SE504247C2 - Kärl för behandling av vätska - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 504 247 2 Detta område utgör en synnerligen effektiv blandningszon, som dessutom har en relativt begränsad utsträckning i anordning- ens axiala riktning. Den naturliga virveln uppträder omedel- bart nedströms om blandningszonen och eventuella partiklar eller dylikt i de strömmande medierna samlas i virvelns centrum och kan separeras därifrån genom att ett centralt utlopp anslutes till virvelns centrum.

I en föredragen utföringsform har kärlet rotationssymmetrisk form och en första ände, i vilken media tillföres, och en andra ände, från vilken media uttages, och organen för att alstra en naturlig virvel utgöres av en tillförselledning för åtminstone ett strömmande medium, vilken ansluter tangenti- ellt till det rotationssymmetriska kärlet i dess tillförsel- ände.

I en fördelaktig variant vid ett kärl, i vilket vatten, som skall syresättas, tillföres i kärlets tillförselände, sträc- ker sig ett centralt placerat rör för tillförsel av en syre- innehållande gas, såsom luft, syrgas eller ozon, axiellt genom kärlets ändvägg i tillförseländen och mynnar i kärlet uppströms om platsen för den plötsligt ökade tvärsnittsarean.

Gastillförselröret har med fördel ett utvidgat mynningsparti.

Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifogade figurer, av vilka; fig. 1 visar en schematisk, delvis genomskuren delvy från sidan av en första utföringsform av ett kärl enligt uppfin- ningen, fig. 2 visar en snittvy längs linjen II-II i figur 1, fig. 3 visar i en sidovy en andra utföringsform av ett kärl enligt uppfinningen, fig. 4 visar i en sidovy en tredje utföringsform av ett kärl enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 504 247 3 fig. 5 visar en sidovy av en fjärde utföringsform av ett kärl enligt uppfinningen, och fig. 6 och 7 visar delvyer från sidan av en femte resp. sjätte utföringsform av ett kärl enligt uppfinningen.

Det i figur 1 och 2 visade kärlet 1 innefattar ett rör 2, vilket har en övre rörformig del 3, en undre rörformig del 4, vilken har större diameter än delen 3 samt ett övergångsparti 5, som förbinder den övre och undre delen med varandra. En cylinderformad inloppskammare 6 är ansluten till övre änden av den övre rördelen 3, i vilken kammare en tangentiell riktad inloppsledning 7 mynnar. Vidare sträcker sig ett centralt placerat andra rör 8 med mindre diameter än rördelen 3 axiellt igenom inloppskammaren 6 och ett stycke ner i den övre rördelen 3. Detta andra rör 8 har ett utvidgat mynnings- parti 9 i sin nedre ände.

Vid en användning av kärlet 1 för att syresätta vatten till- föres vatten under tryck genom inloppsledningen 7. Genom att vattnet strömmar in i inloppskammaren med en tangentiell strömningsriktning kommer vattnet att ges en roterande rörel- se och strömma igenom rördelen 3 med en spiralformig rörelse.

När vattnet strömmar förbi det utvidgade partiet 9 minskar genomströmningsarean och vattnets strömningshastighet ökar.

Efter att partiet 9 har passerats ökar genomströmningsarean kraftigt, vilket leder till att ett lokalt lägre tryck upp- kommer i området under det andra rörets 8 mynning. Om detta rör 8 är förbundet med luft under atmosfärstryck kommer således luft att sugas in i rördelen 3.

I den undre rördelen 4 har det visat sig att en naturlig virvel 10 bildas. Med naturlig virvel avses en typ av virvlar med trombliknande strömning, som naturligt bildas i exempel- vis vattendrag nedströms om strömningshinder, såsom stenar eller dylikt. I sådana virvlar strömmar mediet spiralformigt i en trattliknande strömningskropp, såsom indikeras med strömningskroppen 10 i figur 1. 10 15 20 25 30 35 504 247 4 I övergångspartiet 5 har det visat sig att en kraftigt turbu- lent strömning uppkommer i den centrala delen av detta parti samtidigt som vatten i ett tunt skikt spiralformigt strömmar runt rörväggen. Det har också observerats att det är vatten från ytan av den bildade virveln 10, som i det turbulenta området blandas med den från röret 8 tillförda luften. Vidare har det observerats att det i rördelen 4 utanför virveln spiralformigt strömmande vattnet är klart, vilket tyder på att all luftinblandning sker i det turbulenta området och därmed inom en mycket begränsad del av kärlet 1. Det har också visat sig att strömningsförloppet inte nämnvärt för- ändras vid variation av flödet hos det genom inloppsledningen 7 tillförda vattnet. Kärlet 1 har även ett icke visat utlopp i form av en utloppsledning. Det har visat sig att det be- skrivna strömningsförloppet uppträder även vid stora varia- tioner av mottrycket, d.v.s. det lokala trycket hos det vat- ten, i vilket utloppsledningen mynnar. Närmare bestämt har det visat sig att vid ett kärl 1, i vilket utloppsledningen mynnar i botten av en avtappningtank, uppträder ovannämnda strömningsförlopp i stort sätt oberoende av nivåändringar hos vattnet i tanken.

Vidare har det visat sig att ovannämnda strömningsförlopp uppträder även när luft under tryck tillföres genom det andra röret 8. Detta gör att kärlet l med fördel kan användas för att tillföra ozon för syresättning av vatten. Genom att tillföra syre i form av ozon åstadkommes förutom reningen genom oxidering av förekommande järn- och manganföreningar att i vattnet förekommande bakterier dödas p.g.a. ozonets giftighet samt en nedbrytning av COD. Vidare gör den korta blandningszonen att ozonet, vilket är oerhört reaktivt, maximalt kan utnyttjas för detta ändamål. Vid användning av kärlet 1 för inblandning av ozon kan ozonförbrukningen mins- kas kraftig jämfört med kända ozoninblandningssystem med övertryck och statisk mixer. Eftersom något överskott av ozon inte behöver tillföras för att tillförsäkra önskad renings- grad behöver stora kolfilter för att förstöra eventuellt förekommande överskottsozon inte användas till skillnad mot i de tidigare nämnda ozoninblandningssystemen. 10 15 20 25 30 35 504 247 5 I figurerna 3 och 4 visas ytterligare utföringsformer av kärl enligt uppfinningen, vilka skiljer sig från det i figur 1 visade kärlet 1 främst genom att de är försedda med centrala utlopp, i vilka den naturliga virvel mynnar, som vid använd- ning av kärlen bildas i delen med större tvärsnittsarea.

Figur 3 visar ett kärl 11 innefattande ett rör 12 med en övre rörformig del 13, ett övergångsparti 15 och en undre rörfor- mig del 14, vilka helt motsvarar delarna 2-5 hos det i figur 1 visade kärlet 1. En inloppskammare 16 med en övre cylind- risk del, i vilken en tangentiellt riktad inloppsledning 17 mynnar, och med en undre trattformad del, som ytterligare gynnar uppkomsten av en naturlig virvel i röret 12, är an- sluten till den övre rördelen 13. Kärlet 11 innehåller även ett andra tillförselrör 18 motsvarande röret 8 i kärlet 1 frånsett att röret 18 inte har något utvidgat mynningsparti.

Såsom nämnts ovan har kärlet 11 i nederänden av röret 12 ett centralt utlopp i form av ett smalt utloppsrör 19. Genom detta rör kan partiklar eller fraktioner med högre specifik vikt än vatten, vilka samlas i virvelns centrum, avskiljas från vattnet i kärlet. Röret 12 har även en utloppsledning 20 för utanför virveln strömmande vatten, vilken är placerad radiellt utanför utloppsröret 19 i botten av röret 12. Denna utloppsledning kan exempelvis vara ansluten till en hydrofor.

Det i figur 4 visade kärlet 21 innefattar liksom de tidigare beskrivna kärlen 1 och 11 ett rör 22 med en övre del 23, en undre del 24 och ett övergångsparti 25, varvid den övre delens 23 övre ände är ansluten till en inloppskammare 26 med en tangentiellt riktad inloppsledning 27. Vidare sträcker sig ett centralt placerat tillförselrör 28 med ett utvidgat mynningsparti igenom inloppskammaren och ett stycke ned i den övre delen 23. Den övre rörformiga delen 23 har ett avsnitt 29 med dubbelkonform och mindre tvärsnittsarea än övriga delar av denna del 23. Vidare är tillförselröret på lämpligt sätt fäst till inloppskammaren 26 så att det kan förflyttas axiellt. Därigenom kan den minsta genomströmningsarean, d.v.s. arean mellan tillförselrörets 28 utsida och insidan av den övre rörformiga delen 23, varieras genom förskjutning av 10 15 20 25 30 35 504 247 6 tillförselrörets utvidgade parti. Med en sådan utformning av kärlet 21 kan den minsta genomströmningsarean optimeras för olika flöden i inloppsledningen 27. Det i figur 4 visade kärlet 21 har dessutom en utloppskammare 32 med en tangen- tiellt riktad utloppsledning 31 och ett axiellt riktat och centralt placerat utloppsrör 30, vilket sträcker sig igenom utloppskammaren 32 och mynnar i undre änden av röret 22.

Mynningen av detta utloppsrör 30 är trattformad. Utloppskam- maren 32 och den trattformiga mynningen av utloppsröret 30 gynnar tillkomsten av en naturlig virvel i kärlet 22 och bidrager till stabiliteten hos en bildad naturlig virvel.

I figur 5 visas en tank 33, i vilken ett kärl 34 väsentligen motsvarande kärlet 1 i figur 1 är placerat. En i tanken anordnad skiljevägg 35, som från botten av tanken sträcker sig uppåt och slutar ett stycke från tankens topp, uppdelar tanken i två separata avdelningar 36,37. Vidare är tankens inre via en ventil 38 förbunden med den omgivande atmosfären.

Vid drift av kärlet 34 strömmar renat vatten från detta kärl uppåt i avdelningen 36, över kanten av skiljeväggen 35 och faller sedan ner i avdelningen 37. Det renade vattnet kommer att avluftas när det rinner över kanten av skiljeväggen och eventuellt luftöverskott avges via ventilen 38 till omgiv- ningen. För att önskad avluftning av syre, kolsyra och sva- velväte skall ske skall vattennivån i avdelningen 37 ligga under skiljeväggens 35 kant och vid drift måste således samma mängd vatten, som tillföres från avdelningen 36, av en pump 40 pumpas ur avdelningen 37. Ventilen 38 är lämpligen anord- nad att stänga om vattennivån i tanken överstiger en bestämd nivå, exempelvis genom att en flottör 39 då stänger ventilen.

I figur 6 visas en delvy av ytterligare en utföringsform av ett kärl 41 enligt uppfinningen. Även detta kärl innefattar ett rör 42 med en övre rördel 43, en undre rördel 44, ett övergångsparti 45, en inloppskammare 46, en inloppsledning 47 och ett tillförselrör 48. Vidare innefattar kärlet 41 ett i inloppskammaren 46 anordnat skovelhjul 49, vilket rotations- drives av en motor 50. Detta hjul utgör det huvudsakliga organet för att alstra en naturlig virvel i röret 42. Till- 10 15 20 25 30 35 504 247 7 förselröret 48 mynnar i inloppsledningen 47. Vid drift av kärlet 41 uppkommer på samma sätt som beskrivits för kärlet 1 en blandningszon i området för övergångspartiet 45, vilket säkerställer en fullständig inblandning av i inloppsledningen insugd eller insprutad luft i det genom röret 42 strömmande vattnet.

Det i figur 7 visade kärlet 51 är i princip uppbyggt som det i figur 1 visade kärlet 1 med komponenter 52-58 motsvarande komponenterna 2-8 hos kärlet 1. Dessutom sträcker sig led- organ 59 i form av en spiralgående skena mellan utsidan av tillförselröret 58 och insidan av rördelen 53 inom området för röret 58. Detta ledorgan säkerställer och förstärker den spiralformiga vattenströmningen i röret 52. I en variant av denna utföringsform kan inloppsledningen för vatten koaxiellt omge tillförselröret 58 och den spiralformiga rörelsen hos det i röret 52 strömmande vattnet kan helt åstadkommas me- delst ledorgan.

De olika utföringsformerna har ovan beskrivits under den förutsättningen att kärlen är vertikalt placerade. Detta är emellertid inte nödvändigt utan kärlen kan placeras i önskad position utan att deras funktion äventyras. Vidare har enbart luft och ozon nämnts som syresättningsmedia men naturligtvis kan man även utnyttja syrgas.

De beskrivna kärlen kan användas för en rad andra ändamål än att rena vatten. Exempelvis kan det användas för att genom blandning befrämja kemiska reaktioner mellan två media, vilka kan vara i vätske- eller gasform, eller för att helt enkelt blanda sådana media. Vidare kan det användas för att till- sätta joner av t.ex. koppar eller silver till vatten, vilka joner har en bakteriedödande verkan.

Ett flertal modifieringar av de beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är naturligtvis tänkbara inom ramen för uppfinningen. Exempelvis kan virvelalstrande organ vara placerade enbart i kärlets utloppsdel i stället för dess inloppsdel och olika typer av virvelalstande organ kan anord- 504 247 8 nas i inloppsdelen och utloppsdelen av kärlet. Vidare kan övergångspartiet mellan kärlets rörformiga delar med olika diametrar ges en mindre axiell utsträckning och t.o.m. ut- göras av en ringformad horisontell vägg som förbinder dessa delar med varandra. Uppfinningen skall därför endast begrän- sas av innehâllet i bifogade patentkrav.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 504 247 9 Patentkrav

1. Kärl för behandling av vätska, k ä n n e t e c k n a t av att kärlet (1;l1;21;41;51) är rotationssymmetriskt och innefattar en inloppskammare (6;16;26;46;56) för vätska, en omedelbart nedströms om inloppskammaren belägen första cylin- drisk del (3;13;23;43;53), organ (7;17;27;47,49;57) för att ge vätskan en kring den första cylindriska delens axel rote- rande rörelse vid inträdet i denna del, en andra cylindrisk del (4;l4;24;44;54) med större diameter än den första delen, vilken är belägen nedströms om den första cylindriska delen och förbunden med denna via ett övergångsparti (5;15;25;45;55), en utloppsledning (20;31) för vätska och en inloppsledning (8;18;28;48;58) för gas, vilken är ansluten till kärlet uppströms om övergångspartiet, varvid en naturlig virvel bildas av i kärlet strömmande vätska i den andra cylindriska delen.

2. Kärl enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att organ (8;18;28;58,59) för att stabilisera vätskans roterande rörelse i den första cylindriska delen (3;13;23;43;53) är anordnade i denna del.

3. Kärl enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att en tillförselledning (7;17;27;47;57) för vätska ansluter tangentiellt till det rotationssymmetriska kärlets inlopps- kammare (6;16;26;46;56).

4. Kärl enligt krav 1,2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att ett rotationsdrivet skovelhjul (49) är anordnat i in- loppskammaren (46) och/eller i en utloppskammare (32).

5. Kärl enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att inloppsledningen för vätska ansluter axiellt till kärlet och att organen för att ge vätskan en roterande rörelse utgö- res av ledorgan (59), som tvingar vätskan att strömma i en spiralformig rörelse i den första cylindriska delen.

6. Kärl enligt något av föregående krav, i vilket vatten, som 10 15 20 25 504 247 10 skall syresättas, tillföres kärlets inloppskammare (6;16;26;56), placerat rör (8;18;28;58) för tillförsel av en syreinnehål- k ä n n e t e c k n a t av att ett centralt lande gas, såsom luft, syrgas eller ozon, sträcker sig axiellt genom kärlets (1;l1;2l;51) ändvägg igenom inloppskam- maren (6;16;26;56) och mynnar i kärlet uppströms om över- gångspartiet (5;15;25;55). k ä n n e t e c k n a t

7. Kärl enligt krav 6, av att gas- tillförselröret (8;28;58) har ett utvidgat mynningsparti.

8. Kärl enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att kärlet (21) är rörformat och inom området för tillförsel- rörets (28) utvidgade mynningsparti har ett avsnitt (29) med mindre diameter än i övrigt, samt att tillförselröret är anordnat axiellt förflyttbart.

9. Kärl enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att kärlet (11;21) i sin utloppsdel innefattar ett centralt placerat utloppsrör (19;30) samt en radiellt utanför utloppsröret anordnad utloppsledning (20;31).

10. Kärl enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att virvelalstrande organ (26,27 resp. 31,32) är anordnade i såväl kärlets (21) inloppsdel (26) som i dess utloppsdel (32).