EP1926539A1 - Kavitations-entgaser - Google Patents

Kavitations-entgaser

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Publication number
EP1926539A1
EP1926539A1 EP06792903A EP06792903A EP1926539A1 EP 1926539 A1 EP1926539 A1 EP 1926539A1 EP 06792903 A EP06792903 A EP 06792903A EP 06792903 A EP06792903 A EP 06792903A EP 1926539 A1 EP1926539 A1 EP 1926539A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
preceding device
flow
degasifier
obstacle
gas solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06792903A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elmar Huymann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CAVITATOR SYSTEMS GMBH
Original Assignee
Wagner Manfred
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wagner Manfred filed Critical Wagner Manfred
Publication of EP1926539A1 publication Critical patent/EP1926539A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0073—Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042
    • B01D19/0094—Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042 by using a vortex, cavitation

Definitions

  • the invention relates to a hydrodynamic cavitation degasser, in particular deaerator.
  • Cavitation mixers are known. In this case, a suspension or emulsion with little effort and z. B. produced without mechanically driven parts in the device by first steam-filled gas bubbles are generated in the liquid flowing thereon, which then break down implosionsartig again.
  • the so-called cavitation bubbles occurs near the interface between two phase regions, say large oil droplets in water, the second component, in this case the oil droplets, is torn into smaller units and thereby a very fine mixing of the two components and thus produces a very stable suspension or emulsion.
  • the generation of the cavitation bubbles is done in the flowing liquid by a drop in the static pressure below the vapor pressure of the liquid, which in turn is effected by reducing the flow cross-section, so that by subsequent expansion of the flow cross-section, the gas bubbles collapse again.
  • the alternating enlargement and reduction of the flow cross-section will be effected by the arrangement of obstacle bodies, e.g. B. transverse discs, in a flow chamber behind the other, wherein the remaining gap z. B. between obstacle body and surrounding housing forms the bottleneck.
  • obstacle bodies e.g. B. transverse discs
  • the smallest possible gas bubbles from an additional exhaust gas additionally serve, as it were, as condensation cores, ie starting points for the accumulation of further gas bubbles, which arise at the individual passage gaps, but then no longer burst immediately, but have time to join together to form larger units.
  • the supplied expulsion gas in the gas solution is partly in solution, thereby displacing the previously dissolved therein gas from the gas solution even more.
  • the expulsion gas used is preferably the same gas which is to be separated from the gas solution, in which case this effect is neutral, or a gas which mixes well with the gas to be separated from the gas solution in the gaseous state.
  • a flow gap which becomes larger with respect to its area-separated by non-narrowed flow areas of even larger area-measured in the main flow direction, ie the flow direction of the gas solution, can be achieved by increasing the obstacle bodies in their cross-section in the main flow direction and thus also the length of the annular gap the obstacle bodies around, and thus form the obstacle body in the flow direction becoming wider cone.
  • the central axis for fixing the obstacle body in the central position of the flow chamber can be used at the same time hollow as a pipe for supplying a Austreibgases in the flow chamber.
  • the efficiency of the device which is usually used in an existing pipeline, can be increased by - for example, depending on the flow rate in the feeding tube, the viscosity of the individual components and their miscibility - the obstacle bodies are axially adjusted, in their Distance to each other and / or in groups or even total relative to the surrounding housing, whereby in a conical housing and the absolute size of the annular gap surfaces is changed.
  • the obstacle bodies are plate-shaped in order to simplify and reduce manufacturing costs, and in particular to be so thin that they can oscillate at their free edges in the flow direction, which causes the generation and tearing off of steam bubbles facilitated.
  • the flow gap between obstacle bodies and housing can at z. B. round obstacle bodies, ie discs, the radial gap between the free outer peripheral edge of the discs and the surrounding housing.
  • B. round obstacle bodies ie discs
  • the plate-shaped obstacle body at its radially outermost point quite reach the housing and are connected to this, but not for example over the entire circumference, but only in segments, and in the segments between radially extending slots or gaps are present, which can be offset from each other in the axial direction from one obstacle body to the next and serve as flow-through gaps.
  • the surrounding housing - viewed in the axial direction - may be formed analogously, so that over the entire circumference a respective constant cross section between the housing and spoiler edge is met or the housing is formed inside continuously round, so that change in the circumferential direction, the distances to the trailing edge.
  • the obstacle bodies are positioned and dimensioned relative to each other and / or to the surrounding housing such that the flow velocity in the Flow gap at the first obstacle body in the flow direction compared to the passage gap at the last obstacle body by a factor of 1, 8 - 2.5, in particular by 2.0 - 2.3, higher.
  • the optimum ratio between a simple design and a high efficiency of the device has been found to be a number of obstacle bodies between 3 and 10, in particular between 5 and 7.
  • the thickness is between 1 and 4 mm, in particular between 2 and 3 mm, in the case of metal disks, in particular made of stainless steel, the production is very simple, in particular a cutting edge standing at right angles to the main plane of the plates can be used. and the plates are still sufficiently elastic.
  • the axial distance from center to center of two adjacent obstacle body should be between two and seven times the thickness of the plates, in particular three times to five times.
  • the radial width of the annular gap between the outer circumference of the plate-shaped obstacle body and the housing should be between 1 and 5 mm, in particular between 1, 5 and 3.8 mm.
  • the demolition edges are particularly effective when viewed in cross-section have an acute angle of less than 60 °, in particular less than 50 ° or even 45 °, and thus are particularly sharp.
  • the device should be dimensioned and designed so that over the total length of the device, a pressure drop of 2.5 - 3 bar sets.
  • a plurality of obstacle bodies can be combined to form a group and can only be displaced together along the central axis in the longitudinal direction, in particular in the area of the last obstacle bodies, which reduces the structural complexity but only subordinately degrades the efficiency.
  • Fig. 4 shows a cross section through a part of the mixer
  • Fig. 1 shows a vertical degasser according to the invention 1 in longitudinal section, ie in vertical section.
  • a prechamber 5 ' In the main flow direction 10, in particular straight, one behind the other, a prechamber 5 ', a flow chamber 5, a constant diameter section 17 and integrated first sight glass 33, and a settling chamber 30 with a second sight glass 33 are respectively superimposed.
  • a pre-chamber 5 ' In the pre-chamber 5 ' is supplied via a radial inlet opening 3a, which is in communication with the feeding pipe 19, to be separated gas solution.
  • obstacle bodies 7a, b,... are dimensioned and arranged one behind the other along the longitudinal axis of the preferably rotationally symmetrical degasser 1, such that the surface of the passage gaps 6 between the respective obstacle body and the housing 2 is separated from an obstacle body z , B. 7a to the next z. 7b increases in the main flow direction 10, and the area of the first gap is preferably also larger than the free passage at the narrowest point 18.
  • the obstacle body 7 are attached to a central axis 15 and along this also adjustable in the longitudinal direction, which also extends through the narrowest point 18 and passes through the frontal closure in the antechamber 5 'occurs.
  • At least up to the antechamber 5 'in the central axis 15 is formed as a pipe 16 or surrounded by such a pipe 16, in which through the frontal completion of the pre-chamber 5 through a expulsion gas 23 via a regulating the adjusting amount control valve 28 in the pre-chamber 5' is input in finely distributed form, including the pipe 16 in the prechamber 5 'has radially small holes.
  • a region 17 of constant diameter follows, in the course of which a sight glass 33 is arranged in order to observe the degree of segregation that has taken place up to this point.
  • This route 17 merges into a calming chamber 30, which is greatly expanded in cross-section, or protrudes into this settling chamber 30 in the form of a pipe socket.
  • the pipe socket is covered by a diffuser 32 in the form of a basket strainer to promote further agglomeration of the already formed gas bubbles on the struts of the screen.
  • the second output port 4 b for removing the heavy, so usually the liquid component 22 is arranged below the level of the inlet opening 9 in the settling chamber 30, namely in the frusto-conical wall portion 25 of the widening Querschnit- tes.
  • a sieve preferably extends over the entire cross section of the settling chamber 30, either in addition to or instead of the basket sieve of the inlet opening 9.
  • a vertically rising annular wall 26 can surround the inlet 9 in order to prevent a direct unhindered overflow from the inlet opening 9 into this outlet opening 4b.
  • a Abweiserkonus 31 is further arranged, against which the already partially divided gas solution should bounce and promote the separation.
  • the cross section of the settling chamber 30 tapers again to the cross section corresponding to the distance 17 with constant diameter, and also runs over a certain distance with a constant diameter, so that a second sight glass 33 can be arranged therein.
  • This outlet opening 4a is closed by a valve 35 ' , which operates, for example, by means of a float 36, which floats on the liquid, heavy component 22 and closes the outlet opening 4a when the level of the boundary of the components 21 and 2 rises high enough.
  • FIG. 3 shows a special design of the obstacle bodies 7 in the form of preferably individual disks, however, which are thin at least on the outer circumference T.
  • the discs T are held in the center and optionally the discs in the height of the free peripheral edges thinner than the rest formed.
  • the flow gap 6 is an annular circumferential gap between the inner obstacle body 7 and the housing 2 surrounding the obstacle body 7 radially on the outside.
  • an extension can be achieved by wavy or jagged execution of the trailing edge 8. If the flow gap 6 remain the same width over the circumference should, the inner contour of the housing 2 is designed analogously.
  • FIG. 5 shows a solution in which the flow gap 6 'is not an annular circumferential gap between the obstacle body 7 "and the housing 2:
  • the obstacle body 7 is partially connected at its outer periphery to the housing 2, but the obstacle body 7" from the outer edge inwards to almost the center of several, approximately radially extending flow column 6 ', which extends radially from the inside to the outside for example, can expand.
  • These approximately radially extending tear-off edges 8 may be formed straight and run exactly radially, or even serrated (tear-off edge 8 ') or wavy (tear-off edge 8 ") may be formed.
  • FIG. 2 shows a second design of the ventilator, which differs from that according to FIG. 1 only in a few details:
  • the obstacle body 7 are firmly connected to each other and only axially together with respect to the central axis axially adjustable.
  • the outlet opening 4b for the heavier component 22 is located in the cylindrical portion of the settling chamber 30, ie immediately after the cross-sectional widening representing wall portion 25. An additional diffuser is omitted.
  • a Abweiserkonus 31 is a cone-like structure 31 'with a curved baffle surface, which rises from the center outwards and thereby has a concave downwardly open curvature, used with the free end of the central axis 15 is connected and has a diameter of at least half, more preferably at least two-thirds of the diameter of the settling chamber 30.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Kavitations-Entgaser (1), insbesondere Entlüfter, der unter Nutzung der von Kavitationsmischern bekannten Komponenten einen Entgaser sowie ein Verfahren zum Entgasen schafft. Der erfindungsgemäße Entgaser ist ein Verfahren zum Entgasen einer flüssigen Gaslösung während des Dahinströmens, indem die Gaslösung nacheinander durch als Durchflussspalten (6) ausgebildete Engstellen fließt, deren Flächen gemessen quer zur Hauptströmungsrichtung in Hauptströmungsrichtung zunehmen, wobei nach dem letzten Durchflussspalt die wenigstens teilweise getrennte Gaslösung von unten nach oben in eine Beruhigungskammer (30) einströmt und unterschiedlich schwere Fraktionen, insbesondere die beiden gasförmigen Komponente (21) und die flüssige Komponente (22), sich schwerkraftbedingt im unteren und oberen Bereich der Beruhigungskammer (30) sammeln und dort über getrennte Ausgangsöffnungen (4a, 4b) jeweils abgeführt werden, und die Gaslösung am ersten Durchflussspalt (6), insbesondere an jedem Durchflussspalt, eine so hohe Fließgeschwindigkeit aufweist, dass der statische Druck in der Gaslösung unter den Dampfdruck der Gaslösung fällt.

Description

KAVITATIONS-ENTGASER
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Kavitations-Entgaser, insbesondere Entlüfter.
II. Technischer Hintergrund
Bekannt sind Kavitations-Mischer. Dabei wird eine Suspension oder Emulsion mit geringem Aufwand und z. B. ohne mechanisch angetriebene Teile in der Vorrichtung hergestellt, indem in der dahinströmenden Flüssigkeit zunächst dampfgefüllte Gasblasen erzeugt werden, die anschließend implosionsartig wieder zusam- menbrechen.
Wenn dieses Zusammenbrechen einer großen Anzahl von Blasen, der so genannten Kavitationsblasen, in der Nähe der Grenzfläche zwischen zwei Phasenbereichen, also etwa großen Öltröpfchen in Wasser, geschieht, wird dadurch die zweite Komponente, in diesem Fall die Öltröpfchen, in kleinere Einheiten zerrissen und dadurch eine sehr feine Vermischung der beiden Komponenten und damit eine sehr stabile Suspension oder Emulsion erzeugt.
Die Erzeugung der Kavitationsblasen geschieht in der strömenden Flüssigkeit durch einen Abfall des statischen Druckes unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, was wiederum durch Verringerung des Strömungsquerschnittes bewirkt wird, so dass durch anschließende Aufweitung des Strömungsquerschnitts die Gasblasen wieder zusammenbrechen.
Vorzugsweise wird die abwechselnde Vergrößerung und Verkleinerung des Strö- mungsquerschnitts bewirkt werden durch die Anordnung von Hinderniskörpern, z. B. quer stehenden Scheiben, in einer Durchflusskammer hintereinander, wobei der verbleibende Spalt z. B. zwischen Hinderniskörper und umgebendem Gehäuse die Engstelle bildet.
Die zusätzliche Verkleinerung des Strömungsquerschnittes von einer Engstelle zur nächsten in Fließrichtung bewirkt, dass die Kavitationsblasen von Hindernis zu Hindernis unter einem immer höheren Druck entstehen, da der Dampfdruck des Mischgutes jeweils von Druckstufe zu Druckstufe steigt. Damit steigt auch die Zerfallenergie der Blasen zum Ausgang des Kavitators hin immer stärker an, was als Super-Kavitationsfeld bezeichnet wird.
IM. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, unter Nutzung der von Kavitationsmischern bekannten Komponenten einen Entgaser sowie ein Verfahren zum Entgasen zu schaffen.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh- rungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Für das Erzeugen der Gasblasen wird wie beim Kavitationseffekt ein Abfall des statischen Druckes in der Flüssigkeit, die eine Gaslösung darstellt, auf einen Wert unterhalb des Dampfdruckes der Gaslösung durch entsprechende Erhöhung der Fließgeschwindigkeit an definierten Durchflussspalten bewirkt.
Anstelle eines schnellen Auflösens dieser Kavitationsblasen durch Zerplatzen wird diesen jedoch Zeit gegeben, sich zu größeren Einheiten aneinander gegenseitig anzulagern. Zusätzlich sollte die Fließgeschwindigkeit an den einzelnen Durchlassspalten zwar jeweils so hoch sein, dass dort der Dampfdruck jeweils unterschritten wird, damit der Kavitationseffekt auftritt, jedoch sollte die Fließgeschwindigkeit betrachtet von einem Durchflussspalt zum nächsten in Durchströmungsrichtung dabei abnehmen. Dadurch sinkt jeweils der Dampfdruck und damit einhergehend auch die Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit.
Einmal erzeugte Blasen werden wenigstens teilweise bestehen bleiben und nicht mehr erneut am nächsten Durchflussspalt zerplatzen. Zu diesem Zweck werden die Durchflussspalte in Hauptströmungsrichtung von einem Hinderniskörper zum nächsten größer und nicht kleiner.
Die möglichst kleinen Gasblasen aus einem zusätzlichen Austreibgas dienen zusätzlich sozusagen als Kondensationskerne, also Anfangspunkte für das Anlagern weiterer Gasblasen, die an den einzelnen Durchlassspalten entstehen, aber anschließend nicht mehr sofort zerplatzen, sondern Zeit haben, sich zu größeren Einheiten zusammenzuschließen. Auch geht das zugeführte Austreibgas in der Gaslösung teilweise in Lösung über, und verdrängt dadurch das bisher darin gelöste Gas aus der Gaslösung noch stärker. Als Austreibgas wird allerdings vorzugsweise das gleiche Gas verwendet, welches aus der Gaslösung abgeschieden werden soll, - wobei dann dieser Effekt neutral ist - oder ein Gas, welches sich mit dem aus der Gaslösung abzutrennenden Gas im gasförmigen Zustand gut ver- mischt. Ein hinsichtlich seiner Fläche größer werdender Durchflussspalt - getrennt durch nicht beengte Durchströmungsbereiche noch größerer Fläche - gemessen in Hauptströmungsrichtung, also der Strömungsrichtung der Gaslösung kann dadurch erzielt werden, dass die Hinderniskörper in ihrem Querschnitt in Haupt- Strömungsrichtung zunehmen und damit auch die Länge des Ringspaltes um die Hinderniskörper herum, und damit die Hinderniskörper einen in Strömungsrichtung breiter werdenden Konus bilden.
Die zentrale Achse zur Fixierung der Hinderniskörper in zentraler Position der Durchflusskammer kann dabei gleichzeitig hohl als Rohrleitung zum Zuführung eines Austreibgases in die Durchflusskammer benutzt werden.
Die Effizienz der Vorrichtung, die in der Regel in eine bestehende Rohrleitung eingesetzt wird, lässt sich steigern, indem - beispielsweise in Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit im zuführenden Rohr, der Viskosität der einzelnen Komponenten und deren Mischbarkeit - die Hinderniskörper axial verstellt werden, und zwar in ihrem Abstand zueinander und/oder gruppenweise oder gar insgesamt relativ zum umgebenden Gehäuse, wodurch bei einem kegelförmigen Gehäuse auch das Absolutmaß der Ringspaltflächen verändert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Hinderniskörper zum einen plattenförmig ausgebildet sind, um die Herstellung zu vereinfachen und zu verbilligen, und insbesondere so dünn ausgebildet sind, dass sie an ihren freien Kanten in Strömungsrichtung schwingen können, was das Erzeugen und Abreißen von Dampf- blasen erleichtert.
Ebenso wird diese Entwicklung erleichtert durch eine möglichst scharfkantige Ausbildung der Abrisskanten der Hinderniskörper, also z. B. der Platten.
Der Durchflussspalt zwischen Hinderniskörpern und Gehäuse kann bei z. B. runden Hinderniskörpern, also Scheiben, der radiale Spalt zwischen der freien außen umlaufenden Kante der Scheiben und dem umgebenden Gehäuse sein. Es sind jedoch auch andere Ausbildungen möglich, bei denen beispielsweise die plattenförmigen Hinderniskörper an ihrem radial äußersten Punkt durchaus das Gehäuse erreichen und dort mit diesem verbunden sind, aber beispielsweise nicht über den gesamten Umfang, sondern nur segmentweise, und in den Segmenten dazwischen radial verlaufende Schlitze oder Spalte vorhanden sind, die in axialer Richtung zueinander von einem Hinderniskörper zum nächsten versetzt sein können und als Durchflussspalte dienen.
Die Neubildung von Dampfblasen und damit das Auftreten der Kavitation sowie das anschließende Zusammenballen der Blasen wird ferner gefördert durch eine möglichst große Länge der Abrisskanten.
Zu diesem Zweck können gerade bei scheibenförmigen Hinderniskörpern mit dem Umfang als Abrisskante diese durch gewellte oder gezackte Ausbildung in ihrer Länge vergrößert werden, wobei der ungerade Verlauf entweder bei Betrachtung in Axialrichtung oder in Querrichtung hierzu oder in beide Richtungen vorhanden sein kann.
Falls die ungerade, also gewellte oder gezackte, Form sich bei Betrachtung in Axialrichtung erschließt, kann auch das umgebende Gehäuse - betrachtet in axialer Richtung - analog ausgebildet sein, so dass über den gesamten Umfang ein jeweils gleich bleibender Querschnitt zwischen Gehäuse und Abrisskante eingehalten wird, oder das Gehäuse ist innen durchgehend rund ausgebildet, so dass in Umfangsrichtung die Abstände zur Abrisskante wechseln.
Wenn zusätzlich die Vorrichtung so gestaltet ist, dass in deren Betrieb bestimmte strömungstechnische Bedingungen eingehalten werden, ist der Effekt besonders ausgeprägt:
Wenn die Hinderniskörper zueinander und/oder zu dem umgebenden Gehäuse so positioniert und dimensioniert werden, dass sich die Fließgeschwindigkeit im Durchflussspalt beim ersten Hinderniskörper in Strömungsrichtung verglichen zu dem Durchgangsspalt beim letzten Hinderniskörper um den Faktor 1 ,8 - 2,5, insbesondere um 2,0 - 2,3, höher ist.
Gleiches gilt, wenn erreicht wird, dass die Fließgeschwindigkeit vom einen zum nächsten Hinderniskörper im jeweiligen Durchgangsspalt jeweils um den Faktor 1 ,1 - 1 ,4 abnimmt.
Als optimales Verhältnis zwischen einfacher Bauform und hoher Effizienz der Vor- richtung hat sich eine Anzahl von Hinderniskörpern zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 7, herausgestellt.
Wenn bei Scheiben aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, die Dicke zwischen 1 und 4 mm, insbesondere zwischen 2 und 3 mm, beträgt, ist die Herstellung sehr einfach, insbesondere kann dabei noch eine im rechten Winkel zur Hauptebene der Platten stehende Schneidkante verwendet werden, und die Platten sind dennoch ausreichend elastisch.
Der axiale Abstand von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Hinderniskörper sollte dabei zwischen dem Zweifachen und dem Siebenfachen der Dicke der Platten betragen, insbesondere das Dreifache bis Fünffache.
Die radiale Breite des Ringspaltes zwischen dem Außenumfang der plattenförmi- gen Hinderniskörper und dem Gehäuse sollte dabei zwischen 1 und 5 mm, insbe- sondere zwischen 1 ,5 und 3,8 mm, betragen.
Die Abrisskanten wirken dann besonders gut, wenn sie im Querschnitt betrachtet einen spitzen Winkel von weniger als 60°, insbesondere weniger als 50° oder gar 45°, besitzen und damit besonders scharf sind.
Insgesamt sollte die Vorrichtung so dimensioniert und gestaltet sein, dass sich über die Gesamtlänge der Vorrichtung ein Druckabfall von 2,5 - 3 bar einstellt. Für die Verfügbarkeit in Längsrichtung können mehrere Hinderniskörper zu einer Gruppe zusammengefasst und nur gemeinsam in Längsrichtung entlang der zentralen Achse verlagerbar sein, vor allem im Bereich der letzten Hinderniskörper, was den baulichen Aufwand reduziert, die Effizienz aber nur untergeordnet verschlechtert.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : eine erste Bauform des Entgasers,
Fig. 2: eine zweite Bauform des Entgasers,
Fig. 3: einen Längsschnitt durch einen Teil des Mischers,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil des Mischers und
Fig. 5: einen Querschnitt durch eine andere Bauform an diesem Teil des
Mischers.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen, senkrecht stehenden Entgaser 1 im Längsschnitt, also im Vertikalschnitt.
In Hauptdurchströmungsrichtung 10, insbesondere gerade, hintereinander, sind eine Vorkammer 5', eine Durchflusskammer 5, eine Strecke 17 mit konstantem Durchmesser und integriertem ersten Schauglas 33, und eine Beruhigungskammer 30 mit einem zweiten Schauglas 33 im oberen Bereich jeweils übereinander angeordnet. In die Vorkammer 5' wird über eine radiale Eingangsöffnung 3a, die mit der zuführenden Rohrleitung 19 in Verbindung steht, die zu trennende Gaslösung zugeführt.
Die Vorkammer 5' verjüngt sich über eine Querschnittsverengung 13 zu einer engsten Stelle 18, und weitet sich von dort aus in Form der Durchflusskammer 5 wieder auf auf den ursprünglichen Querschnitt der Vorkammer 5'.
Im Bereich dieser Querschnittsaufweitung 14 sind entlang der Längsachse des vorzugsweise rotationssymmetrischen Entgasers 1 hintereinander Hinderniskörper 7a, b,..., vorzugsweise in Scheibenform, so dimensioniert und angeordnet, dass die Fläche der Durchlassspalte 6 zwischen jeweiligem Hinderniskörper und dem Gehäuse 2 von einem Hinderniskörper z. B. 7a zum nächsten z. B. 7b in Hauptdurchströmungsrichtung 10 zunimmt, und die Fläche des ersten Spaltes vorzugsweise auch größer ist als der freie Durchlass an der engsten Stelle 18.
Dabei sind die Hinderniskörper 7 an einer zentralen Achse 15 befestigt und entlang dieser auch in Längsrichtung verstellbar, die sich auch durch die engste Stelle 18 hindurch erstreckt und durch den stirnseitigen Abschluss in die Vorkammer 5' eintritt.
Wenigstens bis in die Vorkammer 5' hinein ist die zentrale Achse 15 als Rohrleitung 16 ausgebildet oder von einer solchen Rohrleitung 16 umgeben, in welcher durch den stirnseitigen Abschluss der Vorkammer 5 hindurch ein Austreibgas 23 über ein die Zugabemenge regulierendes Stellventil 28 in die Vorkammer 5' in möglichst fein verteilter Form eingegeben wird, wozu die Rohrleitung 16 im Bereich der Vorkammer 5' radial kleine Bohrungen aufweist.
Am Ende der Querschnittsaufweitung 14 schließt sich ein Bereich 17 mit konstantem Durchmesser an, in dessen Verlauf ein Schauglas 33 angeordnet ist, um den bis hierher stattgefundenen Grad der Entmischung beobachten zu können. Diese Strecke 17 geht über in eine demgegenüber vom Querschnitt her stark aufgeweitete Beruhigungskammer 30 bzw. ragt in diese Beruhigungskammer 30 in Form eines Rohrstutzens hinein. Der Rohrstutzen ist durch einen Diffusor 32 in Form eines Korbsiebes abgedeckt, um ein weiteres Zusammenballen der bereits gebildeten Gasbläschen an den Streben des Siebes zu fördern.
Unterhalb des Niveaus der Einlauföffnung 9 in die Beruhigungskammer 30, nämlich im kegelstumpfförmigen Wandbereich 25 des sich aufweitenden Querschnit- tes, ist die zweite Ausgangsöffnung 4b zum Abziehen der schweren, also meist der flüssigen, Komponente 22 angeordnet. Oberhalb dieser Ausgangsöffnung 4b verläuft vorzugsweise über den gesamten Querschnitt der Beruhigungskammer 30 ein Sieb hinweg, entweder zusätzlich oder anstelle des Korbsiebes der Einlauföffnung 9.
Zusätzlich kann auch radial innerhalb dieser Auslassöffnung 22b eine vertikal aufragende Ringwand 26 den Einlauf 9 umgeben, um ein direktes ungehindertes Überströmen von der Einlauföffnung 9 in diese Ausgangsöffnung 4b zu verhindern.
In Durchflussrichtung oberhalb der Einlauföffnung 9 ist weiterhin ein Abweiserkonus 31 angeordnet, gegen den die bereits teilweise aufgeteilte Gaslösung prallen soll und die Entmischung fördern soll.
Stromabwärts, also oberhalb des Abweiserkonus 31 , verjüngt sich der Querschnitt der Beruhigungskammer 30 wieder zum Querschnitt entsprechend der Strecke 17 mit konstantem Durchmesser, und verläuft auch wiederum über eine gewisse Strecke mit konstantem Durchmesser, so dass darin ein zweites Schauglas 33 angeordnet werden kann.
Daran schließt sich eine Verjüngung nach oben in Form einer halbkugelförmigen Kuppel oder eines Konus an, an deren engster Stelle die andere Ausgangsöff- nung 4a für das Abziehen der leichteren, in der Regel einer gasförmigen, Komponente 21 angeordnet ist.
Diese Ausgangsöffnung 4a wird verschlossen von einem Ventil 35', welches bei- spielsweise mittels eines Schwimmers 36 arbeitet, der auf der flüssigen, schweren Komponente 22 schwimmt und die Ausgangsöffnung 4a verschließt, wenn das Niveau der Grenze der Komponente 21 und 2 hoch genug steigt.
Soweit sich jedoch bei geschlossenem Ventil 35 genug Gas als leichtere Kompo- nente 21 im obersten Bereich vor dem Ventil 35 angelagert hat, verliert der Schwimmer 36 den Kontakt mit der Auslassöffnung 4a und die leichtere Komponente entweicht.
Figur 3 zeigt eine spezielle Bauform der Hinderniskörper 7 in Form von vorzugs- weise einzelnen, jedoch zumindest am Außenumfang dünnen Scheiben T.
Deren Dicke ist relativ zu ihrer Materialelastizität so ausgelegt, dass sie zumindest an ihrem freien äußeren Rand in und gegen die Durchströmungsrichtung 10 flexibel schwingen können, wodurch das Eintreten des Kavitationseffektes be- schleunigt wird. Zu diesem Zweck sind die Scheiben T im Zentrum gehalten und gegebenenfalls die Scheiben in der Höhe der freien umlaufenden Kanten dünner als der Rest ausgebildet.
Die Figuren 4 und 5 zeigen spezielle Lösungen zur Gestaltung des Durchfluss- Spaltes 6:
Bei Figur 4 wird analog der Figuren 1 und 2 davon ausgegangen, dass der Durch- fluss-Spalt 6 ein ringförmig umlaufender Spalt zwischen dem inneren Hinderniskörper 7 und den radial außen, den Hinderniskörper 7 umgebendem, Gehäuse 2, ist. Zur Verlängerung der Abrisskante 8, also der umlaufenden Außenkante des Hinderniskörpers 7 und damit Verbesserung der Kavitationswirkung zeigt Figur 4, wie in Längsrichtung betrachtet eine Verlängerung erreicht werden kann durch gewellte oder gezackte Ausführung der Abrisskante 8. Wenn der Durchflussspalt 6 über den Umfang gleich breit bleiben soll, ist auch die Innenkontur des Gehäuses 2 analog gestaltet.
Figur 5 zeigt dagegen eine Lösung, bei der Durchflussspalt 6' kein ringförmig umlaufender Spalt zwischen dem Hinderniskörper 7" und dem Gehäuse 2 ist:
Vielmehr ist der Hinderniskörper 7" an seinem Außenumfang teilweise mit dem Gehäuse 2 verbunden, jedoch weist der Hinderniskörper 7" vom äußeren Rand nach innen bis fast ins Zentrum mehrere, etwa radial verlaufende Durchfluss- Spalte 6' auf, die sich radial von innen nach außen beispielsweise erweitern kön- nen. Diese etwa radial verlaufenden Abrisskanten 8 können gerade ausgebildet sein und genau radial verlaufen, oder auch gezackt (Abrisskante 8') oder auch gewellt (Abrisskante 8") ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt eine zweite Bauform des Entlüfters, die sich von derjenigen gemäß Fig. 1 nur in wenigen Details unterscheidet:
Die Hinderniskörper 7 sind fest miteinander verbunden und nur gemeinsam gegenüber der zentralen Achse axial verstellbar.
Die Ausgangsöffnung 4b für die schwerere Komponente 22 befindet sich im zylindrischen Abschnitt der Beruhigungskammer 30, also unmittelbar nach dem die Querschnittserweiterung darstellenden Wandbereich 25. Auf einen zusätzlichen Diffusor ist verzichtet.
Anstelle eines Abweiserkonus 31 ist ein konusartiges Gebilde 31' mit einer gebogenen Prallfläche, die von der Mitte nach außen ansteigt und dabei eine konkave nach unten offene Wölbung aufweist, verwendet, die mit dem freien Ende der zentralen Achse 15 verbunden ist und einen Durchmesser von mindestens der Hälfte, besser mindestens zwei Dritteln des Durchmessers der Beruhigungskammer 30 aufweist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Entmischer
2 Gehäuse
3a,b Eingangsöffnung
4a,b Ausgangsöffnung
5 Durchflusskammer
51 Vorkammer
6 Durchfluss-Spalt
7 Hinderniskörper
8 Kante
9 Einlauföffnung
10 Hauptströmungsrichtung
13 Querschnittsverengung
14 Querschnittsaufweitung
15 zentrale Achse
16 Rohrleitung
17 Strecke konstanter Durchmesser
18 engste Stelle
19 Rohrleitung
21 leichtere Komponente
22 schwerere Komponente
23 Austreibgas
24 Bohrung
25 Wandbereich
26 Ringwand
28 Stellventil
30 Beruhigungskammer
31 Abweiserkonus 32 Diffusor
33 Schauglas
35 Ventil
36 Schwimmer
F Fläche
F6 Fläche von 6
V Fließgeschwindigkeit

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Entgasen einer flüssigen Gaslösung während des Dahin- strömens, indem die Gaslösung nacheinander durch als Durchflussspalte (6a, b,...) ausgebildete Engstellen fließt, - deren Flächen (F) gemessen quer zur Hauptströmungsrichtung (10) in Hauptströmungsrichtung (10) zunehmen, wobei nach dem letzten Durchflussspalt (6) die wenigstens teilweise getrennte Gaslösung von unten nach oben in eine Beruhigungskammer (30) einströmt und unterschiedlich schwere Fraktionen, insbesondere die beiden gasförmigen Komponenten (21) und die flüssige Komponente (22) sich schwerkraftbedingt im unteren und oberen Bereich der Beruhigungskammer (30) sammeln und dort über getrennte Ausgangsöffnungen (4a, b) jeweils abgeführt werden, und die Gaslösung am ersten Durchflussspalt (6), insbesondere an jedem Durch- flussspalt, eine so hohe Fließgeschwindigkeit (v) aufweist, dass der statische Druck in der Gaslösung unter den Dampfdruck der Gaslösung fällt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Anfangs-Fließgeschwindigkeit erzielt wird durch Querschnittsverengung (13) der die Gaslösung zuführenden Leitung (19).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslösung, insbesondere vor dem ersten Durchlassspalt (6), ein Austreibgas (23), insbesondere in geringer Menge und/oder in möglichst fein verteilter Blasen- Form, zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Austreibgas (23) um die Gas-Komponente (21) der Gaslösung handelt.
5. Entgaser zum Entgasen einer hindurchströmenden Gaslösung, insbesondere mittels eines hydrodynamischen Super-Kavitationsfeldes, mit einem Gehäuse (2), - einer Eingangsöffnung (3a) für die Zufuhr der Gaslösung, zwei Ausgangsöffnungen (4a, b) für die Austragung der getrennten Komponenten (21 , 22) der Gaslösung, einer Durchflusskammer (5) zwischen Eingangsöffnung (3) und Ausgangsöffnungen (4a, b) mit in der Durchflusskammer (5) angeordneten, mehreren, insbesondere plattenförmigen Hinderniskörpern (7a, b,...), deren Ebene quer zur Hauptströmungsrichtung (10) liegt, und
Durchflussspalten (6a, b,...) zwischen den Kanten (8) der Hinderniskörper (7a, b,...) und dem umgebenden Gehäuse (2), wobei die Flächen (F) der Durchflussspalte (6) gemessen quer zur Hauptströ- mungsrichtung (10) in Hauptströmungsrichtung (10) zunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungsrichtung (10) wenigstens in der Beruhigungskammer
(30) von unten nach oben verläuft, in Strömungsrichtung (10) nach der Durchflusskammer (5) das Gehäuse (2) eine Beruhigungskammer (30) bildet, die eine erste Ausgangsöffnung (4a) für die Gas-Komponente (21) im oberen Bereich umfasst, und eine zweite Ausgangsöffnung (4b) für die flüssige Komponente (22) im unteren Bereich.
6. Entgaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungskammer (30) sich in Strömungsrichtung (10) gegenüber dem Durchmesser der Durchflusskammer (5) erweitert, insbesondere wenigstens um den Faktor 1 ,5, besser 2,0.
7. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniskörper (7) über scharfe Abrisskanten (8) verfügen,
8. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Eingangsöffnung (36b) für ein Austreibgas (23), insbesondere vor den Hinderniskörpern (7), angeordnet ist.
9. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauföffnung (9) in die Beruhigungskammer (30) gegenüberliegend ein Abweiserkonus (31) angeordnet ist oder die Einlauföffnung (9) in die Beruhigungs- kammer (30) mit einem Diffusor (32), insbesondere in Form eines Korbsiebes, ausgestattet ist.
10. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsposition der Hinderniskörper (7) in Hauptströmungsrichtung (10) verstellbar ist.
11. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (7) der Durchflussspalte (6) bei den einzelnen Hinderniskörpern (7) in Hauptströmungsrichtung (10) zunimmt.
12. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einlassöffnung (3b) für das Austreibgas (23) in Form von radialen Bohrungen (24) in der als Rohrleitung ausgebildeten zentralen Achse (15) ausgeführt sind, auf der Hinderniskörper (7) befestigt sind.
13. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des Gehäuses (2) vor den Hinderniskörpern (7) eine insbesondere konusförmige Querschnittsverengung (13) aufweist und vor der Querschnittsverengung (13) einen Bereich (17) konstanten Durchmessers.
14. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsöffnung (3a) radial seitlich, insbesondere ringförmig radial seitlich im Bereich (17) des konstanten Querschnitts angeordnet ist.
15. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bereich der Hinderniskörper (7) und der Beruhigungskammer (30) ein Bereich (171) konstanten Querschnitts vorhanden ist, der wenigstens teilweise durchsichtige Umfangswände als Schauglas (33) besitzt.
16. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangsöffnung (4b) für die flüssige Komponente (22) in einem konischen, den Querschnitt der Beruhigungskammer (30) zu Beginn erweiternden, Wandbereich (25) angeordnet ist.
17. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangsöffnung (4b) radial außerhalb einer von diesem konischen Bereich (25) nach oben ragenden, ringförmig umlaufenden, noch oben hin frei endenden Ring-Wand (26) angeordnet ist.
18. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auslassöffnung (4a) mit einem Ventil (35) so verschlossen ist, dass nur die gasförmige Komponente (21) dort austreten kann, insbesondere verschlossen ist mit einem Schwimmer (36), welches auf der flüssigen Komponente (22) schwimmt.
19. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einlassöffnung (3b) für das Austreibgas (23) ein Stellventil (28) zum Einstellen der Menge des Austreibgases (23) umfasst.
20. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniskörper (7) plattenförmig ausgebildet sind.
21. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Hinderniskörper (7) so dimensioniert sind, dass sie in Strömungsrichtung (10) schwingen können.
22. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussspalt (6) sich zwischen dem Außenumfang der plattenförmigen Hinderniskörper (7) und dem umgebenden Gehäuse (2) befindet.
23. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Hinderniskörper (7) radial außen mit dem Gehäuse (2) verbunden sind und innerhalb ihres Umfanges Segmente zum Durchströmen frei bleiben.
24. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (8) der Hinderniskörper (7) eine möglichst große Verlaufslänge auf- weisen und insbesondere gewellt oder gezackt ausgebildet sind, betrachtet entweder in axialer Richtung oder quer zur axialen Richtung.
25. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei gewellter oder gezackter Kante (8) betrachtet in axialer Richtung die Innenkontur des umgebenden Gehäuses (2) eine analog gewellte oder gezackte Kontur aufweist.
26. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniskörper (7') runde Scheiben sind mit in Hauptströmungsrichtung (10) abnehmendem Durchmesser und insbesondere die Gehäusewandung in immer dem gleichen radialen Abstand zu den radialen Außenkanten der Scheiben verläuft.
27. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniskörper (7) Scheiben mit gleich bleibendem Durchmesser sind, insbesondere identische Scheiben sind, und der radiale Abstand des äußeren Ran- des der Scheiben zum Gehäuse (2) in Haupt-Durchflussrichtung zunimmt.
28. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (13) nach der Eingangsöffnung (3a, b) so stark ist, dass sich die Fließgeschwindigkeit (v) um den Faktor 9 bis 13, insbesondere um den Faktor 10 bis 12, insbesondere um den Faktor 10,5 bis 11,5, erhöht.
29. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniskörper (7) so zueinander und/oder zu dem umgebenden Gehäuse (2) positioniert und dimensioniert werden, dass sich die Fließgeschwindigkeit (v) im Durchflussspalt (6) des in Strömungsrichtung letzten Hinderniskörpers verglichen zu dem im Durchgangsspalt des ersten Hinderniskörpers um den Faktor 1,8 bis 2,5, insbesondere 2,0 - 2,3, erniedrigt.
30. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben relativ zueinander und zum umgebenden Gehäuse (2) so positioniert und dimensioniert werden, dass sich die Fließgeschwindigkeit (v) im jeweiligen Durchgangsspalt von dem einen Hinderniskörper (7) zum nächsten in Fließ- richtung (v) jeweils um den Faktor 1,1 bis 1 ,4 abnimmt.
31. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hinderniskörper (7) zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 7, beträgt.
32. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Dicke der Scheiben zwischen 1 und 4 mm, insbesondere zwischen 2 und 3 mm, beträgt.
33. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Scheiben das zweifache bis siebenfache, insbesondere das dreifache bis fünffache, der Scheibendi- cke beträgt.
34. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite des Ringspaltes zwischen den plattenförmigen Hindemiskör- pern (7) und ihrem Gehäuse 1 bis 5 mm, insbesondere 1 ,5 - 3,8 mm, beträgt.
35. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (8) im Querschnitt einen Winkel von kleiner 60°, insbesondere kleiner 50°, insbesondere kleiner 45°, aufweisen.
36. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere plattenförmige Hinderniskörper (7) zu einer Gruppe zusammengefasst nur gemeinsam in Längsrichtung entlang der zentralen Achse (15) verlagerbar sind.
37. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so dimensioniert ist, dass sie über ihre Gesamtlänge einen Druckabfall von 2,5 bis 3 bar erzeugt.
38. Entgaser nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Hinderniskörper (7) bei einer Dicke von weniger als weniger als 3 mm eine parallel zur Längsachse oder parallel zur Gehäusewandung verlaufende, gerade Mantellinie an ihrem äußeren Rand aufweisen.
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