DE3344671C2

DE3344671C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten einer Flüssigkeit insbesondere von Gülle

Info

Publication number: DE3344671C2
Application number: DE3344671A
Authority: DE
Inventors: Anton 8443 Bogen Humpel
Original assignee: MOSER BARBARA 8152 FELDKIRCHEN-WESTERHAM DE
Current assignee: MOSER BARBARA 8152 FELDKIRCHEN-WESTERHAM DE
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3344671A1

Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird Flüssigkeit vor der Mischung mit den vorzugsweise gasförmigen Aufbereitungsbestandteilen in einen gasförmigen Zustand überführt, in dem die Aufbereitungsbestandteile beigemischt werden. Nach der Vermischung der verdampften Flüssigkeitsmenge mit den Aufbereitungsbestandteilen wird der Flüssigkeitsdampf wieder verflüssigt und mit den übrigen nicht verdampften Flüssigkeitsmengen vermischt, wodurch ein äußerst hoher Gasanteil in der Gasmischung gelöst verbleibt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) weist eine Pumpeinrichtung (2) und eine Düse (8) einer Mischeinrichtung (19) auf, die zur Erzeugung eines Kavitationsbereichs (16) in einem Mischelement (10) einen gemeinsamen Zusammenwirkbereich aufweisen, der im wesentlichen im zentralen Bereich der Flüssigkeitsströmung vorgesehen ist. Weiterhin weist die Vorrichtung (1) eine Strömungsverbindung zwischen einer Zuführleitung (13) für Aufbereitungsbestandteile und dem Kavitationsbereich (16) auf. Damit ist es möglich, die Aufbereitungsbestandteile durch den im Kavitationsbereich (16) herrschenden Unterdruck anzusaugen und dann die vorzugsweise gasförmigen Aufbereitungsbestandteile mit der im Kavitationsbereich (16) verdampften Flüssigkeit zu vermischen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten einer Flüssigkeit, insbesondere von Gülle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.

Da es sich gezeigt hat, daß Kunstdünger bei langer Anwendung den Boden stark verfestigt, was das Auftreten von für die Bodenbelüftung wichtigen Regenwürmern erheblich zurückgehen ließ, wurde in der letzten Zeit in verstärktem Maß wieder Gülle als Dünger verwendet. Da diese jedoch im Vergleich zu Kunstdünger einen niedrigeren Düngewert hat, wird seit langem versucht, durch Aufbereitung der Gülle deren Düngewert zu erhöhen.

Hierzu ist eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die im großen und ganzen darauf beruhen, daß Fäulnisprozesse durch das Wachstum anaerober Bakterien vermieden werden müssen. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß die Fäulnisprozesse zu einer Zersetzung der Gülle führen, die deren Düngewert sehr stark vermindert. Bei einer Aufbereitung der Gülle durch Belüftung in regelmäßigen Abständen, wird hingegen das Wachstum aerober Bakterien in der Gülle ermöglicht und Fäulnisprozesse werden vermieden.

Lange Zeit galt der Grundsatz, daß die Aufbereitungswirkung durch das Eintragen möglichst großer Luftmengen gesteigert werden kann. Daher sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Luft unter Druck in großen Mengen in die Gülle eingeblasen wird. Dies hat jedoch den Nachteil, daß Stoffe wie beispielsweise Stickstoff oder Ammoniak aufgrund der großen Luftmengen aus der Gülle ausgetragen werden, so daß trotz der hohen Belüftung der Düngewert nicht im gewünschten Maß gesteigert werden kann, da die genannten ausgetragenen Stoffe ebenfalls erheblichen Anteil am Düngewert der Gülle haben.

Daher wurde dazu übergegangen, Luft in dosiertem Maße in die Gülle einzutragen, um einerseits eine ausreichende Belüftung zu erreichen und andererseits das

Austragen von anderen Düngebestandteilen zu vermeiden. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 30 23 428 bekannt, wobei jedoch unter anderem der Nachteil auftritt, daß die über die Rotorblätter der Pumpe geleitete Luft zu großen Luftblasen zusammengeschlagen wird, so daß trotz der dosierten Lufteingabe wiederum groß.e schnell aufsteigende Luftblasen entstehen können, die wertvolle· Düngebestandteile aus der Gülle austragen.

Daher sind beispielsweise aus der DE-OS 27 41 243, der DE-OS 26 12 255, der DE-OS 27 05 243, der DE-AS 22 48 685, der AT-PS 3 52 033 und der zur Gatturigsbildung des Anspruchs 1 herangezogenen DE-OS 24 34 935 Verfahren bekannt, bei denen die aufzubereitende Flüssigkeit wie insbesondere Gülle einer Mischeinrichtung zugeleitet wird, in der die Flüssigkeit zunächst beschleunigt wird. Durch die Beschleunigung wird einerseits ein Unterdruck erzeugt, mittels dessen die Aufbereitungsbestandteile, wie insbesondere Luft, angesaugt werden und andererseits soll durch die starke Verwirbelung der Flüssigkeit die Vermischung mit den Aufbereitungsbestandteilen verbessert werden.

Das gattungsgemäße wie auch alle anderen Verfahren dieser Art weisen jedoch den Nachteil auf, daß trotz einer feinperligen Einbringung der Luft diese nach dem Mischvorgang dazu neigt, wieder aus der Flüssigkeit auszuperlen, da die Löslichkeit von Luft in Wasser unter Normalbedingungen sehr gering ist. Ein Indiz dafür ist die Schaumdeckenbildung, die bei praktisch allen vorstehend genannten Verfahren auftritt. Daher wird beim gattungsgemäßen und auch den übrigen Verfahren «ersucht, neben der Durchmischung eine möglichst auf den Boden der Güllegrube gerichtete Strömung zu erzeugen, um das Aufsteigen der Luftbläschen zumindest zu verzögern. Dies bringt jedoch nur in begrenztem Maße einen Erfolg mit sich und erhöht in aller Regel erheblich den Aufwand. Daher weist das gattungsgemäße Verfahren trotz der feinperligen und dosierten Einbringung von Luft den Nachteil auf, daß zum einen die Durchlüftung nur in unbefriedigendem Maße durchgeführt werden kann und zudem auch weiterhin für den Düngewert der Gülle wichtige Bestandteile wie Ammoniak und Stickstoff durch die aufsteigenden Luftblasen ausgetragen werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Gattung zu schaffen, mit dem eine Optimierung der Einbringung von AufbereituFgsbestandteilen in Flüssigkeiten, wie insbesondere Luft in Gülle, zur Erzielung eines hohen Düngewertes durch hohen Luftanteil bei gleichzeitiger Vermeidung von Austragung anderer Düngebestandteile möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Verdampfung eines Teiles der aufzubereitenden Flüssigkeit, die durch Absenkung des statischen Druckes unter den Dampfdruck der Flüssigkeit erreicht wird, und deren Vermischung mit den gasförmigen Aufbereitungsbestandteilen wird ein sehr einheitliches Gemisch gebildet, da sich zwei gasförmige Medien wesentlich besser vermischen lassen als ein flüssiges und ein gasförmiges Medium. Durch die anschließende Verflüssigung der zuvor verdampften und mit dem Gas vermischten Flüssigkeitsmenge und der anschließenden Vermischung mit der nicht verdampften Flüssigkeitsmenge wird die gesamte Flüssigkeit gleichmäßig und in hohem Maße mit den Aufbereitungsbestandteilen durchmischt. Wie im Rahmen der Erfindung durchgeführte Vergleichsuntersuchungen ergeben haben, tritt bei Einbringung eines bestimmten Luftvolumens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ausperlen dieser Luft nach der Vermischung mit der Gülle nicht mehr auf. Wird die gleiche Luftmenge hingegen nach dem gattimgsgemäßen Verfahren in die Gülle eingebracht, kommt es zwar zu einer Vermischung der Flüssigkeit mit feinperliger Luft, diese steigt jedoch nach relativ kurzer Zeit wieder in der Gülle auf. Der Grund für

ίο dieses Ausperlen ist beim gattungsgemäßen Verfahren darin zu sehen, daß Luft nur in sehr geringem Maße unter normalen Bedingungen in der Flüssigkeit lösbar ist Der beim erfindungsgemäßen Verfahren hingegen überraschenderweise auftretende zuvor geschilderte Effekt konnte bisher noch nicht abschließend geklärt werden. Vermutlich ergibt sich durch die Mischung der verdampften Gülle mit der Luft und die anschließende Verflüssigung und Vermischung mit den übrigen Flüssigkeitsbestandteilen eine besonders hohe Löslichkeit der Luft in der Flüssigkeit, da es durch die Vermischung der zuvor verdampften Flüssigkeit mit der nicht verdampften zu einer Art Verdünnung der gelösten Luftmenge kommt, die zu einer physikalisch übersättigten Luftlösung führt, so daß kein Ausperlen auftritt.

Zweifelsfrei haben jedoch weitere im Rahmen der Erfindung durchgeführte Untersuchungen ergeben, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitete Gülle einen äußerst hohen Düngewert hat und keinerlei Geruchsbelästigung mehr auftritt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Aufbereiten einer Flüssigkeit, insbesondere von Gülle, bei der der Flüssigkeit Gas beigemischt wird, mit einer zur Förderung der Flüssigkeit dienenden Pumpeinrichtung, deren Gehäuse wenigstens eine Ansaugöffnung und wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, mit einer Mischeinrichtung zum Einbringen des Gases in die Flüssigkeit, die mit der Austrittsöffnung der Pumpeinrichtung in Strömungsverbindung steht und die eine Düse, ein Mischrohr und ein sich daran anschließendes Druckerhöhungselement aufweist, wobei sich der Querschnitt der Düse in Strömungsrichtung verengt und sich an die Düse zunächst das Mischrohr und dann das Druckerhöhungselement anschließen und wobei das Druckerhöhungselement die Form eines Diffusors hat, und mit einer am Ende einer Zufuhröffnung aufweisenden Zuführleitung zur Einleitung des Gases in den Innenraum des Mischrohres.

Neben dem relativ hohen Bauaufwand der gattungsgemäßen Vorrichtung weist diese den Nachteil auf, daß mit ihr wie auch mit auf dem gleichen Prinzip beruhenden anderen Vorrichtungen eine optimale Belüftung insbesondere von Gülle nicht möglich ist, da die in die versprühte Flüssigkeit eingebrachte Aufbereitungsluft nach dem Verlassen der Mischeinrichtung in Form von Luftperlen in der Gülle aufsteigt und somit mit der gattungsgemäßen Vorrichtung eine optimale Belüftung und eine damit einhergehende Düngewerterhöhung nicht möglich ist.
Es ist daher weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Flüssigkeiten, insbesondere von Gülle, der im Oberbegriff des Anspruchs 2 umrissenen Gattung zu schaffen, mit der eine Veredelung von Flüssigkeiten wie insbesondere Gülle durch Erhöhung deren Düngewert durch das Einbringen einer optimalen Luftmenge bei gleichzeitiger Verhinderung eines anschließenden Ausperlens und eines damit einhergehenden Austragens weiterer wichtiger Düngerbestandteile möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einen gewünschten Kavitationsbereich im sich an die Düse anschließenden Mischrohr zu erzeugen, wobei sich dieser Kavitationsbereich im Zentrum der Flüssigkeitsströmung befindet und somit allseits von einer Flüssigkeitsschicht umgeben ist. Durch die Verbindung dieses Kavitationsbereiches mit der Zuführöffnung ist es möglich, die Aufbereitungsbestandteile direkt in den Bereich der verdampften Flüssigkeit einzubringen, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine äußerst einheitliche und innige Vermischung der beiden sich im gasförmigen Zustand befindenden Bestandteile ermöglicht. Gleichzeitig werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch die sonst bei Pumpen gefürchteten Effekte der Kavitation dadurch verhindert, daß die entstehende Kavitationsblase allseits von Flüssigkeit umgeben ist und somit nicht mit den mechanischen Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Berührung kommt. Daher treten auch bei der nach der Durchmischung im Diffusor stattfindenden Verflüssigung des verdampften Flüssigkeitsvolumens keine durch die Implosionen bedingte Schädigungen an der Mischeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf. Durch die im Diffusor auftretende Druckerhöhung wird das verdampfte Flüssigkeitsvolumen mit der darin enthaltenen Luft wieder verflüssigt und mit der übrigen nicht verdampften Flüssigkeitsmenge vermischt, so daß nach dem Austreten der Flüssigkeit aus der Mischeinrichtung die in ihr enthaltene Luft in einer übersättigten Lösung vorliegt, so daß ein Ausperlen verhindert wird. Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auch sehr große Behälter gleichmäßig und intensiv zu durchlüften, da die Luft nicht aufsteigt und somit auch entfernte Flüssigkeitsbereiiche erreichen kann. Das Ergebnis einer derartigen Aufbereitung ist eine Gülle mit einem äußerst hohen Düngewert, da einerseits durch den hohen Lufteintrag das aerobe Bakterienwachstum stark angeregt wird und andererseits durch die Vermeidung eines Ausperlens keinerlei wertvolle Bestandteile wie vor allem Ammoniak und Stickstoff ausgetragen werden.

Ein weiterer überraschender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich daraus, daß der Antrieb für die Pumpeinrichtung aufgrund der bewußt erzeugten Kavitation und des damit einhergehenden Absenkens des Gegendruckes einen wesentlich geringeren Leistungsbedarf hat, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zudem eine äußerst wirtschaftliche Lösung darstellt.

Zwar kann auch bei der gattungsgemäßen Vorrichtung wie auch grundsatzlich bei allen anderen Vorrichtungen dieser Art eine Kavitation ungewolltermaßen entstehen, jedoch kann diese bei den bekannten Vorrichtungen nicht wie bei der erfindungsgemäßen zur Vermischung der Aufbereitungsbestandteile mit der verdampften Flüssigkeit genutzt werden, da eine Strömungsverbindung zwischen dem Kavitationsbereich und der Zuführöffnung für die Aufbereitungsbestandteile nicht vorgesehen ist. Darüber hinaus wird bei bekannten Vorrichtungen der genannten Art grundsätzlich eine Kavitation aufgrund der damit häufig einhergehenden negativen Auswirkungen bewußt vermieden, wie dies beispielsweise bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch das Vorsahen \'cn Schikaneblechen im engsten Querschnitt der Düse zum Versprühen der Flüssigkeit in Flüssigkeitströpfchen vorgesehen ist Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Gegensatz zu allen anderen bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art erstmals gelungen, die in der Flüssigkeit erzeugte Kavitation zur Erzeugung einer besonders intensiven Mischung auszunutzen und gleichzeitig die potentiellen negativen Wirkungen der Kavitation auszuschließen.

Diese vorteilhafte Kombinationswirkung ist bei Vorrichtungen, die beispielsweise derjenigen der CH-PS 5 72 008 deren Gehäusepumpe gleichzeitig die Mischeinrichtung bildet, nicht zu erzielen. Dies haben weitere, im Rahmen der Erfindung durchgeführte Untersuchungen ergeben, da es, wie erst diese Untersuchungen gezeigt haben, auch bei der aus dieser Druckschrift bekannten Vorrichtungen im Betrieb teilweise zu einem ungewollten Auftreten von Kavitation gekommen ist, deren negative Auswirkungen wie Anfressungen an der Gehäusewand und den Pumpenschaufeln von den Betreibern chemischen Wirkungen der Gülle zugeschrieben wurden. Zwar wäre somit bei einer derartigen Vorrichtung auch die Vermischung der verdampften Flüssigkeit mit der Luft möglich, falls eine Zuführung der Luft zum Kavitationsbereich erreicht werden könnte, jedoch sind bei derartigen Pumpen die negativen Wirkungen der Kavitation nicht zu verhindern, da die Kavitation im Bereich der Pumpenschaufeln und der Gehäusewandung auftritt und somit die negativen Kavitationsauswirkungen zwangsläufig auftreten müssen.

Die Unteransprüche 3 bis 10 haben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Inhalt.

Ist die Strömungsverbindung gemäß Anspruch 3 beispielsweise als rohrförmiges Leitungselement ausgebildet, das mit der Zuführleitung in Strömungsverbindung steht und das im Anschluß an die Düse im Mittelbereich des Mischrohres mündet, ist auf besonders einfache Weise eine Zuleitung der Aufbereitungsbestandteile in den Kavitationsbereich möglich.

Ist die Zuführöffnung gemäß Anspruch 4 an der Wandung des Mischrohres angeordnet und wird die Düse mit einem Strömungsleitkörper versehen, der sich von der Zuführöffnung bis in den Mittelbereich der Düse erstreckt, wird auf besonders einfache und strömungsgünstige Weise ein sich an die Zuführöffnung anschließender flüssigkeitsfreier Bereich gebildet, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Kavitationsbereich und der Zuführöffnung schafft. Diese Strömungsverbindung wird dazu ausgenutzt, die mittels der Zuführleitung zugeleitete Luft durch den im Kavitationsbereich herrschenden Unterdruck anzusaugen und in den Kavitationsbereich zu bringen, ohne daß die Strömung wesentlich behindert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Strömungsleitkörpers bieten die vorteilhaften Weiterbildungen nach Anspruch 5 und 6, da die Ausbildung als extrem schmales Messer mit einer vorzugsweise konkaven vorderen Längskante praktisch keinerlei Beeinflussung der Strömung ergibt, andererseits jedoch trotzdem eine Strömungsverbindung zwischen der Zuführöffnung und dem Kavitationsbereich gewährleistet

Sind die Messer gemäß Anspruch 7 federnd in der Düse gelagert, ergibt sich der Vorteil, daß beim Durchfließen von festen Bestandteilen das Messer ausweicht und somit den Strömungsquerschnitt vollständig freigibt, so daß Verstopfungen wirksam vorgebeugt werden kann.

Die Ausbildung des Strömungsleitkörpers gernäß Anspruch 8 als schmales drehbar gelagertes Rad ermöglicht eine weitere Optimierung des zuvor genannten

Vorteils. Durch die Reibung, die das Rad in seiner Lagerung zu überwinden hat, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades etwas kleiner als die Geschwindigkeit des Güllestromes im Strömungsquerschnitt. Aufgrund des Unterdrucks im Radbereich und der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Güllestrom und Schlitzrad bildet sich am jeweils im Strömungsquerschnitt befindlichen Schlitz ein Hohlraum an der in Strömüngsrichtung gesehen vorderen Kante des Schlitzes, der das Einströmen der Luft zum Zentrum des Mischelementes gestattet. Durch die drehbare Lagerung des Rades können langfaserige und weiche Feststoffe durch den verengten Strömungsquerschnitt hindurchgelassen werden. Diese Wirkung kann durch eine entsprechend größere Ausbildung der Schlitze noch weiter unterstützt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindung'sgemäßen Vorrichtung zum Aufbereiten von Flüssigkeiten, insbesondere von Gülle,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung eines Teiles einer zweiten Ausführungsform einer Mischeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.3 eine Ansicht des Teils der Mischeinrichtung gemäß F i g. 2 aus Richtung der Pfeile M-III in F i g. 2,

F i g. 4 eine der F i g. 1 und 2 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Teiles einer Mischeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 eine der den Fig. 1, 2 und 4 entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Teiles einer Mischeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 6 eine Ansicht auf die Mischeinrichtung gemäß F i g. 5 aus Richtung der Pfeile VI-VI in F i g. 5.

Gemäß Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Aufbereiten einer Flüssigkeit, insbesondere von Gülle, dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Pumpeinrichtung 2 auf, deren Pumpengehäuse 3 eine Ansaugöffnung 4 und eine Auslrittsöffnung 5 aufweist. Die Pumpeneinrichtung 2 wird im Beispielsfalle mittels eines Motors 6 angetrieben, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein kann. Ais Pumpeinrichtung 2 kommen außer der im Beispielsfalle dargestellten kreiselpumpe auch jegliche andere zur Förderung der Flüssigkeit geeignete Pumpeinrichtungen in Frage.

Am Gehäuse 3 der Pumpeinrichtung 2 ist im Beispielsfalle ein kurzes Rohrverbindungsstück 7 angeordnet, das mit der Austrittsöffnung 5 in Strömungsverbindung steht. An das Rohrverbindungsstück 7 schließt sich eine Düse 8 an, deren Austrittsöffnung 9 in einem Mischrohr 10 mündet Am Ende des Mischrohres 10, also an dessen Austrittsöffnung 11, schließt sich ein Druckerhöhungselement 12 in Form eines Diffusors an.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Zuführleitung 13 für Aufbereitungsbestandteile wie im Beispielsfalle für Luft auf. Die Zuführleitung 13 äst bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform mit einem Leitungselement 14 strömungsverbunden, an dessen Ende eine Austrittsöffnung 15 vorgesehen ist, die.im Bereich des engsten Querschnittes der Düse 8 im wesentlichen im Mittelbereich des Mischrohres 10 angeordnet ist

Wird nun die Pumpeinrichtung 2 mittels des Motors 6 betrieben, saugt die Pumpeinrichtung 2 über ihre Ansaugöffnung 4 Flüssigkeit an und fördert sie über die Austrittsöffnung 5, das Rohrverbindungsstück 7 und die Düse 8 in deren engsten Querschnitt, wo die Flüssigkeit ihre höchste Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des sich in der Düse 8 verengenden Strömungsquerschnittes erreicht. Durch eine entsprechend hohe erreichbare Strömungsgeschwindigkeit bildet sich in dem mit 16 bezeichneten Bereich innerhalb des Mischrohres 10 ein Kavitationsbereich 16 aus, in dem der statische Druck unter dem Dampfdruck der Flüssigkeit liegt. Dadurch verdampft die von der Pumpeinrichtung 2 geförderte Flüssigkeit im Kavitationsbereich 16 und aufgrund des in diesem herschenden Unterdruckes wird Luft durch die Zuführleitung 13 und die Zuführöffnung 15 in den Kavitationsbereich 16 angesaugt. In diesem vermischen sich die beiden gasförmigen Phasen äußerst innig und gleichmäßig. Wie aus der Darstellung in F i g. 1 ersichtlich ist, wird die verdampfte Flüssigkeit am Beginn des Diffusors durch die beginnende Druckerhöhung wieder verflüssigt und die aus der vorher dampfförmigen Flüssigkeitsmenge und der darin verteilten Luft bestehende Mischung vermischt sich mit der übrigen Flüssigkeilsmenge 17, die den Kavitationsbereich 16 im Mischrohr 10 allseitig umgeben hat.
Somit wird im Mischrohr 10 verhindert, daß der Kavitationsbereich bis in den Bereich der Innenwandung 18 des Mischrohres 10 gelangt und bei der durch die Druckerhöhung erfolgenden Implosion die bei Kavitation sonst auftretenden schädlichen Stoßwirkungen und der damit einhergehenden Ausmessungen an der Rohrinnenwand 18 hervorrufen kann. Vielmehr wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach der innigen Vermischung der verdampften Flüssigkeitsmenge mit der angesaugten Luftmenge diese Mischung im Diffusor 12 durch die Druckerhöhung und die nachfolgende Vermischung mit der übrigen Flüssigkeitsmenge 17 ohne das Auftreten von Beschädigungen wieder in den flüssigen Zustand überführt, so daß die gesamte Flüssigkeitsmenge, die von der Pumpeinrichtung 2 gefördert wurde, nach ihrem Austritt aus dem Diffusor 12 einen äußerst

4ö hohen Luftanteil in einer übersättigten Lösung mit sich führt, der nicht nach dem Verlassen der aus der Düse 8, dem Mischrohr 10 und dem Druckerhöhungselement 12 gebildeten Mischeinrichtung 19 aus der Flüssigkeit ausperlt. Gemäß F i g. 2 ist ein Teil einer zweiten Ausführungsform einer Mischeinrichtung 19' dargestellt, die eine Düse 8', ein Mischrohr 10' und ein in Fig.2 nicht näher dargestelltes Druckerhöhungselement nach Art desjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 aufweist. Die Mischeinrichtung 19' kann in gleicher Art und Weise wie die Mischeinrichtung 19 mit einer entsprechenden Pumpeinrichtung verbunden sein. Der wesentliche Unterschied zwischen den Mischeinrichtungen 19 und 19' besteht darin, daß die Zuführöffnung 15' der Zuführleitung 13' in der Außenwandung des Mischrohres 10' angeordnet ist, bei dem Beispielsfalle also die Längsachse der Zuführleitung 13' bzw. der Zuführöffnung 15' im wesentlichen im rechten Winkel auf der Längsachse des Zuführelementes 10' steht. Der engste Querschnitt 9' der Düse 8' mündet in Strömungsrichtung der Flüssigkeit, die durch den Pfeil 20 symbolisiert ist, vor der Austrittsöffnung 15' der Zuführleitung 13' und der durch das Zusammenwirken der Pumpeinrichtung und der Düse 8' im Mischrohr 10' erzeugte Kavitationsbereich 16' bildet sich wiederum im Mittelbereich des Mischrohres 10' im Anschluß an die Düse 8' aus. Wie bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Kavitationsbereich 16' allseitig von einem kreisringförmigen Flüssigkeitsmantel 17' umgeben, so daß er nicht

mit der Innenwandung 18' des Mischrohres 10' in Berührung kommt. Um nun eine Strömungsverbindung zwischen der Austrittsöffnung i5' Und dem Kavitationsbereich 16' zu bilden, ist die Düse 8' mit einem Strömungsleitkörper 21 versehen. Dieser Strömungsleitkörper ist bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform als Messer einer Form eines rechtwinkligen Dreieckes ausgebildet, dessen lange Kathete beispielsweise mittels zweier Befestigungsmittel in Form von Schrauben oder ähnlichem am gemäß der Darstellung in Fi g. 2 oberen Wandbereich der Düse 8' befestigt ist. Hierbei geht aus F i g. 3 hervor, daß der Strömungsleitkörper 21 in der vertikalen Mittelebene der Düse 8' angeordnet ist und einen nur sehr geringen Querschnitt hat, damit die Strömung nicht behindert wird. Weiterhin ist der dreieckförmige Strörnungsieitkörper 21 derart in der Düse S' angeordnet, daß sich die kurze Kathete 22 ausgehend von dem Wandbereich der Düse 8', an den sie angrenzt, bis in den Mittelbereich der Düse 8' und damit auch des Mischrohres 10' erstreckt. Die Verlängerung der Kathete 22 gemäß der gewählten Darstellung nach oben über einen stirnseitigen Wandbereich 23 der Düse 8' schafft eine durchgehende Verbindung mit der Austrittsöffnung 15', so daß die durch die Düse 8' hindurchlaufende Flüssigkeitsströmung durch die Hypotenuse des Strömungsleitkörpers 21 und die durchgehende Verbindung zwischen der Austrittsöffnung 15' und der Kathete 22 des Strömungsleitkörpers 21 derart geteilt wird, daß eine flüssigkeitsfreie Strömungsverbindung 24 zwischen der Zuführöffnung 15' und dem Kavitationsbereich 16' geschaffen wird, ohne daß dadurch die Strömung in der Düse 8' behindert wird. Somit kann sich der Kavitationsbereich 16' einwandfrei ausbilden, da die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung durch den messerartig ausgebildeten Strömungsleitkörper 21 praktisch nicht herabgesetzt wird, sondern nur ein schmaler an die Ausströmöffnung 15' angenzender flüssigkeitsfreier Bereich geschaffen wird, durch den der im Kavitationsbereich i6' herrschende Unterdruck Luft in den Kavitationsbereich 16' ansaugen kann. Dies ergibt den besonderen Vorteil, daß die Ausführungsform gemäß F i g. 2 gegenüber den von F i g. 1 praktisch keinerlei Beunruhigung und Abbremsung der Strömung ergibt, so daß die Leistung der Pumpeinrichtung entsprechend niedriger sein kann.

Eine noch weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des messerartigen Strömungsleitkörpers 21 ergibt sich bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4, in der die die Strömung teilende Messerkante 25 des Strömungsleitkörpers 21' konkav ausgebildet ist. Ansonsten ändert sich bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 hinsichtlich Anordnung der Düse 8" gegenüber der Düse 8' und ebenfalls an der zuvor beschriebenen Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung nichts.

Sowohl die gemäß F i g. 3 als auch gemäß F i g. 4 dargestellte Ausführungsform kartn weiter verbessert werden, wenn die Strömungsleitkörper 21 bzw. 21' federnd in der Düse gelagert sind, so daß ein Ausweichen der Strömungsleitkörper 21 bzw. 2Γ aus dem Strömungsquerschnitt der Düsen möglich ist, so daß der volle Strömungsquerschnitt freigegeben wird, was beim Durchtritt von in der Flüssigkeit enthaltenen Festkörpern wichtig sein kann. Hierzu muß dann natürlich eine entsprechende öffnung in der Düse vorgesehen sein, durch die der Strömungsleitkörper 21 bzw. 2V zeitweise aus dem Strömungsquerschnitt austreten kann.

Gemäß Fig.5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Mischeinrichtung 30 dargestellt, die wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine Düse 31, ein Mischrohr 32 und ein nicht näher dargestelltes Druckerhöhungselement aufweist. Auch diese Ausführungsform der Mischeinrichtung kann an die zuvor beschriebene Purripeinrichtüng angeschlossen werden. Der wesentliche Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen besteht in der Ausbildung des Strömungsleitkörpers als drehbar gelagertes Rad 33, das mit im wesentlichen radial verlaufenden Schlitzen

ίο 34 versehen ist. Das Rad 33 ist auf einer Welle 33 drehbar in einem Gehäuseteil 36 gelagert, der sowohl mit der Düse 31 als auch dem Mischrohr 32 verbunden ist und eine kugelartige, der Form des Rades 33 angepaßte Form aufweist. Das Gehäuseteil 36 umgibt das Rad 33 allseits, was unter anderem aus F i g. 6 hervorgeht.

An das Gehäuseteil 36 ist eine Luftzuführleitung 37 angeschlossen, die je nach Stellung des Rades 33 mit einem der Schlitze 34 in Strömungsverbindung steht. Durch die Drehung des Rades 33, dessen gemäß der Darstellung in F i g. 5 jeweils unterer Umfangsbereich 38 in den Mittelbereich 39 des Mischrohres 32 reicht, gelangt der jeweils mit der Luftzuführleitung 37 in Strömungsverbindung stehende Schlitz 34 mit seinem offenen Endbereich 40 in den Mittelbereich 39 des Mischrohres 32, in dem sich, wie bei den vorherigen Ausführungsformen beschrieben, ein Kavitationsbereich 41 ausbildet. Somit kann auch bei dieser Ausführungsform der Kavitationsbereich 41 Luft über den jeweiligen Schlitz 34 und die Luftzuführleitung in die im Kavitationsbereich 41 befindliche verdampfte Flüssigkeit ansaugen, so daß auch bei dieser Ausführungsform die zuvor beschriebene vorteilhafte Vermischung stattfinden kann. Ebenfalls ist der Kavitationsbereich 41 wieder von einem Flüssigkeitsmantel 42 umgeben, so daß keinerlei Berührungen zwischen dem Kavitationsbereich 41 und der Innenwandung des Mischrohres 32 zu befürchten wären. Ein wesentlicher Vorteil der in F ί g. 5 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß durch die Drehung des Rades 33 auch größere Festkörper durch den Strömungsquerschnitt durchgelassen werden können, was noch durch eine federnde Lagerung des Rades verstärkt werden kann. Ebenso wäre es denkbar, die Schlitze gemäß den gestrichelten Linien größer auszubilden, so daß auch extrem große Fremdkörper den Strömungsquerschnitt passieren können. Durch die aufgrund der Reibung verlangsamte Umfangsgeschwindigkeit des Rades gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes wird ein mit 43 bezeichneter Hohlraum an der im Strömungsschatten liegenden Seite des jeweiligen Schlitzes 34 gebildet, durch den die Ansaugung von Luft mittels des Kavitationsbereiches 41 möglich ist. Somit entspricht die Wirkungsweise des Rades 33 bezüglich des Schaffens einer Strömungsverbindung zwischen der Luftzuführleitung 37 und dem Kavitationsbereich 41 derjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Um den Durchtritt des Rades 33 durch die oberen Wandungen der Düse 31 und des Mischrohres 32 zu ermöglichen, sind selbstverständlich entsprechend ausgebildete Ausnehmungen 44 und 45 vorgesehen.

Ein weiterer Vorteil der gemäß F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß die Reibung in der Strömungsmitte noch weiter abgesenkt werden kann, da sich das Rad in Strömungsrichtung dreht Hierbei ist wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen das Rad in der Vertikalebene des Mischrohres 32 mittig angeordnet und reicht mit seinem unteren Umfangsbereich bis in den Mittelbereich 39 des

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Mischrohres 32.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Strömungsleitkörper 21 im Bereich der Zuführöffnung 15' derart angeordnet sein, daß die Zuführöffnung von dem Strömungsleitkörper so abgedeckt wird, daß die Zu- 5 führö'ffnung in einen Verbindungskanal mündet, welcher durch, den Strömungsleitkörper hindurch bis zu dessen in Strömungsrichtung 20 hinterer Seite reicht und damit die in den Kavitationsbereich beispielsweise einzubringende Luft entsprechend dem Erfindungsge- 10 danken optimal zuführt. Diese Ausführungsform schließt eine entsprechend hohle Ausführung des gesamten Slrömungsleitkörpers mit ein, je nachdem wie die Zuführöffnung am zweckmäßigsten im Bereich des Strömungsleitkörpers angeordnet wird. '' 15

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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25

30

35

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbereiten einer Flüssigkeit, insbesondere von Gülle, bei der der Flüssigkeit Gas beigemischt wird, wobei die Flüssigkeit einer Mischeinrichtung zugeführt wird, in der in der Flüssigkeit durch Beschleunigung zunächst ein statischer Unterdruck erzeugt wird, mittels dessen das Gas in die Flüssigkeit eingesaugt wird, und wobei anschließend das Gas mit der Flüssigkeit vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druck der Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck abgesenkt wird, so daß die Flüssigkeit teilweise verdampft, daß der verdampfte Flüssigkeitsanteil und das Gas in der Gasphase miteinander vermischt werden und daß anschließend der mit dem Gas vermischte Flüssigkeitsanteil wieder verflüssigt und mit dem nicht verdampften Flüssigkeitsanteil vermischt wird.

2. Vorrichtung zum Aufbereiten einer Flüssigkeit, insbesondere von Gülle, bei der der Flüssigkeit Gas beigemischt wird, mit einer zur Förderung der Flüssigkeit dienenden Pumpeinrichtung, deren Gehäuse wenigstens eine Ansaugöffnung und wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, mit einer Mischeinrichtung zum Einbringen des Gases in die Flüssigkeit, die mit der Austrittsöffnung der Pumpeinrichtung in Strömungsverbindung steht und die eine Düse, ein Mischrohr und ein sich daran anschließendes Druckerhöhungselement aufweist, wobei sich der Querschnitt der Düse in Strömungsrichtung verengt und sich an die Düse zunächst das Mischrohr und dann das Druckerhöhungselement anschließen und wobei das Druckerhöhungselement die Form eines Diffusors hat, und mit einer am Ende einer Zufuhröffnung aufweisenden Zuführleitung zur Einleitung des Gases in den Innenraum des Mischrohres, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinnchtung (2) und die Düse (8; 8'; 82'; 31) derart zusammenwirken, daß die Flüssigkeit nach Austritt aus der Düse (8; 8'; 82'; 31) in einem Kavitationsbereich (16; 16'; 41) im Mischrohr (10; 10'; 32) teilweise verdampft, daß der Kavitationsbereich (16; 16'; 41) im wesentlichen im Zentralbereich des Mischrohrs (10; 10'; 32) liegt und daß die Zuführöffnung (15) der Zuführleitung (13; 13'; 37) für das Gas über eine Strömungsverbindung mit dem Kavitationsbereich (16; 16'; 41) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung von einem Leitungselement (14) gebildet ist, das mit der Zuführleitung (13) verbunden ist und das im Anschluß an die Düse (8) im wesentlichen im Mittelachsbereich des Mischrohres (10) mündet und an dessen Endquerschnitt die Zuführöffnung (15) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführöffnung (15') in der Wandung (18') des Mischrohres (10') angeordnet ist und daß in Strömungsrichtung (20) vor der Zuführöffnung (15') ein Strömungsleitkörper (21) in der Düse (8') angeordnet ist, dessen in Strömungsrichtung (20) gesehene hintere Abschlußkante (22) einerseits bis in die Nachbarschaft der Zuführöffnung (15') und andererseits bis in den Mittelbereich des Düsenquerschnittes reicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsleitkörper (21) in der Düse (8') im Bereich der Zuführöffnung (15) angeordnet ist und einen Strömungskanal zur Verbindung der Zuführöffnung (15') mit dem Kavitationsbereich (16; 16'; 41) aufweist.

6. Vorrichtung nach Ansprach 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsleitkörper (21) nach Art eines Messers mit schmalem Querschnitt und einer dreieckigen Form ausgebildet ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung gesehen vordere Längskante (25) des Messers (21') konkav gewölbt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitkörper (21; 21') federnd in der Düse (8'; 8") angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsleitkörper als schmales drehbar gelagertes Rad (33) ausgebildet ist, das mit im wesentlichen radial verlaufenden Schlitzen (34) versehen ist, deren in den Mittelbereich (39) des Mischrohres (32) reichende Enden (40) die Zuführöffnung bilden und die mit der Zuführleitung (37) für die Aufbereitungsbestandteile strömungsverbunden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (33) federnd gelagert ist.