Bisheriger Stand der Technik Die gegenwärtigen Anlagen verwenden zur Begasung von Flüssigkeiten ein aus deren mechanischen oder pneumatischen Prinzip folgendes Verfahren.

Mechanische Anlagen gewährleisten die Begasung von Flüssigkeiten mit Hilfe einer durch ein Diagonal-oder Radialrad erzeugten Flüssigkeitsströmung, das teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht ist und das bei der Rotation die Flüssigkeit durch einen abgschlossenen diagonalen Kanal über den Flüssigkeitsspiegel transportiert, wo sie versprüht und dadurch mit der Luft vermischt wird.

Der Nachteil des Verfahrens derartiger Anlagen ist die Anwesenheit von Nebel und Aerosolen, die bei der Versprühung der Flüssigkeit in die Luft entstehen, was bei chemischen Stoffen oder bei verunreinigter Flüssigkeit hygienische Gesundheitsschädlichkeit in deren Umgebung bewirkt. Ebenso sind derartige Anlagen durch häufige Störungen und eine geringe Ausnutzung des Luftsauerstoffs gekennzeichnet.

Weitere mechanische Anlagen gewährleisten die Begasung von Flüssigkeiten durch ein auf dem Boden des Behälters in der Flüssigkeit befindliches Radialrad, das bei der Rotation die Flüssigkeit in radialer Richtung transportiert. Die transportierte Flüssigkeit bildet dabei im Stator der Anlage eine Saugwirkung, mit der Luft über die über dem Flüssigkeitsspiegel mündenden Luftrohrleitungen herbeigeführt wird, die sich nachfolgend mit der Flüssigkeit vermischt und dann durch die im Statorkörper der Anlage installierten Kanäle in die Flüssigkeit gedrückt wird.

Der Nachteil derartiger Anlagen ist die Notwendigkeit ihrer Installation auf dem Boden des Flüssigkeitsbehälters aufgrund der Gewährleistung einer wirksamen Mischung der Flüssigkeit. Das hat jedoch große energetische Ansprüche an die Gewährleistung des Luftansaugens und die Entstehung sogenannter durch den Abfluß des Gemischs von Flüssigkeit und Luft durch die starr im Stator installierten Radialkanäle gebildeten Strömungsschornsteine zur Folge.

Andere mechanische Anlagen gewährleisten die Begasung von Flüssigkeiten mittels Ejektor, in den die Flüssigkeit mit einer Radialpumpe transportiert wird und durch ihre Strömung im Ejektor einen Unterdruck erzeugt, der das Ansaugen der Luft über die über dem Flüssigkeitsspiegel mündenden Luftrohrleitungen gewährleistet.

Nachteil des Verfahrens derartiger Anlagen ist die geforderte, das Ansaugen der Luft gewährleistende höhere Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung im Ejektor und deren geringer Wirkungsgrad infolge der Entstehung von Verlusten bei der strömenden Flüssigkeit im Ejektor und aufgrund der Bildung sogenannter Strömungsschornsteine, die durch den Abfluß des Gemisches aus Flüssigkeit und Luft aus dem Ejektor entstehen.

Bekannt ist auch die mechanische Anlage entsprechend des Gebrauchsmusters CZ Nr. 10103 und CZ PV 1988-2787, bei dem die Begasung durch eine Propellerpumpe erfolgt, deren Laufrad am unteren Teil einer senkrechten Hohlwelle befestigt ist. Die Hohlwelle hat dabei Öffnungen mit einem Gitter im oberen Teil, die die erzwungene Luft-oder Gaszufuhr gewährleisten, und im unteren Teil an den Schaufeln des spiralförmigen Laufrads hat sie eine Verstärkung, die sich tangential in Richtung Schaufelausflußkante vergrößert. In diesem Teil der mit einem weiteren Gitter ausgestatteten Schaufeln wird die Luft bei Rotation der Schaufeln in Form von Blasen in die Flüssigkeit verteilt. Das Laufrad ist dabei in einen achsengleich montierten senkrechten beidseitig durchläufigen Rohrdiffusor eingesetzt, der je nach Drehrichtung die Änderung der Durchflußrichtung der Flüssigkeit ermöglicht. Bei ausgeschalteter Luftzufuhr arbeitet die Anlage als gewöhnlicher Flüssigkeitsdurchlaufmischer und bei eingeschalteter Luftzufuhr als ihr Begaser.

Nachteil einer derartigen Lösung ist der hohe Preis der Druckluftquelle, sowie der Druckluftverteilung, die Notwendigkeit der Nutzung eines leistungsfähigen, das Umpumpen eines großen Flüssigkeitsvolumens gewährleistenden Motors und die Überwindung der Watwiderstände der eingetauchten Anlagenteile.

Auch bekannt ist die Lösung entsprechend WO 97/11772, bei der der Motor in einer wasserdichten Kammer montiert ist, die die Funktion eines Schwimmers und zugleich eines Ausrichters der Strömung der gemischten Flüssigkeit erfüllt, wobei der Motor das senkrecht oder schräg in die Flüssigkeit eingetauchte Laufrad antreibt. Die Anlage kann dabei auch mit einer am Laufrad mündenden Druckgaszufuhr ausgestattet sein und das Laufrad kann sich gleichzeitig zwischen sich schräg erweiternden Platten befinden, die an der wasserdichten Kammer befestigt sind, bzw. auch in über der Oberfläche mündenden Führungsplatten. Die wasserdichte Kammer kann mit Schaufeln ausgestattet sein und die Funktion eines großen Laufrades erfüllen. Bei ausgeschalteter Druckgaszufuhr erfüllt die Anlage die Funktion eines geläufigen Mischers von in Richtung ihres Bodens strömender Flüssigkeit und bei eingeschalteter Druckluftzufuhr die Funktion zur Begasung der in gleiche Richtung strömenden Flüssigkeit.

Der Nachteil einer derartigen Lösung ist der hohe Preis der Druckluftquelle, der hohe Preis der Druckluftverteilung, die Überwindung eines großen Flüssigkeits-widerstands, der während der Rotation der Laufradschaufeln in der Flüssigkeit zwischen den sich erweiternden Platten der wasserdichten Kammer entsteht, die Nichtermöglichung einer feinen Luftverteilung bei der Flüssigkeitsbegasung, die Kompliziertheit der Konstruktion, der finanzielle und der hohe energetische Aufwand während des Betriebs. Eine andere Variante dieser Lösung verspritzt vermischte oder begaste Flüssigkeit über ihrer Oberfläche, wodurch Nebel und Aerosole entstehen, was bei chemischen Stoffen oder bei verunreinigter Flüssigkeit hygienische Gesundheitsschädlichkeit in deren Umgebung bewirkt.

Ebenso bekannt ist die Lösung entsprechend dem Patent US Nr.

5,454,986, die aus dem Mischbecken mit einem halbringförmigen, tiefer als die Bodenmitte dieses Beckens gelegenen Boden. Über der erhöhten Bodenmitte des Beckens befindet sich das mit der Welle und dem Motor verbundene Laufrad. Der Motor befindet sich über der Oberfläche. Auf das Laufrad wird Druckluft geführt, die vom Flüssigkeitsstrom in Richtung halbringförmigen Boden mitgenommen wird. Den Flüssigkeitsstrom erzeugt das Laufrad.

Nachteil dieser Lösung ist, daß sie ein Becken mit anspruchsvoller Formkonstruktion erfordert, und die Tatsache, daß diese Lösung für kleine Volumen von Becken bestimmt ist.

Die Flüssigkeitsbegasung gewährleistende pneumatische Anlagen bestehen überwiegend aus einer Druckluftquelle, zumeist einem Gebläse, den die Druckluftverteilung in kleine Bläschen gewährleistenden Begasungsmembranen und den Drucklufttransportleitungen von der Druckluftquelle in die Begasungsmembranen. Nachteil der Tätigkeitsweise pneumatischer Anlagen zur Flüssigkeitsbegasung ist, daß sie die Verwendung lärmender Druckluftquellen mit einem aufwendigen Bauobjekt, den Bau komplizierter Drucklufttransportrohrleitungen und die Entleerung des Beckens bei Installation der Begasungsmembranen erfordern. Die technische Kompliziertheit derartiger Anlagen bewirkt häufige Störungen der Begasungsmembranen aufgrund der Verstopfung der die transportierte Luft in kleine Bläschen verteilenden bzw. die ständige Unterbrechung des Luftstroms während des Betriebs gewährleistenden kleinen Öffnungen. Aus diesen Gründen erfordern die angeführten Anlagen hohe Investitionskosten.

Gemeinsamer Nachteil der vorher angeführten Tätigkeitsweisen und der auf ihrem Prinzip arbeitenden Anlagen ist, daß sie ohne Luft nicht für die Mischung von Flüssigkeiten verwendbar sind und daher ist es bei Notwendigkeit des Wechselns der Mischung von Flüssigkeiten ohne und mit Luftzufuhr erforderlich, zwei einem Zweck dienende Anlagen mit selbständigen Flüssigkeitskammern zu verwenden, die untereinander durch Rohrleitungen mit geeigneten Armaturen verbunden sind, wodurch sie technische kompliziert und ökonomisch aufwendig sind.

Bekannt ist auch eine Anlage zur Begasung und/oder Vermischung von Flüssigkeiten entsprechend dem Gebrauchsmuster SK Eintr. Nr. 2841 (PÜV 0143-2000), wo die Begasungs-und/oder Mischungsweise der Flüssigkeiten direkt aus ihrer Tätigkeit folgt. Die Anlage hat einen über der Flüssigkeitsoberfläche installierten Elektromotor, der ein Laufrad mit Axialschaufeln dreht, das die Flüssigkeit in senkrechter Richtung vom Beckenboden über einen Saugstutzen, Leitschaufeln und einen Transportkanal in das Mischrad transportiert, in dem die Flüssigkeit mit ihrer dynamischen Wirkung einen Unterdruck in der Ansaugspalte erzeugt, wodurch Luft durch die Saugrohrleitung angesaugt und mit der Flüssigkeit vermischt wird. Die entstandene Mischung aus Flüssigkeit und Luftbläschen wird dann über Richtungsschaufeln in horizontaler Richtung in das Becken transportiert, wobei die Krümmung der Richtungsschaufeln die Rotation des Mischrades angibt. Die Anlage ist auf einem tragenden Schwimmer installiert, der auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt und die Anlage in konstanter Tiefe im Intervall von 0,1 m bis 5,0 m unter der Flüssigkeitsoberfläche hält.

Nachteil der Tätigkeitsweise dieser Anlage ist, daß der Elektromotor über der Oberfläche installiert ist, was die Konstruktionsmaße der ganzen Anlage, ihr Gewicht und die Anforderungen an den Einsatz ihrer rotierenden Teile vergrößert. Ihr weiterer wesentlicher Nachteil ist die Verwendung der Kombination der senkrechten Flüssigkeitsströmung und ihrer Umleitung in die horizontale Richtung, was die hydraulischen Verluste bei dieser Begasungs-und/oder Mischungsweise von Flüssigkeiten erhöht, da die horizontale Ausflußrichtung des Gemischs aus Flüssigkeit und Luftbläschen deutlich die Ausnutzung der dynamischen Energie des Flüssigkeits-und Luftbläschengemischs verringert.

Wesen der Erfindung Die angeführten Mängel beseitigt in erheblichem Maße die Anlage zur senkrechten Begasungs-und/oder Mischungsweise entsprechend dieser Erfindung, die sich aus dem Schwimmer, dem Tauchelektromotor, dem Laufrad mit den Axialschaufeln, dem Außenmantel mit den Leitschaufeln, den Luftansaugrohrleitungen, den Mischkammern für Luft und Flüssigkeit, dem glockenartigen Körper und dem tragenden Körper besteht, deren Wesen es ist, daß sich auf der Oberfläche der begasten und/oder gemischten Flüssigkeit der tragende Schwimmer befindet, der mit dem von unten geöffneten glockenartigen Körper verbunden ist, in dem der tragende Körper der Anlage, der Tauchelektromotor und die Welle eingesetzt sind. Auf der Welle befindet sich das Laufrad mit den Axialschaufeln. Dabei befindet sich im tragenden Körper der Anlage auch der vertikal durchflossene Außenmantel mit den Leitschaufeln und wenigstens eine Luftansaugrohrleitung mit wenigstens einer Mischkammer für Flüssigkeit und Luft in der Weise, daß der tragende Körper der Anlage den Raum hinter den Leitschaufeln über die Düse mit der Öffnung der Luftansaugrohrleitung und der Öffnung der Mischkammer für Flüssigkeit und Luft. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Achse der Mischkammer für Flüssigkeit und Luft mit der vertikalen Achse des Tauchelektromotors einen Winkel von 0 bis 60 Grad umschließt, und/oder wenn sich die Düse unter der Oberfläche der begasten und/oder gemischten Flüssigkeit in einer Tiefe von 0,1 bis 5 m befindet.

Der größte Vorteil der Anlage zur vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung ist, daß durch die kleine Geschwindigkeit und die große Durchflußmenge der Flüssigkeit eine bessere Energienutzung des Elektromotors gewährleistet wird, die an die Flüssigkeit über das Laufrad mit den Axialschaufeln abgegeben wird, wodurch das Ansaugen der geforderten Luftmenge gesichert wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, daß die Erhöhung der Leistung derartiger Anlagen insbesondere vom Massedurchfluß der Flüssigkeit direkt abhängig ist, wozu das Laufrad mit den Axialschaufeln minimale Energie benötigt. Ebenso ist es ein Vorteil der vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung, daß der aus den Mischkammern ausfließende Strom des Luft- und Flüssigkeitsgemischs in der Flüssigkeit durch die Mischkammern von der vertikalen Strömung der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbecken in einem Winkel von 0 bis 60 Grad umgelenkt wird, was eine größere Nutzung der dynamischen Energie des Luft-und Flüssigkeitsgemischs und auch die allmähliche Auflösung des Luft-und Flüssigkeitsgemischs bei Minimalisierung der Bildung sogenannter Strömungsschornsteine ermöglicht, wodurch eine bis zu dreifache Ausnutzung des Luftsauerstoffs bzw. sein bis zu dreifacher Übergang in die begaste Flüssigkeit gegenüber dem gegenwärtigen Stand der Technik erreicht wird.

Übersicht der Abbildungen auf der Zeichnung Ein Beispiel der Anlage zur vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten ist auf der beigefügten Abb. 1 schematisch im Querschnitt dargestellt, wobei sich die Anlage entsprechend der Erfindung in einem Flüssigkeitsbecken befindet.

Beispiele der Realisieruna der Erfindung Die in Abb. 1 dargestellte Anlage zur vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung besteht aus dem Schwimmer 8, dem Tauchelektromotor 1, dem Laufrad mit den Axialschaufeln 2, dem Außenmantel mit den Leitschaufeln 3, dem Paar Luftansaugrohren 6, dem Paar Mischkammern für Luft und Flüssigkeit 5, dem glockenartigen Körper 7 und dem tragenden Körper 9, wobei sich die dargestellte Anlage in einem Becken 10 befindet.

Auf der Oberfläche der begasten und/oder gemischten Flüssigkeit befindet sich im Becken 10 der tragende Schwimmer 8, der mit einem von unten geöffneten glockenartigen Körper 7 verbunden ist, in dem der tragende Körper 9 der Anlage montiert ist. Im tragenden Körper 9 der Anlage ist dabei der Tauchelektromotor 1 eingesetzt, auf dessen Rotationswelle sich das Laufrad mit den Axialschaufeln 2 befindet.

Zugleich sind im tragenden Körper 9 der Anlage auch der vertikal durchflossene Außenmantel mit den Leitschaufeln 3, das Paar Luftansaugrohre 6 und das Paar Mischkammern für Flüssigkeit und Luft 5 so montiert, daß der tragende Körper 9 der Anlage den Raum hinter den Leitschaufeln 3 über die Düse 4 mit der Öffnung des Luftansaugrohres 6 und der Mischkammer für Flüssigkeit und Luft 5 verbindet. Die Achse der Flüssigkeit-und Luftmischkammer 5 umschließt dabei von der vertikalen Achse des Tauchelektromotors 1 einen Winkel von 0 bis 60 Grad.

Die in Abb. 1 dargestellte Anlage zur Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung ist auf der Oberfläche einer Flüssigkeit in einem Becken 10 an einen tragenden Schwimmer 8 in der Weise montiert, daß ihre im tragenden Körper 9 der Anlage montierte Düse 4 sich in einer Tiefe von 0,1 bis 5 m unter der Oberfläche der begasten und/oder gemischten Flüssigkeit befindet. Nach Inbetriebnahme des Tauchelektromotors 1 wird über die Antriebswelle das Laufrad mit den Axialschaufeln 2 in Bewegung gesetzt, das sofort Flüssigkeit im Inneren des von unten geöffneten glockenartigen Körpers 7 in vertikaler Richtung zur Achse des Tauchelektromotors 1 über den vertikal durchflossenen Außenmantel mit den Leitschaufeln 3 in den tragenden Körper 9 der Anlage zur Düse 4 transportiert. Hinter der Düse 4 bildet sich durch die dynamische Wirkung der Flüssigkeitsströmung ein Unterdruck, der durch bestimmte geläufig bekannte hydraulische Bedingungen selbsttätig Luft über die Luftansaugrohrleitung 6 aus der Umwelt ansaugt, die anschließend in den Mischkammern für Flüssigkeit und Luft 5 mit der Flüssigkeit vermischt wird. Das derartige Luft-Flüssigkeitsgemisch strömt mit einem Winkel von 0 bis 60 Grad durch die Öffnung in den Mischkammern 5 in die Flüssigkeit im Becken 10, wo es sich allmählich in der Flüssigkeit verteilt und die Luft daraus fortlaufend in die Umwelt entweicht. Nach einem derartigen Absinken der Drehzahl des Tauchelektromotors 1, daß der Unterdruck hinter der Düse 4 durch die dynamische Wirkung der Flüssigkeitsströmung keine ausreichenden Bedingungen für das selbsttätige Luftansaugen über die Luftansaugrohrleitung 6 der Anlage aus der Umwelt bildet, d. h. bei einer Verringerung der Drehzahl von 99 bis 15 % vom Arbeitsregime zur Flüssigkeitsbegasung oder bei entgegengesetzten Umdrehungen des Tauchelektromotors 1, wie sie zur Flüssigkeitsbegasung geeignet sind, erfüllt die vertikale Anlage entsprechend der Erfindung nur die Funktion der Flüssigkeitsmischung ohne Lufteinbindung. Mit einer derartigen Bedienung der Drehzahlen des Tauchelektromotors 1 erfüllt die vertikale Anlage entsprechend der Erfindung die Funktion der Begasung und/oder im Bedarfsfall ohne Luftzutritt der Mischung der in einem Becken 10 befindlichen Flüssigkeit.

Die beschriebene und abgebildete Anlage ist dabei nicht die einzige mögliche Realisierung des Verfahrens zur vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung, da eine andere Realisierung der Anlage eins oder mehr als zwei Luftansaugrohre haben kann, bzw. eine oder mehr als zwei Mischkammern für Luft und Flüssigkeit, deren Achse mit der vertikalen Achse des Tauchelektromotors einen beliebigen Winkel von 0 bis 60 Grad umschließen kann, wobei die Anzahl der Luftansaugrohre von der Anzahl der Mischkammern verschieden sein kann und die einzelnen Mischkammern können zur Achse des Tauchelektromotors verschiedene Winkel haben. Weiterhin können die Mischkammern während des Betriebs der Anlage um die Achse des Tauchelektromotors rotieren. Ebenso kann die Mischung von Luft mit der Flüssigkeit über nicht dargestellte Bedienungselemente erzwungen sein. Auf der Oberfläche der begasten und/oder gemischten Flüssigkeit kann sich im Becken ebenso ein tragender Schwimmer befinden, der mit dem von unten geöffneten glockenartigen Körper über die Luftansaugrohrleitung verbunden ist und der Einsatz des tragenden Körpers im glockenartigen Körper der Anlage kann auch in anderer alternativ bekannter Weise erfolgen. Ebenso können die Anlagen entsprechend der Erfindung in großen Becken arbeiten, wie z. Bsp. in Fischteichen, Talsperren u. ä., bzw. in Flußbetten.

Industrielle Verwendbarkeit Die Anlage zur vertikalen Begasung und/oder Mischung von Flüssigkeiten können auch dort verwendet werden, wo die Flüssigkeit zu begasen und damit mit Sauerstoff anzureichern und/oder zu vermischen ist, zum Beispiel bei der Reinigung Oberflächen-, Grund-und Abwasser, bei der Wasseraufbereitung u. ä., insbesondere in der Landwirtschaft, in der Lebensmittel-, Chemie-und sonstigen Industrie.