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Dokumentenidentifikation DE69409067T2 29.10.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0654292
Titel Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten
Anmelder Mitsubishi Oil Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yabumoto, Junsuke, Atsugi-shi, Kanagawa, JP;
Hirose, Masanori, Kawasaki-shi, JP
Vertreter Zumstein & Klingseisen, 80331 München
DE-Aktenzeichen 69409067
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.07.1994
EP-Aktenzeichen 943056325
EP-Offenlegungsdatum 24.05.1995
EP date of grant 18.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.10.1998
IPC-Hauptklasse B01D 19/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten zum Entfernen von in einer Flüssigkeit, beispielsweise in Schmiermitteln, in oberflächenaktiven Mitteln, in einer ein Polymer enthaltenden Flüssigkeit, in Überzügen usw., enthaltenen Bläschen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten, die sogar feine Bläschen mittels eines Wirbelstroms wirksam entfernen kann, der unter Verwendung der Strömung der Flüssigkeit als solcher erzeugt wird.

Es ist bekannt, daß in einer Flüssigkeit dispergierte feine Bläschen die natürlichen Eigenschaften oder die inhärente Leistung der Flüssigkeit beeinflussen oder einen Faktor bilden, der die Oxidation der Flüssigkeit begünstigt.

Beispielsweise können Motoröle, Turbinenöle, Hydrauliköle usw. eine große Menge feiner Bläschen enthalten, die infolge eines Rührens, einer Umlaufführung, einer abrupten Druckveränderung und dergleichen erzeugt werden. Die Menge der in der Flüssigkeit enthaltenen feinen Bläschen nimmt entsprechend dem technologischen Fortschritt auf den Gebieten der Motoren, Turbinen, Hydraulikausrüstung zu, die höhere Geschwindigkeiten und größere Ausgangsleistungen errei chen. Eine große Menge von in den Schmiermitteln enthaltenen feinen Bläschen neigt dazu, eine Vibration oder ein anormales Geräusch in einer Versorgungspumpe, einen Verschleiß des vibrierenden Bereichs, eine Verringerung des Arbeitsdrucks und/oder der Arbeitseffizienz infolge eines Abfalls des Hydraulikdrucks usw. zu bewirken. Des weiteren begünstigt ein vergrößerter Berührungsbe reich zwischen der Flüssigkeit und den feinen Bläschen die Zersetzung der Flüssigkeit infolge von Oxidation.

In dem Fall von Beschichtungen bzw. Überzügen können die in der Beschichtung bzw. dem Überzug enthaltenen feinen Bläschen an der Fläche anhaften, an der eine Überzugs- bzw. Beschichtungsschicht auszubilden ist, wodurch die dortige Aufbringung der Beschichtung bzw. des Überzugs verhindert wird und eine Ungleichmäßigkeit oder anderweitige Defekte in der Überzugs- bzw. Beschichtungsschicht verursacht werden.

Daher ist es erwünscht, Bläschen aus Flüssigkeiten wirksam zu entfernen.

Ein Beispiel einer typischen Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten ist eine Vorrichtung, die die Strömung der mittels einer Pumpe unter Druck gesetzten Flüssigkeit dazu verwendet, einen Wirbelstrom der Flüssigkeit zu erzeugen, um die Bläschen an dem zentralen Bereich des Wirbelstroms infolge der Zentrifugalkraft zu konzentrieren und hierbei wirksam und gesichert die Bläschen aus der Flüssigkeit zu entfernen. Die auf die gleiche Anmelderin zurückgehende unge prüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 3-123 605 offenbart ein solches Prinzip einer Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit. Die Bauweise der zuvor vorgeschlagenen, in der oben identifizierten Veröffentlichung offenbarten Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 kurz erörtert.

In Fig. 1 ist eine Wirbelstromkammer 2 mittels eines paraboloid-förmigen Behälters 1 miteinander gegenüberliegenden geschlossenen Enden gebildet. Bei dem dargestellten Beispiel ist der paraboloid4örmige Behälter 1 in vertikaler Richtung angeordnet, wobei sich das Ende mit dem größeren Durchmesser an der oberen Seite befindet. Das Ende mit dem größeren Durchmesser des Behälters 1 ist von einer ringförmigen Leitung 3 umgeben, die einstückig mit dem Behälter 1 ausgebildet ist. Ein Flüssigkeitszufuhr-Einlaß 4 ist mit der ringförmigen Leitung 3 verbinden. Eine Mehrzahl von Öffnungen 5 ist durch die Umfangswand des oberen Endes mit dem größeren Durchmesser des Behälters 1 in Umfangsausrichtung in gegebenen Abständen für die Ausbildung einer Verbindung zwischen der ringförmigen Leitung 3 und der Wirbelstromkammer 2 ausgebildet, die in dem Behälter 1 ausgebildet ist. Die Flüssigkeit wird von dem Flüssigkeitszufuhr-Einlaß 4 aus in die ringförmige Leitung 3 eingeführt, um entlang der ringförmigen Leitung 3 zu zirkulieren, und strömt in die Kammer 2 durch die Öffnungen 5 hindurch ein, um den Wirbelstrom in der Kammer zu erzeugen.

Der Behälter 1 weist eine Mehrzahl von kleinen Löchern 6 auf, die durch die Umfangswand hindurchgehend im wesentlichen in der unteren Hälfte des Behälters ausgebildet sind. Der Behälter list in einem äußeren Gefäß 8 so angeordnet, daß die durch die Löcher 6 hindurch abgegebene Flüssigkeit innerhalb des äußeren Gefäßes 8 aufgenommen wird. Das äußere Gefäß 8 ist einstückig mit dem Behälter 1 und der ringförmigen Leitung 3 ausgebildet. Die in dem äußeren Gefäß 8 aufgenommene Flüssigkeit wird durch einen Flüssigkeits-Abgabeauslaß 7 hindurch abgegeben.

Andererseits ist entlang der mittleren Achse der Wirbelstromkammer 2 in dem Behälter 1 eine mittlere Rohrleitung 9 angeordnet. Die mittlere Rohrleitung 9 ist mit einer Mehrzahl von Durchbrüchen 10 ausgebildet, so daß der innere Raum der mittleren Rohrleitung mit der Kammer 2 in Verbindung steht. Das untere Ende der mittleren Rohrleitung 9 ist von dem unteren Ende des Behälters 1 und von dem Boden des äußeren Gefäßes 8 aus verlängert. Die mittlere Rohrleitung 9 dient dazu, Bläschen, die in Richtung auf den mittleren Bereich durch die Zentrifugalkraft, die infolge der Wirbelströmung der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 2 erzeugt wird, konzentriert werden, einzufangen. Die Bläschen enthaltende Flüssigkeit, die in die mittlere Rohrleitung 9 durch die Durchbrüche 10 hindurch einströmt, wird einem Bläschen-Abgabeauslaß 11 zugeführt.

Die Öffnungen 5, die den inneren Raum der ringförmigen Leitung 3 und die Kammer 2 verbinden, sind zu einer solchen Konfiguration ausgebildet, die Flüssigkeit in die Kammer 2 in einer tangentialen Richtung zuführt. Die Öffnungen 5 können im Wege des Stanzpressens ausgebildet sein, indem eine Führungswand vorgesehen wird, die sich einwärts der Kammer 2 erstreckt.

Die in die Kammer 2 eingeleitete Flüssigkeit strömt in einer tangentialen Richtung, um einen Wirbelstrom zu erzeugen. In wohlbekannter Weise wird infolge der Zentrifugalkraft die an Bläschen reiche Flüssigkeit dann in dem mittleren Bereich des Wirbelstroms konzentriert, und werden feine Bläschen zusammengebracht, um Bläschen größerer Größe zu bilden. Die Flüssigkeit, die wenig Bläschen enthält, konzentriert sich in der Nähe der Umfangswand der Kammer 2, wo sie durch die Löcher 6 hindurch in das äußere Gefäß 8 und dann durch den Flüssigkeits-Abgabeauslaß 7 hindurch abgegeben wird. Andererseits tritt die an dem mittleren Bereich des Wirbelstroms konzentrierte Bläschenkomponente in die mittlere Rohrleitung 9 ein, und wird sie durch den Bläschen-Abgabeauslaß 11 hindurch abgegeben.

Es ist zu beachten, daß die Bläschenabscheidungs- bzw. Entgasungsleitung unter Verwendung der Zentrifugalkraft des Wirbelstroms proportional zu dem Quadrat 35 der Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zu dem Radius der Kammer 2 ist. An einer Stelle, an der der Radius der Kammer r ist, kann, wenn eine Flüssigkeit mit einer Dichte l und Bläschen mit einer Dichte g mit einer Strömungsgeschwindigkeit v und einer Winkelgeschwindigkeit ω strömt, die Flüssigkeitslbläschen-Abscheidungsleistung bzw. Entgasungsleistung 5 mittels der nachfolgend angegebenen Gleichung ausgedrückt werden:

S = (pl - g) x ω² x r

Da ω durch v/r ausgedrückt werden kann, kann die vorstehend angegebene Gleichung verändert werden zu:

S = (pl - g) x v²/r

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird, da die Wirbelstromkammer 2 so ausgebildet ist, daß sie einen verkleinerten Radius (r) in Richtung auf ihren unteren Bereich aufweist, die Bläschenabscheidungsleistung bzw. Entgasungsleistung 5 in Richtung auf den unteren Bereich größer.

Die Erfinder haben festgestellt, daß dieses Prinzip der Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit für Bläschen größerer Größe wirksamer ist. Um die Bläschengröße durch Zusammenfassen einer Mehrzahl feiner Bläschen zu vergrößern, sollte ein im wesentlichen starker Wirbel mit laminarer Strömung erzeugt werden. Die bekannte Vorrichtung wird unter diesem Gesichtspunkt nicht als zufriedenstellend betrachtet, weil die ringförmige Leitung 3, die eine Verbindung mit der Kammer 2 über eine Mehrzahl beabstandeter Öffnungen 5 herstellt, keinen Beitrag zu der Erzeugung eines Wirbelstroms leistet. Der Flüssigkeitsstrom in der ringförmigen Leitung 3 ist eine turbulente Strömung, so daß die in der Flüssigkeit enthaltenen feinen Bläschen nicht miteinander vereinigt werden. Somit beruht die Bläschenabscheidung bzw. Entgasung ausschließlich auf dem Wirbelstrom in der Kammer 2.

EP-A-0-423-396 beschreibt eine Bläschenentfernungsvorrichtung bzw. Entgasungsvorrichtung, die umfaßt:

(a) eine geschlossene Wirbelstromkammer, deren Querschnittsansicht von rechtwinklig zu der mittleren Achse kreisförmig ist, deren Durchmesser kontinuierlich oder schrittweise bezogen auf eine hierdurch zu behandelnde Flüssigkeit von stromaufwärts nach stromabwärts verkleinert ist, wobei ein einzelnes Flüssigkeits- Einführungsrohr oder mehrere solche oder ein einzelnes Flüssigkeits-Einführungsloch oder mehrere solche an dem äußersten Umfang des einen Endes der Wirbelstromkammer in einer hierzu tangentialen Richtung vorgesehen ist bzw. sind,

(b) eine Bläschenentfernungs- bzw. Entgasungsleitung, die das eine Ende der Wirbelstromkammer entlang der mittleren Achse derselben durchdringt, und (c) ein einzelnes Flüssigkeits-Abführungsrohr oder mehrere solche oder ein einzelnes Flüssigkeits-Abführungsloch oder mehrere solche, das bzw. die in der Wand der Wirbelstromkammer vorgesehen sind.

Daher ist es eine allgemeine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip zu schaffen, die bei dem Entfernen der Bläschenkomponente aus einer Flüssigkeit mit einem stärkeren Wirbelstrom wirksamer ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip zu schaffen, die das Zusammenfassen feiner Bläschen zur Bildung in ihrer Größe größerer Bläschen bewirken kann, bevor eine Flüssigkeit in eine Wirbelstromkammer eingeführt wird, und die daher eine Verbesserung der Wirksamkeit des Entfernens der Bläschen bzw. des Entgasens bewirken kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip zu schaffen, die eine laminare Strömung einer Bläschen enthaltenden Flüssigkeit schaffen kann, bevor diese in eine Wirbelstromkammer eintritt, um einen Wirbel in der Kammer zur Verbesserung der Wirksamkeit des Entfernens von Bläschen bzw. des Entgasens zu verstärken.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip zu schaffen, die in ihrer Bauweise einfach und ihrer Größe kompakt ist und die eine zufriedenstellend hohe Bläschenentfernungsleistung bzw. Entgasungsleistung aufweist.

Erfindungsgemäß umfaßt eine Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Bei der bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung weiter umfassen einen Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus, der auf eine Druckdifferenz zwischen einem Flüssigkeitsdruck an einem Einlaß des vorübergehenden Kanals und einem Flüssigkeitsdruck in der Kammer reagiert, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bei deren Einleiten in die Kammer zu regeln.

Der Behälter, der Außenmantel und der vorübergehende Kanal können integriert sein. Der vorübergehende Kanal kann an seinem anderem Ende mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeitsquelle verbunden sein, um eine unter Druck stehende Flüssigkeit in einer im wesentlichen tangentialen Richtung einzuleiten.

Bei einer bevorzugten Bauweise kann der Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus ein Element umfassen, das zu der einzelnen Öffnung beweglich ist, um deren Flüssigkeitsströmungsbereich zu beschränken und um dadurch den Flüssigkeitsströmungsbereich in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Kammer und dem Einlaß des vorübergehenden Kanals zu justieren, um die Strömungsgeschwindigkeit der in die Kammer eingeleiteten Flüssigkeit zu regulieren. Erfindungsgemäß arbeitet die Wirbelstromkammer als ein Zyklon, der einen Wirbelstrom einer Flüssigkeit zum Abscheiden von Bläschen erzeugt, die in der Flüssigkeit enthalten sind, und zwar durch zentrifugales Konzentrieren einer ersten Fraktion der Flüssigkeit, die im wesentlichen keine Bläschen enthält, und einer zweiten Fraktion der Flüssigkeit, die konzentrierte Bläschen enthält, wobei die erste Fraktion der Flüssigkeit durch die Mehrzahl von durch eine Umfangswand hindurchgehend ausgebildete Löcher hindurch abgegeben wird.

Die ringförmigen vorübergehenden Wirbelstromkanäle wirken in Hinblick auf die Ausübung einer Zentrifugalkraft auf die Flüssigkeit, die dort hindurchströmt, für ein vorübergehendes Abscheiden der ersten und der zweiten Fraktion der Flüssigkeit und auf diese Weise für das Ausbilden von laminaren Strömungen der jeweiligen Fraktionen. Das Strömungsführungselement lenkt den Strom der laminaren Strömungen der Fliissigkeit in Richtung zu dem Einlaß mit einer geringen Winkelablenkung ab, um die Flüssigkeit als einen tangentialen Strom an dem Einlaß des Zyklons einzuleiten.

Die Erfindung ist aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung vollständiger zu verstehen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Vorderansicht einer bekannten Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit;

Fig. 2 eine geschnittene Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 4 eine geschnittene Vorderansicht der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit;

Fig. 5 eine geschnittene Vorderansicht der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit; und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 5.

Die Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 6 erörtert. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche besondere Details ertrtert, um für ein durchgehendes Verständnis der Erfindung zu sorgen. Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß die Erfindung ohne diese besonderen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen nicht im Detail dargestellt, um die Erfindung nicht unnötigerweise unverständlich zu machen.

Fig. 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit. Gemäß Darstellung in diesen Figuren ist eine Wirbelstromkammer 21 in einem konusförmigen Behälter 20 mit einander gegenüberliegenden geschlossenen Enden ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Ende mit dem größeren Durchmesser des konusförmigen Behälters 20 an der unteren Seite angeordnet. Rund um das untere Ende des Behälters 20 ist ein ringförmiger, vorübergehender Wirbelstromkanal 22 einstückig mit dem Behälter 20 ausgebildet. Der vorübergehende Kanal 22 steht mit einem Flüssigkeitszufuhr-Einlaß 23 an dem einen Ende in Verbindung, das nachfolgend als das einlaßseitige Ende bezeichnet wird. Ein Strömungsführungselement 24 ist an dem anderen Ende des vorübergehenden Kanals 22 vorgesehen, das in der Nähe des einlaßseitigen Endes angeordnet ist, welches andere Ende des vorübergehenden Kanals nachfolgend als das auslaßseitige Ende bezeichnet wird. Der vorübergehende Kanal 22 steht mit der Kammer 21 über eine einzelne Öffnung 25 in Verbindung, die an deren auslaßseitigem Ende angeordnet ist. Das Strömungsführungselement 24 besitzt eine Strömungsführungsfläche, die sich im wesentlichen in einer tangentialen Richtung zu dem inneren Umfang der Kammer 21 an der Öffnung 25 erstreckt, so daß die Flüssigkeit in die Kammer 21 von dem vorübergehenden Kanal 22 aus in einer tangentialen Richtung eingeleitet wird.

Der Behälter 20 besitzt eine Mehrzahl von kleinen Löchern 26, die durch die Umfangswand im wesentlichen in der oberen Hälfte des Behälters hindurchgehend ausgebildet sind. Der Behälter 20 ist in einem äußeren Gefäß bzw. einem Außenmantel 27 angeordnet, so daß die durch die kleinen Löcher 26 hindurch abgegebene Flüssigkeit innerhalb des Außenmantels 27 aufgenommen wird. Der Außenmantel 27 ist einstückig mit dem Behälter 20 und dem vorübergehenden Kanal 22 ausgebildet. Die in dem Außenmantel 27 aufgenommene Flüssigkeit wird durch einen Flüssigkeits-Abgabeauslaß 28 hindurch abgegeben.

Andererseits ist entlang der mittleren Achse der Kammer 21 in dem Behälter 20 eine mittlere Rohrleitung 29 angeordnet. Die mittlere Rohrleitung 29 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 30 zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem inneren Raum der mittleren Rohrleitung und der Kammer 21 ausgebildet. Das untere Ende der mittleren Rohrleitung 29 erstreckt sich durch das untere Ende des Behälter 21 und den Boden des Außenmantels bzw. äußeren Gefäßes 27 hindurch. Die mittlere Rohrleitung 29 dient dazu, feine Bläschen, die in Richtung zu dem mittleren Bereich der Kammer 21 durch eine Zentrifugalkraft konzentriert werden, einzufangen, die infolge des Wirbelstroms der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 21 erzeugt wird. Die konzentrierte Bläschen enthaltende Flüssigkeit, die in die mittlere Rohrleitung 29 durch die Öffnungen 30 hindurch einströmt, wird zu einem Bläschen-Abgabeauslaß 31 hin geführt.

Die Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe unter Druck gesetzt und durch einen Flüssigkeits-Zufuhreinlaß 23 hindurch in den vorübergehenden Kanal 22 eingeleitet. Dann strömt die Fliissigkeit durch den vorübergehenden Kanal 22 hindurch, um dessen auslaßseitiges Ende zu erreichen. Das einlaßseitige Ende und das auslaßseitige Ende des vorübergehenden Kanals 22 sind in enger Nähe zueinander angeordnet, so daß die Flüssigkeit in dem vorübergehenden Kanal 22 im wesentlichen entlang des gesamten Umfangs des Behälters 20 strömt. Während ihrer Bewegung ist die Flüssigkeit, da sie im wesentlichen in einer Umfangsrichtung strömt, Zentrifugalkräften ausgesetzt. Infolge des Unterschieds der Dichte sammelt sich die Bläschen enthaltende Fraktion der Flüssigkeit an dem inneren Bereich des vorübergehenden Kanals 22, und strömt sie entlang der den Kanal 22 begrenzenden inneren Wand. Andererseits strömt die Fraktion der Flüssigkeit, die eine hohe Dichte aufweist und die somit wenig Bläschen aufweist, konzentrisch entlang der äußeren Wand des vorübergehenden Kanals 22. Daher kann eine vorübergehende Abscheidung bzw. Trennung von Bläschen und Flüssigkeit innerhalb des vorübergehenden Kanals 22 stattfinden, um laminare Strömungen einer Flüssigkeitsfraktion hoher Dichte, die wenig Bläschen enthält, und einer Fraktion niedriger Dichte auszubilden, die konzentrierte Bläschen enthält. Des weiteren bewirkt die Konzentration der Bläschen enthaltenden Fraktion der Flüssigkeit zu dem inneren Bereich des vorübergehenden Kanals 22 ein gegenseitiges Zusammentreffen von Bläschen, wodurch eine Mehrzahl feiner Bläschen zusammengefaßt oder miteinander in Verbindung gebracht wird, um größere Bläschen zu bilden. Auf diese Weise kann während der Strömung in dem vorübergehenden Kanal 22 die Größe der Bläschen vergrößert werden.

Die das auslaßseitige Ende des vorübergehenden Kanals 22 erreichende Flüssigkeit wird mittels des Strömungsführungselements 24 geführt und in die Kammer 21 abgelenkt. Da wie oben ausgeführt die Führungsfläche des Elements 24 sich im wesentlichen in einer tangentialen Richtung zu dem inneren Umfang der Kammer an dem der Öffnung 25 zugewandten Rand erstreckt, beeinträchtigt das Strömungsführungselement 24 die Strömung der Flüssigkeit im wesentlichen nicht. Daher wird die Flüssigkeit in die Kammer 21 eingeleitet, ohne irgendeine beachtliche Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit zu bewirken und unter Aufrechterhaltung der laminaren Strömungen der Fraktionen. Da die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen ohne merkliche Verzögerung bei der Einleitung in die Kammer 21 aufrechterhalten wird und da die Flüssigkeit in tangentialer Richtung durch die einzelne Öffnung 25 hindurch eingeleitet wird, kann ein starker Wirbeistrom in der Kammer 21 erzeugt werden.

Die Kammer 21 dient als eine Art Zyklon, um eine Beschleunigung der Wirbelstromgeschwindigkeit in Richtung zu dem schmaleren oberen Ende zu bewirken, und die Bläschen enthaltende Fraktion der Flüssigkeit wird in das Wirbelzentrum hinein weiter konzentriert, um eine weitere Kombination bzw. Zusammenfassung einer Mehrzahl von Bläschen zu bewirken, um noch größere Bläschen auszubilden. Entsprechend kann die Flüssigkeitsfraktion mit geringerer Dichte, die konzentrierte Bläschen enthält, wirksam entfernt und durch die mittlere Rohrleitung 29 hindurch abgeführt werden. Andererseits strömt die Flüssigkeitsfraktion mit hoher Dichte, die im wesentlichen keine Bläschen enthält, in das Gefäß 21 hinein durch die kleinen Löcher 26 hindurch, um durch den Abgabeauslaß 28 hindurch abgegeben zu werden.

Zur Demonstration der Leistung der obenbeschriebenen Ausführungsform sind Vergleichsuntersuchungen durchgeführt worden. Für die Untersuchung ist eine Bläschen enthaltende Flüssigkeit hergestellt worden, indem durch eine feine Düse hindurch Hochdruck-Luft in Hydrauliköl eingespritzt wird und mit hoher Geschwindigkeit gerührt wird. Als Folge hiervon wurden feine Bläschen mit einem Durchmesser von etwa 100 um in dem Hydrauliköl erzeugt. Der Gehalt der Bläschen betrug etwa 10 Vol.-%. Die so hergestellte Flüssigkeit wurde mittels einer Pumpe unter Druck gesetzt und sowohl zu der Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als auch zu einer Vorrichtung des Standes der Technik gemäß Fig. 1 geführt, um den Grad bzw. das Ausmaß des Entfernens der Bläschen in jedem Fall zu prüfen. Das Bläschenentfernungs- bzw. Entgasungsverhältnis wird aus der nachfolgend angegebenen Gleichung abgeleitet. Es ist zu beachten, daß ein Bläschengehalt unter Verwendung einer in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.4-172 230 offenbarten Vorrichtung gemessen wurde.

wobei ist Br: die Bläschenentfernungsrate bzw. -geschwindigkeit (Vol.-%)

Bs: der Bläschengehalt in einem Zuführungsöl (Vol.-%)

Bd: der Bläschengehalt in dem abgegebenen Öl (Vol.-%).

Die Ergebnisse der Untersuchung sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Das Abgabeöl in Tabelle 1 wurde einer Hydraulikeinrichtung zugeführt, und ein in der Hydraulikeinrichtung erzeugter Hydraulikdruck wurde zur Bestimmung des Einflusses der Bläschen in dem Hydrauliköl gemessen. Es ist zu beachten, daß die Messung des Hydraulikdrucks an der Abgabeseite einer Hochdruck-Pumpe durchgeführt wurde, die in der Hydraulikeinrichtung eingebaut war.

Als ein Ergebnis der Untersuchungen betrug, wenn das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgegebene Öl zugeführt wurde, der Hydraulikdruck 104 kg/cm (1 kg/cm² = 0,98 bar), und betrug, wenn das aus der Vorrichtung des Standes der Technik abgeführte Öl zugeführt wurde, der Hydraulikdruck 101 kg/cm² (1 kg/cm² = 0,98 bar). Wenn die Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nicht verwendet wurde, betrug der Druck des Hydrauliköls (dessen Bläschengehalt bei etwa 10 Vol.-% betrug) 92 kg/cm² (1 kg/cm² = 0,98 bar).

Wie hieraus zu erkennen ist, führt ein verringerter Bläschengehalt, das heißt eine höhere Bläschenentfernungsrate, zu einem höheren Hydraulikdruck, wodurch eine höhere Arbeitseffizienz der Hydraulikeinrichtung erreicht wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung besitzt eine Bauweise, die in zwei Segmente an einem mittels einer Linie II-II bezeichneten Bereich unterteilt ist, die mit Hilfe von Schrauben 40 befestigt sind. Andere mögliche Bauweisen sind die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform und bedürfen keiner weiteren Detailerörterung. Die dargestellte Bauweise ist in Hinblick auf die Erleichterung des Reinigens und der Wartung der Vorrichtung von Vorteil, da sie ihre Aufteilung in die beiden Segmente gestattet.

Da wie oben angegeben die dargestellten Ausführungsformen einen Flüssigkeits Zufuhrkanal vorsehen, der als der vorübergehende Kanal arbeitet bzw. wirkt, der sich im wesentlichen entlang des gesamten Umfangs des Behälters 21 erstreckt, können die Fraktion hoher Dichte und die Fraktion der Flüssigkeit niedriger Dichte, die Bläschen enthält, voneinander getrennt werden, um laminare Strömungen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft während ihrer Hindurchbewegung durch den vonibergehenden Kanal zu bilden. Des weiteren werden die Bläschen in der Nähe der inneren Wand, die den Kanal begrenzt, konzentriert, und treffen diese Bläschen aufeinander, wobei sie zusammengefaßt werden, um Bläschen größerer Größe zu bilden. Da des weiteren die durch den vorübergehenden Kanal hindurchtretende Flüssigkeit in die Kammer durch eine einzelne Öffnung einströmt, kann die Störung der Flüssigkeitsströmung minimiert werden, so daß die Flüssigkeit in die Kammer eingeleitet werden kann, während eine ausreichende Strömungsenergie aufrechterhalten wird. Dies macht es möglich, daß ein Wirbelstrom erzeugt wird, der für ein wirksames Entfernen der Bläschen bzw. ein Entgasen stark genug ist.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit. In der nachfolgenden Offenbarung bezeichnen die gleichen Bezugszeichen, die bei den vorausgehenden Ausführungsformen verwendet worden sind, gleiche Elemente. Die dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmungs-Ratenregulierung bzw. - Geschwindigkeitsregulierung weiter verstärkt bzw. erhöht wird und daß die Leistung des Bläschenabscheidens bzw. Entgasens der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimiert wird. Wie in dem einleitenden Teil der Offenbarung angegeben ist, ist es für die Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit nach dem Wirbelstromprinzip wesentlich, einen starken Wirbelstrom zum wirksamen Entfernen der Bläschen aus der Flüssigkeit zu erzeugen. Zum Erzeugen eines starken Wirbelstroms ist die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit, die in die Kammer eingeführt werden, von Bedeutung. Wenn die Arbeitsweise der Pumpe, die die Flüssigkeit unter Druck setzt, schwankt, um die Flüssigkeitsströmungsrate bzw. -geschwindigkeit zu verändern, werden die Wirbelstrom bedingungen in der Kammer hiermit einhergehend verändert, um Veränderungen der Leistung des Entfernens der Bläschen bzw. des Entgasens zu bewirken. Wenn die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit kleiner als eine Entwurfs-Strömungsgeschwindigkeit ist, bei der die Leistung des Entgasens bzw. Entfernens der Bläschen optimiert ist, werden die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit niedriger, was zu einer verringerten Wirbelstromenergie führt. Dann wird die Zentrifugalkraft zum Aufteilen der von Bläschen befreiten Fraktion hoher Dichte und der Bläschen enthaltenden Fraktion niedriger Dichte unzureichend. Wenn andererseits die Flüssigkeitsströmungsgeschwind igkeit übermäßig groß ist, wird die Wirbelstromgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Kammer übermäßig hoch, wodurch die Verweilzeit verkürzt wird, während der die Flüssigkeit in der Kammer verweilt, die zu kurz wird, um die Bläschen enthaltende Fraktion in zufriedenstellender Weise abzuscheiden. Daher ist es erwünscht, die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit, wie diese in die Kammer eingeführt werden, zu regeln.

Zu diesem Zweck besitzt die dargestellte Ausführungsform einen Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus, der innerhalb des äußeren Gefäßes bzw. des Außenmantels 27 unterhalb der Kammer 21 angeordnet ist. Der Flüssigkeitszufuhr- Regelungsmechanismus umfaßt einen Plunger 50, einen Kolben 51, eine Kolbenstange 52, die den Plunger 50 und den Kolben 51 verbindet, eine Feder 53, die zwischen dem Unterteil der Vorrichtung und dem Unterteil des Kolbens 21 zur Ausbildung einer nach oben gerichteten Vorspannkraft für den Kolben vorgesehen ist, eine Pilotdruckkammer 54, eine Bezugsdruckkammer 55, eine Pilotdruckleitung 56 zum Einleiten des Drucks in dem vorübergehenden Kanal 22 in der Nähe des Flüssigkeits-Zufuhreinlasses 23, und einen Bezugsdruck-Einführungskanal 57.

Der Plunger 50 besitzt einen Durchmesser im wesentlichen entsprechend dem unteren Ende mit dem größeren Durchmesser des Behälters 20 zum wesentlichen Verschließen dieses Endes. Der Plunger so ist auch mit einer Dicke ausgebildet, die zum mindestens teilweisen Verschließen der Öffnung 25 notwendig ist. Der Plunger 50 bewegt sich entsprechend der Tätigkeit des Kolbens 51 zur Veränderung des Stromwegbereichs der Öffnung 25 hin und her. Die obere Stirnebene des Plungers 50 bildet die Unterseite der Kammer 21, und in ihrem mittleren Bereich ist eine Aussparung 50a zur Aufnahme des unteren Endes der mittleren Rohrleitung 29 bei der aufwärts gerichteten Schiebebewegung des Plungers ausgebildet.

Der Bezugsdruck-Einführungskanal 57 erstreckt sich durch den Plunger 50 hindurch in der Nähe seines Umfangs und erstreckt sich weiter zwischen der Wand des Außenmantels bzw. des äußeren Gefäßes 27 und einer Trennwand 58. Dieser Kanal 57 steht mit der Bezugsdruckkammer 55 in Verbindung, die durch die Trennwand 58, den Kolben 51 und die Bodenwand des äußeren Gefäßes bzw. des Außenmantels 27 begrenzt bzw. gebildet ist, durch einen Verbindungsweg 61 hindurch, die an dem unteren Ende der Trennwand 58 ausgebildet ist.

Andererseits erstreckt sich die Pilotdruckleitung 56 zwischen dem vorübergehenden Kanal 22 in der Nähe des einlaßseitigen Endes (s. Fig. 6) und der Pilotdruckkammer 54, die durch die Trennwand 58, den Kolben 51 und die Wand des Außenmantels bzw. äußeren Gefäßes 27 begrenzt bzw. gebildet ist, zur Ausbildung einer dazwischen liegenden Verbindung. Der Kolben 51 trägt eine Dichtungspakkung 60 an seinem Außenumfang zur Ausbildung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung, um hierdurch die Pilotdruckkammer 54 und die Bezugsdruckkammer 55 voneinander zu trennen. Die Kolbenstange 52, die den Kolben 51 und den Plunger 50 verbindet, ist mit einer ringförmigen Packung 59 zur Verschließung der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Bezugsdruck-Einleitungskanal 57 und der Pilotdruckkammer 54 abgedichtet.

Bei der obenbeschriebenen Vorrichtung wird der Zufuhrdruck der Flüssigkeit an dem vorübergehenden Kanal 22 in die Pilotdruckkammer 54 als ein Pilotdruck durch die Pilotdruckleitung 56 hindurch eingeleitet. Andererseits wird der Druck in der Kammer 21 in die Bezugsdruckkammer 55 als ein Bezugsdruck eingeleitet. Daher wird eine nach oben gerichtete Kraft an dem Kolben 51 als eine zusammengesetzte Kraft aus dem Bezugsdruck in der Bezugsdruckkammer 55 und der Federkraft der Feder 53 ausgeübt. Andererseits wird eine nach unten gerichtete Kraft an dem Kolben 51 durch den Pilotdruck in der Pilotdruckkammer 54 ausgeübt. Der Kolben 51 wird somit in einer Position angeordnet, bei der ein Kräftegleichgewicht auf beiden Seiten ausgebildet ist. In der Kolbenposition, bei der das Kräftegleichgewicht ausgebildet ist, unterscheiden sich die Drücke an dem Flüssigkeits-Zufuhreinlaß 23 und in der Kammer 21 in ihrer Größe entsprechend der mittels der Feder 53 bestimmten Einstellkraft.

Wenn der Zufuhrdruck an dem Flüssigkeits-Zufuhreinlaß 23 infolge einer Verringerung der Strömungsrate erniedrigt wird, wird der Druck in der Pilotdruckkammer 54 entsprechend zur Störung des Kräftegleichgewichts erniedrigt. Dies führt zu einer aufwärts gerichteten Bewegung des Kolbens 51. Die aufwärts gerichtete Bewegung des Kolbens 51 bewirkt eine aufwärts gerichtete Bewegung des Plungers 50, um den Flüssigkeitsströmungswegbereich an der Öffnung 25 sowie das Volumen der Kammer 21 zu verkleinern bzw. zu verringern. Die so geschaffene größere Flüssigkeitsströmungseinschränkung bewirkt eine Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit der in die Kammer 21 eingeleiteten Flüssigkeit. Das verringerte Volumen der Kammer 21 hält des weiteren die für die zentrifugale Abscheidung notwendige Strömungsgeschwindigkeit aufrecht. Wenn andererseits der Zufuhrdruck an dem Flüssigkeitseinlaß 23 infolge einer Vergrößerung der Strömungsrate erhöht wird, kann der erhöhte Druck die zusammengesetzte Kraft aus dem Bezugsdruck, der dem Druck in der Kammer 21 entspricht, und aus der Federkraft der Feder 53 überwinden, um den Kolben 51 zusammen mit dem Plunger 50 nach unten zu bewegen. Entsprechend werden der Flüssigkeitsströmungswegbereich an der Einlaßöffnung 25 sowie das Volumen der Kammer 21 vergrößert, um den Flüssigkeitsdruck bei der Einleitung in die Kammer zu verringern. In dieser Weise kann der Flüssigkeitsdruck bei der Einleitung in die Kammer 21 geregelt werden, um die Winkelgeschwindigkeit des Wirbelstroms der Flüssigkeit zu regeln. Folglich können durch geeignetes Justieren der durch die Feder 53 vorgesehenen Einstellkraft die Strömungsgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit der Flüssigkeit zur Optimierung der Leistung des Entgasens bzw. Entfernens von Bläschen optimiert werden.

Es ist zu beachten, daß, obwohl die vorausgehende Ausführungsform von einer auf eine Druckdifferenz reagierenden Einheit aus Kolben und Plunger zum Justieren des Flüssigkeitsströmungswegbereichs zum Regeln der in die Kammer eingeleiteten Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit Gebrauch gemacht wird, es möglich ist, die gleiche Wirkung durch eine elektrische Regelung der Position des Plungers unter Verwendung der Drücke an dem Flüssigkeits-Zufuhreinlaß 23 und in der Kammer 21 als Parameter zu erreichen.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, ist für den Fachmann erkennbar und einzusehen, daß die vorstehenden und zahlreiche weitere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen durchgeführt werden können, und zwar ohne hierbei die Erfindung zu verlassen. Daher ist die Erfindung nicht als auf die besonderen Ausführungsformen, die oben beschrieben worden sind, beschränkt zu verstehen, sondern soll sie auch alle möglichen Ausführungsformen umfassen, die innerhalb des Rahmens liegen, der in Hinblick auf die in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Merkmale umfaßt ist.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten nach dem Wirbelstromprinzip, umfassend:

einen Behälter (20), der einen kreisrunden Querschnitt und eine vorbestimmte axiale Länge aufweist und an beiden axialen Enden geschlossen ist, wobei der genannte Behälter eine im wesentlichen konusförmige Wirbelstromkammer (21) mit einem breiteren unteren Ende definiert;

eine Mehrzahl von Löchern (26), die in bestimmten Bereichen in der Nähe der oberen Hälfte der Umf angswand des genannten Behälters (20) zum Ablassen einer entgasten Fraktion einer Flüssigkeit aus der genannten Wirbelstromkammer ausgebildet sind;

einen Außenmantel (27), der den genannten Behälter (20) umgibt und die durch die genannten Löcher (26) aus der genannten Wirbelstromkammer (21) abgelassene Flüssigkeit aufnimmt, um die aufgenommene Flüssigkeit zu einem Auslaß zu leiten;

eine mittlere Rohrleitung (29), die in der genannten Wirbelstromkammer (21) angeordnet ist und im wesentlichen entlang der mittleren Achse der genannten Wirbelstromkammer (21) verläuft; und

eine Mehrzahl von Durchbrüchen (30) durch die genannte mittlere Rohrleitung in der genannten Kammer (21), um die gashaltige Fraktion aus der genannten Wirbelstromkammer (21) zum Ablassen zu entfernen;

dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung ferner einen ringförmigen vorübergehenden Wirbelstromkanal (22) umfaßt, der wenigstens in etwa um den gesamten Umfang des breiteren Endabschnittes des genannten Behälters (20) verläuft, wobei das einlaßseitige Ende des ringförmigen vorübergehenden Wirbelstromkanals (22) mit einem Flüssigkeitszuführungseinlaß (23) in Verbindung steht, wobei eine einzelne Öffnung (25) durch den breiteren unteren Endabschnitt der genannten Umfangswand der genannten Wirbelstromkammer (21) definiert ist, um das auslaßseitige Ende des genannten ringförmigen vorübergehenden Wirbelstromkanals (22) zu bilden, die die genannte Wirbelstromkammer (21) mit dem genannten vorübergehenden Wirbelstromkanal (22) verbindet, wobei die genannte Öffnung (25) die Aufgabe hat, die Flüssigkeit von dem vorübergehenden Wirbelstromkanal (22) in einer im wesentlichen tangentialen Richtung zu der genannten Wirkelstromkammer (21) in die genannte Wirbelstromkammer (21) einzuleiten, wobei ferner ein Stromführungselement (24) am auslaßseitigen Ende des genannten vorübergehenden Wirbelstromkanals (22) in der Nähe des genannten Flüssigkeitszuführungseinlasses (23) und der genannten Öffnung (25) zum Leiten des Flüssigkeitsstroms mit geringer winkelablenkung in die genannte Wirbelstromkammer (21) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus, der auf eine Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsdruck an einem Einlaß des genannten vorübergehenden Wirbelstromkanals (22) und dem Flüssigkeitsdruck in der genannten Wirbelstromkammer (21) reagiert, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bei deren Einleiten in die genannte Wirbelstromkammer (21) zu regeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der genannte Behälter (20), der genannte Außenmantel (27) und der genannte ringförmige vorübergehende Wirbelstromkanal (22) integriert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der genannte vorübergehende Wirbelstromkanal (22) mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeitsquelle verbunden ist, um eine unter Druck stehende Flüssigkeit in einer im wesentlichen tangentialen Richtung einzuleiten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der genannte Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus ein Element umfaßt, das relativ zu der genannten einzelnen Öffnung (25) beweglich ist, um deren Flüssigkeitsströmungsbereich zu beschränken, um dadurch den Flüssigkeitsströmungsbereich in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der genannten Wirbelstromkammer (21) und dem genannten Einlaß des genannten vorübergehenden Wirbelstromkanals (22) zu justieren&sub1; um die strömungsgeschwindigkeit der in die genannte Wirbelstromkammer (21) eingeleiteten Flüssigkeit zu regulieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das genannte bewegliche Element im wesentlichen einen Boden der genannten Wirbelstromkammer (21) definiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das genannte bewegliche Element einen Stäßel (50) umfaßt, der eine Dicke aufweist, die ausreicht, um wenigstens teilweise die genannte einzelne Öffnung (25) zu blockieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der genannte Flüssigkeitszufuhr-Regelungsmechanismus ferner eine Pilotdruckkammer (54) umfaßt, die mit dem genannten vorübergehenden Wirbelstromkanal (22) in der Nähe eines einlaßseitigen Endes davon in Verbindung steht, wobei eine Referenzdruckkammer (55) mit der genannten Wirbelstromkammer (21) in Verbindung steht und von der genannten Pilotdruckkammer (54) in flüssigkeitsdichter Weise getrennt ist, und wobei sich ein Kolben (51) zwischen der genannten Pilotdruckkammer (54) und der genannten Referenzdruckkammer (55) befindet und mit dem genannten beweglichen Element verbunden ist, wobei sich der genannte Kolben (51) in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der genannten Pilotdruckkammer (54) und der genannten Referenzdruckkammer (55) bewegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der genannte Flüssigkeits zufuhr-Rege lungsmechanismus ferner eine Feder (53) umfaßt, die normalerweise gegen den genannten Kolben (51) drückt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die genannte Pilotdruckkammer (54) und die genannte Referenzdruckkammer (55) innerhalb des genannten Außenmantels (27) definiert sind.







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