden sind.

Das Vorhandensein der hydrodynamischen Eigenschaften, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung kennzeichnen, kann in der gleichen Weise bestimmt werden, wie es oben bei der Beschreibung der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erläutert worden ist. Die Abscherflüssigkeit kann lichtdurchlässig oder durch-

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- 98 . sichtig sein, wie zum Beispiel Wasser.

In der obigen Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung sind eine Reihe von Faktoren erörtert worden, die den Wirkungsgrad der Blasenabscherung zur Erzielung von Gasblasen von kleinstmöglicher Grosse, mit grösstmöglicher Einheitlichkeit der Blasengrösse, und mit geringstmöglichem Energieaufwand bestimmen. Es gibt viele andere Faktoren, die die Diffusion von Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper beeinflussen, von denen einige veränderlich sind und andere konstant sind, die jedoch alle bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden sollten.

Viele dieser Faktoren sind voneinander abhängig, sowohl in der in der Beschreibung angegebenen Weise als auch in anderer Weise. Ein Fachmann, der die Lehre der vorliegenden Offenbarung anwendet, berücksichtigt natürlich bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung alle in Frage kommenden Faktoren, die seinen Versuch beeinflussen können, eine schnelle Absorption von diffundierten Gasblasen in einem Flüssigkeitskörper zu erzielen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 -) Blasenabschervorrichtung zur Diffusion von feinen Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch einen Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn hindurchgehenden Gasdurchlasskanäl-en, die jeweils in einer Kapillaröffnung an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers enden, wobei im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 100 li haben, eine Einrichtung, mittels derer eine Gasströmung durch die Gasdurchlasskanäle und aus den Kapillaröffnungen heraus zur Bildung von wachsenden Gasblasen hervorgerufen wird, ein einen Schlitz bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angeordnet ist, um mit dieser Fläche einen Dur chi aß schlitz für eine Abscherflüssigkeit zu bilden, der ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, aus dem die Abscherflüssigkeit in den Flüssigkeitskörper geschickt werden kann, wobei die Form, die Abmessungen und die Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass, wenn Wasser bei 20 C mit einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit von 3,0 m/see. als Abscherflüssigkeit durch den Schlitz strömt und kein Gas durch die Gasdurchlasskanäle strömt, eine laminare Strömung in dem Wasser hergestellt wird, die im wesentlichen parallel zu der Form der Gasdiffusionsfläche verläuft, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche mit einem über dieser Schicht liegenden freien Strom

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über zumindest einen wesentlichen Teil der Kapillaröffnungen, wobei das Wasser über jedem übrigen Teil der Kapillaröffnungen im wesentlichen frei von jeder anderen Art der Strömung ausser einer voll entwickelten im wesentlichen parallelen Laminar strömung ist, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit zur Erzeugung der beschriebenen, im wesentlichen parallelen Laminarströmung, die dazu dient, die Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in dieser Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeibewegt wird, wobei die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an seinem Auslassende in den Flüssigkeitskörper transportiert.
2. Blasenabschervorrichtung zur Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch einen Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn hindurchgehenden Gasdurchlasskanälen, von denen jeder in einer Kapillaröffnung an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers endet, wobei im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 100 ij haben, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung durch die Gasdurchlasskanäle und aus den Kapillaröffnungen zur Bildung von wachsenden Gasblasen, ein einen Schlitz bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angeordnet ist, um mit dieser einen Durchlasschlitz für eine Abscherflüssigkeit zu bilden, der ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, aus dem die Abscherflüssigkeit in den Flüssigkeitskörper geschickt wird, wobei die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass, wenn Wasser mit

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20 C als Abscherflüssigkeit durch den Schlitz mit einer mittleren Eintrittsgeschwindigkeit von 4,57 m/sec. strömt und kein Gas durch die Gasdurchlasskanäle strömt, eine Laminarströmung in dem Wasser erzeugt wird, die im wesentlichen parallel zu der Form der Gasdiffusionsfläche verläuft, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche mit einem darüber verlaufenden freien Strom, über mindestens einen wesentlichen Teil der Kapillaröffnungen, wobei das Wasser über dem übrigen Teil der Kapillaröffnungen im wesentlichen frei von jeder anderen Art von Strömung ausser einer vollständig entwickelten, im wesentlichen parallelen Laminarströmung ist, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit.einer Strömungsgeschwindigkeit zur Erzeugung der beschriebenen, im wesentlichen parallelen laminaren Strömung, die dazu dient, die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in dieser Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeibewegt wird, wobei die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gas— blasen aus dem Schlitz an seinem Auslassende und in den Flüssigkeitskörper transportiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Lage ist, die beschriebene im wesentlichen parallele Laminarströmung auch bei einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit des Wassers von 6,096 m/sec. zu erzeugen.

4. Vorrichtung nachAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Lage ist, die beschriebene, im wesentlichen parallele '

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■ Laminarströmung auch bei einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit des Wassers von 7,62 m/sec. zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils in der Lage sind, bei der Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche herzustellen, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, die in Stromabrichtung über alle Kapillaröffnungen hinweg in der Gasdiffusionsfläche verläuft, und dass durch die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen wird, die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen verwendet wird, eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche gebildet wird, die zu einer vollständig entwickelten laminaren Strömung in einem Bereich wird, der zwischen allen Kapillaröffnungen und dem Auslassende des Durchlaßschlitzes liegt, wobei die Gasdiffusionsfläche unter der vollständig entwickelten laminaren Strömung frei von allen Kapillaröffnungen ist, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit erzeugt, um die beschriebene im wesentlichen parallele

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- 103 Laminarströmung in dem Wasser zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind₃ dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche hergestellt wird, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, die mindestens zu dem Auslassende des Durchlaßschlitzes verläuft, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, um in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung zu erzeugen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine im wesentlichen parallele Laminarströmung herstellbar ist, bei· der eine freie Strömung in Stromabrichtung über das Auslassende des Schlitzes hinaus und in den Flüssigkeitskörper verläuft, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsfläche weitere Kapillaröffnungen in Stromab-

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richtung von den erstgenannten Kapillaröffnungen aufweist, und dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass zusätzlich, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen verwendet wird, eine Flüssigkeitsströnnung erzeugt wird, die eine vollständig entwickelte laminare Strömung über mindestens einen Teil dieser weiteren Kapillaröffnungen in dem stromab gelegenen Teil der Gasdiffusionsfläche umfasst, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche erzeugt wird, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, die in einer turbulenten Zone an dem Auslassende des Schlitzes und innerhalb des Schlitzes endet, wobei die Gasdiffusionsfläche unter dieser turbulenten Zone frei von Kapillaröffnungen ist, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele, von der Turbulenz gefolgte Laminarströmung erzeugt wird.

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11 . Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine im wesentlichen parallele laminare Strömung der Flüssigkeit durch den Schlitz hergestellt wird, die zumindest einen Teil der in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche in vereinigter Wirkung der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit und der sich in dem freien Strom über der Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit abschert, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass, wenn Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen verwendet wird, eine im wesentlichen parallele laminare Strömung der Flüssigkeit durch den Schlitz erzeugt wird, die alle in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche durch die vereinigte Wirkung der sich in der teilweise entwickelten Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit und der sich in dem freien Strom über der Grenzsch icht bewegenden Flüssigkeit abschert, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in Wasser die beschriebene,

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- 106 im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Durchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine im wesentlichen parallele Laminarströmung von Flüssigkeit durch den Durchlaßschlitz hergestellt wird, die mindestens einige der in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit abschert, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in dem Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine im wesentlichen parallele Laminarströmung durch den Durchlaßschlitz erzeugt wird, die alle in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der sich in der teilweise entwi ekel ten laminaren Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit abschert, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen eine im wesentlichen parallele laminare Flüssigkeitsströmung durch den Durchlaßschlitz erzeugt wird, die einige der in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaroffnungen in der Gasdiffusionsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegenden Flüssigkeit abgeschert wird und bei der einige der in der Entstehung begriffenen Gasblasen ausschliesslich durch die Wirkung der sich in der vollständig entwickelten laminaren Strömung bewegenden Flüssigkeit abgeschert wird, und dass die genannte Einrichtung eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorruft, durch die in Wasser die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung weiterhin erzeugt, wenn den Gasdurchlasskanälen Gas zugeführt wird, um eine Gasströmungsmenge von 0,305 I Fläche der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen.

2 wird, um eine Gasströmungsmenge von 0,305 l/min/cm wirksamer

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die beschriebene, im wesentlichen parallele laminare Strömung weiterhin erzeugt, wenn den Gasdurchlasskanälen Gas zugeführt

2 wird, um eine Gasströmungsmenge von 1,219 l/min/cm wirksamer.

Fläche in der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen. ■

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18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung weiterhin erzeugt, wenn den Gasdurchlasskanälen Gas zugeführt

2 wird, um eine Gasströmungsmenge von 2,133 l/min/cm wirksamer

Fläche der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche des Gasdurchlasskörpers so nahe an dem Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes liegen, wie dies baulich möglich ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Stellungen des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils verstellbar sind, um die Breite des Durchlaßschlitzes über einen bestimmten Bereich verändern zu können, und dass die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass bei Verwendung von Wasser als Abscherflüssigkeit unter den angegebenen Bedingungen die beschriebene, im wesentlichen parallele Laminarströmung für mindestens einen Teil dieses Bereiches der Schlitzbreiten hergestellt wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Dur chi aß Schlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, nicht mehr als etwa 25,4 mm beträgt.

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22. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, nicht mehr als etwa 12,7 mm beträgt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das" Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaß Schlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, nicht mehr als etwa 2,54 mm beträgt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, nicht mehr als etwa 1,27 mm beträgt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Gasdiffusionsfläche, die die Kapillaröffnungen umgeben, aus einem Stoff bestehen, der einen Berührungswihkel mit

Leitungswasser von mindestens etwa 60 hat.

26. Blasenabschervorrichtung zur Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch einen Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn hindurchgehenden Gasdurchlasskanälen, von denen jeder in einer Käpillaröffnung an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers endet, wobei ihn wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 100 u haben, eine Einrichtung, mittels derer eine Gasströmung durch die Gasdurchlasskanäle und aus den Kapillaröffnungen zur Bildung wachsender Gasblasen hervorgerufen wird, ein einen Schlitz

-110 -. "

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bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angeordnet ist, um mit dieser einen Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit mit einem Einlassende und einem Auslassende zu bilden, aus dem die Abscherflüssigkeit in den Flüssigkeitskörper geschickt werden kann, wobei das Produkt des (a) Abstandes, der das Einlassende von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, und (b)

der Breite des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes über die gesamte

2
Strecke nicht mehr als etwa 64,5 mm beträgt, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz, um die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in der Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeibewegt wird, wobei die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an dessen Auslassende und in den Flüssigkeitskörper transportiert,

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Produkt nur etwa 48,4 mm beträgt,

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Produkt nur etwa 32,25 mm beträgt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,

2 dass das Produkt nur etwa 16,13 mm beträgt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Produkt nur etwa 6,45 mm beträgt.

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31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass

2 ■"■■'.

das Produkt nur etwa 3,22 mm beträgt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten stromauf gelegenen Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche des Gasdurchlasskörpers so nahe an dem. Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes liegen, wie es baulich möglich ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes von seinem Einlassende zu seinem Atislassende nicht mehr als etwa 2,032 mm beträgt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Stellungen des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils verstellbar sind, um die Breite des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes über einen bestimmten Bereich verändern zu

2 können, und dass das genannte Produkt nicht mehr als etwa 64,5 mm für mindestens einen Teil der Schlitzbreiten des Bereiches beträgt.

35. Vorrichtung nachAnspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Schlitzes von etwa Null bis auf eine bestimmte maximale Breite geändert werden kann.

36. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass " die Teile des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils, die das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes bilden, abgerundete Kanten aufweisen. ' "-.-".

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37. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes über dessen gesamte Länge nicht mehr als etwa 3,175 mm beträgt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes über seine gesamte Länge nicht mehr als etwa 1,016 mm beträgt.

39. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitzes über seine gesamte Länge nicht mehr als etwa 0,508 mm beträgt.

40. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Gasdiffusionsfläche, die die Kapillaröffnungen umgeben, aus einem Stoff bestehen, der einen Berührungswinkel mit Leitungswasser von mindestens etwa 60 hat.

41. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kap ill ar Öffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 50 u haben.

42. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 25 u haben.

43. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 5 η haben.

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44. Blasenabschervorriehtung zur Diffuston von feinen Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch einen Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn hindurchgehenden Gasdurchlasskanälen, von denen jeder in einer Kapillaröffnung an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers endet, wobei im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 1OOaj haben, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung durch die Gasdurchlasskanäle und aus den Kapillaröffnungen zur Bildung von wachsenden Gasblasen, ein einen Schlitz bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angeordnet ist, um mit dieser einen die Abscherflüssigkeit durchlassenden Schlitz zu bilden, der ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, aus dem die Abscherflüssigkeit in den Flüssigkeitskörper geschickt werden kann, wobei der Abstand, der das Einlassende des Durchlaßschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen/licht mehr als etwa 25,4 mm beträgt, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz, mittels derer die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abgeschert werden, wenn die Flüssigkeit in der Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeibewegt wird, woraufhin die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an dessen Auslassende und in den Flüssigkeitskörper transportiert.

45. Vorrichtung nachAnspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand nicht mehr als etwa 12,7 mm beträgt.

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46. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand nicht mehr als etwa 2,54 mm beträgt.

47» Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand nicht mehr als etwa 1 ,27 mm beträgt.

48. Gasdurchlasskörper zur Verwendung in einer Blasenabschervorrichtung zur Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch einen umschlossenen Behälter, der eine Gaseinlassöffnung aufweist, durch die Gas unter Druck in den von dem Behälter umschlossenen Raum geschickt werden kann, und der ferner mindestens eine Wand mit einer Vielzahl durch sie hindurchgehender Gasdurchlasskanäle aufweist, von denen jeder in einer Kapillaröffnung an der Aussenseite der Behälterwand endet, um eine Gasdiffusionsfläche zu bilden, wobei im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 10Ou haben, und wobei die eine Wand einen Rand aufweist, der eine Grenzlinie bildet, und die entfernteste der Kapillaröffnungen nicht weiter als etwa 25,4 mm von der Grenzlinie dieses Randes entfernt liegt.

49. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von dem die Grenzlinie bildenden Rand der einen Wand zu der entferntesten Kapillaröffnung nicht mehr als etwa

12,7 mm beträgt.

50. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von dem die Grenzlinie bildenden Rand der einen Wand zu den entferntesten Kapillaröffnungen nicht mehr als etwa 2,54 mm beträgt.

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51. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von dem die Grenzlinie bildenden Rand der einen Wand zu den entferntesten Kapillaröffnungen nicht mehr als etwa 1,27 mm beträgt.

52. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche der einen Wand des Gasdurchlasskörpers so nahe an dem die Grenzlinie bildenden Rand liegen, wie es baulich möglich ist.

53. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der die Grenzlinie bildende Rand abgerundet ist.

54. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 50yU haben.

55. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 25 u haben.

56. Gasdurchlasskörper nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 5 u haben.

57. Verfahren zur Herstellung eines Gasdurchlasskörpers zur Verwendung in einer Vorrichtung für die Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl hohler Kapillarfasern und ein Bindemittel quer über eine

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Fläche einer ersten Stützplatte angeordnet werden, die mindestens eine Seitenwand hat, die dazu dient, einen Teil der Innenwand einer Gaskammer zu bilden, und mindestens eine Seitenwand, die dazu dient, einen Teil der Aussenwand der Gaskammer zu bilden, so dass die hohlen Fasern im wesentlichen rechtwinklig zu jeder der Seitenwände ausgerichtet sind und die Fasern und das Bindemittel über die Platte an beiden Seiten der Platte hinausverlaufen, dass man eine zweite Stützplatte mit der gleichen Form wie die der ersten an der Vielzahl der hohlen Kapillarfasern und dem Bindemittel anbringt, um einen Sandwich-Körper zu bilden, der aus den beiden Platten mit dazwischen eingeschlossenen Fasern und Bindemittel besteht, dass man den Sandwich-Körper zusammenpresst, um zu bewirken, dass das Bindemittel alle Hohlräume zwischen den Fasern und zwischen den Fasern und den Stützplatten ausfüllt, dass man den Sandwich-Körper zusammengepresst hält, bis das Bindemittel gehärtet ist, um die hohlen Kapillarfasern in dem . Bindemittel als Trägermasse einzubetten, und dadurch Gasdurchlasskanäle zu bilden, die durch die Trägermasse verlaufen, dass man die Teile der in der Trägermasse eingebetteten hohlen Fasern, die über die Sextenwände abstehen, im wesentlichen auf die Höhe der äusseren Seitenwände der Stützplatten zurückschneidet, um eine Gasdiffusionsfläche mit über sie verteilten Kapillaröffnungen zu bilden, und dass man die Teile der in der Trägermasse einge·^. betteten hohlen Fasern, die nach innen über die inneren Seitenwände der Stützplatten hinausverlaufen, abschneidet, um dadurch die Einlassenden für die Gasdurchlasskanäle zu bilden.

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58. Verfahren nach Anspruch 57,. dadurch gekennzeichnet, dass diebei dem ersten Verfahrensschritt verwendeten hohlen Kapillarfäsern mit dem Bindemittel vorbeschichtet worden sind,, bevor sie quer ■ über der ersten Stützplatte angebracht wurden. :

59. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatten längliche Form haben. ■ . .

60. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stützplatte rechteckige Form und eine im wesentlichen rechteckige Öffnung in ihrem Innenteil aufweist, um ein längliches, . O-förmiges Teil zu bilden, das zwei Seiten aufweist, die dazu dienen, einen Teil der inneren Wand einer Gaskammer zu bilden, und das zwei weitere Seiten aufweist, die dazu dienen, einen Teil der äusseren Wand der Gaskammer zu bilden, und dass die hohlen Fasern bei dem ersten Verfahrensschritt im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse der Stützplatte angeordnet werden, so dass sie.quer über die ' rechteckige Öffnung und über die Stützplatte an deren beiden Aussenseiten hinaus verlaufen.

61. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Teile der beiden Q-förmigen Stützplatten auseinandergeschnitten werden, nachdem das Bindemittel zwischen den beiden O-förmigen Platten gehärtet ist, um eine Grundmasse zu bilden, in der die Kapillarfasern eingebettet sind, um dadurch zwei im wesentlichen rechteckige Gasdurchlasskörper zu bilden.

62. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gespinststrähnenstücke, von denen jedes aus einer Viel-

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' zahl von hohlen Kapillarfasern besteht, quer über der einen Fläche der ersten Stützplatte angeordnet werden.

63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen Kapillarfasern in im wesentlichen allen Gespinststrähnenstücken, die über der einen Fläche der Stützplatte angeordnet sind, im wesentlichen parallel zueinander verlaufen,

64. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der ersten Stützplatten an einer Wickelvorrichtung befestigt sind, und die Vielzahl der hohlen Kapillarfasern nacheinander um die mehreren Stützplatten gewickelt werden, so dass eine Faser zunächst auf der einen Stützplatte und dann auf der nächsten Stützplatte angebracht wird.

65. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass eine gasdichte Abdeckplatte auf einer Seite des Sandwich-Körpers befestigt wird, wobei die Enden der hohlen Kapillarfasern wie beschrieben abgeschnitten worden sind, und dass eine gasdichte Abdeckplatte mit einer darin ausgebilfleten Einlassöffnung an der anderen Seite des Sandwich-Körpers befestigt wird, um eireGaskammer zu bilden, in die Gas unter Druck durch den Einlass eingeführt werden kann und aus der das Gas durch die Vielzahl der hohlen Kapillarfasern ausströmen kann.

66. Verfahren nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Bindemittelschicht zwischen jeder Stützplatte und ihrer zugeordneten Abdeckplatte anbringt.

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67. Verfahren zur Diffusionfeiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, dadurch gekennzeichnet, dass man Gas durch eine Vielzahl von Kapillar-Gasdurchlasskanälen in einem Gasdurchlasskörper und aus den Kapillaröffnungen strömen lässt, in denen die Kapillardurchgänge an einer Gasdiffusioan sfläche des Körpers enden, wobei im wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von ' nicht mehr als etwa 10Ou haben, dass man eine Flüssigkeit, in der sich wachsende Gasblasen bilden können, an einer Vorderkante der Gasdiffusionsfläche und über diese hinweg zu einer Auslasskante der Diffusionsfläche mit minimaler Strömungsstörung und mit einer Strömungsgeschwindigkeit zur Erzeugung einer laminaren Strömung in der Flüssigkeit strömen lässt, die im wesentlichen parallel zu der Form der Gasdiffusionsfläche verläuft, einschliess-Iich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, über mindestens ein Viertel der Kapillaröffnungen, während die Flüssigkeit über jedem verbleibenden Teil der Kapillaröffnungen im wesentlichen frei von jeder anderen Art der Strömung ausser der voll entwickelten, im wesentlichen parallelen Laminarströmung ist, um die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in der "": Laminarströmung, die in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche ist, an den Kapillaröffnungen vorbeibewegt wird, und dass man die

die . ■■

Flüssigkeit, die/abgescherten Gasblasen mit sich führt, von der Gasdiffusionsfläche an deren Auslasskante hinweg und in den Flüssigkeitskörper strömen lässt.

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68. Verfahren zur Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, dadurch gekennzeichnet, dass man Gas durch eine Vielzahl von Kapillargasdurchlasskanälen in einem Gasdurchlasskörper und aus den Kapillaröffnungen, in denen die Kanäle an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers enden, strömen lässt, wobei im wesentlichen alle Kap ill ar Öffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als 100 η haben, dass man eine Flüssigkeit, in der sich wachsende Gasblasen bilden können, an einer vorderen Kante einer Gasdiffusionsfläche und über diese hinweg zu einem Auslassende der Gasdiffusionsfläche mit minimaler- Strömungsstörung und mit einer Strömungsgeschwindigkeit strömen lässt, um eine Laminarströmung in der Flüssigkeit zu erzeugen, die im wesentlichen parallel zu der Form der Gasdiffusionsfläche verläuft, einschliesslich einer teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht unmittelbar an der Gäsdiffusionsflache, mit einem freien Strom über dieser Schicht, über mindestens den grösseren Teil der Kapillaröffnungen, wobei die Flüssigkeit über dem verbleibenden Teil der Kapillaröffnungen im wesentlichen frei von jeder anderen Strömungsart als der voll entwickelten im wesentlichen parallelen Laminar strömung ist, um die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in der Laminarströmung, die in Berührung mit der Gäsdiffusionsflache ist, an den Öffnungen vorbei bewegt wird, und dass man die Flüssigkeit, die die abgescherten Gasblasen mit sich führt, von der Gäsdiffusionsflache an deren Auslassrand hinweg und in den Flüssigkeitskörper strömen lässt.

69. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit mindestens lichtdurchlässig ist.

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70. Verfahren nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit durchsichtig ist.

71. Verfahren nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit Wasser ist.

72. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche erzeugt wird, mit einem freien Strom über dieser Schicht, die sich in Stromabrichtung über alle Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche hinaus erstreckt.

73. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der" Gasdiffusionsfläche hergestellt wird, die zu einer vollständig entwickelten laminaren Strömung in einer Zone wird, die zwischen allen Kapillaröffnungen und dem Auslassrand der Gasdiffusionszone liegt, wobei die Gasdiffusionsfläche unter der vollständig entwickelten Laminar strömung frei von Kapillaröffnungen ist.

74. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilweise entwickelte laminare Grenzsch icht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche hergestellt wird, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, die mindestens zu der Auslasskante der Gasdiffusionsfläche verläuft.

75. Verfahren nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen parallele Lamiriarströmüng hergestellt wird, in der die freie Strömung über die Auslasskante der Gasdiffusions-

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- 122 . fläche hinaus und in den Flüssigkeitskörper hineinreicht.

76. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsfläche weitere Kapillaröffnungen in Stromabrichtung von den erstgenannten Kapillaröffnungen aufweist, und dass eine Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, die eine vollständig entwickelte Laminarströmung über mindestens einigen dieser weiteren Kapillaröffnungen in den Stromabteilen der Gasdiffusionsfläche umfasst.

77. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche hergestellt wird, mit einer freien Strömung über dieser Schicht, die in einer turbulenten Zone in Nähe der Auslasskante der Gasdiffusionsfläche und über dieser Fläche endet, wobei die Gasdiffusipnsfläche unter der turbulenten Zone frei von jeder Kapillaröffnung ist.

78. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen parallele Laminarströmung der Flüssigkeit erzeugt wird, die das Abscheren mindestens einiger der. in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläqhe durch die vereinigte Wirkung der Flüssigkeit bewirkt, die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenz- -.-,-. _r schicht bewegt, und der Flüssigkeit, die sich in der freien Strömung über der Grenzschicht bewegt. . ,.-,.

79. Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, .dass . eine im wesentlichen parallele laminare Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, die das Abscheren aller in der Entstehung begriffenen

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Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionszone durch die vereinigte Wirkung der Flüssigkeit bewirkt', die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegt und der Flüssigkeit, die sich in der freien Strömung über der Grenzschicht bewegt.

80. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen parallele Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, die das Abscheren mindestens einiger der in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der Flüssigkeit bewirkt, die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegt.

81. Verfahren nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen parallele laminare Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, die das Abscheren aller in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der Flüssigkeit bewirkt, die sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzschicht bewegt.

82. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen parallele laminare Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, die das Abscheren einiger der in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen in der Gasdiffusiqnsfläche ausschliesslich durch die Wirkung der sich in der teilweise entwickelten laminaren Grenzsch icht bewegenden Flüssigkeit bewirkt, sowie das Abscheren einiger in der Entstehung begriffener Gasblasen ausschliesslich durch die Wirkung der Flüssigkeit bewirkt, die sich in der vollständig entwickelten laminaren Grenzschicht bewegt. : Λ

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83. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten stromauf gelegenen Kapillaröffnungen in der Gasdiffusionsfläche des Gasdurchlasskörpers unmittelbar an der vorderen Kante der Gasdiffusionsfläche liegen.

84. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit über die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 3,0 m/sec. strömt.

85. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit über die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 4,5 m/sec. strömt.

86. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit über die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 6,0 m/sec. strömt.

87. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherflüssigkeit über die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 7,6 m/sec. strömt»

88. Verfahren nachAnspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass Gas den Gasdurchlasskanälen in einer Menge zugeführt wird, um eine Gasströmung durch die Kanäle von mindestens etwa 0,304 t/

2
min/cm wirksamer Fläche der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen.

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50 9 8 35/101 a

89. Verfahren nach Anspruch 68, in denen den Gasdurchlasskanälen Gas in einer Menge zugeführt wird, um eine Gasströmung durch die

2 Kanäle von mindestens eb/va 1,219 l/mih/cm wirksamer Fläche

in der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen.

90. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass den Gasdurchlasskanälen Gas in einer Menge zugeführt wird, um eine Gasströmung durch die Kanäle von mindestens etwa 2,133 I/ -

2
min/cm wirksamer Fläche der Gasdiffusionsfläche hervorzurufen.

91. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche von den am weitesten stromab gelegenen Kap ill ar Öffnungen trennt, nicht mehr als etwa 25,4 mm beträgt.

92. Verfahren nachAnspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der die Vorderkante der Gasdiffusionsfläche von den am weitesten stromab gelegenen Kap ill ar Öffnungen trennt,. nicht . mehr als etwa 12,7 mm beträgt.

93. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dassder Abstand, der die Vorderkante der-Gasdiffusionsfläehe- von den, am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt, nicht . mehr als etwa 2,54 mm beträgt.

94. Verfahren nach Anspruch 68> dadurch gekennzeichnet,odassr die Gasdiffusionsfläche im wesentlichen-eben, ist.- ■;. ...":. >■-. ;-· ._: ..-.ry

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.95. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, aus dem die Gasdiffusionsfläche besteht, aus der Gruppe

von Stoffen ausgewählt ist, die einen Berührungswinkel mit Lei-

ο tungswasser von etwa 60 haben.

96. Vorrichtung nachAnspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlassschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnuntrennt. , , . ■ . __ . . . ...

gen/nicht mehr als etwa 25,4 mm betragt.

97. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlassschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen/hicht mehr als etwa 12,7 mm beträgt.

98. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlassschlitzes von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen trennt nicht mehr als etwa 2,54 mm beträgt.

99. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, der das Einlassende des Flüssigkeitsdurchlass-' ■ schlitzesvon den am'weitesten stromab gelegenen KapillärÖffnüngen trennt, nicht mehr als etwa 1,27 mm beträgt. " -< -. - .·

100. BiasenabscHWrvorrichtung für die Diffusion' feiner Gäsblasen in einen' 'Flüssigkeitskörper, 'gekennzeichnet durch einen Gäs^r- ■■■"- ^:; durchlasskörper mit'eihe'r Vielzahl von durch ihn hindürchverlau-' fenden GasdurehTasskäriälen/vori denen jeder in einer Kapillar-' ^;

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Öffnung an einer Gasdiffusionsfläche des Körpers endet, wobei alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 10Ou haben, eine Einrichtung zur Verbindung der Gasdurchgangskanäle mit einer Gasquelle zur Bewirkung einer Gasströmung durch die Kanäle und aus der Vielzahl von Kapillaröffnungen zur Bildung wachsender Gasblasen, ein einen Schlitz bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angeordnet ist, um mit dieser einen Durchlaßschlitz für die Abscherflüssigkeit zu bilden, der ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, aus dem die Abscherflüssigkeit in den FTüssigkettskörper ausgestossen werden kann, wobei die Form, Abmessungen und Abstände des Gasdurchlasskörpers und des den Schlitz bildenden Teils so gewählt sind, dass, wenn Wasser mit 20 C, das durch den Schlitz mit einer mittleren Eintrittsströmungsgeschwindigkeit von 3,0 m/sec. strömt, als Abscherflüssigkeit verwendet wird und kein Gas durch die Gasdurchlasskanäle strömt, eine laminare Strömung in dem Wasser hergestellt wird, die im wesentlichen parallel zu der Form der Gasdiffusionsfläche verläuft und eine teilweise entwickelte laminare Grenzschicht unmittelbar an der Gasdiffusionsfläche mit einer darüber befindlichen freien Strömung über mindestens einen wesentlichen Teil der Kapillaröffnungen umfasst,, wobei das Wasser über dem übrigen Teil der Kapillaröffnungen im wesentlichen frei von jeder anderen Strömungsart als voll entwickelter im wesentlichen paralleler Laminarströmung ist, und eine Einrichtung, mittels derer der Eirilaßschlitz mit einer Rüssigkeitsquelle unter Druck verbunden wird, um eine Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz mit einer Strömungsgeschwindigkeit hervorzurufen, durch die in Wasser die oben beschriebene im wesentlichen parallele Laminarströmung erzeugt wird, um dadurch in der Entstehung be-

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griffene Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in der Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeiströmt, woraufhin die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an dessen Auslassende und in den Flüssigkeitskörper transportiert.

101. Vorrichtung nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, , dass sie die im wesentlichen parallele laminare Strömung weiterhin erzeugt, wenn die mittlere Wassereintrittsgeschwindigkeit

4.5 m/sec. beträgt.

102. Vorrichtung nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, dass sie die im wesentlichen parallele laminare Strömung weiterhin erzeugt, wenn die mittlere Wassereintrittsgeschwindigkeit 6,0 m/sec. beträgt.

103. Vorrichtung nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, dass sie die im wesentlichen parallele laminare Strömung weiterhin erzeugt, wenn die mittlere Wassereintrittsgeschwindigkeit

7.6 m/sec. beträgt.

104. Blasenabschergerät zur Diffusion feiner Gasblasen in einen Flüssigkeitskörper, gekennzeichnet durch.einen Gasdurchlasskörper mit einer Vielzahl von durch ihn durchgehenden Gasdurchtasskanälen, von denen jeder in. einer Kapillaröffnung an einer Gasdvffusionsflache des Körpers endet, wobei inn wesentlichen alle Kapillaröffnungen einen Durchmesser von nicht mehr als etwa tOO,u haben, eine Einrichtung zur Verbindung der Gasdurchlass-

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kanäle mit einer Gasquelle zur Bewirkung einer Gasströmung durch die Kanäle und aus der Vielzahl der Kapillaröffnungen zur Bildung wachsender Gasblasen, ein einen Schlitz bildendes Teil, das in Abstand von der Gasdiffusionsfläche angebracht ist, um mit dieser einen Durchlaßschlitz für die Äbscherflüssigkeit zu bilden, der ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, aus dem die Abscherflüssigkeit in den Flüssigkeitskörper ausgestossen werden kann, wobei das Produkt (a) des Abstandes, der das Einlassende von den am weitesten stromab gelegenen Kapillaröffnungen und (b) der durchschnittlichen Breite des Flüssigkeitsdurchlaßschlitzes über

• 2 diesen Abstand trennt, nicht mehr als etwa 64,5 mm beträgt, und eine Einrichtung zur Verbindung des Schlitzes mit einer Flüssigkeitsquelle unter Druck zur Bewirkung einer Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz, um die in der Entstehung begriffenen Gasblasen von den Kapillaröffnungen abzuscheren, wenn die Flüssigkeit in der Strömung, die sich in Berührung mit der Gasdiffusionsfläche befindet, an den Öffnungen vorbeibewegt wird, woraufhin die Flüssigkeitsströmung durch den Schlitz die abgescherten Gasblasen aus dem Schlitz an dessen Auslassende und in den Flüssigkeitskörper

transportiert.

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105. Vorrichtung nach Anspruch 104, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt nicht mehr als etwa 48,39 mm beträgt.

106. Vorrichtung nach Anspruch 104, dadurch gekennzeichnet, dass

das Produkt nicht mehr als etwa 32,25 mm beträgt.

107. Vorrichtung nach Anspruch 104, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt nicht mehr als etwa 16,13 mm beträgt.

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108. Vorrichtung nach Anspruch 104, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Produkt nicht mehr als etwa 6,45 mm beträgt.

109. Vorrichtung nachAnspruch 104, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Produkt nicht mehr als etwa 3,22 mm beträgt.

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