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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung für Ultraviolettstrahlungs-Sterilisierungsfluid,
insbesondere eine turbinenverstärkte Behandlungsvorrichtung
für Ultraviolettstrahlungs-Sterilisierungsfluid,
welche die Fluidströmung dazu
bringt, im Inneren einen Wirbel zu bilden, der sich mit hoher Geschwindigkeit
dreht, um den Sterilisierungseffekt zu verbessern.
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(b) Stand der Technik
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Eine
gewöhnliche
Behandlungsvorrichtung mit einer Ultraviolettstrahlungslampe umfasst
eine UV-Strahlungslampe, die in einer Quarzbuchse installiert ist.
Die Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids durch die Rohreinheit ist von der Gesamtenergie der von
der Lampe abgegebenen UV-Strahlung
abhängig.
Wenn ein Fluid durch die Rohreinheit strömt, absorbieren die Keime,
Algen oder anderen Organismen die UV-Strahlungsenergie, bis die
Sterilisierungswirkung fatal ist. In einer früheren Version der Rohreinheit
liegt nur ein Rohr vor, durch das ein Fluid strömt. Der Fluidstrom geht direkt
durch das Innere, unabhängig
davon, ob die UV-Strahlung von innen oder außen abgegeben wird, um die
Sterilisierungswirkung auszuüben.
Aufgrund der Beschränkung
der Fluidströmungsrate
wird das langsam fließende
Fluid innerhalb der Rohreinheit nicht richtig gemischt, mit dem
Ergebnis einer inkonsistenten Belichtungszeit während der Fluidverarbeitung.
Damit ergibt sich eine nicht zufriedenstellende Sterilisierung.
Wenn das Fluid weiter durch die Rohreinheit geht, ist die Querschnittfläche des
Durchgangs größer als
die Querschnittfläche
des Fluideinlassrohrs, weshalb die Strömung verlangsamt ist, resultierend
in einer Akkumulierung von Schmutz an der Wand der Quarzbuchse,
der die Penetrierung der UV-Strahlung behindert und reduziert und
die Gesamtenergie der von den Organismen im Fluid absorbierten UV-Strahlung
unmittelbar reduziert. Wenn alle oder ein Teil der Organismen im
Fluid nicht in der Lage sind, eine ausreichende Menge der UV-Energie
zu absorbieren, um eine fatale Dosis zu erreichen, wenn das Fluid
durch die Rohreinheit geht, kommt es zu einem Totalausfall der Sterilisierungsfunktionen.
Der Verlust dieser Sterilisierung ist ein großer Nachteil.
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Die
Wirkungen der Sterilisierung sind davon abhängig, ob die UV-Energie ausreichend
absorbiert werden kann, um die fatale Dosis jedes lebenden Organismus
im Fluid zu erreichen. Die Wirksamkeit ist davon abhängig, ob
das Fluid adäquat
aufgerührt wird,
und vom Ausmaß der
Penetrierung der UV-Strahlung.
Die drei Hauptfaktoren mit Einfluss auf die UV-Sterilisierung sind deshalb: "Konsistente Strahlungszeit", "Penetrierung der
UV-Strahlung" und "Absorption einer
fatalen Dosis".
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Bei
der Analyse der Behandlungsvorrichtungen mit UV-Strahlungslampen nach dem Stand der Technik
hat sich herausgestellt, dass sie in den oben genannten Aspekten
Mängel
aufweisen. Die Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist in 13 and 14 dargestellt,
wobei innerhalb eines rohrförmigen
Gehäuses
(a) eine spiralförmige
Ablenkungsplatte (b) und am oberen und unteren Teil des rohrförmigen Gehäuses (a)
jeweils ein Fluideinlassrohr (a1) und ein Fluidauslassrohr (a2)
vorgesehen sind, wobei das Fluid in das Fluideinlassrohr (a1) und aus
dem Fluidauslassrohr (a2) strömen
kann. Im Inneren des rohrförmigen
Gehäuses
(a) befindet sich ein Loch durch die Mitte (a3), in dem die UV-Lampe (c)
installiert ist, um die Sterilisierungsziele zu erreichen.
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Ein
gemeinsames Merkmal anderer Arten von Behandlungsvorrichtungen mit
UV-Strahlungslampen, die in anderen Patenten veröffentlicht werden, wie beispielsweise
in U.S.-Patent Nr. 5069885, 5785845, 5675153, 5605400, 1175948,
1822006 und 3754658, und in den Japanischen Patenten Nr. Zhao-59-150589 und Te-Kai-Zhao-57-75113,
betrifft eine spiralförmige,
in einer Rohreinheit installierte Konduktionsplatte, so dass die
Fluidströmung
in der Rohreinheit rotiert und das Fluid gemischt wird, um die konsistente
Absorption einer fatalen Dosis zu erreichen.
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Allerdings
strömt
in den oben genannten Einheiten das Fluid durch die spiralförmige Ablenkungsplatte
(b) und dreht sich um die UV-Strahlungslampe (c), doch die Linie
und Geschwindigkeit der Fluidströmung
sind durch die Länge
der Konduktionsstromplatte eingeschränkt, woraus sich eine ungenügende Mischung
des Fluids ergibt. Zudem sind das Volumen der Strömung und
die Geschwindigkeit des durch die einzelnen Ablenkungskanäle strömenden Fluids nicht
konsistent, und die erwünschte
Sterilisierungswirkung wird nicht erreicht.
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Überdies
bietet die spiralförmige
Ablenkungsplatte (b) nur Führung,
um das Fluid mit niedriger Geschwindigkeit zu führen, und das im Fluid enthaltene
Fremdmaterial akkumuliert leicht auf der Oberfläche der UV-Strahlungslampe
(c), wo es die Penetrierung der UV-Strahlung behindert und reduziert,
und damit die Sterilisierungswirkung der UV-Strahlungslampe (c).
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Zusätzlich besitzt
das rohrförmige
Gehäuse (a)
eine spiralförmige
Ablenkungsplatte (b), die in ihrer Konfiguration ziemlich anspruchsvoll
ist, wodurch erhöhte
Produktionskosten entstehen und die Wettbewerbsfähigkeit am Markt reduziert
wird.
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Im
Dokument WO 02/38191 A2 wird ein Verfahren zur Inaktivierung von
Mikroorganismen in einem Fluid unter Verwendung von UV-Strahlung
beschrieben. In diesem Dokument wird ein UV-Reaktor beschrieben,
der eine längliche
UV-Lampe besitzt, die in einem Quarzrohr untergebracht ist. Das
Quarzrohr ist von einem Gehäuse
umgeben, das eine Reaktionskammer begrenzt, die eine Fluideinlassöffnung und
eine Fluidauslassöffnung
aufweist. Die Innenwand des Gehäuses
ist mit einer Reihe ringförmiger
Kammern ausgeführt,
die von entsprechenden Trennwänden
getrennt werden, die sich gegen das Quarzrohr zu erstrecken, ohne
sich mit diesem zu verbinden, um relativ enge Durchgänge zwischen den
Trennwänden
und dem Quarzrohr zu begrenzen. Diese engen Durchgänge ermöglichen
dem Fluid, sich von der Einlassöffnung
zur Auslassöffnung
zu bewegen, während
es von der UV-Lampe behandelt wird.
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In
Dokument U.S.-Patent Nr. 5,384,032 wird ein Wasserreinigungs- und
Sterilisierungsapparat beschrieben, der einen Kasten mit drei Filterkammern aufweist,
von denen eine eine UV-Lampe hat und mit einem Strömungsumlenkelement
ausgestattet ist, die einen kreisförmigen Teil umfasst, der mittig
eine kreisförmige Öffnung besitzt,
welche die Lampe umgeben, die aus U-förmigen Profilen besteht, die
mit Rampen verbunden sind, welche rechteckige Öffnungen für den Wasserdurchfluss beschreiben.
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Ein
weiteres Haushaltswasser-Reinigungssystem wird beschrieben in U.S.-Patent
Nr. 5,853,572, bestehend aus einer Quelle für die abstrahlende UV-Energie
mit einer länglichen
UV-Entladelampe
mit länglicher
Mittelachse, die eine Axialrichtung begrenzt, und einem Mittel zur
Herstellung einer spiralförmigen
Strömung
mit einer im wesentlichen axialen und tangentialen Komponente um
diese längliche
UV-Entladelampe zwischen einem Quellwassereinlass und einem Quellwasserauslass.
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Nach
diesen Konstruktionen ist der Fluiddruck in den Vorrichtungen der
Fluiddruck, der vom Wassereinlass geschaffen wird.
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Das
bedeutet, dass wenn die Strömungsrate des
Fluids beschränkt
ist, keine ausreichende Mischung des Fluids stattfinden kann, um
einen guten Sterilisierungseffekt zu erzielen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung
einer turbinenverstärkten Behandlungsvorrichtung
für Ultraviolettstrahlungs-Sterilisierungsfluid
mit einem Ablenkungsmechanismus auf einer Rohreinheit, mittels dessen
das in die Einheit strömende
Fluid einen Wirbel bildet, der mit hoher Geschwindigkeit rotiert,
auch wenn die Strömungsrate
des Fluids beschränkt
ist, so dass eine ausreichende Mischung des verarbeiteten Fluids
für einen
maximalen Sterilisierungseffekt erreicht wird.
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Um
das genannte Ziel zu erreichen und die Nachteile nach dem Stand
der Technik zu vermeiden, umfasst die vorliegende Erfindung eine
in einer äußeren Rohreinheit
installierte Quarzbuchse, in der eine UV-Strahlungslampe installiert
ist. Am oberen und unteren Ende der Rohreinheit sind ein Fluideinlassrohr
und ein Fluidauslassrohr angebracht.
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Auf
der Rohreinheit bzw. unter dem Fluideinlassrohr befindet sich ein
Ablenkungsmechanismus. Der Ablenkungsmechanismus ist aus einer Mehrzahl von
Ablenkungskanälen
zusammengesetzt, die in einer Ringeinheit angeordnet sind. Die Gesamtfläche des
Fluidauslasslochs des Ablenkungskanals ist kleiner als die Querschnittfläche des
Durchgangs der Rohreinheit, um an der Oberseite der Rohreinheit eine
Fluid-Druckkammer auszubilden. Auf diese Weise wird das durchströmende Fluid
unter Druck gesetzt und damit adäquat
gemischt.
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Der
Ablenkungsmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst ein Umlenkelement,
das unterhalb einer Ringeinheit angebracht ist, und eine Mehrzahl
von Ablenkungskanälen
in Form von Rundlöchern
an der Oberseite des Umlenkelements.
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Die
lochartigen Ablenkungskanäle
sind in einem besonderen Winkel geneigt. Das Fluideinlassloch des
Ablenkungskanals ist größer als
das Fluidauslassloch des Ablenkungskanals.
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Der
Ablenkungskanal der vorliegenden Erfindung ist zwischen den zwei
angrenzenden spiralförmigen
Klingen ausgebildet, die am Ablenkungsmechanismus angeordnet sind.
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Der
Neigungswinkel der spiralförmigen
Klinge der vorliegenden Erfindung reicht von 91 bis 179 Grad.
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Der
Abwärtsneigungswinkel
des konischen Vorsprungs am unteren Teil des Ablenkungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung reicht von 1 bis 89 Grad.
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Der
Aufwärtsneigungswinkel
der konischen Vertiefung am unteren Teil des Ablenkungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung reicht von 1 bis 89 Grad.
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Das
Fluideinlassloch des Ablenkungsmechanismus der vorliegenden Erfindung
ist am oberen Teil des Ablenkungskanals angebracht, während das Fluidauslassloch
am unteren Teil des Ablenkungskanals angebracht ist.
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Der
Ablenkungsmechanismus der vorliegenden Erfindung ist eine Ringeinheit
mit einem am Außenrand
des Ablenkungskanals angeordneten Fluideinlassloch und einem an
einem Innenrand des Ablenkungskanals angeordneten Fluidauslassloch.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird in der Rohreinheit ein sich mit
hoher Geschwindigkeit drehender Wirbel gebildet, unabhängig davon,
ob die Strömungsrate
des Fluids tief oder hoch ist, so dass das Fluid zur Sterilisierung
adäquat
gemischt werden kann und damit die Sterilisierungswirkung erhöht. Auch
reduziert die Wirkung des sich mit hoher Geschwindigkeit gegen die
Wand der Quarzbuchse drehenden Fluids die Akkumulation von Schmutz
an der Wand der Quarzbuchse und damit die Notwendigkeit einer häufigen Wartung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Verwirklichung des oben genannten Ziels der vorliegenden Erfindung
geht aus der nachstehenden Beschreibung und deren begleitenden Zeichnungen
hervor, welche das Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung illustrieren:
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1 ist
eine auseinandergezogene Ansicht der Erfindung.
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2A & B sind Querschnittansichten
der Erfindung in zusammengesetztem Zustand.
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3 ist
eine perspektivische Draufsicht des Ablenkungsmechanismus mit einer
Mehrzahl von spiralförmigen
Klingen in der Erfindung.
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4 ist
eine Querschnittansicht des Ablenkungsmechanismus in 3.
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5 ist
eine Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Ablenkungsmechanismus in 5.
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7 ist
eine perspektivische Untersicht des Ablenkungsmechanismus in 5.
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8 ist
eine Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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9 ist
eine perspektivische Draufsicht des Ablenkungsmechanismus in 8.
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10 ist
eine perspektivische Untersicht des Ablenkungsmechanismus in 8.
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11 ist
eine Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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12A und 12B sind
seitliche Querschnittansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels
des Ablenkungsmechanismus in der Erfindung.
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13 ist
eine Querschnittansicht nach dem Stand der Technik.
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14 ist
eine Querschnittdraufsicht nach dem Stand der Technik.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Wie
in 1 und 2 dargestellt,
umfasst die Erfindung eine Quarzbuchse 2, die in einer
Rohreinheit 1 installiert ist, worin eine UV-Strahlungslampe 21 installiert
ist, und am oberen und unteren Ende der Rohreinheit 1 befinden
sich ein Fluideinlassrohr 11 und ein Fluidauslassrohr 12.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass:
In der Rohreinheit 1 und
unter dem Fluideinlassrohr 11 ein Ablenkungsmechanismus 3 installiert
ist,
der Ablenkungsmechanismus 3 eine Mehrzahl von Ablenkungskanälen 33 umfasst,
die in einer Ringeinheit 31 untergebracht sind. Die Gesamtfläche des Fluidauslasslochs
des Ablenkungskanals 33 ist kleiner als die Querschnittfläche des
Durchgangs 14 der Rohreinheit 1 (vgl. 2), um eine Fluid-Druckkammer 13 auszubilden.
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Unter
Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung, wie in 1, 2A&B dargestellt,
ist ein Ablenkungsmechanismus 3 mit einem Umlenkelement 31a unter
einer Ringeinheit 31 und einer Mehrzahl von lochartigen
Ablenkungskanälen 33 (vgl. 2A)
auf dem Umlenkelement 31a vorgesehen.
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Oder
mit Bezug auf 2B ist der Ablenkungsmechanismus 3 mit
dem Umlenkelement 31a unter der Ringeinheit 31 und
einer Mehrzahl von geneigten Ablenkungskanälen 33 auf dem Umlenkelement 31a dargestellt.
Das Fluideinlassloch 33a des Ablenkungskanals 33 ist
größer als
das Fluidauslassloch 33b des Ablenkungskanals 33.
Des weiteren kann die Ablenkungsplatte 31a in einer geneigten Ebene
ausgeführt
werden, oder in einer Wölbung,
die aufwärts
vorspringt oder abwärts
vertieft ist.
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Gemäß der oben
erwähnten
Struktur strömt Fluid
durch das Fluideinlassrohr 11 in die Rohreinheit 1,
da die Gesamtquerschnittfläche
des Ablenkungskanals 33 des Ablenkungsmechanismus 3 kleiner wird,
weshalb das durch den Durchgang 14 strömende Fluid unter Druck gesetzt
und beschleunigt wird, um adäquat
gemischt zu werden. Folglich können
die Organismen im Fluid in einer "konsistenten Bestrahlungszeit" bestrahlt werden,
und zudem erfolgt die "Absorption
einer fatalen Dosis",
um die Wirkungen der Sterilisierung zu steigern.
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Überdies
wird das Fluid durch die Regulierung des Ablenkungsmechanismus 3 unter
Druck gesetzt und strömt
in den Durchgang 14, wo ein mit höherer Geschwindigkeit drehender
Wirbel geschaffen wird. Der beschleunigte Wirbel kann die Oberfläche der
Quarzbuchse 2 spülen,
so dass sich auf der Oberfläche
der Quarzbuchse 2 der UV-Strahlungslampe 21 kein
Schmutz akkumulieren kann. So wird "die Penetrierung der UV-Strahlung" gesteigert. Auch die
Sterilisierungswirkungen werden erhöht, und es kommt seltener zur
Notwendigkeit einer Wartung.
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Zudem
ist die Struktur des Ablenkungsmechanismus 3 verglichen
mit dem Stand der Technik mit einer Mehrzahl von spiralförmigen Lenkungsplatten
vereinfacht, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden und die
Wettbewerbsfähigkeit
gesteigert wird.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann so ausgeführt werden, dass ein Ablenkungsmechanismus 3a eine
Mehrzahl von Spiralklingen 32 auf einer Ringeinheit 31 aufweist und
zwischen zwei Spiralklingen 32 eine Ausbildung eines Ablenkungskanals 33 vorgesehen
ist, wobei ein Fluideinlassloch 33a des Ablenkungskanals 33 größer ist
als ein Fluidauslassloch 33b desselben. Der Neigungswinkel
der Spiralklinge 32, der von 91 bis 179 Grad reicht, dient
zur Einstellung eines Winkels einer projizierten Fluidströmung gemäß den unterschiedlichen
Längen
der Rohreinheit. Wie in 3 und 4 dargestellt,
strömt
das Fluid vom Fluideinlassrohr 11 in die Fluid-Druckkammer 13, geht
dann von einer größeren Öffnung des
Ablenkungskanals 33 in das Fluideinlassloch 33a und strömt von einer
kleineren Öffnung
unten aus dem Fluidauslassloch 33b, so dass das Fluid in
der Rohreinheit 1 einen beschleunigten Wirbel bilden kann und
das verarbeitete Fluid adäquat
gemischt wird und die im oben erwähnten Ausführungsbeispiel genannten besseren
Sterilisierungswirkungen erreicht werden.
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An
einem unteren Teil des Ablenkungsmechanismus 3b befindet
sich eine konische Vertiefung, wie in 5, 6 und 7 dargestellt,
so dass das Fluidauslassloch 33b zwischen zwei benachbarten
Klingen 32 gegen die Innenwand der Rohreinheit 1 gerichtet
ist; oder an einem unteren Teil des Ablenkungsmechanismus 3c befindet
sich ein konischer Vorsprung, wie in 8, 9 und 10 dargestellt,
so dass das Fluidauslassloch 33b gegen die Außenwand
der Quarzbuchse 2 gerichtet ist. Über die Neigung des Fluidauslassloches 33b strömt das Fluid
durch den Ablenkungsmechanismus 3b oder 3c, dreht
sich mit hoher Geschwindigkeit und spült damit die Innenwand der
Rohreinheit 1 und die Außenwand der Quarzbuchse 2,
um eine Schmutzakkumulation zu vermeiden. Nach Maßgabe von
Schwerkraft, Viskosität
oder Strömungsrate
des Fluids sowie der Länge
oder den Volumenmaßen
der Rohreinheit 1 und des Neigungswinkels der Spiralklinge 32 kann der
Aufwärts-
oder Abwärts-Neigungswinkel
des Ablenkungsmechanismus 3b oder 3c von 1 bis
89 Grad eingestellt werden.
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Bezug
nehmend auf 11, 12A & 12B, kann der Ablenkungsmechanismus 3d so ausgeführt sein,
dass einem gegebenen Bedarf nach einer Mehrzahl von radialen Klingen 32 auf
einer Ringeinheit 31 Rechnung getragen wird. Ein Ablenkungskanal 33 ist
jeweils zwischen zwei benachbarten radialen Klingen 32 ausgebildet.
Wie in 12A dargestellt, ist das Fluideinlassloch 33a am
Außenrand
des Ablenkungskanals 33 größer als das Fluidauslassloch 33b am
Innenrand des Ablenkungskanals 33, so dass das Fluid durch
das Fluideinlassrohr 11 strömt, am größeren Ende an der Außenseite
des Ablenkungskanals 33 in das Fluideinlassloch 33a einströmt und am
kleineren Ende an der Innenseite aus dem Fluidauslassloch 33b hinaus
strömt,
wodurch der Fluidstrom zu einem sich rasch drehenden Wirbel in der
Rohreinheit 1 werden kann. Des weiteren kann der Ablenkungsmechanismus 3d wie
gewünscht
ausgeführt
sein, um eine Mehrzahl von radialen Klingen 32 auf einer
Ringeinheit 31 aufzuweisen, wobei zwischen jeweils zwei
radialen Klingen 32 eine Ausbildung eines Ablenkungskanals 33 vorgesehen
ist. Das Fluideinlassloch 33a am Innenrand ist größer als
das Fluidauslassloch 33b am Außenrand des Ablenkungskanals 33 (wie
in 12B dargestellt), so dass das Fluid von Innen
nach Außen
strömen
und damit einen Hochdruckwirbel bilden kann, um die oben beschriebenen
Effekte zu erzielen.
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Es
ist zu beachten, dass die voranstehende Beschreibung und die begleitenden
Zeichnungen nur der Illustrierung einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung dienen und nicht geeignet sind, deren Geltungsbereich
einzuschränken.
Jede Modifikation der Ausführungsbeispiele
muss in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.