DE3247520A1

DE3247520A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von wirbelringen aus gas in einer fluessigkeit

Info

Publication number: DE3247520A1
Application number: DE19823247520
Authority: DE
Inventors: Masashi Yokohama Kanagawa Takahashi; Minoru Kamakura Kanagawa Yamada
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE3247520C2; FR2518425A1; FR2518425B1; US4534914A

Description

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Anmelder; NIHON SANSO KABUSHIKI KAISHA

No,16-7, Nishishinbashi 1-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

Bezeichnung der

Erfindung; Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von

Wirbelringen aus Gas in einer Flüssigkeit

Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erzeugung eines Wirbelringes aus einem Gas in einer Flüssigkeit für die Anwendung in Aquarien, Fischfarmen, Abwassereinrichtungen und dergleichen.

Üblicherweise sind Aquarienbehälter, Fischzuchtteiche und dergleichen mit Luftoder Sauerstoffversorgungsvorrichtungen versehen, um spährische oder aufquellende Gasblasen mittels Düsen oder dergleichen im unteren Wasserbereich zu erzeugen, die dann an die Wasseroberfläche aufsteigen. Der Zweck dieser Anordnungen ist die Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff, bei Schmuckaquarien soll darüberhinaus ein Schaueffekt erzielt werden. Bei bisher üblichen Gaszuführungsvorrichtungen ist jedoch die Auflösung des Sauerstoffes im Wasser unzulänglich, wenn die angesichts der Behältergröße an sich mögliche Aufiösungsmenge berücksichtigt wird. Darüberhinaus könnten die Gasblasen oft hübscher sein, um den vollen Schaueffekt zu ergeben.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine 22. Dezember 1982 - 2 -

Vorrichtung für die Erezugung von Wirbelringen in Flüssigkeiten zu schaffen, womit ein wesentlich größeres Gasauflösungsvermögen als bei bisherigen Lösungen gegeben ist. Dabei soll eine starke nach oben gerichtete Strömung der Gasblasen gegeben sein und eine verstärkte Verwirbelung der Flüssigkeit erzeugt werden. Schließlich soll im Rahmen der mit der Erfindung gelösten Aufgabe eine mystische, den Betrachter erfreuende Wirkung erzielt werden.

Im Hinblick auf diese aufgabegemäßen und eine Reihe weiterer Aspekte der Erfindung ist die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung für die Erzeugung von Wirbelringen aus einem Gas in einer Flüssigkeit gerichtet, der zugeordnet sind: (a) ein Sammler mit einem Gaseinlaß für die Einführung des Gases aus einer darin angeordneten Gasspeisequelle und ein Gasauslaß für den Gasaustritt; (b) eine dem Auslaß des Sammlers zugeordnete Düse, die mit dem Sammler in Verbindung steht und in dem Ausmaß elastisch ist, daß sie während des Betriebes unter dem Flüssigkeitsdruck verschlossen ist; (c) ein Ventilmittel, das mit dem Sammler verbunden ist, um eine Gaszuführung von der Gasspeisequelle zur Düse zu ermöglichen und (d) Mittel zur Betätigung des Ventilmittels, wenn der Gasdruck innerhalb des Sammlers eine vorbestimmte Höhe erreicht hat.

Der andere Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren für die Erzeugung von Wirbelringen aus einem Gas in einer Flüssigkeit gerichtet, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt (a) Positionieren des Sammlers in der Flüssigkeit, (b) Einführen eines Gases in den Sammler unter einem Druck, der höher ist als der Druck der den Sammler umgebenden Flüssigkeit, (c) Zuführen des Gases zu einer Düse des Sammlers mit einem Druck, der die Düse entgegen dem Druck der den

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Sammler umgebenden Flüssigkeit öffnet, (d) Ausbilden eines Gasstromes, der im Zentrum der Düse eine höhere Geschwindigkeit als am Innenumfang der Düse hat, so daß sich der Wirbelring des Gasstromes ausbildet, (e) Ausstoßen des auf diese Weise in der Form eines Wirbelringes gebildeten Gasstromes aus der Düse in die Flüssigkeit und (f) Absperren der Zufuhr des Gasstromes zu der Düse, um die Düse mittels des Druckes der die Düse umgebenden Flüssigkeit zu schließen.

Nachfolgend wir die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, um sie besser verständlich zu machen» In der Zeichnung zeigt

Fig.l einen vertikelen Mittellängsschnitt einer im Betrieb befindlichen Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung eines Wirbelringes,

Fig.2 die Anordnung der Fig.l in entsprechender Darstellung, jedoch in der Außerbetriebsstellung,

Fig.3 einen Teil der Anordnung der Fig.l und 2 als Schnitt entlang der Linie ΠΙ - ΠΙ in Fig.l,

Fig.4 eine Erläuterung der Bildung der Wirbelringe, wobei die Düse als vertikaler Mittellängsschnitt dargestellt ist,

Fig.5 eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, teils als Ansicht, teils als Mittellängsschnitt

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Fig.6 ein Blockschaltbild für eine Anordnung zur Steuerung eines Solenoidventiles,-

Fig.7 in einer Fig.6 entsprechenden Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig.8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung als Seitenansicht,

Fig.9A als Seitenansicht eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig.l vorgesehenen Düse,

Fig.9B eine Draufsicht der Düse gemäß Fig.9A,

Fig.lQ einen Schnitt nach der Linie X - X in Fig.9B,

Fig.llA in der Darstellung der Fig.9B die Düse in der Öffnungsstellung und

Fig.llB einen Vertikalschnitt der in Fig.llA dargestellten Düse.

Gemäß Fig.l bis 3 ist eine Vorrichtung für die Erzeugung von Wirbelringen unter Wasser gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei das Bezugszeichen 10 einen aus korrosionsresistentem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, Plastik oder dergleichen, hergestellten Sammler bezeichnet. Der Sammler 10 hat im wesentlichen die Form einer umgestülpten zylindrischen Tasse mit einem Aufnahmevermögen von 2 Litern. An seiner Seitenwand oder Schürze 12 ist der Sammler mit

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einem Gaseinlaß 14 versehen, um von einer nicht gezeichneten Gasquelle geliefertes Gas wie Luft, Sauerstoffgas oder dergleichen in den Sammler 10 einführen zu können. Der Sammler ist desweiteren mit einem Gasauslaß 18 in der Mitte des Deckels 16 versehen, um Gas aus dem Inneren des Sammlers 10 zu einer Düse 19 gelangen zu lassen, die dem GasauslaQ 18 gasdicht zugeordnet ist. Am unteren Ende ist der Sammler 10 an seiner Seitenwand 12 mit einem radial gerichteten Umfangsflansch 20 versehen, der sich im wesentlichen nach außen, mit einem geringeren Teil seiner Breite in den Sammler 10 hinein erstreckt. Der innere Rand des Flansches 20 umgrenzt eine öffnung 22. Diese Öffnung 22 ist mit einer Membrane 24 aus federndem Material, z.B. Gummi verschlossen, die mit ihrem Rand in Sandwichart mit nicht gezeichneten Schrauben und Muttern sowie einem Befestigungsring 26 dicht an dem Flansch 20 gehalten ist; die Membrane 24 liegt mit ihrem Rand zwischen dem Flansch 20 und dem Befestigungsring 26. Durch die Mitte der Membrane 24 ist eine Ventilspindel 28 hindurchgeführt, wobei die Verbindung zwischen der Ventilspindel 28 und der Membrane 24 durch einen Kopf 30 der Spindel erfolgt. Im Einzelnen erfolgt die Verbindung dadurch, daß eine Mutter 32 auf dem Gewindeende des Spindelschaftes 34 die Membrane 24 gegen den Kopf 30 fest anlegt, so daß die Ventilspindel 28 von der Membrane 24 getragen wird und sich axial frei in den Sammler 10 erstreckt. Das freie Ende der Ventilspindel 28 ist axial gleitfähig in einer Axialbohrung 38 eines Ventiigliedes 36 gehalten, das im oberen Abschnitt kegelstumpfförmig ist. Zwischen dem Ventilglied 36 und der Mutter 32 befindet sich eine die eigentliche Ventilstange 34 umgebende Wickelfeder 40. In der in Fig.2 dargestellten Außerbetriebsstellung der Vorrichtung wird das Ventilglied 36 unter der Wirkung der Wickelfeder 40 an dem unteren als Ventilsitz wirkenden

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Ende des Gasauslaßes 18 in Anlage gehalten, sodaß das kegelstumpfförmige Ende des Ventilgliedes den Gasauslaß 18 versperrt. Das Ventilglied 36 und die innere öffnung des Auslasses 18 bilden ein Ventilmittel, mit dem die Gaszufuhr von einer Gasquelle zu der Düse 19 ermöglicht oder abgesperrt werden kann. Die Ventilspindel 28, die Wickelfeder 40 und ein dehnbarer Teil 24A der Membrane 24 bilden ein Mittel zum Betätigen des Ventilmittels zu dessen Öffnen und Schließen. Die Düse 19 hat die Form eines Hohlzylinders und besteht aus elastisch verformbarem Material, beispielsweise Gummi, Syntheseharz und dergleichen. Die Düse 19 und ihre Elastizität sind so gewählt, daß sie unter der Wirkung des Wasserdruckes verschlossen wird, wenn sie in einer bestimmten Wassertiefe angeordnet ist. Das bedeutet, daß sie als Steuerventil eingesetzt werden kann.

Im Einsatz wird die erfingungsgemäße Vorrichtung unter Wasser in einer bestimmten Tiefe eingesetzt, wobei die Düse 19 nach oben gerichtet ist. Bei der dargestellten und beschriebenen Anordnung ist an einen Einsatz zwischen drei und dreißig Metern gedacht. In der in Fig.2 dargestellten Außerbetriebsstellung wird die Düse 19 durch den Wasserdruck verschlossen gehalten und die Membrane 24 ist in ihre eine Endstellung zurückgefedert, in der sie zusammen mit der Wickelfeder 40 das Ventilglied 36 zum Zusammenwirken mit dem Auslaß 18 derart gebracht hat, daß der Auslaß 18 verschlossen ist. Während des Betriebes wird ein gasförmiges Strömungsmittel unter Druck von einer Gasquelle aus durch den Gaseinlaß 14 in den Speicher bzw. Sammler 10 eingeführt. Hierdurch steigt der Innendruck innerhalb des Sammlers an, wodurch die Membrane 24 nach außen durchgebogen wird und zwar entgegen dem umgebenden Wasserdruck und

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entgegen der Wirkung der Wickelfeder 40 mit dem Ergebnis, daß das Ventilglied 36 außer Berührung mit dem Gasauslaß 18 gebracht wird. Auf diese Weise gelangt das bis dahin in dem Sammler 10 gespeicherte Gas durch den Auslaß 18 aus dem Sammler 10 heraus in die Düse 19, die bis dahin durch den Wasserdruck geschlossen gehalten wird. Die Düse wird von dem in sie gelangenden Gas geöffnet, wie es in Fig.l dargestellt ist. Das Gas gelangt durch die Düse 19 hindurch in das umgebende Wasser und bildet in diesem einen Wirbelring, Ist das Gas ausgetreten, so fällt der Druck im Sammler 10 schlagartig zusammen, so daß die Membrane 24 von der nach außen durchgebogenen Endstellung der Fig.l in die nach innen durchgebogenen Endstellung der Fig.2 zurückfedert mit dem Ergebnis, daß das Ventilglied 36 gegen den Auslaß 18 angelegt wird und dabei den Auslaß 18 verschließt. Gleichzeitig und ebenfalls schlagartig wird die Düse 19 von dem umgebenden Wasserdruck geschlossen. Wirbelringe werden dadurch gebildet, daß vielfach aufeinanderfolgend das Ventilmittel und die Düse geöffnet und geschlossen werden. Die aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließbewegungen ergeben sich so lange, bis die Zufuhr von Gas aus einer Gasquelle unterbrochen bzw. beendet wird.

Aus durchgeführten Versuchen ergibt sich, daß die nachfolgenden Bedingungen für die Bildung von Wirbelringen erfüllt sein müssen:

(a) der Gasdruck im Sammler muß etwas höher sein, als der Druck der Umgebungsflüssigkeit und zwar um etwa 50 bis 150 mm Wassersäule; insbesondere sollte er auch um bis zu 300 mm Wassersäule höher sein können. Eine konstante Gasmenge muß schlagartig aus der Düse entladen werden.

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(b) Hat das Gas die Düse verlassen, so muß die Gasgeschwindigkeit in der Mitte des Gasstromes bzw. der Düse größer sein, als am Rand, d.h. an der Innenwand der Düse, so daß das Gas gemäß Fig.4 von der Innen- zur Außenseite rotiert.

(c) Die Düse muß so ausgelegt sein, daß unmittelbar vor und nach der Gasentladung aus der Düse keine Gasblasen erzeugt werden und kein Wasser in die Düse gelangt.

Bei der beschriebenen Lösung wurde eine Serie von Luftmengen mit einem Druck, der höher als der Druck des Umgebungswassers bei etwa 50 mm Wassersäule lag, aufeinanderfolgend durch die Düse 19 ausgestoßen, wobei gemäß Fig.4 Wirbelringe 44 aufeinanderfolgend sich bildeten. Diese Wirbelringe 44 gelangten nach oben und drehten sich dabei mit hoher Geschwindigkeit von innen nach außen. Nahe der Wasseroberfläche hatte der Durchmesser der Wirbelringe stark zugenommen. Es wurde das Verhalten zweier aufeinanderfolgender Wirbelringe genauer beobachtet. Dabei wurde beobachtet, daß der Durchmesser eines nachfolgenden Ringes kleiner wurde als der des vorausgehenden Ringes und daß er schneller als letztere nach oben trieb. Schließlich trat sogar der nachfolgende Wirbelring durch den vorausgehenden Ring hindurch. Als nächstes trat letzterer durch den vorherigen. Es wurde eine mit hoher Geschwindigkeit nach oben strömender Wasserstrom beobachtet; der durch die aufeinanderfolgenden Wirbelringe hindurchtrat.

Es wird unterstellt, daß die Geschwindigkeit des nach oben gerichteten Wasser-

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stromes als eine Kombination der durch die Wirbelringe induzierten Geschwindigkeit, der Tragfähigkeit und der kinetischen Energie der Wirbelringe angesehen werden kann. Der mit hoher Geschwindigkeit nach oben gerichtete Wasserstrom kann für eine verstärkte Wasserzirkulation benutzt werden, Darüberhinaus kann durch die Erzeugung von Wirbelringen aus Gas in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit die Lösung des Gases in der Flüssigkeit deutlich beschleunigt werden, wenn bekannte Systeme zum Vergleich herangezogen werden. Dies ist damit zu erklären, daß die Wirbelringe einen hohen Berührungsdruck und einen großen Oberflächenbereich mit dem umgebenden Wasser wegen der hohen Rotationsgeschwindigkeit haben. Für die Bildung der Wirbelringe können verschiedene Gase verwendet werden. Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung bei der Fischhaltung, Fischaufzucht, bei Wasserbehandlungsverfahren wie aktivierte Schlammbäder, bei der Wasserregeneration, Gaslösung in Wasser oder allgemein immer dann angewendet werden, wenn Gas besonders intensiv in eine Flüssigkeit eingeleitet werden soll. Dabei können im Hinblick auf eine gegebenenfalls erwünschte optische Wirkung die Wirbelringe gefärbt werden, indem mit dem Gas kolorierte Dämpfe oder Gase in die Flüssigkeit eingeleitet werden, gegebenenfalls zusammen mit besonderen Beleuchtungseffekten. Es können erzielt werden ein intensiver Flüssigkeitsumlauf, eine gute Lösung von Gas in Flüssigkeiten und besonders optische Effekte.

In Fig.5 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 46 ein Tragelement in der Form eines Hohlzylinders bezeichnet. Das Tragelement 46 ist an seinem oberen Ende offen und mit einem runden Ringflansch 48 versehen, der sich radial nach außen erstreckt. Seinem

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unteren, ebenfalls offenen Ende ist eine Gewichtsplatte 50 zugeordnet. Das Traglement 46 ist ferner mit einer Anzahl Öffnungen 52 versehen, um Fluid von der Außenseite des Tragelementes in dessen Innenbereich eintreten zu lassen. Der Sammler 54 hat ebenfalls die Form eines Hohlzylinders, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Traglementes 46 entspricht, so daß beide Teile aufeinander passen. Die Verbindung beider Teile erfolgt durch den Ringflansch 48 und einen entsprechenden unteren Ringflansch 58 des Sammlers 54, wobei die Verbindung beider Ringflansche durch Schraubenverbindungen erfolgt. Zwischen die beiden Ringflansche 48,58 ist eine Membrane 56 aus elastisch nachgiebigem Material, beispielsweise Gummi, eingelegt, die den Innenraum des Sammlers 54 vom Innenraum des Tragelementes 46 trennt. Eine domartige Schutzplatte 60 mit einer Vielzahl von Löchern ist an der Innenseite der schürzenartigen Wand des Tragelementes 46 befestigt, um die Membrane 56 gegen mechanische Beschädigungen zu schützen. Der Sammler 54 ist an seinem oberen offenen Ende, mit einem radial nach außen gerichteten Ringflansch versehen, auf dem eine scheibenförmige Abdeckplatte 64 aus durchscheinendem Material wie Acrylharz dichtend befestigt ist. Der Befestigung dienen Schraubenverbindungen, der Abdichtung ein nicht gezeichneter O-Ring. Die Abdeckplatte 64 ist mit einem Gaseinlaß 66 versehen, der mittels eines üblichen Verbindungselementes 68 mit einer Leitung 70 verbunden ist. Ein Gas wie Luft, Sauerstoff oder dergleichen wird von einer nicht gezeichneten unter Druck stehenden Gasquelle über die Leitung 70 dem Sammler 54 zugeführt. Der Sammler 54 ist auserdem in der Mitte der Abdeckplatte 64 mit einem Gasauslaß 72 versehen, um den herum eine hohlzylindrische Düse 74 aus elastisch nachgiebigem Material wie Gummi, synthetischem Harz oder dergleichen dicht angeordnet ist. Direkt verbunden mit

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dem inneren Ende des Gasauslasses 72 ist ein von einem Solenoid gesteuertes Ventil 76, das mit einer Gleichstromquelle durch ein Ventiisteuermittel 78 verbunden ist, das ein elektromagnetisches Relais und einen Verzögerungskreis einschließt. Die Schaltung ist in Fig.6 dargestellt, Relais und Verzögerungskreis sind dabei jedoch nicht dargestellt. Das Ventilsteuermittel 78 ist innerhalb des Sammlers 54 angeordnet und elektrisch mit einem sensitiven Schalter 80 verbunden, wie er unter der Handelsmarke "Microswitch" im Handel ist. Er ist ein Teil zum Ermitteln der Stellung des beweglichen Teiles 56A der Membrane 56. Der Schalter 80 ist der Innenseite der Wand des Sammlers 54 zugeordnet, so daß ein Kolben 82 zum Aktivieren des Schalters gegen diesen zum Anstoßen gebracht wird, wenn dieses bewegliche Teil in seiner Rückkehrstellung ist, wie sie in Fig.5 durch unterbrochene dünne Linien gekennzeichnet ist. Das bewegliche Teil 56A der Membrane 56, der sensitive Schalter 80 und das Ventilsteuermittel 78 bilden eine Einheit zum Betätigen des Solenoidventües 76. Der Sammler 54 und das Tragelement 46 sind aus korrosionsfestem Material hergestellt, beispielsweise rostfreiem Stahl, synthetischem Harz usw., im vorliegenden Fall ist Polyvinylchloridharz vorgesehen.

Für den Betrieb wird eine Vorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Lösung in einer Tiefe zwischen drei und dreißig Metern in Süß- oder Seewasser angeordnet. In der Außerbetriebsstellung nimmt die Membrane 56 die in Fig.5 durch unterbrochene dünne Linien gekennzeichnete Ausgangsstellung ein, während die Düse 74 geschlossen ist. Während des Betriebes wird ein Gas unter Druck durch den Gaseinlaß 66 in den Sammler 54 eingeführt. Hierdurch steigt der Druck im Sammler 54 an, wodurch die Membrane 56 verstellt wird, was dazu

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führt, daß das verstellbare Teil 56A der Membrane 56 sich vom Kolben 82 entfernt, um dadurch den sensitiven Schalter 80 zu aktivieren. Auf diese Weise liefert der sensitive Schalter 80 ein Signal an das elektromagnetische Relais des Ventilsteuermittels 78, um einen Kontakt zu schließen, so daß das Solenoidventil 76 erregt wird und öffnet. Gleichzeitig damit, d.h. der Betätigung des Solenoidventiles 76, wird der Verzögerungskreis des Ventilsteuermittels 78 betätigt. Das unter Druck in dem Sammler 54 befindliche Gas wird durch den Gasauslaß 72 in die Düse 74 eingeführt, die vom Flüssigkeitsdruck geschlossen gehalten wird, unter der Wirkung des Gases jedoch schlagartig öffnet und das Gas gemäß Fig.4 in die Flüssigkeit entläßt. Der Druck im Sammler 54 fällt rasch ab, so daß die Membrane 56 in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt, wie sie in Fig.5 dargestellt ist. Ehe oder wenn die Membrane ihre Ausgangsstellung erreicht, d.h. wenn nach dem Betätigen des Schalters 80 etwa 0,1 bis 1 Sekunde vergangen sind, so wirkt der oben beschriebene Verzögerungskreis, um die Kontakte des elektromagnetischen Relais voneinander zu trennen, so daß das Solenoidventil 76 entregt und geschlossen wird. Auf diese Weise wird die Gaszufuhr vom Gasauslaß 72 zu der Düse 74 unterbrochen und die Düse 74 wird schlagartig geschlossen, um einen Wirbelring zu bilden. Der beschriebene Arbeitsablauf der Vorrichtung wird so lange wiederholt, bis die Gaszufuhr von der Gasquelle zum Sammler unterbrochen wird.

In Fig.7 ist eine dritte Lösungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung dargestellt, die sich von der zweiten Lösung dadurch unterscheidet, daß der sensitive Schalter 80 nicht verwendet wird und daß das Solenoidventil 76 zwischen einer nicht dargestellten Druckgasquelle und der Leitung 70 angeordnet ist, die mit

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dem Gaseinlaß 66 verbunden ist. Bei dieser Lösung sind das Solenoidventil 76 und das Ventilsteuermittel 78 als das Ventilbetätigungsmittel am Grund eines Gewässers angeordnet. Das Ventiisteuermittel 78 schließt ein elektromagnetisches Relais und einen Zeitgeber zum Aktivieren des elektromagnetischen Relais im jeweiligen Zeitpunkt ein (beide Teile sind in der Zeichnung nicht dargestellt).

Bei der dritten Lösung ist das elektromagnetische Ventil 76 normalerweise geöffnet. Ist das nicht dargestellte Ventil der Druckgasquelle offen, so läuft der oben genannte Zeitgeber des Ventilsteuermittels 78 an, während andererseits Gas unter Druck in den Sammler 54 durch das elektromagnetische Ventil 76 eintritt. Hierdurch wird die Membrane 56 verstellt und die Düse 74 geöffnet, weil der Druck im Sammler 54 ansteigt, so daß ein Wirbelring gebildet wird. Nach dem Gasausstoß kehrt die Membrane 56 in ihre Ausgangsform zurück, ehe oder wenn die Membrane 56 in ihre Ausgangsform zurückkehrt, so führt der Zeitgeber dem elektromagnetischen Relais ein Signal zu, um einen Kontakt zu schließen und dabei das Solenoidventil 76 zu schließen mit dem Ergebnis, daß die Gaszufuhr zum Sammler 54 beendet wird. Auf diese Weise wird die Düse 74 sofort geschlossen, um einen Wirbelring zu bilden. Dieses Arbeiten der Vorrichtung wird so lange fortgesetzt, bis die Zufuhr von Gas durch Schließen des Ventiles der Gaszuführungsquelle beendet wird.

Bei der dritten Lösung kann die Membrane 56 auch weggelassen werden.

In Fig.8 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Lösungen

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dadurch, daß der Sammler 54 mit zwei Gasauslässen 72 versehen ist. Jeder Auslaß 72 ist mit einer Düse 74 versehen. Bei dieser Lösung wurde beobachtet, daß zwei horizontal liegende Wirbelringe nach ihrer Bildung sich zu einem entsprechend größeren Wirbelring vereinigen.

In Fig.9A bis HB ist eine modifizierte Düsenform dargestellt. Diese Düse 84 schließt einen dqmartigen Grundkörper 86 und einen lippenförmigen Ventilteil 88 ein, der einstückig mit dem oberen Ende des Grundkörpers 86 ausgebildet ist, so daß beide Teile eine Einheit bilden. Die Düse 84 ist aus elastisch nachgiebigem Material wie Gummi, synthetischem Harz und dergleichen in einem Gießverfahren hergestellt. Die Länge des Ventilabschnittes 88 beträgt etwa 3 bis 25 mm. In Fig.9A bis 10 ist die Düse 84 im Schließzustand dargestellt, in Fig.llA bis HB im geöffneten Zustand. Der Ventilabschnitt 88 schleißt die Düse vollständig durch den auf ihn wirkenden Flüssigkeitsdruck.

Nachdem die Erfindung hiermit im Einzelnen erläutert ist, um sie besser verständlich zu machen, soll darauf hingewiesen werden, daß die Beschreibung die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht beschränken soll.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt gekennzeichnet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wirbelringen aus Gas in einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung schließt einen Sammler mit einem Gasauslaß für die Gasauslführung und einem Gaseinlaß für die Gaseinführung von einer Druckgasspeisequelle aus ein. Dem Gasauslaß ist

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eine Düse zugeordnet, die mit dem Gasspeicherraum des Sammlers in Verbindung steht und derart elastisch ist, daß die Düse unter dem umgebenden Flüssigkeitsdruck dicht verschließbar und in einer Betriebsstellung verschlossen ist« Der Düse ist Druckgas von einer Gasspeisequeile aus zuführbar und zwar über ein Ventil, das mittels eines Ventübetätigungsmechanismus zu öffnen ist, wenn der Druck im Gasspeicherraum des Sammlers einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Sammler in der Flüssigkeit positioniert und die Düse des Gasauslasses ists unter dem Druck der umgebenden Flüssigkeit infolge ihrer Elastizität geschlossen, bis der Gasdruck im Sammler einen über dem Druck der umgebenden Flüssigkeit liegenden Wert ansteigt, so daß die Düse vom Gasdruck geöffnet wird. Die Düse ist so ausgebildet, daß ein aus ihr austretender Gasstrom in der Mitte des Düsenquerschnittes eine höhere Geschwindigkeit hat, als im Bereich der Düsenwand, so daß der aus der Düse in die Flüssigkeit austretende Gasstrom einen Wirbelring bildet. Die Gaszufuhr zur Düse wird unterbrochen, um den Gasaustritt zu beenden und die Düse unter dem Umgebungsdruck wider zu schließen.

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Claims

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Anmelder: NIHON SANSO KABUSHIKI KAISHA

Νο.16-7, Nishishinbashi i-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

Bezeichnung der

Erfindung: Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von

Wirbelringen aus Gas in einer Flüssigkeit

Patentansprüche;

• 1. Verfahren zum Erzeugen von Wirbelringen aus Gas in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Positionieren eines Gassammlers (10,54) in der Flüssigkeit;

(b) Einspeisen von Gas in den Sammler (10,54) unter Druck, der höher ist

als der Druck der den Sammler umgebenden Flüssigkeit;

(c) Öffnen einer Düse (19,74) entgegen dem Druck der den Sammler (10,54) umgebenden Flüssigkeit mittels des Druckes des der Düse aus dem Sammler zugeführten Gases;

(d) anschließendes Bilden eines Gasstromes mit einer höheren Geschwindigkeit in der Mitte des Düsenquerschnittes als im Bereich der Düsenwand, so daß das Gas aus der Düse in der Form von Wirbelringen austritt;

(e) Einführen der so gebildeten Wirbelringe aus der Düse in die Flüssigkeit und

(f) Unterbrechen der Gaszufuhr zu der Düse und gleichzeitiges Schließen der Düse durch den Druck der den Sammler umgebenden Flüssigkeit.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des dem Sammler (10,54) zugeführten Gases größer als der Druck der den Sammler umgebenden Flüssigkeit bei etwa 50 bis 300 mm Wassersäule ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Luft, Sauerstoff oder Helium und die Flüssigkeit Süß- oder Seewasser ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas gefärbter Rauch zugesetzt wird, um farbige Wirbelringe zu erzeugen.

5. Vorrichtung zur Erzeugung von Wirbelringen aus einem Gas in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch

(a) einen Sammler (10,54) mit einem Gaseinlaß (14,66) zur Einführung eines Gases unter Druck aus einer Gasspeisequelle in den Sammler und mit einem Gasauslaß (18,72) für das Austreten von Gas aus dem Sammler;

(b) eine Düse (19,74), die dem Gasauslaß (18,72) zugeordnet ist und mit dem Sammler (10,54) in Verbindung steht und die derart elastisch ausgebildet ist, daß sie unter der Wirkung des sie umgebenden Flüssigkeitsdruckes zu verschließen ist;

(c) ein Ventilmittel (28), das mit dem Sammler (10,54) verbunden ist und die Gaszuführung von der Gasspeisequelle zu der Düse (19,74) steuert

und >

(d) ein Mittel (24,56) zur Betätigung des Ventilmittels (28), wenn der Gasdruck in dem Sammler (10,54) einen vorbestimmten Druck erreicht.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membrane (24,56) an ihrem Rand dichtend einer Öffnung in dem Sammler (10,54) zugeordnet ist, wobei die Membrane einen Teil einschließt, der zwischen einer Ruhe- und einer Wirkstellung verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (28) ein Ventilglied (36) einschließt, sowie eine Öffnung des Gasauslasses (18), wobei das Ventilglied mit der Öffnung des Gasauslasses zusammenwirkt und wobei das Betätigungsmittal einen verstellbaren Teil (30,32) der Membrane (24) sowie eine Druckfeder (40) zwischen dem Ventilglied und dem verstellbaren Teil zum Anlegen des Ventilgliedes an den Rand der Öffnung des Gasauslasses aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (24) eine Ventilspindel (34) aufweist, deren eines Ende dem verstellbaren Teil (30,32) der Membrane (24) zugeordnet ist und die mit ihrem anderen Ende gleitend in eine Bohrung (38) des Ventilgliedes (36) hineinragt und wobei die Druckfeder eine Wickelfeder (40) ist, die die Ventilspindel umgibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventiimittel ein Solenoidventil (76) zwischen dem Gaseinlaß (66) und der Druckgasspeisequelle ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Betäti-

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gungsmittel ein elektromagnetisches Relais zur Betätiogung des Solenoidventiles (76) und einen Zeitgeber zur Betätigung des Relais im jeweiligen Zeitpunkt einschließt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daG das Ventilmittel ein mit dem Gasauslaß (72) verbundenes Solenoidventil (76) ist, daß das Betätigungsmittel einen Fühler zum Ermitteln einer vorbestimmten Stellung des beweglichen Teiles (80,82) der Membrane (56) und zur Erzeugung eines Signales zum Öffnen des Solenoidventiles aufweist und daß ein Ventilsteuermittel (78) vorgesehen ist, das elektrisch mit dem Fühler und dem Solenoidventil verbunden ist, um das Solenoidventil zum Öffnen entsprechend dem Öffnungssignal des Fühlers zu veranlassen.

12.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsteuermittel (78) ein elektromagnetisches Relais zum Aktivieren des Solenoidventiles (76) und einen Verzögerungskreis zum Entregen des Relais nach einem vorbestimmten Zeitintervall nach Aufnahme des Öffnungssignales vom Fühler einschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein sensitiver Schalter, ein berührungsloser Schalter oder ein Näherungsschalter ist.

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