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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung eines Gases in eine in einem Kanal strömende Flüssigkeit mit einer Gaszufuhrleitung in den Kanal unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und einem Gasverteiler am Ende der Gaszufuhrleitung.
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Aus der DE-OS 24 00 602 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von in einem Abwasserkanal befindlichem Abwasser bekannt, bei dem mit Sauerstoff angereichertes Gas unter Druck im Hinblick darauf in das Abwasser eingeleitet wird, daß eine bakterielle Bildung von Schwefelwasserstoff in den Abwasserkanälen vermieden wird. Zur Einleitung des mit Sauerstoff angereicherten Gases wird ein in das Abwasser eingetauchtes Injektorrohr, das an einen Sauerstoffkonverter angeschlossen ist, verwendet. Durch den Einsatz eines solchen Injektorrohres wird jedoch der freie Querschnitt des Abwasserkanals beeinträchtigt, so daß in dem Abwasser mitgeführte Inhaltsstoffe an dem Injektorrohr hängenbleiben und dieses weitgehend zusetzen können, wodurch der Gaseintrag vermindert wird. Bei einer deshalb immer wieder notwendigen Inspektion des Injektorrohres muß der Abwasserkanal geöffnet und währenddessen die Abwasserförderung unterbrochen werden.
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Neben einer Sauerstoffanreicherung von einem in einem Abwasserkanal strömenden Abwasser besteht oft auch die Notwendigkeit, andere in einem Kanal strömende Flüssigkeiten mit einem Gas anzureichern. Als Beispiele lassen sich die Stickstoffbegasung von Wein oder die Ozonisierung von Trinkwasser anführen. Gegenüber Abwasser ist z. B. bei Trinkwasser nicht damit zu rechnen, daß Schmutzstoffe enthalten sind. Bei der Gasanreicherung solcher Flüssigkeiten kann es deshalb gegenüber der Abwasserbegasung in einem Kanal von Vorteil und direkt erwünscht sein, den freien Querschnitt des Kanals an der Gaseintragstelle zu verengen, um durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder durch Wirbelbildung an der Gaseintragstelle die Gaslöslichkeit zu verbessern. Wenn auch in einem solchen Fall die Gefahr der Verschmutzung der Gaseintragvorrichtung und damit der Beeinträchtigung des Gaseintrages wesentlich geringer ist als bei der Sauerstoffanreicherung von in einem Kanal strömenden Abwasser, so ist es doch von Zeit zu Zeit erforderlich, die Gaseintragvorrichtung zu überprüfen, um einen ungestörten Gaseintrag sicherstellen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Einspeisung eines Gases in eine in einen Kanal strömende Flüssigkeit zu entwickeln, mit der ein möglichst feinblasiger Gaseintrag in die in den Kanal strömende Flüssigkeit erreicht werden kann und bei der auf einfache Weise die Wartungsmöglichkeiten verbessert sowie die notwendigen Wartungszeiten verkürzt sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gaszufuhrleitung an ihrem Ende einen an dem Kanal angeordneten Rohrstutzen aufweist, daß in dem Rohrstutzen ein Verschlußorgan angeordnet ist, durch das der Rohrstutzen zum Kanal hin absperrbar ist, daß der Rohrstutzen an seinem vom Kanal abgewandten Ende durch einen Deckel verschließbar ist und daß in dem Deckel eine den Gasverteiler bewegende Spindel drehbar gelagert ist, wobei nach einem Zurückdrehen der Spindel der Rohrstutzen durch das Verschlußorgan absperrbar ist.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Gaszufuhrleitung an ihrem Ende einen an dem Kanal angeordneten Rohrstutzen aufweist, der eine vom Kanal weggerichtete, mindestens halbkugelförmige Erweiterung aufweist, und daß in die Erweiterung eine den Rohrstutzen abdichtende Kugel eingesetzt ist, die um eine Querachse des Rohrstutzens drehbar ist und mindestens eine zur Querachse des Rohrstutzens parallele Schnittfläche aufweist, die zur Aufnahme des Gasverteilers ausgebildet ist, wobei die Gaszuführung zum Gasverteiler durch die Kugel hindurch erfolgt.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Gaseintragvorrichtung gelingt es, aufgrund der Herausnehmbarkeit des Gasverteilers aus dem Rohrstutzen auch während des Strömens der Flüssigkeit in dem Kanal die Durchführbarkeit von notwendigen Wartungsarbeiten an dem Gasverteiler zu erleichtern und aufgrund der verbesserten Wartungsmöglichkeiten stets einen möglichst feinblasigen Gaseintrag zu verwirklichen.
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Bei solchen Flüssigkeiten, die fast keine Schwebstoffe mit sich führen, wie z. B. bei Trinkwasser, kann dabei der feinblasige Gaseintrag noch dadurch unterstützt werden, daß der Gasverteiler aus dem Rohrstutzen in die in dem Kanal strömende Flüssigkeit hineinragt. Die dadurch bedingte Verengung des Strömungsquerschnittes des Kanals bewirkt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Kanal, wodurch infolge der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit sehr kleine Gasblasen von dem Gasverteiler abgeschert werden.
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Insbesondere bei der Sauerstoffanreicherung von in dem Kanal strömenden Abwasser ist es vorteilhaft, wenn der Gasverteiler den Rohrstutzen zum Kanal hin derart abschließt, daß der Querschnitt des Kanals an der Stelle der Einmündung des Rohrstutzens dem freien Querschnitt des Kanals vor und hinter der Einmündung des Rohrstutzens weitgehend entspricht. Durch einen solchen Einbau des Gasverteilers in der Peripherie des Kanals wird der Strömungsquerschnitt des Kanals in keiner Weise beeinträchtigt. In dem Wasser mitgeführte Inhaltsstoffe können nicht mehr an dem Gasverteiler hängen bleiben.
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Unabhängig davon, ob der Gasverteiler in die in dem Kanal strömende Flüssigkeit hineinragt oder nicht, ist es zur Erzielung eines feinblasigen Gaseintrags von Vorteil, den Gasverteiler als feinporige Platte mit weitgehend homogener Porosität auszubilden. Eine solche feinporige Platte kann beispielsweise aus Sintermetall, Keramik oder Glas gefertigt sein. Durch die homogene Porosität dieser Werkstoffe wird erreicht, daß die aus den einzelnen Poren der Platte austretenden Gasblasen in Abhängigkeit vom Porenradius und vom Gasdurchsatz weitgehend gleich groß sind und die Gefahr des Anlagerns von kleineren an größere Gasblasen, was die Gaslöslichkeit beeinträchtigen würde, vermindert ist. Zur Befestigung der feinporigen Platte kann diese in einer dem Querschnitt des Rohrstutzens entsprechenden gasdurchlässigen und aus dem Rohrstutzen herausnehmbaren Halterung angeordnet sein.
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Das Herausnehmen des Gasverteilers aus dem Rohrstutzen ist nach einer vorteilhaften Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Gaseintragsvorrichtung dadurch möglich, daß der Rohrstutzen an seinem vom Kanal abgewandten Ende durch einen abnehmbaren Deckel verschlossen ist, in dem Deckel eine den Gasverteiler bewegende Spindel drehbar gelagert ist und der Rohrstutzen ein Verschlußorgan aufweist, durch das nach einem Zurückdrehen der Spindel bis zum Anschlag des Gasverteilers an den den Rohrstutzen verschließenden Deckel und nach Verschließen des Verschlußorgans der Deckel abgenommen werden, wodurch der Gasverteiler an der Unterseite des Deckels zugänglich wird.
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Um zu vermeiden, daß bei einer Abnahme des Deckels die beim Zurückdrehen der Spindel und des Gasverteilers in den Bereich des Rohrstutzens zwischen Deckel und Verschlußorgan eingedrungene Flüssigkeit plötzlich aus dem Rohrstutzen ausströmt, ist es vorteilhaft, wenn der Rohrstutzen im Bereich zwischen Verschlußorgan und Deckel eine Flüssigkeitsablaßeinrichtung, wie z. B. einen einfachen Hahn, aufweist, über die nach einem Verschließen des Verschlußorgans und vor Abnahme des Deckels die im Bereich zwischen Verschlußorgan und Deckel vorhandene Flüssigkeit abgelassen werden kann.
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Das Verschlußorgan kann mit Vorteil als Kugelhahn ausgebildet und die Spindel mit dem Gasverteiler in Offenstellung des Kugelhahns durch diesen ein- und ausdrehbar sein. Der Einsatz eines Kugelhahns als Verschlußorgan erlaubt die Herstellung der Gaseintragvorrichtung unter Verwendung von genormten Bauteilen, was die Herstellungskosten günstig beeinflußt.
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In gleicher Weise ist es aber auch möglich, als Verschlußorgan einen Absperrschieber zu verwenden. Dieser hat gegenüber dem Kugelhahn den Vorteil, daß er eine geringere Baulänge der Gaseintragvorrichtung erfordert und somit leichter insbesondere an einem Abwasserkanal angeordnet werden kann.
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Eine noch geringere Baulänge erfordert eine andere vorteilhafte Ausbildungsform der Gaseintragvorrichtung, bei der der Rohrstutzen vom Kanal weggerichtet eine mindestens halbkugelförmige Erweiterung aufweist, bei der in die Erweiterung eine den Rohrstutzen abdichtende, um eine Querachse des Rohrstutzens drehbare und mindestens eine zur Querachse des Rohrstutzens parallele Schnittfläche aufweisende Kugel eingesetzt ist und bei der die Schnittfläche der Kugel zur Aufnahme des Gasverteilers ausgebildet und der Gasverteiler so bemessen ist, daß er höchstens dem Umfang der Kugel entspricht. Da bei einer solchen Gaseintragvorrichtung zum einen die aus dem Rohrstutzen ein- und ausdrehbare Spindel entfällt und zum anderen die Kugel so anzuordnen ist, daß der auf ihre Schnittfläche angeordnete Gasverteiler den Rohrstutzen an seiner Einmündung zum Kanal hin abschließt, ist die Baulänge des Gasverteilers in diesem Fall praktisch nur von dem Durchmesser der Kugel bestimmt. Außerdem werden weniger Bauteile zur Herstellung der Gaseintragsvorrichtung benötigt, da in diesem Fall die Kugel gleichzeitig als Verschlußorgan des Rohrstutzens und als Halterung für den Gasverteiler ausgebildet ist. Als Gasverteiler ist es zweckmäßig, eine feinporige Platte, die nicht über den Umfang der Kugel hinaussteht, in die Schnittfläche der Kugel einzusetzen. Zur Inspektion oder Reinigung der feinporigen Platte braucht die Kugel nur um 180° gedreht zu werden, wobei die zunächst an der Einmündung des Rohrstutzens in den Kanal liegende feinporige Platte an das hintere offene Ende des Rohrstutzens geschwenkt wird. Ist die Kugel mit zwei sich gegenüberliegenden parallel zur Querachse des Rohrstutzens verlaufenden Schnittflächen und feinporigen Platten auf den Schnittflächen versehen, so kann während der Wartung der einen Platte auf der einen Schnittfläche der Gaseintrag über die andere Platte der anderen Schnittfläche aufrechterhalten werden.
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Zur Gasversorgung der auf den Schnittflächen angeordneten feinporigen Platten weist die Kugel mit Vorteil Bohrungen auf, die jeweils die in einer Stellung zum Kanal hin befindliche Schnittfläche mit dem Gasanschluß am Rohrstutzen verbinden.
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Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Gaseintragvorrichtung werden anhand zweier in den Figuren schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei in beiden Figuren für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Es zeigt
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Fig. 1 eine Gaseintragvorrichtung an einem im Querschnitt dargestellten Kanal mit einem Rohrstutzen, in dem als Gasverteiler eine feinporige Platte und als Verschlußorgan ein Kugelhahn angeordnet ist;
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Fig. 2 eine Gaseintragvorrichtung an einem im Querschnitt dargestellten Kanal mit einem eine halbkugelförmige Erweiterung aufweisenden Rohrstutzen, in die als Verschlußorgan und als Halterung für den Gasverteiler eine Kugel eingesetzt ist.
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In den Figuren ist mit 1 ein eine strömende Flüssigkeit aufnehmender Kanal beliebigen Querschnitts und mit 10 ein in dem Kanal 1 aufrechterhaltener Flüssigkeitsspiegel bezeichnet. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 10 weist der Kanal 1 einen Rohrstutzen 2 auf, der über einen ein Regelventil besitzenden Gasanschluß 4 mit einer nicht dargestellten Gasversorgungseinheit in Verbindung steht.
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Gemäß der Ausführungsform der Gaseintragvorrichtung nach Fig. 1 ist am Rohrstutzen 2 als Verschlußorgan ein Kugelhahn 8 angeflanscht, dessen Kugel mit einer Bohrung versehen ist, die dem Innenquerschnitt des Rohrstutzens 2 entspricht. Das freie Ende des Kugelhahns 8 ist mit einem abnehmbaren Deckel 3 verschlossen. An dem Deckel 3 ist der Gasanschluß 4 sowie eine Flüssigkeitsablaßeinrichtung 9 angebracht. Außerdem ist in dem Deckel 3 eine Spindel 7 drehbar gelagert, die an ihrem durch die Bohrung der Kugel des Kugelhahns 8 in den Rohrstutzen 2 hineinragenden Ende eine gasdurchlässige, dem Innenquerschnitt des Rohrstutzens 2 entsprechende Halterung 6 trägt, in der auf der dem Kanal 1 zugewandten Seite als Gasverteiler 5 eine feinporige Platte eingesetzt ist. Die feinporige Platte ist, um einen feinblasigen Gaseintrag zu ermöglichen, aus einem Werkstoff mit möglichst homogener Porosität, wie z. B. Sintermetall, Keramik oder Glas, gefertigt.
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Die gezeichnete Stellung der Gaseintragvorrichtung entspricht der Betriebsstellung des Gasverteilers. Dabei ist insbesondere bei einer Sauerstoffanreicherung von in dem Kanal 1 strömendem Abwasser die als Gasverteiler 5 verwendete feinporige Platte mit Hilfe der Spindel gerade soweit in dem Rohrstutzen 2 vorgeschoben, daß der Querschnitt des Kanals 1 durch die feinporige Platte gegenüber dem stromauf und stromab des Rohrstutzens 2 liegenden Kanalquerschnitt nicht verengt oder erweitert ist. Diese Anordnung des Gasverteilers 5 an der Peripherie des Kanals 1 hat den Vorteil, daß bei einer Sauerstoffanreicherung von in dem Kanal strömenden Abwasser sich die im Abwasser mitgeführten Inhaltsstoffe an dem Gasverteiler nicht festhängen können.
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Anstelle der als Gasverteiler verwendeten feinporigen Platte können jedoch in der Halterung 6 auch solche Gasverteiler angeordnet sein, die in die in dem Kanal strömende Flüssigkeit hineinragen und den Strömungsquerschnitt des Kanals verengen. Dies kann beispielsweise bei der Ozonisierung von Trinkwassser vorteilhaft sein, da dann durch den verengten Strömungsquerschnitt eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und damit ein verbessertes Abscheren besonders kleiner Gasblasen von dem Gasverteiler erzielt werden kann. Als Gasverteiler sind in diesem Fall beispielsweise tragflügelähnliche Profile und eine poröse Oberfläche aufweisende Rippen denkbar, die parallel nebeneinander angeordnet zwischen sich venturiartige Spalte bilden und über eine Gasversorgungsleitung untereinander und mit der Halterung 6 in Verbindung stehen.
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In Betriebsstellung ist die Flüssigkeitsablaßeinrichtung 9 geschlossen, während über den Gasanschluß 4 das zur Anreicherung der in dem Kanal 1 strömenden Flüssigkeit bestimmte Gas durch die Bohrung der Kugel des Kugelhahns 8 in den Rohrstutzen 2 und zum Gasverteiler 5 geleitet wird. Ist ein Reinigen oder Auswechseln des Gasverteilers 5 notwendig, wird die Gaszufuhr mit Hilfe des in dem Gasanschluß 4 angeordneten Ventils unterbrochen und der Gasverteiler 5 mit Hilfe der Spindel 7 durch die Bohrung der Kugel des Kugelhahns 8 bis zum Anschlag der Halterung 6 an dem Deckel 3 zurückgezogen. Anschließend kann der Kugelhahn 8 durch Drehung seiner Kugel verschlossen werden, so daß der Rohrstutzen 2 abgesperrt ist und die in dem Kanal 1 strömende Flüssigkeit nicht durch den Rohrstutzen 2 abfließen kann. Nach einem Ablassen der beim Zurückziehen des Gasverteilers 5 bis zum Anschlag der Halterung 6 an den Deckel 3 in den Bereich zwischen der Kugel des Kugelhahns 8 und dem Deckel 3 eingedrungenen Flüssigkeit über die Flüssigkeitsablaßeinrichtung 9 kann der Deckel 3 von dem Kugelhahn 8 abgeschraubt und zusammen mit der Spindel 7 und der daran befestigten und den Gasverteiler 5 tragenden Halterung 6 abgenommen werden, wodurch der Gasverteiler 5 an der Unterseite des Deckels 3 zugänglich ist. Der Zusammenbau und der Betriebseinsatz der Gaseintragvorrichtung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
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Bei der Ausführungsform der Gaseintragvorrichtung nach Fig. 2 weist der Rohrstutzen 2 eine vom Kanal 1 weggerichtete halbkugelförmige Erweiterung 12 auf, in die eine den Rohrstutzen 2 abdichtende und auf eine Welle 11 um eine Querachse des Rohrstutzens 2 drehbare Kugel 13 eingesetzt ist. Die Kugel 13 besitzt zwei gegenüberliegende und zur Querachse des Rohrstutzens 2 parallele Schnittflächen 15 a, 15 b, in die als feinporige Platten ausgebildete Gasverteiler 5 a, 5 b eingesetzt sind. Die Abmessungen der feinporigen Platten sind so bemessen, daß sie nicht über den Umfang der Kugel 13 hinausragen. Damit auch in diesem Fall der Gasverteiler 5 den Strömungsquerschnitt des Kanals 1 nicht verändert, ist die halbkugelförmige Erweiterung 12 des Rohrstutzens 2 so angeordnet, daß die in ihr auf der Welle 11 sitzende und den Rohrstutzen 2 abdichtende Kugel 13 mit jeweils einer ihrer Schnittflächen 15 a, 15 b und der darauf angeordneten feinporigen Platte 5 a, 5 b in die Peripherie des Kanals zu liegen kommt. Zur Zuführung von Gas vom Gasanschluß 4 am Rohrstutzen 2 zu den auf den Schnittflächen 15 a, 15 b angeordneten feinporigen Platten 5 a, 5 b besitzt die Kugel 13 Bohrungen 14 a, 14 b, die jeweils die in einer Stellung zum Kanal hin befindliche Schnittfläche 15 a, 15 b mit dem Gasanschluß 4 verbinden. Diese Bohrungen 14 a, 14 b enden in den Schnittflächen 15 a, 15 b in Aussparungen 16 a, 16 b, um eine Gasverteilung hinter den feinporigen Platten 5 a, 5 b zu ermöglichen.
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Zum Reinigen oder Auswechseln einer Gasverteilers muß die Kugel 13 nur auf ihrer Welle 11 um 180° gedreht werden, so daß die beiden sich genau gegenüberliegenden Schnittflächen 15 a, 15 b mit ihren feinporigen Platten 5 a, 5 b gerade vertauscht sind. Die Gaszufuhr in die in dem Kanal 1 strömende Flüssigkeit braucht dabei nur für den kurzen Moment des Drehens der Kugel 13 unterbrochen zu werden.
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Selbstverständlich kann die Kugel aber auch nur eine Schnittfläche mit einem Gasverteiler aufweisen. Dann muß jedoch die Gaszufuhr in die in dem Kanal strömende Flüssigkeit über die Dauer der Reinigung des Gasverteilers unterbrochen werden.
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Um einen möglichst einfachen Aufbau der Gaseintragvorrichtung zu erhalten, ist es möglich, in die halbkugelförmige Erweiterung des Rohrstutzens eine Kugel eines Kugelhahns einzusetzen, die Bohrung der Kugel auf der einen Seite mit einem Deckel und auf der anderen Seite mit einem Gasverteiler zu verschließen, und den Gasanschluß am Rohrstutzen mit der Bohrung der Kugel zu verbinden. Dadurch können bereits genormte und vorgefertigte Teile auch beim Aufbau einer solchen Gaseintragvorrichtung Verwendung finden.