DE9207094U1 - Device for gassing liquids - Google Patents
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Description
Keil&SchaafhausenKeil&Schaafhausen
PATENTANWÄLTEPATENT ATTORNEYS
Frankfurt am Main 22.05 .1992
Sch 50 G 4 CIPFrankfurt am Main 22.05.1992
Sch 50 G 4 CIP
Karl-Heinz SchüsslerKarl-Heinz Schuessler
Tannenwaldallee 72Tannenwaldallee 72
6380 Bad Homburg v.d.H.6380 Bad Homburg v.d.H.
Vorrichtung zum Begasen von FlüssigkeitenDevice for gassing liquids
Beschreibung:Description:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, mittels eines unter dem Flüssigkeitsspiegel anordenbaren und an eine Gaszufuhreinrichtung anschließbaren Gasverteilers, welcher wenigstens eine membranartige Wandung aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweist.The invention relates to a device for gassing liquids, in particular for aerating waste water, by means of a gas distributor which can be arranged below the liquid level and connected to a gas supply device and which has at least one membrane-like wall made of flexible material with a plurality of gas outlet openings.
Man hat vorgeschlagen bei einer derartigen Begasungseinrichtung eine kostengünstige Herstellung mit geringem Materialaufwand und einfacher Wartung dadurch zu erreichen, daß die Wandung als stützungsfreie, lediglich über einen Gaszufuhrstutzen gehaltene, bis auf eine Gaszufuhröffnung und die Gasaustrittsöffnungen geschlossene Blase ausgebildet ist. Der Gasverteiler besteht dabei im Prinzip lediglich aus der Blase und weist weder eine innere noch eine äußere Stützkonstruktion auf. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Gasbläschen nach dem Austritt aus der Blase verhältnismäßig schnell zum Flüssigkeitsspiegel aufsteigen und dementsprechend nur eine verringerte Begasung der Flüssigkeit bewirkt wird.It has been proposed that such a gassing device be manufactured cost-effectively with low material requirements and simple maintenance by designing the wall as a support-free bubble that is only held in place by a gas supply nozzle and is closed except for a gas supply opening and the gas outlet openings. In principle, the gas distributor consists only of the bubble and has neither an internal nor an external support structure. However, it has been found that the gas bubbles rise relatively quickly to the liquid level after they leave the bubble and therefore only a reduced amount of gas is released into the liquid.
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Bei einer aus der DE-OS 22 61 994 bekannten Belüftungseinrichtung ist ein aus elastischem Werkstoff bestehender, an einem Ende an eine Luftzuführungsleitung angeschlossener und am anderen Ende geschlossener Luftschlauch mit ungelochter Unterseite und mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen versehener Oberseite vorgesehen, wobei der Luftschlauch an seinen Längsrändern von einem Tragglied gehalten und in dem Luftschlauch eine unter der Spannung eines Luftkissens stehende Membran angeordnet ist, welche die untere Begrenzung eines an die Luftzuführungsleitung angeschlossenen Luftkanals bildet. Die beiden Schlauchwände sind an den beiden Längsrändern durch eine Schweißnaht miteinander verbunden und bilden jeweils eine Schlaufe, die einen der beiden strangförmigen Tragglieder umschließt. Die unter der Spannung eines Luftkissens stehende Membran ist an ihren beiden Seitenrändern ebenfalls mit den beiden Schlauchwänden verschweißt. Der Luftschlauch ist ferner an seinen beiden Seitenrändern von einem Stahlblechprofil abgestützt, das die Schweißnähte abdeckt und deren Aufschälen verhindern soll. Durch das Stahlblechprofil soll die Steifigkeit und das Gewicht des Luftschlauchs erhöht werden; es kann auch an der Unterseite des Luftschlauchs vorgesehen werden, wobei das Gewicht zweckmäßig etwas größer als der Auftrieb des mit Luft gefüllten Schlauchs bemessen ist. Diese bekannte Belüftungseinrichtung ist konstruktiv aufwendig und daher teuer.In a ventilation device known from DE-OS 22 61 994, an air hose made of elastic material is provided, connected at one end to an air supply line and closed at the other end, with an unperforated bottom and a top provided with a large number of air outlet openings, whereby the air hose is held at its longitudinal edges by a support member and a membrane under the tension of an air cushion is arranged in the air hose, which forms the lower boundary of an air duct connected to the air supply line. The two hose walls are connected to one another at the two longitudinal edges by a weld seam and each form a loop that encloses one of the two strand-shaped support members. The membrane under the tension of an air cushion is also welded to the two hose walls at its two side edges. The air hose is also supported on both sides by a steel sheet profile that covers the weld seams and prevents them from peeling open. The steel sheet profile is intended to increase the rigidity and weight of the air hose; it can also be provided on the underside of the air hose, with the weight being appropriately dimensioned to be slightly greater than the buoyancy of the hose filled with air. This known ventilation device is structurally complex and therefore expensive.
Aus der DE-PS 507 294 ist eine Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeit durch Luftstrahlrohrsysteme bekannt, wobei durchlochte metallene oder aus sonstigem Material hergestellte Luftzuführungsrohre durch Gummihülsen umschlossen sind, welche feine Durchstiche aufweisen, die sich erst unter dem Druck der in das Strahlrohrsystem eingeleiteten Luft öffnen. HierdurchFrom DE-PS 507 294 a device for aerating liquids using air jet pipe systems is known, whereby perforated metal or other material air supply pipes are enclosed by rubber sleeves which have fine holes that only open under the pressure of the air introduced into the jet pipe system.
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soll die Möglichkeit einer feinen Belüftung und der Schaffung einer beim Abstellen des Luftstroms eintretenden Ventilwirkung erreicht werden. Für die Gummihülsen ist ein besonderer Aufwand für deren Abstützung erforderlich, nämlich das gesamte Strahlrohrsystem. Zusätzlich ist das Auswechseln verschlissener und defekter Gummihülsen sehr aufwendig.The aim is to achieve fine ventilation and the creation of a valve effect when the air flow is turned off. The rubber sleeves require special effort to support them, namely the entire jet pipe system. In addition, replacing worn and defective rubber sleeves is very time-consuming.
Bei einem aus der DE-PS 34 10 267 bekannten Begasungsgerät ist ein Grundkörper vorgesehen, der mindestens einen Einlaß für das Gas ausweist. Die Membrane deckt den Grundkörper ab und ist an diesem befestigt. An dem Grundkörper ist ferner eine Vorrichtung zur Begrenzung des Hubes der Membran befestigt. Der Einlaß für das Gas ist als Durchtrittsöffnung durch den Grundkörper hindurchgeführt. Die Begrenzungsvorrichtung besteht aus einer Verbindung, die im Überdeckungsbereich der Durchtrittsöffnung mit ihrem einen Ende an der Membran befestigt ist und mit ihrem anderen Ende mit einem im Bereich der Durchtrittsöffnung angeordneten Gegenstück zusammenwirkt. Auch hier sind daher viele miteinander zu montierende Teile erforderlich, welche das Begasungsgerät hinsichtlich Zeit- und Materialaufwand verteuern. Außerdem tritt auch bei diesem Begasungsgerät das Gas aus der im wesentlichen horizontal liegenden Membrane aus und steigt relativ schnell zum Flüssigkeitsspiegel auf.In a gassing device known from DE-PS 34 10 267, a base body is provided which has at least one inlet for the gas. The membrane covers the base body and is attached to it. A device for limiting the stroke of the membrane is also attached to the base body. The inlet for the gas is guided through the base body as a passage opening. The limiting device consists of a connection which is attached to the membrane at one end in the area where the passage opening covers it and which interacts with a counterpart arranged in the area of the passage opening at its other end. Here too, many parts are required to be assembled together, which makes the gassing device more expensive in terms of time and material expenditure. In addition, with this gassing device, the gas also emerges from the essentially horizontal membrane and rises relatively quickly to the liquid level.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine gattungsgemäße Begasungsvorrichtung zu schaffen mittels welcher bei einfacher Herstellung eine bessere Belüftung der Flüssigkeit erreicht werden kann.The object of the invention is therefore to create a generic gassing device, while avoiding the above-mentioned disadvantages, by means of which a better aeration of the liquid can be achieved with simple production.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Gasverteiler einen Grundkörper aufweist, um welchen die Wandung im wesentlichen zylindisch mit im wesent-This object is essentially achieved according to the invention in that the gas distributor has a base body around which the wall is essentially cylindrical with essentially
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liehen vertikal verlaufender Mittelachse angeordnet ist und eine z.B. ringförmige Kammer in dem Grundkörper begrenzt, welche mit wenigstens einem Gaszufuhrkanal verbunden ist und wenigstens einen durch den Grundkörper im wesentlichen vertikal hindurchgeführten Flüssigkeitskanal umschließt.is arranged along a vertically extending central axis and delimits, for example, an annular chamber in the base body, which is connected to at least one gas supply channel and encloses at least one liquid channel that runs essentially vertically through the base body.
Das Gas tritt somit über die gesamte zylindrische Außenfläche der membranartigen Wandung in horizontaler Richtung aus, so daß die Verweildauer der Gasbläschen in der Flüssigkeit erhöht und dadurch der Belüftungseffekt gegenüber Gasbläschen verbessert wird, die aus einer nach oben geneigten oder horizontal liegenden Oberfläche nach oben austreten. Durch den Grundkörper erhält der Gasverteiler die notwendige Stabilität, während durch den wenigstens einen Flüssigkeitskanal im Inneren des Grundkörpers ein verstärkter, nach unten gerichteter Flüssigkeitsstrom erreicht wird. Der Grund für dieses Phänomen scheint darin zu liegen, daß die Flüssigkeit um die membranartige zylindrische Wandung herum eine höhere Konzentration an Gasbläschen aufweist als die weiter innen befindliche Flüssigkeit im Bereich des Flüssigkeitskanals. Dadurch ist das spezifische Gewicht der Flüssigkeit um den Gasverteiler herum geringer als das der Flüssigkeit im Bereich des Flüssigkeitkanals, so daß die Flüssigkeit um den Gasverteiler herum aufsteigt, während im Flüssigkeitskanal des Gasverteilers eine Strömung nach unten entsteht. Dies führt zu erhöhter Flüssigkeitszirkulation und damit verbesserten Belüftungseigenschaften des Gasverteilers. Es wurde auch festgestellt, daß sich der aufsteigende Bläschen strom nach oben hin erweitert, wenn das Gas über den gesamten Umfang der Wandung ausströmt. Dies steht im Gegensatz zu Gasverteilern, in deren Zentrum kein Flüssigkeitskanal ausgebildet ist. Bei letztgenannten Gasverteilern verringert sich nämlich der Querschnitt des aufsteigenden Bläschenstroms nach oben.AuchThe gas thus escapes over the entire cylindrical outer surface of the membrane-like wall in a horizontal direction, so that the residence time of the gas bubbles in the liquid is increased and the aeration effect is thereby improved compared to gas bubbles that escape upwards from an upwardly inclined or horizontal surface. The base body gives the gas distributor the necessary stability, while the at least one liquid channel inside the base body achieves an increased, downward liquid flow. The reason for this phenomenon appears to be that the liquid around the membrane-like cylindrical wall has a higher concentration of gas bubbles than the liquid further inside in the area of the liquid channel. As a result, the specific weight of the liquid around the gas distributor is lower than that of the liquid in the area of the liquid channel, so that the liquid rises around the gas distributor, while a downward flow occurs in the liquid channel of the gas distributor. This leads to increased liquid circulation and thus improved aeration properties of the gas distributor. It was also found that the rising bubble stream expands upwards when the gas flows out over the entire circumference of the wall. This is in contrast to gas distributors in which no liquid channel is formed in the center. In the latter gas distributors, the cross-section of the rising bubble stream decreases upwards.
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aufgrund dieses Umstands wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überraschend die Flüssigkeitsbegasung verbessert.Due to this circumstance, the device according to the invention surprisingly improves the gassing of liquids.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Gasaustrittsöffnungen im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Wandung, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt, um eine gleichmäßige Gaszufuhr in die Flüssigkeit zu gewährleisten .In a particularly advantageous embodiment of the invention, the gas outlet openings are distributed substantially over the entire surface of the wall, preferably evenly, in order to ensure a uniform supply of gas into the liquid.
Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und Montage der erfundenen Begasungsvorrichtung wird dadurch erreicht, daß die Wandung aus einem flexiblen zylindrischen Schlauchstück besteht, welches an seinen beiden axialen Enden mit dem vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Grundkörper verbunden ist.A particularly simple and cost-effective manufacture and assembly of the invented gassing device is achieved in that the wall consists of a flexible cylindrical piece of hose, which is connected at its two axial ends to the base body, which is preferably also cylindrical.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist der wenigstens eine Flüssigkeitskanal von einem durch die Kammer hindurchführendes, an dem Grundkörper befestigtes Schlauchelement begrenzt. Hierbei kann der Grundkörper eine sehr einfache Grundgestalt erhalten.In a further development of this inventive concept, the at least one liquid channel is delimited by a hose element that leads through the chamber and is attached to the base body. In this case, the base body can have a very simple basic shape.
Zweckmäßigerweise weist das Schlauchelement eine geringere Flexibilität auf als die Wandung. Dadurch bläht sich die Wandung bei Druckbeaufschlagung nach außen auf, während das Schlauchelment im Innern des Gasverteilers steif bleibt und eine Querschnittsverringerung des Flüssigkeitskanals vermieden ist.The hose element is advantageously less flexible than the wall. This means that the wall expands outwards when pressure is applied, while the hose element remains rigid inside the gas distributor and a reduction in the cross-section of the liquid channel is avoided.
Es ist jedoch auch möglich, daß der wenigstens eine Flüssigkeitskanal einstückig, z.B. als Bohrung in dem Grundkörper ausgebildet ist.However, it is also possible that the at least one liquid channel is formed in one piece, e.g. as a bore in the base body.
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Vorzugsweise verläuft der wenigstens eine Flüssigkeitskanal parallel zu der zylindrischen Wandung, d.h. vertikal.Preferably, the at least one liquid channel runs parallel to the cylindrical wall, i.e. vertically.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft ein einziger Flüssigkeitskanal koaxial mit dem die Wandung bildenden Schlauchstück. Dadurch wird ein symmetrischer Strömungsverlauf des nach unten gerichteten Flüssigkeitsstroms mittig des Gasverteilers erreicht.In a preferred embodiment of the invention, a single liquid channel runs coaxially with the piece of hose forming the wall. This achieves a symmetrical flow path of the downward-directed liquid stream in the middle of the gas distributor.
Es ist jedoch auch möglich, daß in dem Grundkörper mehrere Flüssigkeitskanäle ausgebildet sind.However, it is also possible that several fluid channels are formed in the base body.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der wenigstens eine Flüssigkeitskanal nicht mittig durch den Grundkörper hindurchgeführt ist, ist der Gaszufuhrkanal koaxial dem Grundkörper angeordnet.In a further preferred embodiment of the invention, in which the at least one liquid channel is not guided centrally through the base body, the gas supply channel is arranged coaxially to the base body.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal weist der wirksame Öffnungsguerschnitt der Gasaustrittsöffnungen in Anpassung an den von dem durch die Gasaustrittsöffnungen austretenden Gas zu überwindenden Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Größe auf. Um bspw. einen gleichmäßigen Gasaustritt über die gesamte zylindrische Membranoberfläche zu erreichen, nimmt der Offnungsguerschnitt der Gasaustrittsöffnungen in der Blasenwandung von unten nach oben in dem Maße ab, wie der Flüssigkeitsdruck in Abhängigkeit von der vertikalen Höhe der Blase von unten nach oben abnimmt.According to a further feature of the invention, the effective opening cross-section of the gas outlet openings has a different size in adaptation to the liquid pressure to be overcome by the gas exiting through the gas outlet openings. In order to achieve, for example, a uniform gas outlet over the entire cylindrical membrane surface, the opening cross-section of the gas outlet openings in the bubble wall decreases from bottom to top to the extent that the liquid pressure decreases from bottom to top depending on the vertical height of the bubble.
Ein gleichmäßiger Gasaustritt kann auch dadurch gefördert werden, daß die Wandung in Anpassung an den von dem durch die Gasaustrittsöffnungen austretenden Gas zu überwindenden Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Dicke aufweist. Hierzu hat bspw.A uniform gas discharge can also be promoted by having the wall of different thicknesses to adapt to the liquid pressure that has to be overcome by the gas exiting through the gas outlet openings.
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die Wandung im unteren Bereich eine geringere Dicke als im oberen Bereich, so daß dem Gasdurchtritt durch die Gasaustrittsöffnungen im unteren Bereich der Wandung ein geringerer Strömungswiderstand entgegengesetzt wird, als im oberen Wandungsbereich, so daß der insgesamt von dem austretenden Gas zu überwindende Druck etwa gleich ist.the wall in the lower area is less thick than in the upper area, so that the gas passage through the gas outlet openings in the lower area of the wall is opposed by a lower flow resistance than in the upper area of the wall, so that the total pressure to be overcome by the escaping gas is approximately the same.
Die Wandung kann aus einem dehnbaren, bspw. gummielastischen Material bestehen, welches unter der für die Begasung erforderlichen Druckbeaufschlagung sich nach außen aufwölbt und dadurch die wirksame Fläche des Gasverteilers vergrößert.The wall can be made of an elastic material, e.g. rubber-elastic material, which bulges outwards under the pressure required for gassing and thus increases the effective area of the gas distributor.
Es ist aber auch möglich, daß die Wandung aus einem nicht dehnbaren, bspw. textlien Material besteht. In diesem Fall liegen oberhalb eines Mindestdruckes der Gasbeaufschlagung Größe und Form der Wandung druckunabhängig fest.However, it is also possible for the wall to be made of a non-stretchable material, e.g. textile. In this case, the size and shape of the wall are fixed, independent of the pressure, above a minimum gas pressure.
Andererseits ist es aber auch möglich, wenn das textile Material eine gewisse Dehnung zuläßt, die Eigenschaften eines dehnbaren mit denen eines nicht dehnbaren Materials zu kombinieren. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Wandung aus textilem Material besteht oder eine textile Verstärkungseinlage oder -auflage aufweist.On the other hand, if the textile material allows a certain amount of stretching, it is also possible to combine the properties of an extensible material with those of a non-extensible material. This can be achieved in particular by the wall being made of textile material or having a textile reinforcement insert or overlay.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, wenn die Gasaustrittsöffnungen in die vorgespannte Wandung aus dehnbarem Material eingebracht sind. In diesem Falle sind die Gasaustrittsöffnungen ohne Druckbeaufschlagung der Kammer geschlossen, während sie sich erst öffnen, wenn das Begasungsgas mit einem Mindestdruck ansteht. Innerhalb eines gewissen Druckes ist der Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen druckabhängig und kann entsprechend eingestellt werden.It is also within the scope of the invention if the gas outlet openings are made into the pre-stressed wall made of expandable material. In this case, the gas outlet openings are closed without pressurizing the chamber, while they only open when the gassing gas is present at a minimum pressure. Within a certain pressure, the opening cross-section of the gas outlet openings is pressure-dependent and can be adjusted accordingly.
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Wünscht man einen druckunabhängigen Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnung, so sind diese vorzugsweise in die nicht vorgespannte Wandung eingebracht. Sie haben dann vor und während der Gasbeaufschlagung unabhängig vom Druck im wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt.If a pressure-independent opening cross-section of the gas outlet opening is desired, these are preferably installed in the non-prestressed wall. They then have essentially the same opening cross-section before and during gas exposure, regardless of the pressure.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die Gasaustrittsöffnungen einen von innen nach außen, d.h. radial zunehmenden Öffnungsquerschnitt aufweisen, d.h. konisch ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, daß beim Austreten des Gases aus der Wandung etwaige Schmutzablagerungen aus den Gasaustrittsöffnungen leicht mitgerissen werden und dadurch die Gefahr von Verstopfungen auch verhältnismäßig kleiner Gasaustrittsöffnungen verringert ist. Derartige Gasaustrittsöffnungen bringt man bspw. in Form von Perforation durch Nadelstiche von außen in die Wandung ein.Another feature of the invention is that the gas outlet openings have an opening cross-section that increases from the inside to the outside, i.e. radially, i.e. they are conical. This has the advantage that when the gas escapes from the wall, any dirt deposits from the gas outlet openings are easily carried along, thus reducing the risk of blockages even in relatively small gas outlet openings. Such gas outlet openings are made, for example, in the form of perforations by pinholes from the outside of the wall.
Der Gastransport vom Gaszufuhrkanal zu der Kammer mit der Wandung erfolgt erfindungsgemäß durch wenigstens einen in dem Grundkörper vorzugsweise radial verlaufenden Verbindungskanal, z.B. von dem mittigen Gaszufuhrkanal zur Außenfläche des Grundkörpers .According to the invention, the gas transport from the gas supply channel to the chamber with the wall takes place through at least one connecting channel that preferably runs radially in the base body, e.g. from the central gas supply channel to the outer surface of the base body.
Eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der gesamten Wandung wird dadurch sichergestellt, daß auf der Außenfläche des Grundkörpers eine ringförmige Nut ausgebildet ist, in welche der Verbindungskanal mündet und welche von der Wandung überdeckt ist.A uniform pressure load on the entire wall is ensured by the fact that an annular groove is formed on the outer surface of the base body, into which the connecting channel opens and which is covered by the wall.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im oberen Bereich des Grundkörpers ein schlauchförmiges flexibles, membranartiges Wandelement vorgesehen, welchesIn a further preferred embodiment of the invention, a tubular, flexible, membrane-like wall element is provided in the upper region of the base body, which
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gegenüber der Wandung radial nach innen versetzt angeordnet ist und mit dieser die Kammer bildet.is arranged radially inwardly offset from the wall and forms the chamber with it.
Das Wandelement kann eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweisen. Dadurch kann auch der im Inneren des Gasverteilers nach unten fließende Flüssigkeitsstrom belüftet werden.The wall element can have a large number of gas outlet openings. This also allows the liquid flowing downwards inside the gas distributor to be ventilated.
Zur einfachen Befestigung des Gasverteilers an der Gaszufuhreinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Gaszufuhrkanal ein Innengewinde aufweist, mit welchem der Gasverteiler auf einen mit einem entsprechenden Außengewinde versehenen Rohrstutzen der Gaszufuhreinrichtung aufschraubbar ist.For easy attachment of the gas distributor to the gas supply device, the invention provides that the gas supply channel has an internal thread with which the gas distributor can be screwed onto a pipe socket of the gas supply device provided with a corresponding external thread.
Der Gaszufuhrkanal ist bspw. in einem an dem Grundkörper vorgesehenen Gaszufuhrstutzen ausgebildet.The gas supply channel is formed, for example, in a gas supply nozzle provided on the base body.
Es ist jedoch auch möglich, daß der Gasverteiler mittels des Gaszufuhrstutzens auf einen Rohrstutzen der Gaszufuhreinrichtung aufgestülpt ist. Ein solcher Gasverteiler läßt sich einfach bei Defekt wieder auswechseln. Zur Sicherheit kann der Gaszufuhrstutzen mittels einer Schelle an dem Rohrstutzen festgemacht sein, so daß auch größere Druckbeaufschlagungen bewältigt werden können.However, it is also possible for the gas distributor to be pushed onto a pipe socket of the gas supply device using the gas supply nozzle. Such a gas distributor can be easily replaced if it is defective. For safety reasons, the gas supply nozzle can be secured to the pipe socket using a clamp so that even greater pressure loads can be handled.
Bei einer anderen Ausführungsform hat der Gasverteiler einen Gaszufuhrstutzen mit Wulst, welcher in eine Gasversorgungsöffnung der Gaszufuhreinrichtung einknüpfbar ist. Auch dies läßt eine verhältnismäßig leichte Montage und Demontage des Gasverteilers zu.In another embodiment, the gas distributor has a gas supply nozzle with a bead, which can be inserted into a gas supply opening of the gas supply device. This also allows the gas distributor to be assembled and disassembled relatively easily.
In dem Gaszufuhrkanal und/oder dem Rohrstutzen und/oder der Gasversorgungsöffnung kann ferner ein z.B. als Klappen- oderIn the gas supply channel and/or the pipe socket and/or the gas supply opening, a valve, e.g. as a flap or
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Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet sein, welches verhindert, daß bei Druckabfall die Flüssigkeit in den Rohrstutzen bzw. das Rohrleitungssystem der Gaszufuhreinrichtung eindringt.A check valve in the form of a ball valve must be installed, which prevents the liquid from entering the pipe socket or the pipe system of the gas supply device in the event of a pressure drop.
Um den Auftrieb der Begasungseinrichtung bei gefüllter Kammer entgegenzuwirken, wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß in dem Grundkörper, insbesondere der Kammer, ein Ballastgewicht angeordnet ist. Das Ballastgewicht kann als Hohlkörper aus starrem oder flexiblem Material ausgebildet sein, dessen Innenraum mit der den Gasverteiler umgebenden Flüssigkeit in Strömungsverbindung steht und/oder mit einer Flüssigkeit wie Wasser, Beton, Blei oder dgl. als Ballastgewicht füllbar ist. Das Ballastgewicht kann jedoch auch außerhalb des Gasverteilers angeordnet sein. Ebenso kann der Grundkörper selbst als Ballastgewicht ausgebildet sein.In order to counteract the buoyancy of the gassing device when the chamber is full, the invention further proposes that a ballast weight be arranged in the base body, in particular the chamber. The ballast weight can be designed as a hollow body made of rigid or flexible material, the interior of which is in flow connection with the liquid surrounding the gas distributor and/or can be filled with a liquid such as water, concrete, lead or the like as a ballast weight. However, the ballast weight can also be arranged outside the gas distributor. The base body itself can also be designed as a ballast weight.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further aims, features, advantages and possible applications of the present invention emerge from the following description of embodiments and the drawing. All described and/or illustrated features form the subject matter of the invention on their own or in any combination, regardless of their summary in the claims or their reference back to them.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Gasverteilers gemäß einer ersten Ausführungsform der &Egr;&tgr;&igr; indung,Fig. 1 is a schematic sectional view of a gas distributor according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Gasverteilers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,Fig. 2 is a sectional view of a gas distributor according to a second embodiment of the invention,
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Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Gasverteilers nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie III - III in Fig. 4,Fig. 3 is a sectional view of a gas distributor according to a third embodiment of the invention along the line III - III in Fig. 4,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gasverteiler nach Fig. 3,Fig. 4 is a plan view of the gas distributor according to Fig. 3,
Fig. 5 eine geschnittene Darstellung eines Gasverteilers nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß der Linie V-V in Fig. 6,Fig. 5 is a sectional view of a gas distributor according to a fourth embodiment of the invention along the line V-V in Fig. 6,
Fig. 6 eine Draufsicht auf den Gasverteiler nach Fig. 5,Fig. 6 is a plan view of the gas distributor according to Fig. 5,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Gasverteilers nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie VII - VII in Fig. 8,Fig. 7 is a sectional view of a gas distributor according to a fifth embodiment of the invention along the line VII - VII in Fig. 8,
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Gasverteiler gemäß Fig. 7,Fig. 8 is a plan view of the gas distributor according to Fig. 7,
Fig. 9 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung mit Darstellung der Befestigung an einer Gaszuführeinrichtung, undFig. 9 is a side view of a gassing device according to the invention showing the attachment to a gas supply device, and
Fig. 10 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit anders gearteter Befestigung an der Gaszufuhreinrichtung.Fig. 10 is a side view of another embodiment of the invention with a different type of attachment to the gas supply device.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten besteht aus einem unter dem Flüssigkeitsspiegel anzuordnenden Gasverteiler 1 , welcher an eine Gaszufuhreinrichtung 2 anschließbar ist.A device according to the invention for gassing liquids consists of a gas distributor 1 which is arranged below the liquid level and which can be connected to a gas supply device 2 .
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Der in Fig. 1 dargestellte Gasverteiler 1 besteht aus einem Grundkörper 3, in welchem eine Kammer 4 und ein Gaszufuhrkanal 5 ausgebildet sind. In dem Gaszufuhrkanal 5 ist ein Innengewinde vorgesehen, so daß der Gasverteiler 1 auf einem mit einem Außengewinde versehenen Rohrstutzen der Gaszufuhreinrichtung 2 aufgeschraubt werden kann. Der Grundkörper 3 ist zylindrisch und trägt eine zylindrische Wandung 6 aus flexiblem, membranartigen Material, in der eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen 7 ausgebildet sind (vgl. Fig. 9 und 10). Die Wandung 6 ist an ihren axialen Enden an der Außenseite des Grundkörpers 3 bspw. mit Klammern 8 befestigt. Wird durch den Gaszufuhrkanal 5 Luft in die Kammer 4 eingeführt so weitet sich die Wandung 6 , wie durch die gestrichelte Darstellung verdeutlicht, auf. Durch den Grundkörper 3 erstreckt sich im wesentlichen vertikal ein Flüssigkeitskanal 9, welcher durch ein an seinem oberen und unteren Ende mit dem Grundkörper 3 verbundenes Schlauchelement 10 gebildet ist. Das Schlauchelement 10 kann aus festem oder flexiblem Material bestehen. Die Flexibilität des Schlauchelements 10 ist geringer als die Flexibilität der Wandung 6, so daß sich die Wandung 6 bei Druckbeaufschlagung nach außen aufbläht, während das Schlauchelement 10 steif bleibt. Bei Druckbeaufschlagung des Gasverteilers 1 entweicht Luft durch die Gasaustrittsöffnungen 7 in der Wandung 6 im wesentlichen in horizontaler Richtung. Dadurch wird eine relativ hohe Verweildauer der Gasbläschen in der Flüssigkeit erreicht. In dem Flüssigkeitskanal 9 entsteht bei Betrieb ein nach unten gerichteter Flüssigkeitsstrom F, wie durch den nach unten gerichteten Pfeil in Fig. 1 angedeutet. Der Flüssigkeitsstroms F scheint darauf zurückzuführen zu sein, daß die Flüssigkeit um die membranartige zylindrische Wandung 6 herum eine höhere Konzentration an Gasbläschen aufweist als die Flüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitskanals 9. Dadurch ist das spezifischeThe gas distributor 1 shown in Fig. 1 consists of a base body 3 in which a chamber 4 and a gas supply channel 5 are formed. An internal thread is provided in the gas supply channel 5 so that the gas distributor 1 can be screwed onto a pipe socket of the gas supply device 2 provided with an external thread. The base body 3 is cylindrical and has a cylindrical wall 6 made of flexible, membrane-like material in which a large number of gas outlet openings 7 are formed (see Fig. 9 and 10). The wall 6 is attached at its axial ends to the outside of the base body 3, for example with clamps 8. If air is introduced into the chamber 4 through the gas supply channel 5, the wall 6 expands, as shown by the dashed line. A liquid channel 9 extends essentially vertically through the base body 3 and is formed by a hose element 10 connected to the base body 3 at its upper and lower ends. The hose element 10 can be made of solid or flexible material. The flexibility of the hose element 10 is less than the flexibility of the wall 6, so that the wall 6 expands outwards when pressure is applied, while the hose element 10 remains rigid. When the gas distributor 1 is pressurized, air escapes through the gas outlet openings 7 in the wall 6 essentially in a horizontal direction. This results in a relatively long residence time of the gas bubbles in the liquid. During operation, a downward-directed liquid flow F is created in the liquid channel 9, as indicated by the downward-directed arrow in Fig. 1. The liquid flow F seems to be due to the fact that the liquid around the membrane-like cylindrical wall 6 has a higher concentration of gas bubbles than the liquid inside the liquid channel 9. This means that the specific
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Gewicht der gasbeladenen Flüssigkeit um den Gasverteiler 1 herum in Mittel geringer als das der Flüssigkeit in dem inneren Flüssigkeitskanal 9. Dies führt zu einem Aufsteigen der Flüssigkeit um den Gasverteiler .1 herum, während die Flüssigkeit in der Mitte des Gasverteilers 1 von oben nach unten strömt. Dadurch wird eine erhöhte Zirkulation und demzufolge eine bessere Belüftung der Flüssigkeit erreicht. Es wurde auch festgestellt, daß der aufsteigende Bläschenstrom sich nach oben hin erweitert, wenn das Gas über den gesamten Umfang des Mantels 6 ausströmt. Dieses Phänomen steht im Gegensatz zu Gasverteilern, in deren Mitte kein Flüssigkeitskanal ausgebildet ist. Bei derartigen Gasverteilern verringert sich die Fläche der aufsteigenden Gasbläschen nach oben hin. Auch hierdurch wird also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bessere Flüssigkeitsbelüftung erreicht.Weight of the gas-laden liquid around the gas distributor 1 is on average less than that of the liquid in the inner liquid channel 9. This leads to the liquid rising around the gas distributor 1, while the liquid in the middle of the gas distributor 1 flows from top to bottom. This results in increased circulation and therefore better aeration of the liquid. It has also been found that the rising bubble stream expands upwards when the gas flows out over the entire circumference of the jacket 6. This phenomenon is in contrast to gas distributors in which no liquid channel is formed in the middle. In such gas distributors, the area of the rising gas bubbles decreases towards the top. This also means that better liquid aeration is achieved with the device according to the invention.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß mehrere Flüssigkeitskanäle 9 in dem Grundkörper 3 ausgebildet sind. Auch ist der Gaszufuhrkanal 5 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 koaxial des Grundkörpers 3 ausgebildet und führt direkt mittig in die Kammer 4. Ein nach unten gerichteter Flüssigkeitsstrom F wird in jedem der Flüssigkeitskanäle 9 hervorgerufen .The embodiment according to Fig. 2 differs from that shown in Fig. 1 essentially in that several liquid channels 9 are formed in the base body 3. The gas supply channel 5 in the embodiment according to Fig. 2 is also formed coaxially with the base body 3 and leads directly into the middle of the chamber 4. A downward liquid flow F is caused in each of the liquid channels 9.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 liegt die Wandung 6 im wesentlichen direkt an der Außenseite des Grundkörpers 3 an, wenn der Gasverteiler 1 nicht mit Druck beaufschlagt ist. Das Kammervolumen ist dann praktisch null. Es kann jedoch auch bereits eine kleine Aussparung für die Kammer 4 vorgesehen sein. Wird die Wandung 6 bei Druckbeaufschlagung nach außen ausgedehnt, vergrößert sich die Kammer 4. Der Gas-In the embodiment according to Figs. 3 and 4, the wall 6 is essentially directly on the outside of the base body 3 when the gas distributor 1 is not pressurized. The chamber volume is then practically zero. However, a small recess can also be provided for the chamber 4. If the wall 6 is expanded outwards when pressure is applied, the chamber 4 increases in size. The gas
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_ -&igr; 4 _ PATENTANWÄLTE_ -&igr; 4 _ PATENT ATTORNEYS
zufuhrkanal 5 ist koaxial des Grundkörpers 3 angeordnet und über eine Vielzahl von radialen Verbindungskanälen 11 mit der Kammer 4 verbunden- Die Verbindungskanäle 11 sind in Rippen 12 des Grundkörpers 3 angeordnet, welche in einem oberen Abschnitt 3' des Grundkörpers 3 eine Vielzahl von Flüssigkeitskanälen 9 bilden. Die Luft L tritt von unten in den Gaszufuhrkanal 5 ein, wie durch den Pfeil in Fig. 3 verdeutlicht, tritt dann radial durch die Verbindungskanäle 11 nach außen, wie die Pfeile in Fig. 4 zeigen, und gelangt dann in die Kammer 4, wo sich die Wandung 6 durch den Druck nach außen aufweitet und die Luft durch die Gasaustrittsöffnungen 7 austritt. Auch hier wird ein nach unten gerichteter Flüssigkeitsstrom F hervorgerufen der, wie durch den Pfeil in Fig. 3 dargestellt, durch die Vielzahl der Flüssigkeitskanäle 9 fließt.supply channel 5 is arranged coaxially with the base body 3 and is connected to the chamber 4 via a plurality of radial connecting channels 11. The connecting channels 11 are arranged in ribs 12 of the base body 3, which form a plurality of liquid channels 9 in an upper section 3' of the base body 3. The air L enters the gas supply channel 5 from below, as shown by the arrow in Fig. 3, then exits radially through the connecting channels 11 to the outside, as shown by the arrows in Fig. 4, and then enters the chamber 4, where the wall 6 expands outwards due to the pressure and the air exits through the gas outlet openings 7. Here too, a downward liquid flow F is caused which, as shown by the arrow in Fig. 3, flows through the plurality of liquid channels 9.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 ist aber in dem Grundkörper 3 eine äußere umlaufende von der Wandung 6 überdeckte ringförmige Nut 13 ausgebildet, in welche die Verbindungskanäle 11 münden. Durch die Nut 13 wird sichergestellt, daß die Luft oder das Gas über den ganzen Umfang des Körpers 3 in die Kammer 4 und zur Innenfläche der Wandung 6 geführt werden. Demgegenüber wird bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 die Luft oder das Gas, zumindestens am Anfang, an lediglich zwei Punkten, die den äußeren Enden der Verbindungskanäle 11 entsprechen, in die Kammer 4 eingeführt. Bei dieser Ausführungsform sollte daher die Wandung 6 in dem Bereich um die Mündungen der Verbindungskanäle 11 in die Kammer 4 keine Gasaustrittsöffnungen 7 aufweisen. Dadurch wird eine gute Gasverteilung in der Kammer 4 erreicht.The embodiment shown in Figs. 5 and 6 is similar to the embodiment according to Figs. 3 and 4. In the embodiment according to Figs. 5 and 6, however, an outer circumferential annular groove 13 covered by the wall 6 is formed in the base body 3, into which the connecting channels 11 open. The groove 13 ensures that the air or gas is guided over the entire circumference of the body 3 into the chamber 4 and to the inner surface of the wall 6. In contrast, in the embodiment according to Figs. 3 and 4, the air or gas is introduced into the chamber 4 at only two points, at least at the beginning, which correspond to the outer ends of the connecting channels 11. In this embodiment, the wall 6 should therefore not have any gas outlet openings 7 in the area around the openings of the connecting channels 11 into the chamber 4. This achieves good gas distribution in the chamber 4.
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Während in den Fig. 3 bis 6 der obere Bereich 3' des Grundkörpers 3 aus steifem Material besteht, ist bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 und 8 dieser steife Abschnitt 31 des Grundkörpers 3 durch ein schlauchförmiges, flexibles, membranartiges Wandelement 14 ersetzt, welches eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen aufweist. Das untere Ende des Wandelements 14 ist dabei an dem Grundkörper 3 befestigt, während das obere Ende des Wandelements 14, bspw. über die Klemmen 8 an einem Klemmelement 15 gehalten wird. Das Klemmelement 15 kann dabei ein Abschnitt des Grundkörpers 3 sein oder mit diesem verbunden sein. Wird nun Gas über die Verbindungskanäle 11 in die Kammer 4 eingeleitet, so wird sich zunächst die Wandung 6 gemäß der gestrichelten Linie nach außen ausweiten. Danach wird sich das Wandelement 14, wie durch die strichpunktierte Linie verdeutlicht, nach innen ausweiten. Durch die Aufweitung des Wandelements 14 nach innen in den Flüssigkeitskanal 9 wird der abwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom im Flüssigkeitskanal 9 zusätzlich verstärkt. Auch bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 kann die Nut 13 in dem Grundkörper 3 ausgebildet sein.While in Figs. 3 to 6 the upper region 3' of the base body 3 consists of rigid material, in the embodiment according to Figs. 7 and 8 this rigid section 31 of the base body 3 is replaced by a tubular, flexible, membrane-like wall element 14 which has a large number of gas passage openings. The lower end of the wall element 14 is attached to the base body 3, while the upper end of the wall element 14 is held, for example, via the clamps 8 to a clamping element 15. The clamping element 15 can be a section of the base body 3 or can be connected to it. If gas is now introduced into the chamber 4 via the connecting channels 11, the wall 6 will initially expand outwards according to the dashed line. The wall element 14 will then expand inwards, as shown by the dash-dotted line. By widening the wall element 14 inwards into the liquid channel 9, the downward liquid flow in the liquid channel 9 is additionally increased. In the embodiment according to Figs. 7 and 8, the groove 13 can also be formed in the base body 3.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 9 und 10 unterscheiden sich von den o.g. im wesentlichen durch eine anders geartete Befestigung des Gasverteilers 1 an der Gaszufuhreinrichtung 2. Die Gaszufuhreinrichtung 2 weist eine Rohrleitung 16 auf, von welcher einer oder mehrere Rohrstutzen 17 an einer Gasversorgungsöffnung 18 abzweigen.The embodiments according to Figs. 9 and 10 differ from the above-mentioned essentially by a different type of fastening of the gas distributor 1 to the gas supply device 2. The gas supply device 2 has a pipeline 16, from which one or more pipe sockets 17 branch off to a gas supply opening 18.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist an dem Gasverteiler 1 ein Gaszufuhrstutzen 19 vorgesehen, in welchem der Gaszufuhrkanal 5 ausgebildet ist. Der Gaszufuhrstutzen 19 wird über denIn the embodiment according to Fig. 9, a gas supply nozzle 19 is provided on the gas distributor 1, in which the gas supply channel 5 is formed. The gas supply nozzle 19 is connected via the
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_ 16 _ PATENTANWÄLTE_ 16 _ PATENT ATTORNEYS
Rohrstutzen 17 gestülpt und mittels einer Schelle 20 festgelegt werden kann. Damit ist der Gasverteiler 1 sicher auf der Gaszufuhreinrichtung 2 befestigt. In dem Rohrstutzen 17 befindet sich vor der Öffnung des Gaszufuhrkanals 5 ein als Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 21, welches bei Beaufschlagung mit dem Gasdruck öffnet und bei Druckabfall schließt, so daß keine Flüssigkeit über die Gasaustrittsöffnungen 7 in den Gasverteiler 1 und die Gaszufuhreinrichtung 2 gelangen kann.Pipe socket 17 can be put over and secured using a clamp 20. The gas distributor 1 is thus securely fastened to the gas supply device 2. In the pipe socket 17, in front of the opening of the gas supply channel 5, there is a check valve 21 designed as a ball valve, which opens when subjected to gas pressure and closes when the pressure drops, so that no liquid can get into the gas distributor 1 and the gas supply device 2 via the gas outlet openings 7.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von der in Fig. 9 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß der Gaszufuhrstutzen 19 als Wulst 22 ausgebildet ist, welcher in die Gasversorgungsöffnung 18 der Rohrleitung 16 einknöpfbar ist.The embodiment according to Fig. 10 differs from that shown in Fig. 9 essentially in that the gas supply nozzle 19 is designed as a bead 22 which can be snapped into the gas supply opening 18 of the pipe 16.
Auch in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 und 10 ist die Richtung des Flüssigkeitsstroms F durch die nach unten gerichteten Pfeile deutlich gemacht.Also in the embodiments according to Figs. 9 and 10, the direction of the liquid flow F is made clear by the downward-pointing arrows.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0546335A1 (en) | 1993-06-16 |
DK0546335T3 (en) | 1996-06-17 |
DE59205352D1 (en) | 1996-03-28 |
EP0546335B1 (en) | 1996-02-14 |
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