DE908487C - Anordnung zur Gasanreicherung von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Anordnung zur Gasanreicherung von Flüssigkeiten Es ist bekannt, die Gasanreicherung von Flüssigkeiten derart durchzuführen. da,LS das Gas durch eine Rohrleitung oder durch feinporige Siebte in die Flüssigkeit hineingedrückt und in der Flüssigkeit durch Rührwerke bewegt wird.
• Gegenstand der Erfindung ist eine anordnung zur Gasanreicherung von Flüssigkeiten, die eine besonders wirksame Gasanreicherlrng ermöglicht.
• Die Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß das Gas mit der Flüssigkeit mittels einer Düse vermengt und der Einwirkung von Schall-oder Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele der Anordnung nach der Erfindung erläutert.
• In Fig. 1 besteht die Anordnung nach der Erfindung aus der Düse I, der Schneide 2 und der Gasleitung3. Eine Stirnansicht der Düse 1, die an ein Flüssigkeitszuführungsrohr 4 angeschlossen ist, ist in Fig. 2 wiedergegeben; sie zeigt, daß die Düse eine spaltförmige Auslaßöffnung hat. Die Schneide 2 ist keilförmig, so daß ihre Kante parallel zu der spaltförmigen Düsenöffnung liegt. Die Gasleitung 3 mündet in unmittelbarer Nähe der Düsenauslaßöffnung. Wird die anzureichernde Flüssigkeit durch die Düse hindurchgetrieben, so entsteht bei genügendem Flüssigkeitsdruck kurz hinter der Düsenauslaßöffnung, in der Strömungsrichtung gesehen, eine Schwingungszone. Unmittelbar in dieser Zone vermischt sich die Flüssigkeit mit dem durch die Gasleitung hindurchgetriehenen Gas, z. B. Luft, und wird mit diesem durch die Schall- bzw. Ultraschallschwingungen der Schwein gungszone dispers vermengt. Alsdann gelangt das Flüssigkeits-Gas-Gemisch an die Schneide 2, wo sich durch Ablösung von Strömungswirbeln lebenfalls Schall- oder Ultraschallschwingungen bilden, die bei geeigneter Einstellung der Entfernung Duse -Schneide in Resonanz mit den ersteren treten und die Dispersion noch erheblich verstärken. Die Frequenz der an der Düse erzeugten Schwingungen kann durch Ändern des Flüssigkeitsdruckes und die Frequenz der an der Schneide erzeugten Schwingungen durch Ändern des Abstandes der Schneide vom Düsenmund geändert und den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt werden. Zweckmäßig wird hierzu die Schneide verstellbar vorgesehen.
• Die Wirkung der dargestellten Anordnung ist am größten, wenn durch geeignete Betriebssbedingunt,en eine Kavitaflonsbildung in den Schwingungszonen hervorgerufen wird.
• Bei der Anordnung nach der Erfindung wird das mit der Flüssigkeit dispers zu vermengende Gas also nicht allein durch die Flüssigkeitsbewegung zerrissen und unterteilt, sondern in besonders hohem Maße durch die Einwirkung der Schall- bzw. Ultraschallschwingungen, die auf die Feinstzerteilung, insbesondere beim Auftreten von liavitation, einen besonders günstigen Einfluß ausüben. Die besonders vorteilhafte Wirkung der Anordnung nach der Erfindung beruht ferner darin, daß alle miteinander dispers zu vermengenden Flüssigkeits- und Gasteilchen infolge der besonderen Art der Anordnung unvermeidlich in die Sciiwingungszone hineingelangen.
• Die Fig. 3 zeigt ein ãhnliches Ausführungsbeispiel, wobei die Teile I bis 3 die gleichen wie in Fig. I sind. Unterschiedlich ist jedoch, daß hier die Gasleitung das Gas dem Flüssigkeitsstrom bereits vor dem Eintritt in die Düse zuführt, und zwar bereits in dem Flüssigkeitszuführungsrohr 4.
• Hier findet also eine grobe Vermengung des Gases mit der Flüssigkeit bereits vor dem Eintritt des Flüssigkeits-Gas-Gemisches in die beiden Schwingungszonen an der Düsenauslaßöffnung bzw. der Schneide statt.
• Das Flüssigkeitszuführungsrohr 4 ist in der Fig. 3 an der Einmündungsstelle der Gasleitung 3 verengt ausgeführt, um hierdurch den hydrodynamischen Sog auszunutzen und damit eine bessere Vorvermengung der Flüssigkeit mit dem Gas zu erzielen, doch kann diese Verengung auch fehlen.
• Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Diüse und die Schneide der Anordnung nach der Erfindung Teile einer gedeckten Pfeife 5. Die Düse der Pfeife ist mit I' und diel geradlinige Lippe der Pfeife mit 2' bezeichnet. Das Gasrohr 3 beilt sich hier in zwei Einzelrohre, die in die Düse kurz vor der Auslaßöffnung der Düse, in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, einmünden. Die Wirkungsweise ist auch hier ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. I und 3. Die Länge der gedeckten Pfeife kann durch Verschieben des Pfeifenkolbens 6 geändert werden, wodurch ebenfalls eine Frequenzänderung der erzeigten Schwingung möglich ist.
• Statt leiner Flachpfeife nach Fig. 4 kann auch eine Rundpfeife zur Erzeugung der Schwingungen vorgesehen sein. Eine besondere Ausbildung einer solchen Rundpfeife zeigt Fig. 5. Die Düse ist wiederum mit I bezeichnet, sie hat einen runden Querschnitt und besitzt einen runden Kern, so daß ihre Auslaßöflnung ringförmig ist. Um diese Düse herum ist eine zweite Düse 1' angeordnet, die zur Gaszuführung dient. Der Düsenauslaßöffnung steht die ringförmige Schneide eines runden Pfeifenrohes 5 gegenüber, das ähnlich wie in Fig. 4 mit einem verstellbaren Kolben 6 versehen ist. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei Fig. 4. Eine Frequenzänderung ist bei einer Rundpfeife auch durch Ändern des Abstandes zwischen Düsenmund und Lippenkante in einfacher Weise möglich.
• Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Schall- bzw. Ultraschallschwingungen unmittelbar durch den Vermengungsvorgang des Gases mit der Flüssigkeit erzeugt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, mündet hier die Gasleitung 3 kurz vor der Auslaßöffnung der Düse, in der strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, senkrecht zum Flüssigkeitsstrom ein, wodurch in denn Flüssigkeits-Gas-Gemisch Schwingungen entstehen. Die Erzeugung der Schwingungen ist hierbei offenbar darauf zurückzuführen, daß die aus der Düse austretende Flüssigkeitslamelle von dem sie anströmenden Gas zum Schwingen gebracht wird. Auch hier empfiehlt es sich, die Gasleitung ähnlich wie in Fig. 4 zu unterteilen und das Gas gleichzeitig oberhalb und unterhalb der spaltförmigen, in Fig. 7 in Stirnansicht gezeigten Auslaßöffnung der Düse zuzuführen. Als besonders zweckmäßig hat es sich hierbei gezeigt, die Gasleitungen unter einem spitzen Winkel zur Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung anzuordnen, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, so daß der Gasstrom vom Flüssigkeitsstrom in einer besonders breiten Fläche angeschnitten wird.
• Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Schall- bzw. Ultraschallschwingung,en zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung durch die Strömung der Flüssigkeit selbst erzeugt werden, können sie dem Flüssigkeits.Gas-Gemisch statt dessen oder zusätzlich auch von außen her zugeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 8. Die Düse 1 mit dem Flüssigkeitsznführungsrohr 4 und der Gaszuführungsleitung 3 haben beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Form. Seitlich von dem aus der Düse heraustretenden Strahl des Flüssigkeits-Gas-Gemisches ist ein piezoelektrischer Kristallschvinger 7 von derart gewölbter Form angeordnet, daß die von ihm ausgehenden Schwingungen dicht vor der Düsenauslaßöffnung in dem durch den Punkt 8 angedeuteten Raum zusammenlaufen. Der Düsenstrahl wird also unmitteibar nach dem Heraustreten aus der Düse einer starken, auf ihn von außen her einwirkenden Schwingbehandlung unterworfen. Statt der seitlichen Anordnung des Kristall- schwingers kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch eine beliebige andere Anordnung zum Flüssigkeitsstrahl gewählt werden, beispielsweise die mit 7' gestrichelt angedeutete Anordnung. Statt eines piezoelektrischen Schwingungserzeugers kann auch ein beliebiger anderer Schwingungserzeuger, beispielsweise ein Magnetostriktionsschwinger, vorgesehen werden. Auch ist das Ausführungsbeispiel nicht an die an sich bekannte gekrümmte Form des Schwingungserzeugers gebunden; es kann also auch ein Schwingungserzeuger mit ebener Schwingfläche verwendet werden.
• Eine andere Möglichkeit, die Schall- bzw. Ultraschallschwingungen dem Flüssigkeits- Gas- Gemisch von außen her zuzuführen, besteht darin. daß die Düse oder ihre Zuleitung selbst zu Schwingunge erregt wird. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, daß ein Schwingungserzeuger beliebiger Art fest an der Düse bzw. dem Zuleitungsrohr befestigt wird, oder besser dadurch, daß die Düse, oder ihre Zuleitung unmittelbar selbst als magnetostriktivier Schwinger ausgebildet sind. Für die letztgenannte Ausführungsmöglichkeit zeigt Fig. 9 ein Beispiel. Die Düse l mit beispielsweise spaltförmiger Auslaßöffnung ist mit einem Zuführungsrohr 4 aus magnetostriktiv wirksamem Stoff, beispielsweise aus Nickel, versehen. Über das Rohr 4 ist ein Rohr 9 aus Inagnetostriküv unwirksamem Stoff, vorzugswfleise aus Isolierstoff, mit Abstand darübergeschoben. Zur Gaszuführung dient ähnlich wie in Fig. 3 das Rohr 3. Das Rohr 4 ist mittels eines Flansches 10 in dem Rohr 9 befestigt, und zwar tierart, daß sich in der Flanschebene ein Schwingungsknotenpunkt des von dem Rohr 4 und der Düse I gebildeten Schwingkörpers befindet. Das Rohr g dient gleichzeitig als Träger der zylindrischen Erregerwicklung 1 1, die zur magnetostriktiven Erregung des Rohres 4 bestimmt ist. Die Erregerwicklung 1 1 ist von einem zylindrischen Körper 12 umgeben, der aus einem magnetisch gut leitfähigen Stoff, beispielsweise Eisen, besteht, an seinen Stirnenden flanschartig nach innen gezogen ist und als magnetischer Rückschluß für das magnetostriktiv zu erregende Rohr 4 dient. Wird die Erregerwicklung 11 an Spannung gelegt, so werden die Teile 4 und I zu Schwingungen in ihrer Längsrichtung erregt. Die Masse und Form dieser beiden Teile sind so bemessen, daß sich zum mindesten an der Düsenauslaßöffnung, gegebenenfalls aber auch an dem der Düse abgewandten Ende des Rohres 4, ein Schwingungsbauch befindet. Das Flüssigkeits-Gas-Gemisch wird also in der Düse 1 kräftigen Schwingungen ausgesetzt. Eine zweite Schwingungszone befindet sich an dem der Düse abgewandten Ende des Rohres 4. Damit die Schwingbewegung dieses Rohres nicht zu stark gedämpft wird, kann das Rohrende schneidenförmig ausgebildet werden, wie es in der Zeichnung angedeutet ist.
• Die Anordnung nach der Erfindung wird im Betrieb zweckmäßig unmittelbar in einem Behälter angebracht, in dem sich bereits ein Teil der anzureichernden Flüssigkeit befindet, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Um nicht nur diejenigen Flüssigkeitsmengen anzureichern, die in den Behälter durch die Düse eingeführt werden, sondern auch diejenigen, die sich schon vor der Inbetriebnahme in dem Behälter befinden, ist es vorteilhaft, Mittel, z. B. einen Umlauf mit Pumpe, vorzusehen, durch die die Flüssigkeit bzw. das mittels der Düse erzeugte Flüssigkeits- Gas- Gemisch im Kreislauf wiederholt durch die Düse hindurchgetrieben werden kann. Dies bietet gleichzeitig den Vorteil einer weiteren Verstärkung der Dispergierung, so daß eine besonders feine und dauerhafte Gasverteilung in der Flüssigkeit erzielt wird.
• Die Erfindung ist nicht an die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden. Insbesondere kann die Form der Düsen und Schneiden bzw. Pfeifen beliebig anders gewählt werden. So kann beispielsweise bei der in Fig. 5 gezeigten, als Rundpfeife ausgebildeten Anordnung nach der Erfindung die äußere Düse I' fortgelassen und statt dessen zur Gaszuführung ein besonderes Gasrohr in der in Fig. I gezeigten Weise dicht an der Düsenauslaßöffnung vorgesehen werden. Ferner kann die in Fig. 7 gezeigte schräge Anordnung der Gasleitung auch bei allen anderen gezeigten oder sonstigen Ausführungsbeispielen der Einrichtung nach der Erfindung mit Vorteil verwendet werden, da sie eine besonders gute Vermengung des Gases mit der Flüssigkeit ermöglicht. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel können zur Erzielung einer konvergenten Strahlung des Schwingungserzeugers statt einer besonderen Formgebung des Schwingungserzeugers auch an sich beliebige Reflektoren geeigneter Art verwendet werden.
• PATENTANspnÜcHE: I. Anordnung zur Gasanreicherung von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit der Flüssigkeit mittels einer Düse vermengt und der Einwirkung von Schall- oder Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird.

Claims (1)

1. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen durch die Strömung der Flüssigkeit erzeugt werden.

   3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen unmittelbar durch die Vermengung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches erzeugt werden (Fig. 6).

   4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen durch eine Schneide erzeugt bzw. verstärkt werden (Fig. I bis 5).

   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse und Schneide Teile einer offenen oder gedeckten, beispielsweise ringförmigen Pfeife bilden (Fig. 3 bis 5).

   6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eine spaltförmige Auslaßöffnung besitzt (Fig. 2 und 7).

   7. Anordnung nach Anspruch I bis 5, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Gasleitung, daß sie das Gas dem Flüssigkeitsstrom kurz vor oder hinter der -Nuslaßöffoung der Düse, vorzugsweise in zur Flüssigkeitsströmungsrichtung senkrechter Richtung, zuführt (Fig. 1 und 4 bis 6).

   8. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Gasleitung, daß sie das Gas dem Flüssigkeitsstrom bereits vor dem Eintritt in die Düse zuführt, wobei die Flüssigkeitsleitung an der Zuführungsstelle des Gases beispielsweise verengt list (Fig. 3, 8 und 9).

   9. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung in der Düse, vorzugsweise in der Nähe der Düsenauslaßöffnung, stattfindet, vorzugsweise derart, daß der eintretende Gasstrom zur Flüssigkeitsströmungsrichtung senkrecht steht (Fig. 6).

   10. Anordnung nach Anspruch 6, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei spaltförmiger Auslaßöffnung der Düse die kurz vor der Auslaßöffnung der Düse einmündende Gasleitung unter einem spitzen Winkel zur Längsrichtung des Spaltes einmündet (Fig. 7).

   I 1. Anordnung nach Anspruch 6, 7, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei spaltförmiger Auslaßöffnung der Düse je eine Gaszuführungsleitung oberhalb und unterhalb der Dusenauslaßöffnung vorgesehen ist (Fig. 4 und 6).

   12. Anordnung nach Anspruch I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Änderung des Abstandes der Schneiden- bzw. Pfeifenlippenkante vom Düsenmund und bzw. oder Mittel zur Änderung der Pfeifenlänge vorgesehen sind.

   13. Anordnung nach Anspruch I und 2, gekennzeichnet durch einen beispielsweise piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwingungserzeuger, dessen Schwingungen auf die mit dem Gas vorgemengte und durch die Düse hindurchgetriebene Flüssigkeit einwirken (Fig. 8 und 9).

   14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen des Schwingungserzeugers auf das Flüssigkeits-Gas-Gemisch kurz hinter der Düsenauslaßöffnung in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, einwirken und hier vorzugsweise in einem kleinen Raum zusammenlaufen (Fig. 8).

   15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse oder ihr Zuführungsrohr selbst als Schwingkörper dient, indem beispielsweise ein Schwingungserzeuger mit der Düse bzw. ihrem Zuführungsrohr fest zusammen gebaut ist.

   I6. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als Schwingkörper eines Magnetostriktionsschwingers vorgesehen ist.

   17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Dlüse ein Zuführungsrohrstück (4) aus magnetostriktiv wirksamem Stoff fest zu einem einzigen Schwingkörper vereinigt ist und daß sich an dieses Rohrstück ein Zuführungsrohr (9) aus magnetostriktiv unwirksamem Stoff, vorzugsweise Isolierstoff, anschließt, das das erste Rohrstück mit Spiel umfaßt und mit ihm im Schwingungsknotenpunkt des Schwingkörpers (4, I) verbunden ist (Fig. 9).

   IS. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die das erzeugte Flüssigkeits-Gas- Gemisch im Kreislauf wiederholt durch die Düse hindurchgetrieben werden kann.