DE3247520C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit. Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden häufig Anwendung in Aquarien, Fischfarmen, Abwassereinrichtungen und dergleichen.

Üblicherweise sind Aquarienbehälter, Fischzuchtteiche und dergleichen mit Luft- oder Sauerstoffversorgungseinrichtungen versehen, um sphärische oder aufquellende Gasblasen mittels Düsen oder dergleichen im unteren Wasserbereich zu erzeugen, die dann an die Wasseroberfläche aufsteigen. Der Zweck dieser Anordnungen ist die Anreicherung des Wasser mit Sauerstoff, bei Schmuckaquarien soll darüber hinaus ein Schaueffekt erzielt werden. Bei bisher üblichen Gaszuführungsvorrichtungen ist jedoch die Auflösung des Sauerstoffs im Wasser unzulänglich, wenn die angesichts der Behältergröße an sich mögliche Auflösungsmenge berücksichtigt wird. Darüber hinaus könnten die Gasblasen oft hübscher sein, um den vollen Schaueffekt zu ergeben.

Aus der US-PS 36 51 646 ist eine Anordnung zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit bekannt, bei der komprimierte Luft zur Einleitung in die die Anordnung umgebende Flüssigkeit aus einer Zuführleitung über eine Mehrzahl von Gasauslässen und mit diesen verbundenen Düsen geführt wird. An der in die umgebende Flüssigkeit mündenden Öffnung sind federnde Klappen vorgesehen, die mit dem Luftstrom öffnen und wenn der hydrostatische Druck den Luftdruck übersteigt wieder schließen. Wenn die Anordnung in Betrieb ist, wird komprimierte Luft von einer Quelle durch eine Zuführleitung zu einer Mehrzahl von mit Düsen versehenen Gasauslässen geleitet. Nach dem Ausströmen aus einer Düse gelangt die komprimierte Luft zu einem mit federnden Klappen versehenen Steuerventil, welches unter dem gegenüber dem Umgebungsdruck höheren Druck der komprimierten Luft öffnet und die komprimierte Luft in die Flüssigkeit blasenförmig entweichen läßt. Wenn die Luftzufuhr abgeschaltet wird und restliche unter Überdruck stehende Luft in die Flüssigkeit ausgeströmt ist, übersteigt der hydrostatische Druck wieder den Druck in der Zuführleitung und somit auch im Innern des Steuerventils, und die elastischen Klappen werden durch diesen hydrostatischen Druck wieder geschlossen. Durch die Anordnung gemäß der obengenannten US-PS wird ein Aufsteigen einer Wand von Luftblasen in der Flüssigkeit erreicht, die an der Oberfläche der Flüssigkeit eine der Anordnung der Düsen in der Flüssigkeit entsprechende Barriere bilden, mit deren Hilfe Verschmutzungen, wie beispielsweise an der Oberfläche befindliches Öl, eingegrenzt werden können. Es wird also mit der genannten Anordnung gerade der erwünschte Effekt einer möglichst guten Auflösung der Gasblasen in der Flüssigkeit nicht erzielt.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit zu schaffen mit einem wesentlich größeren Gasauflösungsvermögen als bei bisherigen Lösungen. Dabei soll eine starke nach oben gerichtete Strömung der Gasblasen gegeben sein und eine verstärkte Verwirbelung der Flüssigkeit erzeugt werden. Schließlich soll im Rahmen der mit der Erfindung gelösten Aufgabe eine mystische, den Betrachter erfreuende Wirkung erzielt werden.

Im Hinblick auf diese aufgabengemäße und eine Reihe weiterer Aspekte der Erfindung ist die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit gerichtet, mit einer Aufnahmekammer für das Gas, die einen an eine Druckgasquelle angeschlossenen Einlaß zur Einleitung des Gases unter Druck und einen Gasauslaß aufweist und mit mindestens einer Düse, die an dem Gasauslaß angeschlossen ist und die in Abhängigkeit von der Differenz des Druckes zwischen der sie umgebenden Flüssigkeit und dem Gasdruck geöffnet oder verschlossen wird. Hierfür öffnet oder unterbricht ein Ventil die Gaszufuhr von der Druckgasquelle zur Düse, wobei eine Betätigungseinrichtung das Ventil umschaltet, wenn der Gasdruck in der Aufnahmekammer vorgegebene Werte erreicht und wobei beim Öffnen und Schließen der Düse der Gasstrom schlagartig freigebbar bzw. abstoppbar ist.

Der andere Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit gerichtet, bei dem das Gas unter Druck einer Aufnahmekammer zugeführt, aus dieser an eine in der Flüssigkeit angeordnete Düse unter einem Druck, der größer als der Druck der die Düse umgebenden Flüssigkeit ist, weitergeleitet und die Düse unter dem Gasdruck zur Abgabe des Gases an die Flüssigkeit geöffnet wird, wobei das Gas während des Ausströmens aus der Düse im Mittelbereich des Düsenquerschnitts rascher als in dessen wandnahem Bereich strömt. Der Gasdruck in der Aufnahmekammer wird durch Zuführung des Gases bis zum Erreichen eines vorgegebenen oberen Druckniveaus erhöht, sodann wird die Düse schlagartig geöffnet und das Gas unter gleichzeitigem Druckabfall in der Aufnahmekammer an die umgebende Flüssigkeit abgegeben, bis der Gasdruck in der Aufnahmekammer auf ein bestimmtes unteres Druckniveau abgefallen ist. Dann wird die Düse schlagartig geschlossen und der Gasdruck in der Aufnahmekammer wieder erhöht.

Nachfolgend wird die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, um sie besser verständlich zu machen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Mittellängsabschnitt einer im Betrieb befindlichen Anordnung gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Gasblasen,

Fig. 2 die Anordnung der Fig. 1 in entsprechender Darstellung, jedoch in der Außerbetriebstellung,

Fig. 3 einen Teil der Anordnung der Fig. 1 und 2 als Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Erläuterung der Bildung von Wirbelringen, wobei die Düse als vertikaler Mittellängsabschnitt dargestellt ist,

Fig. 5 eine andere Ausgestaltung der Anordnung gemäß der Erfindung, teils als Ansicht, teils als Mittellängsschnitt,

Fig. 6 ein Blockschaltbild für eine Anordnung zur Steuerung eines Solenoidventils,

Fig. 7 in einer Fig. 6 entsprechenden Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung als Seitenansicht,

Fig. 9A als Seitenansicht eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 1 vorgesehenen Düse,

Fig. 9B eine Draufsicht der Düse gemäß Fig. 9A,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 9B,

Fig. 11A in der Darstellung der Fig. 9B die Düse in der Öffnungsstellung und Fig. 11B einen Vertikalschnitt der in Fig. 11A dargestellten Düse.

Gemäß Fig. 1 bis 3 ist eine Vorrichtung für die Erzeugung von Wirbelringen unter Wasser gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei das Bezugszeichen 10 einen aus korrosionsresistenten Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, Plastik oder dergleichen, hergestellten Sammler bezeichnet. Die Aufnahmekammer 10 hat im wesentlichen die Form einer umgestülpten zylindrischen Tasse mit einem Aufnahmevermögen von 2 Litern. An seiner Seitenwand oder Schürze 12 ist die Aufnahmekammer mit einem Gaseinlaß 14 versehen, um von einer nicht gezeichneten Gasquelle geliefertes Gas wie Luft, Sauerstoffgas oder dergleichen in die Aufnahmekammer 10 einführen zu können. Sie ist des weiteren mit einem Gasauslaß 18 in der Mitte des Deckels 16 versehen, um Gas aus ihrem Inneren zu einer Düse 19 gelangen zu lassen, die dem Gasauslaß 18 gasdicht zugeordnet ist. Am unteren Ende ist die Aufnahmekammer an seiner Seitenwand 12 mit einem radial gerichteten Umfangsflansch 20 versehen, der sich im wesentlichen nach außen, mit einem geringeren Teil seiner Breite in die Aufnahmekammer 10 hinein erstreckt. Der innere Rand des Flansches 20 umgrenzt eine Öffnung 22. Diese Öffnung 22 ist mit einer Membrane 24 aus federndem Material, z. B. Gummi, verschlossen, die mit ihrem Rand in Sandwichart mit nicht gezeichneten Schrauben und Muttern sowie einem Befestigungsring 26 dicht an dem Flansch 20 gehalten ist; die Membrane 24 liegt mit ihrem Rand zwischen dem Flansch 20 und dem Befestigungsring 26. Durch die Mitte der Membrane 24 ist eine Ventilspindel 28 hindurchgeführt, wobei die Verbindung zwischen der Ventilspindel 28 und der Membrane 24 durch einen Kopf 30 der Spindel erfolgt. Im einzelnen erfolgt die Verbindung dadurch, daß eine Mutter 32 auf dem Gewindeende des Spindelschaftes 34 die Membrane 24 gegen den Kopf 30 fest anlegt, so daß die Ventilspindel 28 von der Membrane 24 getragen wird und sich axial frei in die Aufnahmekammer 10 erstreckt. Das freie Ende der Ventilspindel 28 ist axial gleitfähig in einer Axialbohrung 38 eines Ventilgliedes 36 gehalten, das im oberen Abschnitt kegelstumpfförmig ist. Zwischen dem Ventilglied 36 und der Mutter 32 befindet sich eine die eigentliche Ventilstange 34 umgebende Wickelfeder 40. In der in Fig. 2 dargestellten Außerbetriebsstellung der Vorrichtung wird das Ventilglied 36 unter der Wirkung der Wickelfeder 40 an dem unteren als Ventilsitz wirkenden Ende des Gasauslasses 18 in Anlage gehalten, so daß das kegelstumpfförmige Ende des Ventilgliedes den Gasauslaß 18 versperrt. Das Ventilglied 36 und die innere Öffnung des Auslasses 18 bilden ein Ventilmittel, mit dem die Gaszufuhr von einer Gasquelle zu der Düse 19 ermöglicht oder abgesperrt werden kann. Die Ventilspindel 28, die Wickelfeder 40 und ein dehnbarer Teil 24A der Membrane 24 bilden ein Mittel zum Betätigen des Ventilmittels zu dessen Öffnen und Schließen. Die Düse 19 hat die Form eines Hohlzylinders und besteht aus elastisch verformbarem Material, beispielsweise Gummi, Syntheseharz und dergleichen. Die Düse 19 und ihre Elastizität sind so gewählt, daß sie unter der Wirkung des Wasserdruckes verschlossen wird, wenn sie in einer bestimmten Wassertiefe angeordnet ist. Das bedeutet, daß sie als Steuerventil eingesetzt werden kann.

Im Einsatz wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Wasser in einer bestimmten Tiefe eingesetzt, wobei die Düse 19 nach oben gerichtet ist. Bei der dargestellten und beschriebenen Anordnung ist an einen Einsatz zwischen drei und dreißig Metern gedacht. In der in Fig. 2 dargestellten Außerbetriebsstellung wird die Düse 19 durch den Wasserdruck verschlossen gehalten, und die Membrane 24 ist in ihre eine Endstellung zurückgefedert, in der sie zusammen mit der Wickelfeder 40 das Ventilglied 36 zum Zusammenwirken mit dem Auslaß 18 derart gebracht hat, daß der Auslaß 18 verschlossen ist. Während des Betriebes wird ein gasförmiges Strömungsmittel unter Druck von einer Gasquelle aus durch den Gaseinlaß 14 in den Speicher bzw. Aufnahmekammer 10 eingeführt. Hierdurch steigt der Innendruck innerhalb der Aufnahmekammer an, wodurch die Membrane 24 nach außen durchgebogen wird, und zwar entgegen dem umgebenden Wasserdruck und entgegen der Wirkung der Wickelfeder 40 mit dem Ergebnis, daß das Ventilglied 36 außer Berührung mit dem Gasauslaß 18 gebracht wird. Auf diese Weise gelangt das bis dahin in der Aufnahmekammer 10 gespeicherte Gas durch den Auslaß 18 heraus in die Düse 19, die bis dahin durch den Wasserdruck geschlossen gehalten wird. Die Düse wird von dem in sie gelangenden Gas geöffnet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Das Gas gelangt durch die Düse 19 hindurch in das umgebende Wasser und bildet in diesem einen Wirbelring. Ist das Gas ausgetreten, so fällt der Druck in der Aufnahmekammer 10 schlagartig zusammen, so daß die Membrane 24 von der nach außen durchgebogenen Endstellung der Fig. 1 in die nach innen durchgebogene Endstellung der Fig. 2 zurückfedert mit dem Ergebnis, daß das Ventilglied 36 gegen den Auslaß 18 angelegt wird und dabei den Auslaß 18 verschließt. Gleichzeitig und ebenfalls schlagartig wird die Düse 19 von dem umgebenden Wasserdruck geschlossen. Wirbelringe werden dadurch gebildet, daß vielfach aufeinanderfolgend das Ventilmittel und die Düse geöffnet und geschlossen werden. Die aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließbewegungen ergeben sich so lange, bis die Zufuhr von Gas aus einer Gasquelle unterbrochen bzw. beendet wird.

Aus durchgeführten Versuchen ergibt sich, daß die nachfolgenden Bedingungen für die Bildung von Wirbelringen erfüllt sein müssen:

• (a) Der Gasdruck in der Aufnahmekammer muß etwas höher sein als der Druck der Umgebungsflüssigkeit, und zwar um etwa 50 bis 150 mm Wassersäule; insbesondere sollte er auch um bis zu 300 mm Wassersäule höher sein können. Eine konstante Gasmenge muß schlagartig aus der Düse entladen werden.
• (b) Hat das Gas die Düse verlassen, so muß die Gasgeschwindigkeit in der Mitte des Gasstromes bzw. der Düse größer sein als am Rand, d. h. an der Innenwand der Düse, so daß das Gas gemäß Fig. 4 von der Innen- zur Außenseite rotiert.
• (c) Die Düse muß so ausgelegt sein, daß unmittelbar vor und nach der Gasentladung aus der Düse keine Gasblasen erzeugt werden und kein Wasser in die Düse gelangt.

Bei der beschriebenen Lösung wurde eine Serie von Luftmengen mit einem Druck, der höher als der Druck des Umgebungswassers bei etwa 50 mm Wassersäule lag, aufeinanderfolgend durch die Düse 19 ausgestoßen, wobei gemäß Fig. 4 Wirbelringe 44 aufeinanderfolgend sich bildeten. Diese Wirbelringe 44 gelangten nach oben und drehten sich dabei mit hoher Geschwindigkeit von innen nach außen. Nahe der Wasseroberfläche hatte der Durchmesser der Wirbelringe stark zugenommen. Es wurde das Verhalten zweier aufeinanderfolgender Wirbelringe genauer beobachtet. Dabei wurde beobachtet, daß der Durchmesser eines nachfolgenden Ringes kleiner wurde als der des vorausgehenden Ringes und daß er schneller als letzterer nach oben trieb. Schließlich trat sogar der nachfolgende Wirbelring durch den vorausgehenden Ring hindurch. Als nächstes trat letzterer durch den vorherigen. Es wurde eine mit hoher Geschwindigkeit nach oben strömender Wasserstrom beobachtet, der durch die aufeinanderfolgenden Wirbelringe hindurchtrat.

Es wird unterstellt, daß die Geschwindigkeit des nach oben gerichteten Wasserstromes als eine Kombination der durch die Wirbelringe induzierten Geschwindigkeit, der Tragfähigkeit und der kinetischen Energie der Wirbelringe angesehen werden kann. Der mit hoher Geschwindigkeit nach oben gerichtete Wasserstrom kann für eine verstärkte Wasserzirkulation benutzt werden. Darüber hinaus kann durch die Erzeugung von Wirbelringen aus Gas in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit die Lösung des Gases in der Flüssigkeit deutlich beschleunigt werden, wenn bekannte Systeme zum Vergleich herangezogen werden. Dies ist damit zu erklären, daß die Wirbelringe einen hohen Berührungsdruck und einen großen Oberflächenbereich mit dem umgebenden Wasser wegen der hohen Rotationsgeschwindigkeit haben. Für die Bildung der Wirbelringe können verschiedene Gase verwendet werden. Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung bei der Fischhaltung, Fischaufzucht, bei Wasserbehandlungsverfahren wie aktivierte Schlammbäder, bei der Wasserregeneration, Gaslösung in Wasser oder allgemein immer dann angewendet werden, wenn Gas besonders intensiv in eine Flüssigkeit eingeleitet werden soll. Dabei können im Hinblick auf eine gegebenenfalls erwünschte optische Wirkung die Wirbelringe gefärbt werden, indem mit dem Gas kolorierte Dämpfe oder Gase in die Flüssigkeit eingeleitet werden, gegebenenfalls zusammen mit besonderen Beleuchtungseffekten. Es können erzielt werden ein intensiver Flüssigkeitsumlauf, eine gute Lösung von Gas in Flüssigkeiten und besonders optische Effekte.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 46 ein Tragelement in der Form eines Hohlzylinders bezeichnet. Das Tragelement 46 ist an seinem oberen Ende offen und mit einem runden Ringflansch 48 versehen, der sich radial nach außen erstreckt. Seinem unteren, ebenfalls offenen Ende ist eine Gewichtsplatte 50 zugeordnet. Das Tragelement 46 ist ferner mit einer Anzahl Öffnungen 52 versehen, um Fluid von der Außenseite des Tragelementes in dessen Innenbereich eintreten zu lassen. Die Aufnahmekammer 54 hat ebenfalls die Form eines Hohlzylinders, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Tragelementes 46 entspricht, so daß beide Teile aufeinander passen. Die Verbindung beider Teile erfolgt durch den Ringflansch 48 und einen entsprechenden unteren Ringflansch 58 der Aufnahmekammer 54, wobei die Verbindung beider Ringflansche durch Schraubenverbindungen erfolgt. Zwischen die beiden Ringflansche 48, 58 ist eine Membrane 56 aus elastisch nachgiebigem Material, beispielsweise Gummi, eingelegt, die den Innenraum der Aufnahmekammer 54 vom Innenraum des Tragelementes 46 trennt. Eine dornartige Schutzplatte 60 mit einer Vielzahl von Löchern ist an der Innenseite der schürzenartigen Wand des Tragelementes 46 befestigt, um die Membrane 56 gegen mechanische Beschädigungen zu schützen. Die Aufnahmekammer 54 ist an seinem oberen offenen Ende, mit einem radial nach außen gerichteten Ringflansch versehen, auf dem eine scheibenförmige Abdeckplatte 64 aus durchscheinendem Material wie Acrylharz dichtend befestigt ist. Der Befestigung dienen Schraubenverbindungen, der Abdichtung ein nicht gezeichneter O-Ring. Die Abdeckplatte 64 ist mit einem Gaseinlaß 66 versehen, der mittels eines üblichen Verbindungselementes 68 mit einer Leitung 70 verbunden ist. Ein Gas wie Luft, Sauerstoff oder dergleichen wird von einer nicht gezeichneten unter Druck stehenden Gasquelle über die Leitung 70 der Aufnahmekammer 54 zugeführt. Sie ist außerdem in der Mitte der Abdeckplatte 64 mit einem Gasauslaß 72 versehen, um den herum eine hohlzylindrische Düse 74 aus elastisch nachgiebigem Material wie Gummi, synthetischem Harz oder dergleichen dicht angeordnet ist. Direkt verbunden mit dem inneren Ende des Gasauslasses 72 ist ein von einem Solenoid gesteuertes Ventil 76, das mit einer Gleichstromquelle durch ein Ventilsteuermittel 78 verbunden ist, das ein elektromagnetisches Relais und einen Verzögerungskreis einschließt. Die Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt, Relais und Verzögerungskreis sind dabei jedoch nicht dargestellt. Das Ventilsteuermittel 78 ist innerhalb der Aufnahmekammer 54 angeordnet und elektrisch mit einem sensitiven Schalter 80 verbunden, wie er unter der Handelsmarke "Microswitch" im Handel ist. Er ist ein Teil zum Ermitteln der Stellung des beweglichen Teiles 56A der Membrane 56. Der Schalter 80 ist der Innenseite der Wand der Aufnahmekammer 54 zugeordnet, so daß ein Kolben 82 zum Aktivieren des Schalters gegen diesen zum Anstoßen gebracht wird, wenn dieses bewegliche Teil in seiner Rückkehrstellung ist, wie sie in Fig. 5 durch unterbrochene dünne Linien gekennzeichnet ist. Das bewegliche Teil 56A der Membrane 56, der sensitive Schalter 80 und das Ventilsteuermittel 78 bilden eine Einheit zum Betätigen des Solenoidventils 76. Die Aufnahmekammer 54 und das Tragelement 46 sind aus korrosionsfestem Material hergestellt, beispielsweise rostfreiem Stahl, synthetischem Harz usw., im vorliegenden Fall ist Polyvinylchloridharz vorgesehen.

Für den Betrieb wird eine Vorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Lösung in einer Tiefe zwischen drei und dreißig Metern in Süß- oder Seewasser angeordnet. In der Außerbetriebsstellung nimmt die Membrane 56 die in Fig. 5 durch unterbrochene dünne Linien gekennzeichnete Ausgangsstellung ein, während die Düse 74 geschlossen ist. Während des Betriebes wird ein Gas unter Druck durch den Gaseinlaß 66 in die Aufnahmekammer 54 eingeführt. Hierdurch steigt der Druck in ihr an, wodurch die Membrane 56 verstellt wird, was dazu führt, daß das verstellbare Teil 56A der Membrane 56 sich vom Kolben 82 entfernt, um dadurch den sensitiven Schalter 80 zu aktivieren. Auf diese Weise liefert der sensitive Schalter 80 ein Signal an das elektromagnetische Relais des Ventilsteuermittels 78, um einen Kontakt zu schließen, so daß das Solenoidventil 76 erregt wird und öffnet. Gleichzeitig damit, d. h. der Betätigung des Solenoidventils 76, wird der Verzögerungskreis des Ventilsteuermittels 78 betätigt. Das unter Druck in der Aufnahmekammer 54 befindliche Gas wird durch den Gasauslaß 72 in die Düse 74 eingeführt, die vom Flüssigkeitsdruck geschlossen gehalten wird, unter der Wirkung des Gases jedoch schlagartig öffnet und das Gas gemäß Fig. 4 in die Flüssigkeit entläßt. Der Druck in der Aufnahmekammer 54 fällt rasch ab, so daß die Membrane 56 in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Ehe oder wenn die Membrane ihre Ausgangsstellung erreicht, d. h. wenn nach dem Betätigen des Schalters 80 etwa 0,1 bis 1 Sekunde vergangen sind, so wirkt der oben beschriebene Verzögerungskreis, um die Kontakte des elektromagnetischen Relais voneinander zu trennen, so daß das Solenoidventil 76 entregt und geschlossen wird. Auf diese Weise wird die Gaszufuhr vom Gasauslaß 72 zu der Düse 74 unterbrochen, und die Düse wird schlagartig geschlossen, um einen Wirbelring zu bilden. Der beschriebene Arbeitsablauf der Vorrichtung wird so lange wiederholt, bis die Gaszufuhr von der Gasquelle zur Aufnahmekammer unterbrochen wird.

In Fig. 7 ist eine dritte Lösungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung dargestellt, die sich von der zweiten Lösung dadurch unterscheidet, daß der sensitive Schalter 80 nicht verwendet wird und daß das Solenoidventil 76 zwischen einer nicht dargestellten Druckgasquelle und der Leitung 70 angeordnet ist, die mit dem Gaseinlaß 66 verbunden ist. Bei dieser Lösung sind das Solenoidventil 76 und das Ventilsteuermittel 78 als das Ventilbetätigungsmittel am Grund eines Gewässers angeordnet. Das Ventilsteuermittel 78 schließt ein elektromagnetisches Relais und einen Zeitgeber zum Aktivieren des elektromagnetischen Relais im jeweiligen Zeitpunkt ein (beide Teile sind in der Zeichnung nicht dargestellt).

Bei der dritten Lösung ist das elektromagnetische Ventil 76 normalerweise geöffnet. Ist das nicht dargestellte Ventil der Druckgasquelle offen, so läuft der obengenannte Zeitgeber des Ventilsteuermittels 78 an, während andererseits Gas unter Druck in der Aufnahmekammer 54 durch das elektromagnetische Ventil 76 eintritt. Hierdurch wird die Membrane 56 verstellt und die Düse 74 geöffnet, weil der Druck in der Aufnahmekammer 54 ansteigt, so daß ein Wirbelring gebildet wird. Nach dem Gasausstoß kehrt die Membrane 56 in ihre Ausgangsform zurück, ehe oder wenn die Membrane 56 in ihre Ausgangsform zurückkehrt, so führt der Zeitgeber dem elektromagnetischen Relais ein Signal zu, um einen Kontakt zu schließen und dabei das Solenoidventil 76 zu schließen mit dem Ergebnis, daß die Gaszufuhr zur Aufnahmekammer 54 beendet wird. Auf diese Weise wird die Düse 74 sofort geschlossen, um einen Wirbelring zu bilden. Dieses Arbeiten der Vorrichtung wird so lange fortgesetzt, bis die Zufuhr von Gas durch Schließen des Ventils der Gaszuführungsquelle beendet wird.

Bei der dritten Lösung kann die Membrane 56 auch weggelassen werden.

In Fig. 8 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Lösungen dadurch, daß die Aufnahmekammer 54 mit zwei Gasauslässen 72 versehen ist. Jeder Auslaß 72 ist mit einer Düse 74 versehen. Bei dieser Lösung wurde beobachtet, daß zwei horizontalliegende Wirbelringe nach ihrer Bildung sich zu einem entsprechend größeren Wirbelring vereinigen.

In Fig. 9A bis 11B ist eine modifizierte Düsenform dargestellt. Diese Düse 84 schließt einen dornartigen Grundkörper 86 und einen lippenförmigen Ventilteil 88 ein, der einstückig mit dem oberen Ende des Grundkörpers 86 ausgebildet ist, so daß beide Teile eine Einheit bilden. Die Düse 84 ist aus elastisch nachgiebigem Material wie Gummi, synthetischem Harz und dergleichen in einem Gießverfahren hergestellt. Die Länge des Ventilabschnittes 88 beträgt etwa 3 bis 25 mm. In Fig. 9A bis 10 ist die Düse 84 im Schließzustand dargestellt, in Fig. 11A bis 11B im geöffneten Zustand. Der Ventilabschnitt 88 schließt die Düse vollständig durch den auf ihn wirkenden Flüssigkeitsdruck.

Nachdem die Erfindung hiermit im einzelnen erläutert ist, um sie besser verständlich zu machen, soll darauf hingewiesen werden, daß die Beschreibung die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht beschränken soll.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt gekennzeichnet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wirbelringen aus Gas in einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung schließt eine Aufnahmekammer mit einem Gasauslaß für die Gasausführung und einem Gaseinlaß für die Gaseinführung von einer Druckgasspeisequelle aus ein. Dem Gasauslaß ist eine Düse zugeordnet, die mit dem Gasspeicherraum der Aufnahmekammer in Verbindung steht und derart elastisch ist, daß die Düse unter dem umgebenden Flüssigkeitsdruck dicht verschließbar und in einer Betriebsstellung verschlossen ist. Der Düse ist Druckgas von einer Gasspeisequelle aus zuführbar, und zwar über ein Ventil, das mittels eines Ventilbetätigungsmechanismus zu öffnen ist, wenn der Druck im Gasspeicherraum der Aufnahmekammer einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Aufnahmekammer in der Flüssigkeit positioniert, und die Düse des Gasauslasses ist unter dem Druck der umgebenden Flüssigkeit infolge iher Elastizität geschlossen, bis der Gasdruck in der Aufnahmekammer einen über dem Druck der umgebenden Flüssigkeit liegenden Wert ansteigt, so daß die Düse vom Gasdruck geöffnet wird. Die Düse ist so ausgebildet, daß ein aus ihr austretender Gasstrom in der Mitte des Düsenquerschnittes eine höhere Geschwindigkeit hat als im Bereich der Düsenwand, so daß der aus der Düse in die Flüssigkeit austretende Gasstrom einen Wirbelring bildet. Die Gaszufuhr zur Düse wird unterbrochen, um den Gasaustritt zu beenden und die Düse unter dem Umgebungsdruck wieder zu schließen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit, bei dem das Gas unter Druck einer Aufnahmekammer zugeführt, aus dieser an eine in der Flüssigkeit angeordnete Düse unter einem Druck, der größer als der Druck der die Düse umgebenden Flüssigkeit ist weitergeleitet und die Düse unter dem Gasdruck zur Abgabe des Gases an die Flüssigkeit geöffnet wird, wobei das Gas während seines Ausströmens aus der Düse im Mittelbereich des Düsenquerschnittes rascher als in dessen wandnahem Bereich strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in der Aufnahmekammer durch Zuführung des Gases bis zum Erreichen eines vorgegebenen oberen Druckniveaus erhöht, sodann die Düse schlagartig geöffnet und das Gas unter gleichzeitigem Druckabfall in der Aufnahmekammer an die umgebende Flüssigkeit abgegeben wird, bis der Gasdruck in der Aufnahmekammer auf ein bestimmtes unteres Druckniveau abgefallen ist, wonach die Düse schlagartig geschlossen und der Gasdruck in der Aufnahmekammer wieder erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas über ein Ventil (28; 76) aus der Aufnahmekammer (10; 54) an die Düse (19; 74) weitergeleitet wird, wobei dieses Ventil erst bei Erreichen des vorgegebenen oberen Druckniveaus für den Gasdruck in der Aufnahmekammer geöffnet und sodann nach Abfall des Gasdruckes in der Aufnahmekammer auf das vorgegebene untere Druckniveau wieder geschlossen wird (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des der Aufnahmekammer (10, 54) zugeführten Gases um etwa 50 bis 300 mm Wassersäule, bevorzugt um etwa 50 bis 150 mm Wassersäule, größer ist als der Druck der die Düse umgebenden Flüssigkeit.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft, Sauerstoff oder Helium und als Flüssigkeit Süß- oder Seewasser eingesetzt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas gefärbter Rauch zugesetzt wird.

6. Anordnung zum Erzeugen von Gasblasen in einer Flüssigkeit, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Aufnahmekammer (10; 54) für das Gas, die einen an eine Druckgasquelle angeschlossenen Einlaß (14; 66) zur Einleitung des Gases unter Druck und einen Gasauslaß (18; 72) aufweist und mit mindestens einer Düse (19; 74), die an dem Gasauslaß angeschlossen ist und die in Abhängigkeit von der Differenz des Druckes zwischen der sie umgebenden Flüssigkeit und dem Gasdruck geöffnet oder verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (28; 76) die Gaszufuhr von der Druckgasquelle zur Düse öffnet oder unterbricht, daß eine Betätigungseinrichtung (24; 56) das Ventil umschaltet, wenn der Gasdruck in der Aufnahmekammer vorgegebene Werte erreicht, und daß beim Öffnen und Schließen der Düse der Gasstrom schlagartig freigebbar bzw. abstoppbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Membran (24; 56) umfaßt, die an ihrem Rand dichtend einer Öffnung in der Aufnahmekammer (10; 54) zugeordnet ist, wobei die Membran einen Abschnitt aufweist, der zwischen einer Ruhe- und einer Schaltstellung bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (28) ein Ventilglied (36) sowie eine Öffnung im Gasauslaß (18) umfaßt, mit der das Ventilglied zusammenwirkt, wobei die Betätigungseinrichtung für das Ventil den verstellbaren Abschnitt (30, 32) der Membran (24) sowie eine Druckfeder (40) zwischen dem Ventilglied und dem verstellbaren Abschnitt zur Vorspannung des Ventilgliedes gegen den Rand der Öffnung im Gasauslaß (18) aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für das Ventil (24) eine Ventilspindel (34) aufweist, deren eines Ende den verstellbaren Abschnitt (30; 32) der Membran (24) zugeordnet ist und die mit ihrem anderen Ende gleitend in eine Bohrung (38) des Ventilgliedes (36) hineinragt, wobei die Druckfeder eine die Ventilspindel (34) umgebende Schraubenfeder (40) ist.

10. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein zwischen dem Gaseinlaß (66) und der Druckgasquelle angeordnetes Magnetventil (76) ist (Fig. 5 und 7) ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für das Ventil ein elektromagnetisches Relais zur Ansteuerung des Magnetventils (76) und einen Zeitgeber zur Betätigung des Relais zum jeweiligen Zeitpunkt einschließt.

12. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein mit dem Gasauslaß (72) verbundenes Magnetventil (76) ist, die Betätigungseinrichtung für das Ventil einen Sensor zur Ermittlung der Stellung des beweglichen Bereiches (80, 82) der Membran (56) und zur Erzeugung eines Signals zum Öffnen des Magnetventils (76) aufweist, und daß eine Ventilsteuerung (78) vorgesehen ist, die elektrisch mit dem Sensor und dem Magnetventil (76) verbunden ist, um letzteres in Abhängigkeit vom Öffnungssignal des Sensors zu öffnen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuerung (78) ein elektromagnetisches Relais zum Aktivieren des Magnetventils (76) und einen Verzögerungskreis umfaßt, der nach Erhalt des Öffnungssignals vom Sensor das Relais nach einem vorbestimmten Zeitintervall entregt.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein sensitiver Schalter, ein berührungsloser Schalter oder ein Näherungsschalter ist.