NL2026761B1 - Pompsamenstel voor het verplaatsen van een vloeistof, en werkwijze - Google Patents

Abstract

Pompsamenstel en werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof van een relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau, waarbij het 5 pompsamenstel het volgende omvat: — een gasbelgenerator die ingericht is voor het genereren van gasbellen; — een pomp die het volgende omvat: — een inlaat, 10 — een uitlaat, — een buis die zich opwaarts tussen de inlaat en de uitlaat uitstrekt, waarbij de buis het volgende omvat: — een relatief laag eerste gedeelte voor het inlaten van vloeistof en gasbellen, 15 — een relatief hoog tweede gedeelte voor het uitlaten van de vloeistof en gasbellen, waarbij het tweede gedeelte een kanaal omvat dat zich naar de uitlaat uitstrekt; Om een efficiëntere bellenpomp te verschaffen is het kanaal zodanig ingericht dat tijdens gebruik de vloeistof in het kanaal opgedeeld is 20 in vloeistofsegmenten die onderling gescheiden zijn door gasbellen.

Description

Pompsamenstel voor het verplaatsen van een vloeistof, en werkwijze De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een pompsamenstel voor het verplaatsen van een vioeistof van een relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau, waarbij het pompsamenstel het volgende omvat: ~ een gasbelgenerator die ingericht is voor het in de vloeistof genereren van gasbellen; ~ een pomp die het volgende omvat: ~ een inlaat, ~ een uitlaat, ~ een buis die zich opwaarts tussen de inlaat en de uitlaat uitstrekt, waarbij de buis het volgende omvat: ~ een relatief laag eerste gedeelte voor het inlaten van vloeistof en gasbellen, — een relatief hoog tweede gedeelte voor het uitlaten van de vloeistof en de gasbellen, waarbij het tweede gedeelte een kanaal omvat dat zich naar de uitlaat toe uitstrekt.

Verschillende soorten pompen zijn in staat om vloeistof van een relatief laag eerste niveau naar een relatief hoog tweede niveau verplaatsen door nabij het eerste niveau lucht in te brengen.

Lucht en water worden vervolgens naar het relatief hoge tweede niveau verplaatst.

Een voorbeeld hiervan is een bellenpomp, die bijvoorbeeld wordt gebruikt in aquacultuur voor beluchting van water in vijvers.

Tijdens gebruik bevindt de pomp zich in een reservoir dat een vloeistof bevat en is de buis voorzien van vloeistof.

Het eerste gedeelte staat in fluïdumverbinding met de vloeistof in het reservoir en is gevuld met de vloeistof, waarbij de vloeistof bijvoorbeeld water is.

Een gasbelgenerator, zoals een compressor, brengt gasbellen in de zich in het eerste gedeelte van de buis bevindende vloeistof, resulterend in een mengsel van vloeistof en gasbellen.

Dit leidt tot een verlaging van de dichtheid van het zich in het eerste gedeelte bevindende mengsel van vloeistof en gasbellen, waardoor een stuwing van vloeistof door de buis van het eerste niveau naar het tweede niveau ontstaat.

Omdat bellenpompen slechts een gas nodig hebben dat nabij het eerste niveau in de vloeistof ingebracht wordt onder een druk die gelijk aan of hoger dan een omgevingsdruk nabij het eerste niveau is,

zijn het betrouwbare pompen in gebruik.

Het is een nadeel, dat bellenpompen een relatief laag rendement hebben in vergelijking met mechanische pompen.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een efficiëntere bellenpomp te verschaffen.

Hiertoe wordt een pompsamenstel volgens de aanhef gekenmerkt doordat het kanaal zodanig ingericht is dat tijdens gebruik de vloeistof in het kanaal opgedeeld wordt in vloeistofsegmenten die dan onderling gescheiden zijn door gasbellen.

Het volume van de zich opwaarts verplaatsende gasbellen neemt tijdens het stijgen toe als gevolg van de plaatselijke hydrostatische druk die lager is en op de gasbellen uitgeoefend wordt. Volgens de uitvinding is het tweede gedeelte van de buis zodanig ingericht, dat tijdens gebruik het volume van de gasbellen in het tweede gedeelte zodanig is, dat de vloeistof in het kanaal opgedeeld is in vloeistofsegmenten die onderling gescheiden zijn door de gasbellen. Hierdoor worden de vloeistofsegmenten efficiënter van het eerste niveau naar het tweede niveau getransporteerd. Verder vergroot het een aanzuigend effect in het eerste gedeelte van de buis dat de stijgende gasbellen veroorzaken. Hierdoor verplaatst de vloeistof zich gemakkelijker en sneller door de buis van het eerste niveau naar het tweede niveau, en verlaat de vloeistof het tweede gedeelte met meer kracht. De uitlaat van de pomp kan zich onder een vloeistofspiegel bevinden van de vloeistof die zich in het reservoir bevindt, maar kan zich ook nabij of boven de vloeistofspiegel bevinden. Het kanaal kan verschillende dwarsdoorsnedes hebben, waaronder ruitvormig.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het kanaal een cirkelvormige dwarsdoorsnede heeft.

De cirkelvormige doorsnede vergemakkelijkt het scheiden van de vloeistof in vloeistofsegmenten, doordat de gasbellen gemakkelijker contact maken met een binnenomtrekswand van het kanaal. Verder kan het kanaal door de cirkelvormige dwarsdoorsnede druk van de vloeistof en gasbellen beter weerstaan in een deel van het kanaal dat zich boven de vloeistofspiegel van de vloeistof in het reservoir uitstrekt.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het kanaal een hexagonale dwarsdoorsnede heeft.

Kanalen met een hexagonale dwarsdoorsnede zijn goedkoop te produceren, en daarnaast in staat luchtbellen te geleiden en de druk van gasbellen en vloeistofsegmenten te weerstaan.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het tweede gedeelte van de buis afgebogen is ten opzichte van een lengterichting van het eerste gedeelte van de buis.

Hierdoor wordt het doel nagestreefd dat de vloeistofsegmenten die de pomp door de uitlaat verlaten hebben weer terug de uitlaat in keren verkleind, waardoor de werking van de pomp verbeterd wordt. Het tweede gedeelte buigt bijvoorbeeld af met een hoek van 45°, 90° of zelfs meer dan 90°, Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het kanaal opgedeeld is in een veelvoud aan kanalen die zich naar de uitlaat uitstrekken.

Hierdoor kan de vloeistof efficiënter van het eerste niveau naar het tweede niveau verplaatst worden, De kanalen verdelen het tweede gedeelte in kleinere subvolumes, waardoor de gasbellengenerator kleinere gasbellen kan loslaten om volgens de uitvinding de vloeistof in vloeistofsegmenten op te delen. Hierdoor wordt een vloeistofstroom mogelijk die uit de buis afgevoerd wordt en een uitstroom van later af te voeren vloeistof niet belemmert maar juist vergemakkelijkt, waardoor het pompsamenstel energiezuiniger is.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat een uiteinde van het kanaal voor het inlaten van gasbellen en vloeistof voorzien is van een geleidingselement voor het geleiden van gasbellen, waarbij het geleidingselement zich vanaf het kanaal richting het eerste gedeelte uitstrekt.

Het geleidingselement zorgt ervoor dat stijgende gasbellen makkelijker het kanaal in gaan en minder weerstand ondervinden van een omtrekswand van het kanaal. De lengte van het geleidingselement is afgestemd op een snelheid waarmee de vloeistof zich van het eerste gedeelte naar het tweede gedeelte verplaatst, en is ten minste 10 cm lang, bij voorkeur ten minste 20 cm en met meer voorkeur ten minste 30 cm.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het stroomopwaartse uiteinde van het geleidingselement puntig is.

Het puntige uiteinde kan een gasbel met een grotere diameter dan de diameter van het kanaal waar de gasbel in dient te stromen, opdelen in kleinere gasbellen, Hierdoor kan een relatief grotere gasbel een verhouding tussen vloeistof en gasbellen in een bepaald deel van het kanaal minder makkelijk verstoren.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat een zijopening in een wand van de buis en/of een vloeistoftoevoerleiding aangebracht is die de verhouding tussen een hoeveelheid vloeistof en gasbellen in het eerste gedeelte van de buis reguleren.

Door de opening in de wand van de buis kan een gedeelte van de gasbellen en de vloeistof uit de buis ontsnappen, terwijl de vloeistoftoevoerleiding extra vloeistof toe kan voeren op een bepaald niveau van de buis. Hierdoor kan een verhouding tussen het volume van de gasbellen en het volume van de vloeistof, die tijdens het verplaatsen van het eerste niveau naar het tweede niveau verandert vanwege het toenemende volume van de gasbellen, gereguleerd worden en daardoor ook de snelheid waarmee de vloeistof van het eerste niveau naar het tweede niveau verplaatst wordt. In een uitvoeringsvorm is de opening instelbaar voor het tijdens het gebruik optimaliseren van de gasbelgrootte en de verhouding tussen de vloeistof en de gasbellen.

Alternatief verbreedt het eerste gedeelte in stroomafwaartse richting.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat het gas lucht is.

Lucht is in ruime mate aanwezig, en kan goedkoop en gemakkelijk worden gebruikt en gecomprimeerd.

Desgewenst wordt de lucht gefilterd voordat de lucht de buis in gebracht wordt. Hierdoor vermindert een hoeveelheid stofdeeltjes in de lucht en wordt de vloeistof minder vervuild.

Een uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt, dat een gasbellenuitlaat van de gasbelgenerator voorzien is van een element dat voorzien is van openingen.

De openingen in het element reguleren de grootte van de luchtbellen die in de vloeistof in het eerste gedeelte van de buis ingebracht worden, waardoor de gasbellen beter aangepast zijn om in het tweede gedeelte de vloeistof op te delen in vloeistofsegmenten die onderling gescheiden zijn door gasbellen. Het element kan bijvoorbeeld een membraan of een drukkamer met daarin openingen zijn, een luchtsteen of een poreus gesteente waarbij poriën van het gesteente de openingen vormen.

Tenslotte heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof van een relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau, waarbij de werkwijze de volgende stap omvat: — het inbrengen van gasbellen in een vloeistof die zich in een relatief laag eerste gedeelte van een buis bevindt, waarbij de 5 werkwijze met behulp van het pompsamenstel volgens een van de conclusies 1 - 10 uitgevoerd wordt, en de gasbellen zodanig gegenereerd worden dat in een relatief hoog tweede gedeelte van de buis de vloeistof opgedeeld wordt in vloeistofsegmenten die onderling gescheiden worden door gasbellen.

Een dergelijke werkwijze is doelmatig voor het efficiënter verplaatsen van een vloeistof van een relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau.

De uitvinding heeft tevens betrekking op alle varianten van het pompsamenstel welke in de conclusies aangaande het pompsamenstel en hierboven zijn besproken, in elke mogelijke combinatie. Er is slechts kortheidshalve van herhaling afgezien.

De onderhavige uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin Fig. 1 een schematische langsdoorsnede toont door een pomp met een gasbellengenerator; Fig. 2 een schematische langsdoorsnede toont door een pomp waarvan het tweede gedeelte een veelvoud aan afgebogen kanalen omvat; Fig. 3 een schematische langsdoorsnede toont door een kanaal; Fig. 4 een schematische detailweergave toont van een stroomafwaarts uiteinde van een kanaal met een geleidingselement; en Fig. 5 toont een schematische langsdoorsnede van een eerste gedeelte met openingen in de wand om een verhouding tussen vloeistof en gasbellen in het eerste gedeelte te reguleren, en een schematische langsdoorsnede van een eerste gedeelte met vloeistoftoevoerleidingen om een verhouding tussen vloeistof en gasbellen in het eerste gedeelte te reguleren.

Fig. 1 toont een pompsamenstel 199 dat een pomp 100 omvat, waarbij de pomp een buis 110 omvat die zich tussen een inlaat 121 voor vloeistof en een uitlaat 131 van de pomp 100 uitstrekt, met een relatief laag eerste gedeelte 120 voor het inlaten van vloeistof 180 en gasbellen 190, en een relatief hoog tweede gedeelte 130 voor het uitlaten van vloeistof 180 en gasbellen 190, waarbij het tweede gedeelte 130 een kanaal 132 omvat. Het eerste gedeelte 120 is ingericht om tijdens gebruik de vloeistof 180 in het tweede gedeelte 130 volgens de uitvinding op te delen in vloeistofsegmenten 181 die onderling gescheiden zijn door gasbellen 190.

De buis 110 bevindt zich in dit voorbeeld in een reservoir 140 dat de vloeistof 180 bevat. Het reservoir 140 kan een gesloten systeem zijn, zoals een vloeistofhouder, maar kan ook een open systeem zijn, zoals een meer of een zee. Het reservoir 140 staat tijdens gebruik in fluidumverbinding met de buis 110 middels een inlaat 121 voor vloeistof in het eerste gedeelte 120 van de buis 110. Een gasbelgenerator 150 is ingericht om in het eerste gedeelte 120 van de buis 110 gasbellen 190 in de vloeistof 180 te genereren. De gasbelgenerator 150 kan een compressor zijn, en omvat een gasbellenuitlaat 151 die in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld een element 152 omvat dat voorzien is van openingen, zoals, in dit voorbeeld, een membraan. De gasbellen 190 worden als gevolg van door de zwaartekracht veroorzaakte hydrostatische druk in de buis 110 van het eerste gedeelte 120 richting het tweede gedeelte 130 gestuwd. De gasbelgenerator 150 is ingericht om gasbellen los te laten met een druk die ten minste gelijk is aan een plaatselijke hydrostatische druk die in het eerste gedeelte 120 heerst nabij de gasbellenuitlaat 151 door een aan een gasbelgenerator 150 gekoppelde luchtcompressor. Omdat de dichtheid van een gasbel 190 kleiner is dan die van de vloeistof 180, zal de omringende vloeistof 180 de gasbellen 190 opwaarts uit de vloeistof 180 persen in de richting van een vloeistofspiegel 160. Het volume van een zich opwaarts verplaatsende gasbel 190 neemt tijdens het stijgen toe in afhankelijkheid van de plaatselijke hydrostatische druk die op de gasbellen uitgeoefend wordt omdat de hydrostatische druk afneemt naar mate de gasbel 190 dichterbij de vloeistofspiegel 160 komt.

Volgens de uitvinding is de gasbelgenerator 150 zodanig ingericht, dat in het tweede gedeelte 130, dat zich in dit voorbeeld nabij de vloeistofspiegel 160 bevindt, de gasbellen 190 de vloeistof 180 opdelen in vloeistofsegmenten 181. Hierdoor wordt de dichtheid van elkaar afwisselende vloeistofsegmenten 181 en gasbellen 190 zodanig kleiner, bij voorkeur tot de helft van die van de dichtheid van de vloeistof 180, dat een opwaartse stroom in de buis 110 ontstaat, waardoor de vloeistof 180 uit het reservoir 140 door de inlaat 121 voor vloeistof de buis 110 in gezogen wordt. De vloeistofsegmenten 181 en de zich tussen de vloeistofsegmenten 181 bevindende gasbellen 190 verlaten de pomp door een uitlaat 131 van de pomp in het tweede gedeelte 130 van de buis 110. Fig. 2 toont een ten opzichte van Fig. 1 uitgebreide pomp 100. In een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld reikt de uitlaat 131 van de pomp Lot nabij de vloeistofspiegel 160, en met verdere voorkeur tot net onder de vloeistofspiegel 160. Zodra de vloeistofsegmenten 181 net onder de vloeistofspiegel 160 uit het kanaal 132 uittreden, schieten zij zijwaarts het reservoir 140 of een tweede reservoir 140' in. In het tweede gedeelte 130 is in dit uitvoeringsvoorbeeid een veelvoud aan kanalen 132 aangebracht, waar de gasbellen 190 de vloeistof 180 opdelen in vloeistofsegmenten 181. Hierdoor kan meer vloeistof 180 uit het reservoir 140 door de inlaat 121 voor vloeistof de buis 110 in gezogen worden. De gasbellen 190 en vloeistofsegmenten 181 verlaten de pomp 100 door een veelvoud aan uitlaten 131 van de pomp. De uitlaten 131 van de pomp buigen in dit uitvoeringsvoorbeeld ten opzichte van een lengterichting van het eerste gedeelte 120 af. Hierdoor wordt voorkomen dat de vloeistofsegmenten 181 na het verlaten van een uitlaat 131 van de pomp terug gaan in het tweede gedeelte 130 van de pomp 100, waardoor een verstoppende werking van de pomp 100 aithans tegengewerkt wordt.

Fig. 3 toont een deel van het kanaal 132 volgens de uitvinding. Vloeistof 180 en gasbellen 190 bereiken het kanaal 132 vanuit het eerste gedeelte 120 van de buis 110 volgens Fig. 1 en 2. Door een begrenzing van de vloeistof 180 en de gasbellen 190 door een omtrekswand 133 van het kanaal 132, delen de gasbellen 190 de vloeistof 180 op in vloeistofsegmenten 181.

Fig. 4 toont een uiteinde 134 van het kanaal 132 voor het inlaten van gasbellen 190 en vloeistof 180 dat een geleidingselement 135 voor het geleiden van gasbellen 190 omvat. Het geleidingselement 135 strekt zich neerwaarts uit en geleidt zich opwaarts verplaatsende gasbellen 190 het kanaal 132 in. In het hier getoonde uitvoeringsvoorbeeld is het uiteinde van het geleidingselement 135 puntig, waardoor het geleidingselement 135 ook bijvoorbeeld een gasbel 190' met een diameter die groter is dan een diameter van een doorgang nabij het uiteinde 134 van het kanaal 132, op kan delen in kleinere gasbellen

190. Hierdoor wordt een opwaartse stroming van de vloeistof 180 en de gasbellen 190 zo min mogelijk belemmerd.

Fig. 5 toont twee manieren om een verhouding tussen een volume vloeistof 180 en een volume aan gasbellen 190 in een bepaald gedeelte van het eerste gedeelte 120 te reguleren. Het volume van een zich opwaarts verplaatsende gasbel 190 neemt tijdens het stijgen toe als gevolg van de lagere plaatselijk heersende hydrostatische druk die op de gasbellen uitgeoefend wordt omdat de hydrostatische druk afneemt naar mate de gasbel 190 dichterbij de vloeistofspiegel 160 komt. Hierdoor nemen de gasbellen 190 er in een stroomafwaarts gedeelte van het eerste gedeelte 120 ten opzichte van de vloeistof 180 een groter volume in dan in een stroomopwaarts gedeelte van het eerste gedeelte

120. Om te voorkomen dat de gasbellen 190 in het stroomopvwaartse deel van het eerste gedeelte 120 een te groot volume innemen en daardoor een stroomdoorlatende werking van de kanalen 132 in het tweede gedeelte 130 verstoren, zijn in het uitvoeringsvoorbeeld dat in Fig. 5 getoond wordt aan de linkerzijde van de middellijn m vloeistoftoevoerleidingen 137 voorzien in het eerste gedeelte 120 waardoor op verschillende niveaus in het eerste gedeelte 120 extra vloeistof 180 toegevoerd wordt. Fig. 5 toont aan de rechterzijde van de middellijn m een uitvoeringsvoorbeeld waarin zijopeningen 136 voorzien in de wand 138 van het eerste gedeelte 120 waardoor een gedeelte van de gasbellen 190 en vloeistof 180 uit het eerste gedeelte 120 ontsnapt. Op deze manieren kan de verhouding tussen gasbellen 190 en vloeistof 180 in het eerste gedeelte 120 gereguleerd worden.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot de beschreven en getoonde voorkeursuitvoeringsvorm, maar strekt zich tot elke uitvoeringsvorm uit die valt binnen de reikwijdte van de beschermingsomvang, zoals gedefinieerd in de conclusies en bezien in het licht van de voorgaande beschrijving en bijbehorende tekeningen.

Claims (1)

1. ä CO NOC DL US lBS i. Pompsamenstel (199) voor het verplaatsen van een vloeistof (180) van een relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau, waarbij het pompsamenstel (199) het volgende omvat: ~ aan gasbelgenerator (150) die ingericht is voor het in de vloeistof (180) genereren van gasbellen (180); ~ een pomp {100} die het valgende omvat: - een inlaat (121), 19 ~ een uitlaat (131), - een buis (110) die zich opwaarts tussen de inlaat (121) en de uitlaat (131) uitstrekt, waarbij de buis (110) het volgende omvat! - gen relatief laag ssrste gedeelte (120) voor het inlaten van vloeistof {180} en gazbellen (180}, - een relatief hoog tweede gedeelte (130) voor het uitlaten (131) van de vloeistof (180) en de gasbellen (190), waarbij het tweede gedeslie (130) een kanaal (132) omvat dat zich naar de uitlaat {131} toe uitstrekt; waarbij het kanaal (132) zodanig ingericht is dat tijdens gebruik de vloeistof (180) in het kanaal (132) opgedeeld wordt in vlosistofisegmenten (181) die dan onderling gescheiden zijn door gasbellen (190}, Z. Pompsamenstel (193) volgens conclusie 1, wearbij het kanaal (132) een cirkelvormige dwarsdoorsnede heeft.

   3. Pompsamenstel (1989) volgens conclusie 1 of 2, waarbij het kanaal (132) een hexagonale dwarsdoorsnede heeft, 39

   4. Pompsamenstel (199) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tweede gedeelte (130) van de buis (110) afgebogen is ten opzichte van een lengterichting van het eerste gedeslte (120) van de buis (1310).

   5. Ponpsamenstel (199) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het kanaal (132) cpgedeeld is in een veelvoud aan kanalen (132) die zich naar de ultlaat (131) uitstrekken.

   &. Pompsamenstel (139) volgens conclusie 5, waarbij een uiteinde (134) van het kaneal (132) voor het inlaten van gasbellen {190} en vloeistof (180) voorzien is van een geleidingselement (135) voor het geleiden van gasbellen (190), waarbij het geleidingselement (135%) zich vanaf het kanaal (137) richting het esrsts gedeelte (120) uitstrekt.

   7. Pompsamenstel (199) volgens conclusie &. waarbij het stroomopwaartse uiteinde (134) van het geleidingselement (135) puntig is.

   3. Pompsamenstel (199) volgens een van ds conclusies tot 7, waarbij een zijopening (136) in een wand (138) van de buis (110) en/of een vioslstoftoevoerleiding (137) aangebracht is die de verhouding tussen in een hoeveelheid vloeistof (189) en gasbellen (190) in het eerste gedeelte (120) van de buis (110) reguleren.

   9. Pompsamenstel {1933} volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het gas iucht is.

   10. Pompsamenstel {199) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een gashellenuitliaat (151) van de gasbelgenerator {150) voorzien is van een element (152) dat voorzien is van openingen.

   25 11. Werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof (180) van =en relatief laag niveau naar een relatief hoog niveau, waarbij de werkwijze de volgende stap omvat: - het inbrengen van desbellen (150) in een vicelstof (189) die zich in sen relatief laag eerste gedeelte (120) van een buis (119) bevindt, 3G waarbij de werkwijze met behulp van het pompsamenstel {199} volgens een van de conciusies 1 - 10 uitgevoerd wordt, en de gasbellen (120) zodanig gegenereerd warden dat in een relatief hoog twesde gedeelte {130) van de buis (110) de vloeistof (180) opgedeeld wordt in vloeistofsegmentendis onderling gescheiden warden door gasbellen {1930),