WO2022263419A1 - Vorrichtung zur aufbereitung von wasser - Google Patents

Vorrichtung zur aufbereitung von wasser Download PDF

Info

Publication number
WO2022263419A1
WO2022263419A1 PCT/EP2022/066125 EP2022066125W WO2022263419A1 WO 2022263419 A1 WO2022263419 A1 WO 2022263419A1 EP 2022066125 W EP2022066125 W EP 2022066125W WO 2022263419 A1 WO2022263419 A1 WO 2022263419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
volume area
volume
cavitation
wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/066125
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Mangold
Original Assignee
Apw Axenic Prim Water Gmbh
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 Apw Axenic Prim Water Gmbh filed Critical Apw Axenic Prim Water Gmbh
Priority to EP22734262.3A priority Critical patent/EP4355694A1/de
Publication of WO2022263419A1 publication Critical patent/WO2022263419A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection

Definitions

  • the invention relates to a device for treating water. Water that is contaminated in the most varied of ways can be treated to such an extent that it achieves drinking water quality.
  • Cavitation occurs as a result of fast-moving objects in a fluid.
  • the higher the speed the lower the static pressure of a liquid. If the static pressure falls below the evaporation pressure of the liquid, gas or vapor bubbles form. These are then usually entrained with the flowing liquid into areas of higher pressure.
  • the static pressure rises above the vapor pressure again, the vapor formed suddenly condenses in the cavities and the vapor bubbles or gas bubbles collapse. Extreme pressure (up to approx. 1000 bar) and temperature peaks (up to approx. 5000 °C) occur with a correspondingly large release of energy.
  • Cavitation is essentially initiated as a result of two principles. So once the effect of ultrasonic waves is used. However, it is disadvantageous that a very large amount of energy is required, particularly in the case of large volumes of water. A further possibility is the use of different flow conditions, which take advantage of certain flow speeds of the water and pressure conditions or changes. Here, too, the energy efficiency achieved so far is still too low and there is a need for improvement.
  • Filters are commonly used in the treatment of exhaust air, but their lifespan is limited and they must be replaced, resulting in downtime and increased costs.
  • At least one supply line for, in particular, contaminated water is present in a rotationally symmetrical cavitation space in a first volume region which has a concave inner wall.
  • Clear water can also be used for subsequent treatment of e.g. exhaust air that is to be carried out with the water.
  • Contaminated water flows tangentially into the first volume area of the cavitation space via the at least one feed.
  • the first volume area transitions into a second volume area which has a convex inner wall.
  • the second volume area is adjoined by a third volume area of the cavitation space, which again has a concave inner wall.
  • the inner diameter in the first volume area is larger than in the second volume area and the inner diameter of the third volume area is again larger than the inner diameter of the second volume area.
  • the contours of the various volume areas can be optimized by calculations taking into account the pressure, flow rate and the desired, in particular maximum, volume flow at a higher working pressure than the supply line pressure present.
  • the geometry inside the device with the three volume areas and the dimensions to be adhered to should be selected depending on the specified volume flow.
  • a hollow-cylindrical discharge is guided through the entire cavitation space in its central longitudinal axis, which in the third volume area has at least one inlet opening for water and outside the cavitation chamber a connection for a discharge of treated water.
  • a feed for a gas can be present, which opens into the first volume area in such a way that the supplied gas swirls with the water, is dissolved in the water and as a water-gas mixture through the annular gap via the third volume area into the hollow-cylindrical discharge occurs.
  • the contour of the inner wall in the cavitation space in the three volume areas and the distances between the inner wall and the hollow-cylindrical outlet (3) can advantageously be calculated according to multiple polynomials of the 3rd and 5th degree (X 1 , X 2 , X 3 , X 4 ) and the associated coordinate transformation (Yi) must be developed and adhered to.
  • a radially circumferential annular gap is advantageously present between the inner wall of the cavitation chamber and the outer wall of the hollow-cylindrical discharge in the second volume region.
  • the gap width of the annular gap should be dimensioned in such a way that no cavitation can occur in this area, but the flow of water flowing through the annular gap is strongly swirled.
  • the width of an annular gap should be dimensioned in such a way that the pressure at this point preferably does not fall below 0.1 bar (10,000 Pa) or preferably falls below 1 bar (100,000 Pa), very particularly preferably not below 0.30 bar (30,000 Pa) falls or very particularly preferably falls below 0.5 bar (50,000 Pa).
  • the at least one supply for water should be aligned at an angle in the range of 100° to 140°, preferably an angle of 120°, perpendicular to the central longitudinal axis of the cavitation space in order to ensure a favorable tangential inflow of any water that may still be contaminated to allow what an advantageous flow of water within the cavitation chamber along the inner wall through the three volume areas up to at least one entry opening into the hollow-cylindrical discharge.
  • a Laval nozzle can be formed or arranged in the interior of the hollow-cylindrical discharge.
  • the Laval nozzle has a particularly advantageous effect if the water to be treated is additionally supplied with a gas from the outside which, in addition to the amount of gases already naturally dissolved in the water, can be cavitated by means of the Laval nozzle.
  • the Laval nozzle can be arranged with its area in which the smallest inner diameter is present in the first volume area immediately following the second volume area in order to have favorable flow conditions for the water, which is advantageously enriched with gas, with a short flow after it flows into the hollow-cylindrical discharge to allow laminar flow.
  • favorable flow rates and pressure conditions for cavitation can then be achieved in the hollow-cylindrical discharge.
  • a minimum internal diameter of the Laval nozzle should be maintained so that a pressure of at least 2300 Pa is maintained in the area of the Laval nozzle.
  • a supply for a gas can advantageously open into the first volume area in such a way that the supplied gas is mixed with the water there, subsequently dissolved in the second volume area and then homogenized in the third volume area before it enters the hollow-cylindrical outlet.
  • the air that is already dissolved in the water and, if necessary, with the supplied gas mechanical effects of force are achieved as a result of cavitation, which are used to treat the water.
  • the mechanical effect increases with a higher proportion of gas in relation to the proportion of water.
  • the feed for a gas should also open into the first volume area at an angle of between 100° and 140°, preferably 120°.
  • Air, oxygen or CO 2 gas can be introduced as the gas.
  • the hollow-cylindrical discharge can have a constant outer diameter over the entire length within the cavitation chamber.
  • the first volume area should have a larger internal volume than the third volume area, with the internal volume in the first volume area preferably being at least three times, particularly preferably at least five times, larger.
  • the first volume area and the port for the discharge of treated water should be located vertically at the bottom of the device.
  • the inner contour of the cavitation space by means of the given polynomials of the 3rd and 5th order Xi, X 2 , X 3 , X 4 and the associated coordinate transformation Yi a fixed feed pressure of the water to be treated in the range 1 MPa to 1.2 MPa, a throughput in m 3 /h and a minimum pressure of 2300 Pa at the narrowest point of the Laval nozzle.
  • treated water can be discharged without pressure via the discharge line, if necessary temporarily stored or fed in compressed form into at least one closed circuit and can thus be used again immediately after the treatment has been carried out.
  • a feed pressure that corresponds to the pressure in the closed circuit can be generated with a pump downstream of the discharge line.
  • the invention makes it possible to treat relatively large volumes of water in a short time, so that the water achieves drinking water quality.
  • biological substances such as viruses, microbes, bacteria, microorganisms or lower plants (algae) can be rendered harmless in the water.
  • harmful chemical compounds e.g. arsenic
  • the proven effectiveness of the process in all temperature ranges enables the specified operating temperatures for drinking water systems to be reduced by more than 20°C in continuous operation. This results in an enormously high energy saving potential (payback period ⁇ 2.5 years) as well as the equivalent reduction of CO 2 emissions in energy production.
  • hormones and pharmaceutical residues can be completely oxidized or disinfected and the most expensive (to purchase, install and maintain) reverse osmosis technologies can be avoided.
  • the administration of antibiotics and thus medium and long-term resistances or accumulations in the meat of slaughter animals can be avoided.
  • the stocking density can be increased in fish farms by permanently increasing the oxygen content in the water.
  • Intermediate storage for example in a tank, should be avoided, and the water for the treatment of the respective exhaust air should be used at the latest 0.5 h after it has passed through a gas scrubbing device according to the invention.
  • Drinking water can be obtained from any surface water source (lakes, streams, rainwater collection basins) using the device according to the invention at any location, completely independently and independently of other technical installations.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an example of a device according to the invention with a partial section
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through an example of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective sectional illustration of a further example of a device according to the invention.
  • FIG. 4 shows an inner contour of a cavitation space with a rotationally symmetrical contour curve K(z);
  • FIG. 5 shows a contour curve with associated default points P00-P01 and
  • FIG. 6 shows a contour curve according to FIG. 5 with an area around this curve which can be taken into account according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a device according to the invention, in which a cavitation space 1 is arranged in a housing 6 .
  • An additional housing 6 can be dispensed with if the cavitation space 1 has been manufactured to be sufficiently stable with corresponding outer walls.
  • the cavitation space 1 is divided into three volume areas 1.1, 1.2 and 1.3, each with different maximum inner diameters and inner volumes exhibit.
  • Water to be treated is fed into the first volume region 1.1 via at least one feed 2 with a tangential direction of flow perpendicular to the central longitudinal axis of the cavitation space 1.
  • the first volume area 1.1 like the third volume area, has a concave inner wall.
  • the second volume area 1.2 which is arranged between the first and third volume area 1.3, has a convex inner wall. Shoulders or steps should be avoided on the inner wall, so that the respective transitions on the inner wall of the cavitation space 1 between the three volume areas are continuous. This also applies to the changing inside diameters within the entire cavitation space 1 .
  • the water to be treated can flow along the inner wall in the direction of the third volume area 1.3 and enter several inlet openings 4 there in this example.
  • the inlet openings 4 are arranged on the hollow-cylindrical outlet 3 within the third volume area 1.3. Starting from the third volume area 1 .
  • the hollow-cylindrical outlet 3 is routed through the entire cavitation space 1 to the outer wall of the housing 6 along the central longitudinal axis of the cavitation space 1 to a connection 5 .
  • a line 5.1 (not shown here) can be connected to the connection 5, via which the treated water can be passed on to the consumer or to further treatment, such as filtering.
  • the inlet openings 4 are arranged at a distance from the inner wall inside the third volume area 1.3.
  • the hollow-cylindrical outlet 2 has a constant outer diameter over its entire length.
  • there is an annular gap which, starting from the first volume area 1.1, tapers conically to the plane in which the second volume area 1.2 has its smallest inner diameter. Starting from this plane with the smallest inner diameter in the direction of the third volume area, the gap width again increases conically.
  • the clear width of the annular gap should be dimensioned in such a way that no cavitation can occur in this area. However, the flow as vortex should be maintained there. As a result, the water flow is accelerated accordingly and the flow speed increased, whereupon it decreases again somewhat in the third volume area 1.3 before the water flows into the inlet openings 4.
  • a Laval nozzle 7 is arranged or formed inside the hollow-cylindrical discharge 3, which in turn leads to corresponding changes in flow velocity and pressure according to the continuity and Bernoulli equations with the continuous reduction and subsequent increase again of the inside diameter in the hollow-cylindrical outlet 3.
  • the use of the Laval nozzle 7 has a particularly advantageous effect if a gas also flows in via a gas inlet 8 on the housing 6 up to an inlet here at the front (similar to water inlet 2) into the interior of the first volume region 1.1, in the flow vortex mixed with the water in the first volume area 1.1, dissolved in the water in the second volume area 1.2 and fed to the hollow-cylindrical outlet 3 as gas dissolved in the water via the third volume area 1.3.
  • the dissolved gas flows together with the water through the Laval nozzle 7 and through the hollow-cylindrical discharge 3 until the water treated in this way is discharged, and additional cavitation-related water treatment is achieved with the gas-water mixture.
  • connection 5 for the discharge of water treated with the device is arranged vertically below and the inlet openings 4 and the inlet 9 for gas are arranged vertically above.
  • Inexpensive air can be supplied as the gas. If oxygen or CO 2 is supplied, the cavitation-related effect that can be achieved in water treatment can be increased.
  • the first volume region 1.1 has a maximum inner diameter of 180 mm, which is spherical in the direction of the connection 5.
  • the second volume region 1.2 adjoins, which has an inner wall contour directed convexly inwards.
  • This second volume area 1.2 in turn is followed by the third volume area 1.3, which in turn has a concave inner wall.
  • annular gap Between the outer wall of the hollow-cylindrical outlet 3 and the inner wall of the cavitation space 1 in the second volume area 1.2 with the smallest inner diameter of the second volume area 1.2 there is an annular gap, which in this example has a clear width of 5 mm.
  • the hollow-cylindrical discharge 3 has an inner diameter that is tailored to the viscosity of the working medium and the pressure conditions, which is reduced in the area of the Laval nozzle 7 to an optimized smallest inner diameter of 7.5 mm in this example, before the inner diameter decreases in the direction of the discharge line 5.1 continuously increased again.
  • Smaller or larger volume flows of water to be treated can be treated in devices of the same construction with the same contours of the three volume areas 1.1, 1.2, 1.3 and the Laval nozzle 7 and the same distance ratios.
  • Devices for treating water can be of different sizes with internal volumes of the three volume ranges 1.1, 1.2 and 1.3 with 0.25 m 3 , 0.5 m 3 , 2.5 m 3 , 5 m 3 , 10 m 3 or 20 m 3 and possibly further scales depending on the project and customer requirements.
  • FIG. 3 again shows, in section, the basic structure of a cavitation space 1 with a hollow-cylindrical discharge 3 arranged therein.
  • FIG. 4 shows an example of a rotationally symmetrical inner contour of a cavitation space with contour curve support points P10-P40 (end points and maxima/minima of the curve progression).
  • This family of curves is defined in the (global) coordinate space r and z.
  • the z coordinate of point P40 serves as the total length and is equal to 1.
  • the family of curves is therefore normalized to z40.
  • the points P10, P20, P30 and P40 correspond to the minima/maxima of the curve.
  • the following additional conditions apply to this: rlO ⁇ z40 --> Greatest expansion of the curve in the z-direction rlO > r30 > r40 > r20 -> taper with increasing z and narrowest point at P20 - r20 > d/2 d - outer diameter of the feed 8 or diameter of the internal geometry at point z20
  • the point POO lies on the axis of rotation and is controlled by the
  • the local variables each run from 0 to 1.
  • each inner contour of a cavitation space can be determined, which can then be used for a predetermined dimensioning and/or a predetermined volume flow of water in a device according to the invention.
  • any curve that is within the in 6 can be determined around the reference curve as an inner contour of a cavitation space 1 that can be used for the device according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Bei der Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser ist an einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Kavitationsraum, der eine konkave Innenwand und einen ersten Volumenbereich aufweist und mindestens eine Zuführung für Wasser an den ersten Volumenbereich angeschlossen, über die Wasser tangential in den ersten Volumenbereich des Kavitationsraums einströmt. Dabei geht der erste Volumenbereich in einen zweiten Volumenbereich über, der eine konvexe Innenwand aufweist, an den zweiten Volumenbereich schließt sich ein dritter Volumenbereich des Kavitationsraums an, der wieder eine konkave Innenwand aufweist, dabei ist im ersten Volumenbereich ein größerer Innendurchmesser eingehalten als im zweiten Volumenbereich und der Innendurchmesser des dritten Volumenbereichs wieder größer als der Innendurchmesser des zweiten Volumenbereichs ist. Durch den gesamten Kavitationsraum ist in seiner mittleren Längsachse eine hohlzylindrische Abführung geführt, die im dritten Volumenbereich mindestens eine Eintrittsöffnung für Wasser und außerhalb des Kavitationsraums einen Anschluss für eine Abführleitung von gereinigtem Wasser aufweist.

Description

Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser. Dabei kann Wasser, das in unterschiedlichster Form kontaminiert ist, soweit aufbe- reitet werden, dass es Trinkwasserqualität erreicht.
Für die Wasseraufbereitung werden derzeit verschiedenste mechanische und chemisch wirkende Prinzipien eingesetzt, die je nachdem verschiedenste Nachteile aufweisen, wobei insbesondere der Aufwand für zu desinfizierende Substanzen, die erforderliche Energie, aufwändige Wartung und die Vorga- ben der TRWV bei der Verwendung von zu desinfizierenden Substanzen und dem Betrieb von Trinkwasser führenden Kreisläufen, der Entsorgung von aus- gefällten oder ausgefilterten Substanzen die Effektivität beeinträchtigen und die Kosten erheblich beeinflussen
U.a. gibt es bereits Anlagen, bei denen Kavitation zur Aufbereitung von Was- ser genutzt wird.
Kavitation tritt infolge schnell bewegter Objekte in einem Fluid auf. Nach dem Gesetz von Bernoulli ist der statische Druck einer Flüssigkeit umso geringer, je höher die Geschwindigkeit ist. Fällt der statische Druck unter den Verdamp- fungsdruck der Flüssigkeit, so bilden sich Gas- oder Dampfblasen. Diese wer- den anschließend meist mit der strömenden Flüssigkeit in Gebiete höheren Druckes mitgerissen. Mit dem erneuten Ansteigen des statischen Drucks über den Dampfdruck kondensiert der gebildete Dampf in den Hohlräumen schlag- artig, und die Dampfblasen oder Gasblasen kollabieren. Dabei treten extreme Druck- (bis ca. 1000 bar) und Temperaturspitzen (bis ca. 5000 °C) mit entspre- chend großer Energiefreisetzung auf. Mittels dieser Energie ist es möglich, rein mechanisch biologische Komponenten, die im Wasser enthalten sind, so zu schädigen, dass sie unbedenklich für eine nachfolgende Nutzung des Was- sers sind oder als Schwebestoffe problemlos ausgefiltert werden können. Mit- tels der durch die Kavitation erzeugten und anschließend kollabierenden Dampfblasen freigesetzten Energie und dem freigesetzten Sauerstoff wird eine Radikalbildung, (Hydroxylradikale) angeregt, mit der auch chemische In- haltsstoffe des Wassers in andere unschädliche bzw. unschädlichere chemi- sche Verbindungen bzw. chemische Elemente zerlegt (oxidiert) oder umge- wandelt (desinfiziert) werden können.
Kavitation wird dabei im Wesentlichen infolge von zwei Prinzipien initiiert. So wird einmal die Wirkung von Ultraschallwellen genutzt. Dabei ist es aber nachteilig, dass insbesondere bei großen Wasservolumina ein sehr hoher Energieeinsatz erforderlich ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausnutzung unterschiedlicher Strö- mungsverhältnisse, die bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers und Druckverhältnisse bzw. -Veränderungen ausnutzen. Auch hierbei ist die bisher erreichte Energieeffizienz noch zu gering und es besteht Verbesse- rungsbedarf.
Bei der Aufbereitung von Abluft werden üblicherweise Filter eingesetzt, deren Lebensdauer aber begrenzt ist, so dass sie ausgetauscht werden müssen, was zu Ausfallzeiten und zu erhöhten Kosten führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zur Aufbereitung von Was- ser anzugeben, mit denen die Energieeffizienz verbessert und/oder der Reini- gungs- (oxidations- / desinfektions-) Effekt erhöht werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Kavitationsraum in einem ersten Volumenbereich, der eine konkave Innenwand aufweist, mindestens eine Zuführung für insbesondere verunreinigtes Wasser vorhanden. Bei einer nachfolgend mit dem Wasser durchzuführenden Behandlung von z.B. Abluft, kann aber auch klares Wasser eingesetzt werden. Über die mindestens eine Zuführung strömt verunreinig- tes Wasser tangential in den ersten Volumenbereich des Kavitationsraums ein. Der erste Volumenbereich geht in einen zweiten Volumenbereich über, der eine konvexe Innenwand aufweist. An den zweiten Volumenbereich schließt sich ein dritter Volumenbereich des Kavitationsraums an, der wieder eine konkave Innenwand aufweist.
Dabei ist im ersten Volumenbereich ein größerer Innendurchmesser eingehal- ten als im zweiten Volumenbereich und der Innendurchmesser des dritten Vo- lumenbereichs ist wieder größer als der Innendurchmesser des zweiten Volu- menbereichs. Die Konturen der verschiedenen Volumenbereiche können durch Berechnungen unter Berücksichtigung von Druck, Strömungsgeschwin- digkeit sowie dem gewünschten, insbesondere maximalen Volumenstrom bei höherem Arbeitsdruck als dem anliegenden Zuleitungsdruck optimiert wer- den. Die Geometrie im Inneren der Vorrichtung mit den drei Volumenberei- chen und die dazu eingehaltenen Abmessungen sollten in Abhängigkeit des vorgegebenen Volumenstroms gewählt werden. Durch den gesamten Kavitationsraum ist in seiner mittleren Längsachse eine hohlzylindrische Abführung geführt, die im dritten Volumenbereich mindes- tens eine Eintrittsöffnung für Wasser und außerhalb der Kavitationskammer einen Anschluss für eine Abführung von aufbereitetem Wasser aufweist.
Außerdem kann eine Zuführung für ein Gas vorhanden sein, die in den ersten Volumenbereich so mündet, dass das zugeführte Gas-mit dem Wasser verwir- belt, im Wasser gelöst wird und als Wasser- Gas-Gemisch durch den Ringspalt über den dritten Volumenbereich in die hohlzylindrische Abführung eintritt.
Der Konturverlauf der Innenwand im Kavitationsraum in den drei Volumenbe- reichen und die Abstände der Innenwand von der hohlzylindrischen Abfüh- rung (3) kann vorteilhaft entsprechend mehrfacher Polynome 3. und 5. Gra- des (X1, X2, X3, X4) und der zugehörigen Koordinatentransformation (Yi) ausge- bildet und eingehalten sein.
Dabei sollte eine Konturkurvenschar entlang der Innenwand
Figure imgf000006_0001
des Kavitationsraums als eine Aneinanderreihung der Kurvenstücke
Figure imgf000006_0002
mit
Figure imgf000006_0003
und diese wiederum für 1 <= i <= 4 jeweils durch ein Polynom 5. Ord- nung der Form
Figure imgf000006_0004
definiert sein.
Vorteilhaft ist ein radial umlaufender Ringspalt zwischen der Innenwand der Kavitationskammer und der Außenwand der hohlzylindrischen Abführung im zweiten Volumenbereich vorhanden. Dabei sollte die Strömungsgeschwindig- keit dort nur so erhöht und der Druck nur so vermindert werden, dass keine Kavitation entsteht, wobei bevorzugt ein Druck des Wassers von mindestens 3000 Pa eingehalten ist.
Mit dem Ringspalt sind unter Berücksichtigung der Bernoulli-Gleichung die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck des Wassers in diesem Bereich und dem sich anschließenden dritten Volumenbereich für die Kavitation vorteil- haft beeinflussbar. Die Spaltbreite des Ringspaltes sollte so bemessen sein, dass in diesem Bereich keine Kavitation auftreten kann, aber die Strömung des durch den Ringspalt strömenden Wassers stark verwirbelt wird. Spaltbrei- ten eines Ringspaltes sollten so bemessen sein, dass der Druck an dieser Stelle bevorzugt nicht unter 0,1 bar (10.000 Pa) absinkt oder bevorzugt unter 1 bar (100.000 Pa) abfällt, Ganz besonders bevorzugt nicht unter 0,30 bar (30.000 Pa) absinkt oder ganz besonders bevorzugt unter 0,5 bar (50.000 Pa) abfällt
Die mindestens eine Zuführung für Wasser sollte in einem Winkel im Bereich 100° bis 140°, bevorzugt einem Winkel von 120° senkrecht in Bezug zur mittle- ren Längsachse des Kavitationsraums ausgerichtet sein, um ein günstiges tan- gentiales Einströmen des ggf. noch verunreinigten Wassers zu ermöglichen, was eine vorteilhafte Strömung des Wassers innerhalb der Kavitationskammer entlang der Innenwand durch die drei Volumenbereiche bis zur mindestens ei- nen Eintrittsöffnung in die hohlzylindrische Abführung ermöglicht.
Besonders vorteilhaft kann im Inneren der hohlzylindrischen Abführung eine Lavaldüse ausgebildet oder darin angeordnet sein. Die Lavaldüse wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn dem zu behandelnden Wasser zusätzlich ein Gas von außen zugeführt wird, das zusätzlich zu der Menge der bereits im Wasser natürlich gelösten Gase mittels der Lavaldüse kavitiert werden kann.
Die Lavaldüse kann mit ihrem Bereich, in dem der kleinste Innendurchmesser vorhanden ist, im ersten Volumenbereich unmittelbar im Anschluss an den zweiten Volumenbereich angeordnet sein, um für das vorteilhaft mit Gas an- gereicherte Wasser günstige Strömungsverhältnisse mit einer kurz nach dem Einströmen in die hohlzylindrische Abführung laminare Strömung zu ermögli- chen. Mittels der Lavaldüse können in der hohlzylindrischen Abführung dann für die Kavitation günstige Strömungsgeschwindigkeiten und Druckverhält- nisse erreicht werden. Es sollte ein minimaler Innendurchmesser der Lavaldüse eingehalten sein, so dass ein Druck im Bereich der Lavaldüse von mindestens 2300 Pa eingehalten ist.
Eine Zuführung für ein Gas kann vorteilhaft in den ersten Volumenbereich so münden, dass dort das zugeführte Gas mit dem Wasser vermischt, nachfol- gend im zweiten Volumenbereich gelöst und dann im dritten Volumenbereich homogenisert wird, bevor es in die hohlzylindrische Abführung eintritt. Mit der ohnehin bereits im Wasser gelösten Luft und ggf. und mit zugeführtem Gas werden infolge Kavitation mechanische Kraftwirkungen erreicht, die zur Aufbereitung des Wassers genutzt werden. Dabei verstärkt sich die mechani- sche Wirkung mit höherem Gasanteil in Bezug zum Wasseranteil. Die Zufüh- rung für ein Gas sollte ebenfalls in einem Winkel zwischen 100° und 140°, be- vorzugt 120° in den ersten Volumenbereich münden.
Als Gas kann Luft, Sauerstoff oder CO2 Gas eingeführt werden.
Die hohlzylindrische Abführung kann über die gesamte Länge innerhalb der Kavitationskammer einen konstanten Außendurchmesser aufweisen.
Mehrere Zuführungen für Wasser und ggf. Gas sollten mit jeweils gleichen Winkelabständen in Bezug zueinander über den Umfang des Kavitationsraums verteilt angeordnet sein, wodurch bei gleichen jeweils zugeführten Volumen- strömen durch die Mehrzahl an Zuführungen eine weniger turbulente Strö- mung des Wassers entlang der Innenwand der Kavitationskammer bis in den dritten Volumenbereich ermöglicht wird.
Der erste Volumenbereich sollte ein größeres Innenvolumen als der dritte Vo- lumenbereich aufweisen, wobei das Innenvolumen im ersten Volumenbereich bevorzugt mindestens dreifach, besonders bevorzugt mindestens fünffach größer sein sollte.
Der erste Volumenbereich und der Anschluss für die Abführung von behandel- tem Wasser sollten vertikal unten an der Vorrichtung angeordnet sein. Für den Durchsatz von verschiedenen Volumenströmen, beispielsweise 0,25 m3/h, 0,5 m3/h, 2,5m3/h, 5m3/h, 10m3/h oder 20m3/h kann die Innenkontur des Kavitationsraums mittels der vorgegebenen Polynome 3. und 5. Ordnung Xi, X2, X3, X4 und der zugehörigen Koordinatentransformation Yi einem fest vorgegebenen Einspeisedruck des zu behandelnden Wassers im Bereich 1 MPa bis 1,2 MPA, einem Durchsatz in m3/h und einem Minimaldruck von 2300 Pa an der engsten Stelle der Lavaldüse entsprechend ausgebildet sein.
Mit der Vorrichtung kann behandeltes Wasser über die Abführleitung drucklos abgeführt ggf. zwischengespeichert oder komprimiert in mindestens einen ge- schlossenen Kreislauf eingespeist und so gleich im Nachgang zur durchgeführ- ten Aufbereitung wieder genutzt werden. Bei der Einspeisung in einen ge- schlossenen Kreislauf kann ein Einspeisedruck mit einer der Abführleitung nachgeschalteten Pumpe erzeugt werden, der dem Druck im geschlossenen Kreislauf entspricht.
Mit der Erfindung wird es möglich relativ große Wasservolumina in kurzer Zeit aufzubereiten, so dass das Wasser Trinkwasserqualität erreicht. Es können im Wasser nicht nur biologische Inhaltsstoffe, wie z.B. Viren, Mikroben, Bakte- rien, Mikroorganismen oder niedrige Pflanzen (Algen) unschädlich gemacht werden. Insbesondere dann, wenn zusätzlich Gas zugeführt wird, können in- folge der höheren erreichbaren mechanischen Energie und der Bildung von Hydroxyl radikalen auch schädliche chemische Verbindungen (z. B. Arsen) auf- gebrochen und in nicht schädliche oder erheblich weniger schädliche chemi- sche Verbindungen oder chemische Elemente umgewandelt werden.
Insbesondere die nachgewiesene Wirksamkeit des Verfahrens in allen Tempe- raturbereichen ermöglicht eine Absenkung der vorgegebenen Betriebstempe- raturen f ü r Tri n kwa sse rsyste m e um mehr als 20°C im Dauerbetrieb. Dadurch entsteht ein enorm hohes Energieeinsparungspotential (Amortisationszeiten < 2,5 Jahre) genauso, wie die äquivalente Reduzierung von CO2 -Emissionen bei der Energieerzeugung.
Der Einsatz von Wärmepumpen kann vorteilhaft sein, da diese Ihre besten Wirkungsgrade unterhalb von 50°C erreichen. Somit eröffnen sich weitere Energieeinsparungspotentiale Der Sauerstoffbedarf (CSB) in Abwässern zum Abbau (Oxidation) von organi- schen und anorganischen Substanzen kann wesentlich effizienter als mit her- kömmlichen Aerations-Prozessen und Technologien durchgeführt werden.
Zudem können Hormone und pharmazeutische Rückstände vollständig oxi- diert bzw. desinfiziert werden und teuerste (in der Anschaffung, in der Instal- lation und im Unterhalt) Umkehr Osmose Technologien können vermieden werden.
Stehende Gewässer, die aufgrund der hohen Umgebungstemperaturen veral- gen oder wegen Sauerstoffmangel umkippen, können in kurzer Zeit renaturi- siert werden.
In allen Tierzuchtbetrieben in denen dem Trinkwasser Antibiotika zugesetzt werden, können die Antibiotikagaben und damit mittel- und langfristige Resis- tenzen oder Anreicherungen im Fleisch von Schlachttieren vermieden werden. Zudem kann in Fischzuchtanlagen durch die permanente Erhöhung des Sauer- stoffgehaltes im Wasser die Besatzdichte erhöht werden.
In der Landwirtschaft ergeben sich viele Anwendungsfälle der Erfindung. Dies betrifft insbesondere auch eine Behandlung von Abluft und dabei ganz beson- ders Abluft aus derTierhaltung und Biogasherstellung, um schädliche in der Abluft enthaltene Komponenten, wie z.B. Ammoniak, Methan u.a.m. in nicht oder nur geringfügig schädliche chemische Komponenten umwandeln zu kön- nen, in dem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufbereitetes Wasser für eine Gaswäsche eingesetzt wird. Das mit einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung aufbereitete Wasser sollte dazu möglichst unmittelbar nach den Austritt aus dem Kavitationsraum der jeweiligen Gaswäsche zugeführt werden, um die mit der Erfindung erreichbare Eigenschaftsveränderung, was insbesondere die Oberflächenspannung und das Benetzungsvermögen betrifft, ausnutzen zu können. Auf eine Zwischenlagerung, beispielsweise in einem Tank, sollte ver- zichtet werden, und das Wasser für die Behandlung der jeweiligen Abluft spä- testens 0,5 h nach Durchlauf durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Gaswäsche eingesetzt werden. Weltweit kann an beliebigen Standorten, völlig autark und unabhängig von anderen technischen Installationen aus beliebigen Oberflächenwasserquellen (Seen, Bäche, Regenwassersammelbecken) Trinkwasser unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei können einzelne in den Figuren gezeigte und zu dem jeweiligen Beispiel be- schriebene Merkmale auch unabhängig von der jeweiligen Darstellung in einer Figur oder der Beschreibung eines Beispiels genutzt werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung mit einem Teilschnitt;
Figur 2 eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 4 eine Innenkontur eines Kavitationsraums mit rotationssymmetrischer Konturkurve K(z);
Figur 5 eine Konturkurve mit zugehörigen Vorgabepunkten P00-P01 und
Figur 6 eine Konturkurve nach Figur 5 mit einem Bereich um diese Kurve, der erfindungsgemäß berücksichtigt werden kann.
In Figur 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der ein Kavitationsraum 1 in einem Gehäuse 6 angeordnet ist. Auf ein zusätzli- ches Gehäuse 6 kann man verzichten, wenn der Kavitationsraum 1 mit ent- sprechenden Außenwänden ausreichend stabil gefertigt worden ist.
Der Kavitationsraum 1 ist in drei Volumenbereiche 1.1, 1.2 und 1.3 aufgeteilt, die jeweils unterschiedliche maximale Innendurchmesser und Innenvolumina aufweisen.
Aufzubereitendes Wasser wird über mindestens eine Zuführung 2 mit tangen- tialer Strömungsrichtung senkrecht in Bezug zur mittleren Längsachse der Ka- vitationsraumes 1 in den ersten Volumenbereich 1.1 zugeführt.
Der erste Volumenbereich 1.1, wie auch der dritte Volumenbereich hat eine konkave Innenwand. Der zweite Volumenbereich 1.2, der zwischen erstem und drittem Volumenbereich 1.3 angeordnet ist, hat dagegen eine konvexe In- nenwand. Absätze oder Stufen sollten an der Innenwand vermieden sein, so dass die jeweiligen Übergänge an der Innenwand der des Kavitationsraums 1 zwischen den drei Volumenbereichen kontinuierlich ausgebildet sind. Dies trifft auch auf die sich verändernden Innendurchmesser innerhalb des gesam- ten Kavitationsraums 1 zu. Dadurch kann das aufzubereitende Wasser entlang der Innenwand in Richtung drittem Volumenbereich 1.3 strömen und dort in bei diesem Beispiel mehrere Eintrittsöffnungen 4 eintreten, Die Eintrittsöff- nungen 4 sind an der hohlzylindrischen Abführung 3 innerhalb des dritten Vo- lumenbereichs 1.3 angeordnet. Die hohlzylindrische Abführung 3 wird ausge- hend von dem dritten Volumenbereich 1.3 durch den gesamten Kavitations- raum 1 bis an die Außenwand des Gehäuses 6 entlang der mittleren Längs- achse des Kavitationsraums 1 bis zu einem Anschluss 5 geführt. An den An- schluss 5 kann eine hier nicht gezeigte Leitung 5.1 angeschlossen werden, über die aufbereitetes Wasser zum Verbraucher oder zu einer weiteren Auf- bereitung, wie z.B. eine Filterung weiter geleitet werden kann.
Die Eintrittsöffnungen 4 sind dabei in einem Abstand zur Innenwand im Inne- ren der dritten Volumenbereichs 1.3 angeordnet.
Die hohlzylindrische Abführung 2 weist einen konstanten Außendurchmesser über ihre gesamte Länge auf. Im Bereich, in dem der zweite Volumenbereich 1.2 seinen kleinsten Innendurchmesser aufweist, ist ein Ringspalt vorhanden, der ausgehend vom ersten Volumenbereich 1.1 sich konisch bis zu der Ebene konisch verjüngt, in der der zweite Volumenbereich 1.2 seinen kleinsten In- nendurchmesser aufweist. Ausgehend von dieser Ebene mit dem kleinsten In- nendurchmesser in Richtung des dritten Volumenbereichs vergrößert sich die Spaltbreite wiederum konisch. Die lichte Weite des Ringspaltes sollte so bemessen sein, dass an diesem Be- reich keine Kavitation auftreten kann. Die Strömung als Wirbel sollte dort aber aufrechterhalten werden. Dadurch wird die Wasserströmung entsprechend beschleunigt und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, woraufhin sie sich im dritten Volumenbereich 1.3 wieder etwas verkleinert, bevor das Wasser in die Eintrittsöffnungen 4 einströmt.
Bei dem gezeigten Beispiel ist im Inneren der hohlzylindrischen Abführung 3 eine Lavaldüse 7 angeordnet oder darin ausgebildet, die wiederum zu ent- sprechenden Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes gemäß der Kontinuitäts- und der Bernoulli-Gleichungen mit der kontinuierli- chen Verringerung und anschließenden wieder Vergrößerung des Innendurch- messers in der hohlzylindrischen Abführung 3 führt.
Der Einsatz der Lavaldüse 7 wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn zusätz- lich ein Gas über einen Gaseinlass 8 am Gehäuse 6 bis zu einem hier stirnseiti- gen Eintritt (analog Wassereintritt 2) in das Innere des ersten Volumenbe- reichs 1.1 einströmt, im Strömungswirbel mit dem Wasser im ersten Volu- menbereich 1.1 gemischt, im Wasser im zweiten Volumenbereich 1.2 gelöst und als im Wasser gelöstes Gas über den dritten Volumenbereich 1.3 der hohlzylindrischen Abführung 3 zugeführt wird. Das gelöste Gas strömt ge- meinsam mit dem Wasser durch die Lavaldüse 7 und durch die hohlzylindri- sche Abführung 3 bis zur Abführung des so aufbereiteten Wassers und es wird eine zusätzliche kavitationsbedingte Wasseraufbereitung mit dem Gas- Was- ser-Gemisch erreicht.
Wie man Figur 1 außerdem entnehmen kann, ist der Anschluss 5 für die Ab- führung von mit der Vorrichtung aufbereitetem Wasser vertikal unten und die Eintrittsöffnungen 4 sowie der Eintritt 9 für Gas vertikal oben angeordnet.
Als Gas kann man kostengünstige Luft zuführen. Wird Sauerstoff oder C02 zu- geführt, kann die kavitationsbedingt erreichbare Wirkung bei der Wasserauf- bereitung noch gesteigert werden.
Mit der in Figur 2 gezeigten Schnittdarstellung kann man die Gestaltung des rotationssymmetrischen Kavitationsraums 1 mit der darin angeordneten hohl- zylindrischen Abführung 3 noch besser erkennen. Dabei weist der erste Volu- menbereich 1.1 einen maximalen Innendurchmesser von 180 mm auf, der in Richtung des Anschlusses 5 kugelförmig ausgebildet ist. In die dazu entgegen- gesetzte Richtung schließt sich der zweite Volumenbereich 1.2 an, der eine konvex in das Innere gerichtete Innenwandkontur aufweist. An diesen zweiten Volumenbereich 1.2 wiederum schließt sich der dritte Volumenbereich 1.3 an, der wiederum eine konkav gewölbte Innenwand aufweist.
Zwischen der Außenwand der hohlzylinderförmigen Abführung 3 und der In- nenwand des Kavitationsraums 1 im zweiten Volumenbereich 1.2 mit dem dort kleinsten Innendurchmesser des zweiten Volumenbereichs 1.2 ist ein Ringspalt, der bei diesem Beispiel eine lichte Weite von 5 mm aufweist, vor- handen.
Die hohlzylindrische Abführung 3 hat einen auf die Viskosität des Arbeitsmedi- ums und die Druckverhältnisse abgestimmten Innendurchmesser, der sich im Bereich der Lavaldüse 7 auf einen optimierten kleinsten Innendurchmesser von bei diesem Beispiel 7,5 mm reduziert, bevor sich der Innendurchmesser in Richtung der Abführleitung 5.1 wieder kontinuierlich vergrößert.
Mit einer Vorrichtung, die die oben aufgeführte Dimensionierung aufweist, kann man beispielsweise aufzubereitendes Wasser mit einem Volumenstrom von ca. 2,5 m3/h mit einem Eintrittsdruck im Bereich von ca. 10 bar bis 12 bar einführen und aufbereiten.
Geringere oder größere Volumenströme an aufzubereitendem Wasser kön- nen in baugleichen Vorrichtungen mit demselben Konturverlauf der drei Volu- menbereiche 1.1, 1.2, 1.3 sowie der Lavaldüse 7 und den gleichen Abstands- verhältnissen behandelt werden. Vorrichtungen zur Aufbereitung von Wasser können in verschiedenen Größen mit Innenvolumina der drei Volumenberei- che 1.1, 1.2 und 1.3 mit 0,25 m3, 0,5 m3, 2,5 m3, 5 m3, 10 m3 oder 20 m3 und ggf. weiteren Staffelungen je nach Projekt und Kundenanforderung eingesetzt werden. Dabei erfolgt mit der gezielten Beeinflussung der Wasserströmung in geeigne- ten Bereichen insbesondere in Strömungsrichtung nach der Lavaldüse 7 eine Druckabsenkung im strömenden aufzubereitenden Wasser, so dass Kavitation selektiv nur bei den im Wasser gelösten Gasen auftritt (wobei immer ein klei- ner Teil des Wassers ebenfalls kavitiert wird). Alle Baugruppen können so be- rechnet oder ausgelegt werden, dass bei unterschiedlichen Volumenströmen immer die annähernd gleichen Druckverhältnisse und Strömungsgeschwindig- keiten, wie in o.a. Beispiel aufgezeigt, eingehalten werden können.
Die Darstellung in Figur 3 zeigt nochmals im Schnitt den prinzipiellen Aufbau eines Kavitationsraums 1 mit darin angeordneten hohlzylindrischen Abfüh- rung 3.
In Figur 4 ist beispielhaft eine rotationssymmetrische Innenkontur eines Kavi- tationsraums mit Konturkurven-Stützpunkten P10 - P40 dargestellt (End- punkte und Maxima/Minima des Kurvenverlaufs).
Diese Kurvenschar ist definiert im (globalen) Koordinatenraum r und z. Die z- Koordinate des Punktes P40 dient als Gesamtlänge und ist gleich 1. Die Kur- venschar ist also auf z40 normiert.
Die Kurvenschar sollte dabei folgende Bedingungen erfüllen:
Die Punkte P10, P20, P30 und P40 entsprechen den Minima/Maxima des Kur- venverlaufes. Für diese gelten folgende Nebenbedingungen: rlO < z40 --> Größte Ausdehnung der Kurve in z-Richtung rlO > r30 > r40 > r20 -> Verjüngung mit steigendem z und schmälste Stelle bei P20 - r20 > d/2 d -Außendurchmesser der Zuführung 8 bzw. Durchmesser der Innen- geometrie an Stelle z20
Die Punkte P10 bis P40 haben für die Originalkontur folgende Werte: o P10 = (0,268248175 0,291970803) o P20 = (0,770072993 0,063868613) o P30 = (0,954379562 0,169708029) o P40 = (1 0,114963504) o Der Punkt POO liegt auf der Rotationsachse und wird von der
Konturkurve aufgrund des Innenteils nicht erreicht
Zur Definition der Konturkurvenschar wird diese mathematisch in vier Teilin- tervalle (gültig jeweils zwischen den Konturkurvenstützpunkten P00-P40) mit den folgenden lokalen Koordinaten eingeführt:
Kurvenbereich 1 o 0 <= xl <= 1 zwischen 0 <= z <= zlO o 0 <= rl <= 1 zwischen rOO <= r <= rlO Kurvenbereich 2 o 0 <= x2 <= 1 zwischen 0 <= z <= z20 o 0 <= r2 <= 1 zwischen rlO <= r <= r20 Kurvenbereich 3 o 0 <= x3 <= 1 zwischen 0 <= z <= z30 o 0 <= r3 <= 1 zwischen r20 <= r <= r30 Kurvenbereich 4 o 0 <= x4 <= 1 zwischen 0 <= z <= z40 o 0 <= r4 <= 1 zwischen r30 <= r <= r40
Die lokalen Variablen laufen jeweils von 0 bis 1.
Die Konturkurvenschar K ist als die Aneinanderreihung der Kur-
Figure imgf000016_0003
venstücke ri(xi):
Figure imgf000016_0001
mit ri(xj ) = 0 definiert.
Diese wiederum werden für 1 <= i <= 4 jeweils durch ein Polynom 5. Ordnung der Form
Figure imgf000016_0002
definiert.
Die zugehörigen Koeffizienten sind für diese Kurvenform folgendermaßen de- finiert: Tabelle 1 Koeffizientenmatrix der lokalen Kurvenpolynome, Ziffern der zwei- ten Zeile bedeuten weitere Nachkommawerte zur ersten Zeile.
Mit den in Tabelle 1 definierten Koordinaten werten kann man jede Innenkon- tur eines Kavitationsraums bestimmen, die dann für eine vorgegebene Dimen- sionierung und/oder einen vorgegebenen Volumenstrom an Wasser an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nutzen kann.
Figure imgf000018_0001
Für die Originalkontur ergibt sich damit folgende Kurve, die in Figur 5 gezeigt ist. Durch die Wahl beliebiger Punkte P01, P02, P03 und P04, die die o.g. Bedin- gungen erfüllen und in einem Bereich ± 15 % um die in Figur 5 gezeigte Refe- renzkurve angeordnet sind, ergibt sich somit jede Kurve, die sich innerhalb des in Figur 6 markierten Bereichs um die Referenzkurve als eine für die erfin- dungsgemäße Vorrichtung nutzbare Innenkontur eines Kavitationsraums 1 be- stimmen lässt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, bei der an einem rotations- symmetrisch ausgebildeten Kavitationsraum, der eine konkave Innen- wand und einen ersten Volumenbereich (1.1) aufweist und mindes- tens eine Zuführung (2) für Wasser an den ersten Volumenbereich
(1.1) angeschlossen ist, über die Wasser tangential in den ersten Vo- lumenbereich (1.1) des Kavitationsraums (1) einströmt, dabei geht der erste Volumenbereich (1.1) in einen zweiten Volumenbereich (1.2) über, der eine konvexe Innenwand aufweist, an den zweiten Volumen- bereich (1.2) schließt sich ein dritter Volumenbereich (1.3) des Kavita- tionsraums (1) an, der wieder eine konkave Innenwand aufweist, dabei ist im ersten Volumenbereich (1.1) ein größerer Innendurchmesser eingehalten als im zweiten Volumenbereich (1.2) und der Innen- durchmesser des dritten Volumenbereichs (1.3) wieder größer als der Innendurchmesser des zweiten Volumenbereichs (1.2) ist, durch den gesamten Kavitationsraum (1) ist in seiner mittleren Längsachse eine hohlzylindrische Abführung (3) geführt, die im dritten Volumenbereich (1.3) mindestens eine Eintrittsöffnung (4) für Wasser und außerhalb des Kavitationsraums (1) einen Anschluss (5) für eine Abführleitung
(5.1) von gereinigtem Wasser aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kon- turverlauf der Innenwand im Kavitationsraum in den drei Volumenbe- reichen (1.1, 1.2, 1.3) und die Abstände der Innenwand von der hohlzy- lindrischen Abführung (3) entsprechend mehrfacher Polynome 3. und 5. Grades (Xi, X2, X3, X4) und der zugehörigen Koordinatentransforma- tion (Yi) ausgebildet und eingehalten sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Konturkurvenschar entlang der
Figure imgf000020_0001
Innenwand des Kavitationsraums als eine Aneinanderreihung der Kur- venstücke
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0002
mit
Figure imgf000021_0003
und diese wiederum für 1 <= i <= 4 jeweils durch ein Polynom 5. Ord- nung der Form
Figure imgf000021_0004
definiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial umlaufender Ringspalt zwischen der Innenwand der Kavitationskam- mer (1) und der Außenwand der hohlzylindrischen Abführung (3) im zweiten Volumenbereich (1.2) vorhanden ist, der so dimensioniert ist, dass die Strömungsgeschwindindgkeit dort nur so erhöht und der Druck nur so vermindert wird, dass keine Kavitation entsteht, wobei bevorzugt ein Druck des Wassers von mindestens 3000 Pa eingehalten ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die mindestens eine Zuführung (2) für Wasser in einem Winkel im Bereich 100° bis 140°, bevorzugt einem Winkel von 120° senkrecht in Bezug zur mittleren Längsachse des Kavitations- raums (1) ausgerichtet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Inneren der hohlzylindrischen Abführung (3) ei- ne Lavaldüse (7) ausgebildet oder darin angeordnet ist
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lavaldüse (7) mit ihrem Bereich, in dem der kleinste Innendurchmesser vorhanden ist, im ersten Volumenbereich (1.1) un- mittelbar im Anschluss an den zweiten Volumenbereich (1.2) angeord- net ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Zuführung (8) für ein Gas (bevorzugt Umge- bungsluft, Sauerstoff und C02) in den ersten Volumenbereich (1.1) so mündet, dass das zugeführte Gas mit dem Wasser verwirbelt, im Was- ser gelöst wird und als Wasser- Gas-Gemisch durch den Ringspalt über den dritten Volumenbereich (1.3) in die hohlzylindrische Abführung (3) eintritt.
9. Vorrichtung nach dem der vorhergehenden Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass als Gas Luft, Sauerstoff, CO2 oder ein inertes Gas zuführbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die hohlzylindrische Abführung (3) einen konstan- ten Außendurchmesser aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mehrere Zuführungen (2) mit jeweils gleichen Win- kelabständen in Bezug zueinander über den Umfang des Kavitations- raums (1) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der erste Volumenbereich (1.1) ein mindestens dreifach größeres Innenvolumen aufweist als der dritte Volumenbe- reich (1.3).
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der erste Volumenbereich (1.1) und der Anschluss (5) für die Abführleitung (5.1) von behandeltem Wasser vertikal unten an der Vorrichtung angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein minimaler Innendurchmesser der Lavaldüse (7) eingehalten ist, dass ein Druck im Bereich der Lavaldüse (7) von min- destens 2300 Pa eingehalten ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass für den Durchsatz von verschiedenen Volumen- strömen, die Innenkontur des Kavitationsraums mittels der vorgege- benen Polynome 3. und 5. Ordnung (X1, X2, X3, X4) und der zugehörigen Koordinatentransformation (Y1), einem fest vorgegebenen Einspeise- druck des zu behandelnden Wassers im Bereich 1 MPa bis 1,2 MPA, ei- nem Durchsatz in m3/h und einem Minimaldruck von 2300 Pa an der engsten Stelle der Lavaldüse (7) entsprechend ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhegenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass behandeltes Wasser über die Abführleitung (5.1) drucklos abführbar oder unter Druck - in mindestens einen geschlos- senen Kreislauf einspeisbar ist, wobei der Einspeisedruck mit einer der Abführleitung (5.1) nachgeschalteten Pumpe erzeugt und dem Druck im geschlossenen Kreislauf entspricht.
PCT/EP2022/066125 2021-06-15 2022-06-14 Vorrichtung zur aufbereitung von wasser WO2022263419A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22734262.3A EP4355694A1 (de) 2021-06-15 2022-06-14 Vorrichtung zur aufbereitung von wasser

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021206089.7A DE102021206089A1 (de) 2021-06-15 2021-06-15 Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser
DE102021206089.7 2021-06-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022263419A1 true WO2022263419A1 (de) 2022-12-22

Family

ID=82258214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/066125 WO2022263419A1 (de) 2021-06-15 2022-06-14 Vorrichtung zur aufbereitung von wasser

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4355694A1 (de)
DE (1) DE102021206089A1 (de)
WO (1) WO2022263419A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202024000402U1 (de) 2024-02-22 2024-03-18 Alfred Held Einrichtung zur Bekämpfung von Wasser mit Eiern, Larven und/oder Jungmuscheln der Quaggamuschel durch Kavitation mit einem Behälter
DE202024000403U1 (de) 2024-02-22 2024-03-06 Alfred Held Einrichtung zur Behandlung von kontaminierten Wasser durch Kavitation mit einem Behälter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10310442A1 (de) * 2003-03-11 2004-09-23 Rolf Schüler Kavitations-Molekularreaktor
WO2006027002A1 (de) * 2004-09-03 2006-03-16 Crenano Gmbh Mehrkammersuperkavitationsreaktor
DE102014101132A1 (de) * 2014-01-30 2015-07-30 Perma-Trade Wassertechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Entkalkung von Wasser
US20190322551A1 (en) * 2017-02-03 2019-10-24 Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd. In-liquid plasma device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160346758A1 (en) 2015-06-01 2016-12-01 Cetamax Ventures Ltd. Systems and methods for processing fluids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10310442A1 (de) * 2003-03-11 2004-09-23 Rolf Schüler Kavitations-Molekularreaktor
WO2006027002A1 (de) * 2004-09-03 2006-03-16 Crenano Gmbh Mehrkammersuperkavitationsreaktor
DE102014101132A1 (de) * 2014-01-30 2015-07-30 Perma-Trade Wassertechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Entkalkung von Wasser
US20190322551A1 (en) * 2017-02-03 2019-10-24 Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd. In-liquid plasma device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Konvexe und konkave Fläche - Wikipedia", 12 March 2022 (2022-03-12), XP055955992, Retrieved from the Internet <URL:https://de.wikipedia.org/wiki/Konvexe_und_konkave_Fläche#cite_ref-1> [retrieved on 20220830] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021206089A1 (de) 2022-12-15
EP4355694A1 (de) 2024-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4355694A1 (de) Vorrichtung zur aufbereitung von wasser
EP0208696B1 (de) Verfahren zur lösung von gas in flüssigkeit
DE112010003518T5 (de) Nährkultursystem und Wasserbehandlungsvorrichtung zu Sterilisierungs- undReinigungszwecken
CH619199A5 (de)
EP1294474B2 (de) Verfahren und vorrichtung zur physikalisch-chemischen behandlung fluider medien
DE3006935A1 (de) Belueftungsvorrichtung
DE3427448A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur biologischen abwasserreinigung
EP2794492B1 (de) Verfahren zur behandlung sulfidhaltiger ablauge
WO2008110194A1 (de) Waschturm
DE2742801A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur wasseraufbereitung und -reinigung mittels unterschiedlicher fliessgeschwindigkeiten unter durchlauf durch betriebsfertige einheiten international genormter transportbehaelter
DE102006045773A1 (de) Wasseraufbereitungssystem
DE3428535C2 (de)
WO2004101123A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum einbringen von gasförmigem und/oder flüssigem medium in flüssigmedium
DE2708653B2 (de) Anlage zur Behandlung von pumpfähigem Abfallstoff
DE202017002548U1 (de) Anordnung zur Begasung von Flüssigkeiten mit einem rohrförmigen Begaser
EP0483265B1 (de) Schmutzwasseraufbereitungsanlage nach dem flotations-verfahren
EP0328035A2 (de) Anordnung zur Behandlung von Industrieabwässern
DE102011006615A1 (de) Anlage für das Behandeln von Fluid mit Aktivkohle
DE202018107174U1 (de) Anordnung zur Begasung von Flüssigkeiten mit einem rohrförmigen Begaser
DE69930284T2 (de) Vorrichtung zur reinigung einer flüsigkeit in form von dampf aus einem kreislauf
DE4337625C2 (de) Verfahren und Anlage zur biologischen Reinigung von Abwasser
DE19631796A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abwassern
DE2060995A1 (de) Verfahren und Vorrichtung fuer kontinuierliches Behandeln von Fluessigkeiten
DE3030416C2 (de) Anordnung zur Belüftung des häuslichen und/oder industriellen Abwassers
DE10119119B4 (de) Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22734262

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022734262

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022734262

Country of ref document: EP

Effective date: 20240115