NO325189B1 - Apparat for behandling av fluider med ultralyd - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører fluidbehandlingsinnretninger, spesielt men ikke begrenset for anvendelse ved behandling av kloakk. Med termen kloakk som brukt her, menes husholdnings/kommunalt og industrielt avløpsvann og slam.

Det er blitt funnet at tilførsel av ultralydenergi til kloakk forbedrer kloakkens påfølgende respons til behandling. For eksempel er det i spesifikasjonen til det europeiske patent 0648531 beskrevet en fluidbehandlingsinnretning omfattende et kammer gjennom hvilket et fluid som skal behandles kan mates, og et driftselement med et sirkulært snitt i kammeret, idet driftselementet omfatter en mengde flater omfattende minst én innvendig periferisk flate, innretningen omfatter midler for å forårsake nevnte flater å vibrere ved ultralydfrekvens. I bruk strømmer fluidet som skal behandles gjennom kammeret og over den periferiske flate, hvorved ultralydenergi tilveiebringes til det strømmende fluidet.

Det er nå blitt funnet at en fordelaktiv

fluidbehandlingsinnretning, spesielt for behandling av råkloakk, omfatter en langstrakt passasje passende med sirkulært tverrsnitt gjennom hvilke et fluid som skal behandles mates, en mengde driftselementer med aksialt mellomrom i passasjen, idet hvert driftselement har en indre flate som definerer en innvendig passasje gjennom hvilken fluidet strømmer gjennom innretningen, og midler for å forårsake den indre flaten av driftselementene å vibrere ved ultralydfrekvens, hovedsakelig radielt til driftselementene. Ved bruk strømmer kloakk gjennom de langstrakte passasjene gjennom de innvendige passasjene hvor den utsettes for ultralydenergi avledet fra de vibrerende, innvendige flatene av driftselementene.

Det har imidlertid blitt funnet at detritus i råkloakken, så som filler, papir, plast etc, har en tendens til å akkumulere seg i områder med lav strømningsrate mellom driftselementene, (dvs. "døde" områder) som til slutt kan produsere en reduksjon av strømningsraten av fluid gjennom innretningen, og muligens forårsake blokkering. Dette problemet forverres i en foretrukket fluidbehandlingsinnretning, hvor mengden av ultralydenergi tilført i fluidet økes, idet fluidet også strømmer over utvendige flater av driftselementene, spesielt gjennom hovedsakelig ringformede passasjer mellom nevnte utvendige flater og de innvendige flater som definerer den langstrakte passasjen.

Et formål med foreliggende oppfinnelsen er å overvinne problemene med kjent teknikk.

Ifølge et aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et fluidbehandlingsapparat for bruk i en langstrakt passasje, idet apparatet omfatter: ett eller flere midler for tilførsel av ultralydenergi til fluid som er ført inn i den langstrakte passasjen, idet midlene for tilførsel av ultralydenergi omfatter et vibrasjonselement som har en innvendig passasje gjennom hvilken nevnte fluid kan strømme, vibrasjonselementet er anordnet i den langstrakte passasjen slik at en ytre passasje dannes mellom en innvendig vegg av den langstrakte passasjen og en ytre flate av vibrasjonselementet; karakterisert ved at nevnte ytre passasje er strømningsmessig forbundet med den indre passasjen inne i den langstrakte passasjen (10); og strømningsinnskrenkende midler (30) i form av en avsmalnende trakt er anordnet i nevnte langstrakte passasje (10) oppstrøms fra, og med et mellomrom fra, den indre passasjen, for å føre nevnte fluid inn i den langstrakte passasjen (10) og for å rette nevnte strømning mot den indre passasjen.

Ved å tvinge eller lede fluidstrømningen mot den langsgående aksen av de langstrakte passasjene eller mot den innvendige passasjen, frembringes en økning i strømningsraten av kloakk. Dette innebærer at en større del av faststoffene i kloakken vil strømme gjennom innretningen på eller nærmere tilgrensende til den langsgående aksen eller direkte gjennom den innvendige passasjen og følgelig strømme gjennom områder med høyere ultralydtetthet enn det som ellers vil være tilfelle.

I tillegg vil en økning av fluidhastigheten produsere kavitasjon som tillater dannelse av ultralydvibrasjoner i de seksjonene av passasjen som er lokalisert mellom tilgrensende driftselementer, noe som øker innretningens effektivitet.

I tillegg vil den økte hastigheten til strømningen langs passasjen sikre at det meste av detritusen strømmer direkte gjennom passasjen: detritus som har strømmet fra aksen eller den innvendige passasjen vil trekkes av venturi-effekten mot den langsgående aksen av den innvendige passasj en.

På denne måten er det funnet at tendensen for opphopning av detritus i disse områdene med lav strømningsrate mellom tilgrensende driftselementer er redusert.

I tillegg minimeres reduksjonen av fluidstrømningen over de utvendige flatene av driftselementene ved opphopning i mellomrommet mellom nevnte ytre flater og veggene som definerer de langstrakte passasjene ved en økning av mengden detritus som strømmer hovedsakelig langs den langsgående aksen direkte gjennom innretningen.

Midlene for å tvinge fluidstrømningen eller fluidstrømningsmidlene kan produseres separat fra den langstrakte passasjen og kan derfor monteres i eksisterende langstrakte passasjer.

Traktinnretningen kan produseres av en materialplate som ikke er korrosivt i fluidet, for eksempel rustfritt stål eller plastmaterialer.

Videre, siden traktinnretningen er lokalisert i den langstrakte passasjen oppstrøms fra, og med mellomrom fra, den indre passasjen, er fluidstrømningen innskrenket før den når midlene for tilførsel av ultralydenergi.

Nevnte traktinnretning er operativ for å redusere snittarealet gjennom hvilket fluid strømmer ved minst en faktor på 4. I foretrukne utførelser er nevnte traktinnretning operativ til å redusere snittarealet gjennom hvilket fluidet strømmer med minst en faktor på 8.

Følgelig kan traktinnretningen redusere snittarealet til passasjen til en diameter på omtrent 50 mm, hvor den langstrakte passasjen har et sirkulært snitt som har en diameter på 150 mm.

Fortrinnsvis har nevnte langstrakte passasje et sirkulært tverrsnitt. Passasjen har derfor ingen hjørner hvor detritus kan bygges opp.

Fortrinnsvis er den langsgående aksen av den innvendige passasjen av den eller hver innretning for tilførsel av ultralydenergi er hovedsakelig sammenfallende med den langsgående aksen av den langstrakte passasjen.

Det vil fordelaktig kunne være tilveiebrakt en mengde midler for tilførsel av ultralydenergi.

Desto flere midler for tilførsel av ultralydenergi som er til stede, jo større del av fluidene vil bli behandlet.

Fortrinnsvis er det tilveiebrakt minst fire midler for tilførsel av ultralydenergi. Ved så å samle fluidstrømningen som skal behandles mot den langsgående aksen av den langstrakte passasjen, er det funnet at gode strømningskarakteristikker av fluidet gjennom et betydelig mindre antall sekvensielle driftselementer har vært mulig, enn det som ellers ville være tilfellet. Spesielt er det funnet ved denne fremgangsmåten at fem eller flere driftsinnretninger kan være til stede i samme langstrakte passasje, og derved muliggjøre en høy-effektiv behandling av fluidet som skal oppnås over en relativt kompakt strekning.

I foretrukne utførelser omfatter hvert middel for tilførsel av ultralydenergi et driftselement forbundet til vibrasjonselementet, idet driftselementet er forbundet til en kilde for ultralydenergi.

Fortrinnsvis er det eller hvert vibrasjonselement et i hovedsak ringformet element med en indre radius RI og en ytre radius R2.

Fortrinnsvis tilfredsstiller det eller hvert vibrasjonselement forholdet (R1+R2/2 = KA) hvor K er et heltall og X er bølgelengden til vibrasjonene som tilføres vibrasjonselementet. Fortrinnsvis er den ytre passasjen et ringformet rom.

Fortrinnsvis er en indre flate av den innvendige passasjen anordnet for å vibrere radielt.

Ifølge en videre utførelse av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for behandling av fluider, idet fremgangsmåten omfatter: Plassering av fluidbehandlingsapparat ifølge et av de foregående krav inn i en langstrakt passasje og passere fluidet gjennom den langstrakte passasjen.

Fluidet er fortrinnsvis kloakkslam.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet på en illustrerende måte med referanser til de følgende eksempler og de vedlagte figurer.

I de vedlagte figurer er:

Fig. 1 en skjematisk tegning som illustrerer en del av strømningskretsen hvor fluidbehandlingsinnretningen, som er en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen, er installert, Fig. 2 et snitt som viser monteringen av det langsgående elementet, av et middel for å tilføre ultralydenergi, Fig. 3 viser fluidbehandlingsinnretningen, som er en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen, sett fra siden, Fig. 4 er en forstørrelse som viser monteringen av ultralydinnretningen til det langstrakte elementet, og Fig. 5 er en forstørrelse av et traktelement av en foretrukket utførelse.

Fluidbehandlingsinnretningen, som er en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen, er spesielt for bruk i behandling av råkloakk, og er tilpasset til å lokaliseres i en strømningsledning 5 som utgjør en gren til en hovedstrømningsledning 4, idet strømning gjennom denne kontrolleres ved ventiler VI, V2, V3 og V4 (se fig. 1). En foretrukket utførelse omfatter et langsgående element omfattende et rør 10 med sirkulært snitt gjennom hvilket anvendt råkloakk mates.

Montert på det langsgående elementet 10 er en mengde, i dette tilfellet fem, driftsinnretninger 12. Hver driftsinnretning 12, omfatter et driftselement 14 og en ultralydinnretning 16 forbundet til denne. Hver ultralydinnretning 16 omfatter en transduser 24, en flenset servomotor 26 og en forlenger 28.

Driftselementet 14 har et hovedsakelig ringformet snitt, omfattende en ytre flate 18 og en indre flate 20. På driftselementet 14 er det tilveiebrakt en tangentiell flate 22, til hvilken forlengeren 28 av ultralydinnretningen 16 er sikret, fortrinnsvis ved hjelp av en sveis, idet ultralydinnretningen passerer gjennom rørets 10 vegg. Alternativt kan forlengeren 28 og driftselementet 14 være sikret ved hjelp av en skru.

I foreliggende eksempel er det fem driftsinnretninger 12 montert på røret 10. Det kan imidlertid være et hvilket som helst nødvendig antall driftsinnretninger til stede.

Hvert driftselements innvendige flate 20 definerer en innvendig passasje med sirkulært snitt gjennom hvilken fluid som strømmer gjennom innretningen passerer, og i tillegg tilveiebringer det ringformede rommet mellom driftselementets 14 ytre flate 18 og rørets 10 indre vegg II en ytre passasje 19 gjennom hvilken fluid også kan strømme.

I bruk effektiveres ultralydinnretningen 16, og forårsaker at langsgående ultralydfrekvens tilføres fra forlengeren 28 til den flate flaten til dens feste til driftselementet 14. Nærmere bestemt har driftselementet 14 en innvendig radius RI og en utvendig radius R2, idet forholdet mellom dem er slik at (RI + R2) / 2 = KA,, hvor K er et helt tall og X er vibrasjonens bølgelengde som tilføres av ultralydinnretningen til driftselementet 14. I denne oppbygningen vil den ytre flaten 18 og den indre flaten 20 av driftselementet alternativt ekspandere radialt og trekke seg sammen på en pulserende måte ved ultralydfrekvens, og tilføre ultralydenergi til fluidet som strømmer gjennom røret 10.

I oppstrømsenden av røret 10 er det montert en traktinnretning 30 (fig. 4) som er en glidende pasning i enden av røret 10, flenser 32 er tilveiebrakt for å lokalisere traktelementet 30 i en ønsket lokasjon i røret. Trakten har en avskåret kjegleflate 34 som reduserer den effektive radiusen til røret 10 typisk fra hovedsakelig 75 mm til hovedsakelig 25 mm, dvs. omtrent lik radiusen RI, og reduserer snittarealet av strømningspassasjen gjennom innretningen ved en faktor på 8 til 10.

På denne måten samles fluid som mates gjennom innretningen mot den langsgående aksen av innretningen, idet strømningsraten øker og sikrer at en større del av faststoffene lokaliseres på eller i nærheten av den langsgående aksen. I tillegg øker den høye strømningsraten kavitasjon i fluidstrømningen, og derfor vil effektive ultralydvibrasjoner oppstå i seksjonene av den langstrakte passasjen lokalisert mellom tilgrensende driftselementer. Videre, siden fluidet strømmer ved en høy hastighet gjennom innretningen enn det som ellers ville ha vært tilfellet, vil størstedelen av detritusen strømme direkte gjennom den innvendige strømningspassasjen definert av driftselementenes 14 innvendige flater 20. På denne måten vil strømningen av detritus inn i det relativt døde mellomrommet mellom tilgrensende driftselementer 14 reduseres og tendensen for at slik detritius skal tette den ytre passasjen 19 reduseres.

Videre vil slik detritus som kan strømme fra den langsgående aksen ha en tendens til å bli trukket tilbake i hovedstrømningen av venturi-effekten av den relativt høye strømningshastigheten til fluidet gjennom innretningen.

På denne måten er det funnet at en høy tetthet av ultralydinnretninger kan anvendes, idet den tilfører en stor mengde ultralydenergi til fluidstrømningen gjennom innretningen over en relativ kort, langsgående strekning, med betydelig redusert tendens for blokkering.

Det er åpenbart at selv om denne oppfinnelsen er funnet opp spesielt for behandling av råkloakk, kan oppfinnelsen også anvendes ved behandling av andre fluider, hvor lignende eller analoge problemer oppstår, og spesielt hvor det er ønskelig å tilføre ultralydenergi til fluidet på en effektiv måte.

Det vil forstås at utførelsen illustrert viser en anvendelse av oppfinnelsen bare av illustrasjonshensyn. I praksis kan oppfinnelsen anvendes i flere forskjellige konfigurasjoner, hvor detaljerte utførelser er åpenbare for en fagmann på området hvor det implementeres.

Midlene for tilførsel av ultralydenergi kan ha en hvilken som helst form, for eksempel med et rektangulært snitt. Det trenger ikke være en innvendig passasje tilveiebrakt i den.

Trakteinnretningen kan være integrert med røret.

Trakteinnretningen kan være utformet slik at det er tilveiebrakt en indre passasje med en avkortet kjegleflate. Den ytre flaten av innretningen kan ha en hvilken som helst ønsket form.

De kan være et hvilket som helst passende antall ultralydinnretninger plassert i den langstrakte passasjen, for eksempel 4, 5, 6, 7, 8, 9, 15, 20.

Claims (14)

1. Fluidbehandlingsapparat for bruk i en langstrakt passasje, idet fluidbehandlingsapparatet omfatter: ett eller flere midler for tilførsel av ultralydenergi (12) til fluid som er ført inn i den langstrakte passasjen (10), idet midlene for tilførsel av ultralydenergi (12) omfatter et vibrasjonselement (14) som har en innvendig passasje gjennom hvilken nevnte fluid kan strømme, vibrasjonselementet (14) er anordnet i den langstrakte passasjen (10) slik at en ytre passasje dannes mellom en innvendig vegg (11) av den langstrakte passasjen (10) og en ytre flate (18) av vibrasjonselementet;karakterisert ved at nevnte ytre passasje er strømningsmessig forbundet med den indre passasjen inne i den langstrakte passasjen (10); og strømningsinnskrenkende midler (30) i form av en avsmalnende trakt er anordnet i nevnte langstrakte passasje (10) oppstrøms fra, og med et mellomrom fra, den indre passasjen, for å føre nevnte fluid inn i den langstrakte passasjen (10) og for å rette nevnte strømning mot den indre passasjen.

2. Apparat ifølge krav 1, hvor nevnte traktinnretning (30) kan redusere snittarealet gjennom hvilken fluidet strømmer ved minst en faktor på 4.

3. Apparat ifølge krav 2, hvor nevnte traktinnretning (30) kan redusere snittarealet gjennom hvilken fluidet strømmer ved minst en faktor på 8.

4. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor nevnte langstrakte passasje (10) har et sirkulært tverrsnitt.

5. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor den langsgående aksen av den innvendige passasjen av den eller hver innretning for tilførsel av ultralydenergi (12) er hovedsakelig sammenfallende med den langsgående aksen av den langstrakte passasjen (10).

6. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor det er tilveiebrakt en mengde midler for tilførsel av ultralydenergi (12).

7. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor det er tilveiebrakt fire midler for tilførsel av ultralydenergi (12) .

8. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor midlet eller hvert middel for tilførsel av ultralydenergi (12) omfatter et driftselement forbundet til vibrasjonselementet (14), idet driftselementet er forbundet til en kilde for ultralydenergi (16).

9. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor det eller hvert vibrasjonselement (14) er et i hovedsak ringformet element med en indre radius Ri og en ytre radius R2 .

10. Apparat ifølge krav 9, hvor det eller hvert vibrasjonselement (14) tilfredsstiller forholdet (R1+R2/2 = KA) hvor K er et heltall og A er bølgelengden til vibrasjonene som tilføres vibrasjonselementet.

11. Apparat ifølge krav 9 eller 10, hvor den ytre passasjen omfatter et ringformet rom.

12. Apparat ifølge et av de foregående krav, hvor en innvendig flate (20) av den innvendige passasjen er anordnet til å vibrere radielt.

13. Fremgangsmåte for behandling av fluider, idet fremgangsmåten omfatter: plassering av fluidbehandlingsapparatet ifølge et av de foregående krav inn i en langstrakt passasje (10) og passering av fluidet gjennom den langstrakte passasjen (10).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor fluidet er kloakkslam.