[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung mit einer
Förderpumpe und einer Förderleitung.
[0002] Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtungen bestehen aus einer Förderpumpe und einer Förderleitung,
und werden beispielsweise in der Online-Analytik, der Probennahme, der Probensammlung
und zur Probenförderung einer Flüssigkeitsprobe aus Abwasser zu einem entfernt vom
Probenentnahmeort angeordneten Analysegerät eingesetzt. Derartige Anordnungen werden
beispielsweise in Kläranlagen zur Überwachung des Abwassers bzw. des Klärungsprozesses
verwendet. Obwohl die Flüssigkeitsproben in Kläranlagen in der Regel bereits nahezu
vollständig von Feststoffen befreit sind, enthalten Sie noch Nährstoffe. Die Nährstoffe
ermöglichen Bakterienwachstum. Hierdurch kann sich in der Förderleitung, in der die
Flüssigkeitsprobe kontinuierlich gefördert wird, ein bakterieller Belag bilden, in
dem sich auch noch weitere gelöste Bestandteile, z. B. Eisendreichlorid und Fette,
einlagern und verfestigen können, was im Extremfall zu einer vollständigen Verstopfung
der Förderleitung führen kann. Ferner kann die bakterielle Beschichtung die durch
die Förderleitung fließende Probe verändern, beispielsweise durch Ammoniumabbau durch
Nitrifikation, so dass die anschließend in dem Analysengerät vorgenommenen Bestimmungen
von Abwasserparametern fehlerhaft ausfallen. Um dies zu vermeiden, ist eine häufige
Reinigung und Wartung der Förderleitung erforderlich.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung zu schaffen,
bei der die Förderleitung weniger Wartung und Reinigung erfordert.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
[0005] Bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung fördert die Förderpumpe impulsartig und
sind die Förderleitung und die Förderpumpe derart ausgelegt, dass das Ausdehnungsvolumen
der Förderleitung während des Förderpulses maximal 50 % des Pulsvolumens beträgt.
Die Förderpumpe fördert die Flüssigkeitsprobe also nicht mehr kontinuierlich, sondern
im wesentlichen impulsartig. Hierdurch wird die Flüssigkeitsprobe während des Impulses
auf eine relativ hohe Fließgeschwindigkeit beschleunigt, so dass die Flüssigkeit Beläge
von der Förderleitungs-Innenwand ablöst und mitreißt. Durch eine entsprechende Auslegung
der Förderpumpe und der Förderleitung wird sichergestellt, dass während des Förderpulses
die Flüssigkeit in der Förderleitung Geschwindigkeiten von 0,5 m/s bis 4 m/s erreicht.
Die auf diese Weise eingebrachte kinetische Energie wird zu großen Teilen in Verwirbelungen
und Reibung in der der Förderleitungsinnenseite angrenzenden Grenzschicht umgesetzt,
wodurch der Belag im Zustand seiner Entstehung bereits zuverlässig entfernt wird.
Eine Reinigung und Wartung der Förderleitung und ggf. der Förderpumpe ist nicht mehr
erforderlich.
[0006] Das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung beträgt während des Förderpulses maximal
50 % des Pulsvolumens, d. h., das Volumen, um das sich die Förderleitung während des
Förderpulses vergrößert, beträgt maximal 50 % des gesamten Volumens des mit dem Impuls
beförderten Flüssigkeits-Volumens. Je weniger sich die Förderleitung während des Förderpulses
erweitert, d. h. vergrößert, um so weniger wird der Förderpuls abgeflacht, bzw., um
so höher bleibt die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Förderleitung während des
Förderpulses über die gesamte Länge der Förderleitung erhalten. Je höher die Geschwindigkeit
der Flüssigkeit während des Förderpulses ist, desto größer ist daher die Reinigungswirkung.
[0007] Vorzugsweise ist die Förderpumpe derart ausgelegt, dass das Verhältnis von Pulsdruck
und Förderleitungslänge mindestens 0,5 bar/m beträgt, wobei der Pulsdruck der Maximaldruck
während des Förderpulses ist. Je länger die Förderleitung ist, desto größer muss der
Druck sein, mit dem der Förderpuls in die Förderleitung eingeleitet wird. Bei einem
Verhältnis von mindestens 0,5 bar/m ist sichergestellt, dass über die gesamte Länge
der Förderleitung, also auch an Ihrem pumpenabgewandten Ende, eine hohe Geschwindigkeit
der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung während des Förderpulses vorliegt.
[0008] Vorzugsweise ist die Förderpumpe in einem Abwasser-Tauchbehälter angeordnet, der
der Probenentnahme und ggf. der Probenvorbereitung dient, und von dem aus Flüssigkeitsproben
durch die Förderleitung zu einem Analysegerät gepumpt werden, das beispielsweise am
Beckenrand eines Abwasserbeckens steht. Die Förderpumpe kann als Membranpumpe ausgebildet
sein, die in Bezug auf die Förderleitung als Druckpumpe arbeitet. Die Membranpumpe
saugt eine Flüssigkeitsprobe an und drückt diese anschließend impulsartig in die Förderleitung.
[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Förderpumpe und die Förderleitung
derart ausgelegt, dass das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung während des Förderpulses
maximal 30 %, und insbesondere maximal 10 % des Pulsvolumens beträgt. Hierdurch wird
gewährleistet, dass nur ein relativ kleiner Teil des Förderpulses durch die Ausdehnung
der Förderleitung während des Förderpulses abgeflacht wird. Dies wiederum ermöglicht
den Einsatz einer relativ kleinen Förderpumpe und stellt einen relativ niedrigen Energiebedarf
für die Förderung sicher.
[0010] Vorzugsweise ist die Pulsdauer des Förderpulses kürzer als 100 ms. Mit der Pulsdauer
ist die Dauer des gesamten Förderpulses gemeint, d. h. vom Einsetzen der Förderbewegung
bis zum Ende der Förderbewegung der Pumpe.
[0011] Grundsätzlich können die Förderpulse einer kontinuierlichen Förderung der Flüssigkeit
überlagert sein. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Förderpumpe zwischen
den Förderpulsen nicht fördert, d. h. die Förderung der Flüssigkeitsproben ausschließlich
während der Förderpulse erfolgt. Auf diese Weise wird eine größtmögliche Druckdifferenz
und damit Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Impuls und Nicht-Impuls realisiert. Hierdurch
wiederum wird eine größtmögliche Reinigungswirkung sichergestellt.
[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Förderleitung jedenfalls innenseitig
aus einem Material niedriger Oberflächenenergie. Bei einem derartigen Material sind
die Haftkräfte von Bakterien und anderen Anlagerungen relativ gering, so dass sichergestellt
ist, dass Anlagerungen während und durch den Förderpuls gelöst und mitgerissen werden.
[0013] Die Förderleitung kann aus einem oberflächenglatten Fluorpolymer bestehen, beispielsweise
aus FEP.
[0014] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
[0015] Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung.
[0016] In der Figur ist eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung 10 dargestellt, die der
Entnahme einer Flüssigkeitsprobe aus einem Abwasser 12 enthaltenden Abwasserbecken
14 dient. Die Fördervorrichtung 10 wird im wesentlichen gebildet von einer Förderpumpe
16 und einer Förderleitung 18. Die Förderpumpe 16 ist eine in Bezug auf die Förderleitung
18 als Druckpumpe betriebene Membranpumpe und ist in einem flüssigkeitsdichten Tauchbehälter
20 angeordnet. Der Förderpumpe 16 sind ein Einlassventil 22 und ein Auslassventil
24 in Fließrichtung vor bzw. hinter der Förderpumpe 16 zugeordnet. Die Förderpumpe
16 saugt durch eine Filtermembran 26 Flüssigkeit gefiltert aus dem Abwasser 12 ab
und pumpt dieses anschließend durch die Förderleitung 18 zu einem außerhalb des Abwasserbeckens
14 angeordneten Analysegerät 28.
[0017] Die Förderleitung 18 hat eine Länge von 10 m und einen Innendurchmesser von ca. 1,0
mm. Die Wand der Förderleitung 18 besteht aus FEP, dessen Oberfläche innenseitig glatt
ausgebildet ist. FEP ist ein Fluorpolymer niedriger Oberflächenenergie, so dass Beläge
mit relativ geringer Haftkraft anhaften.
[0018] Die Förderpumpe 16 fördert die Flüssigkeit ausschließlich impulsartig. Der Druck
eines Förderpulses beträgt mindestens 5,0 bar. Die Pulsdauer beträgt weniger als 100
ms. Die Förderfrequenz beträgt 1,0 Hz. Zwischen den Förderpulsen wird keine Flüssigkeitsförderung
vollzogen.
[0019] Die Förderleitung 18 ist so druckstarr, dass ihr Ausdehnungsvolumen während eines
Förderpulses bei maximal 15 % liegt.
[0020] Mit der beschriebenen Abstimmung ergeben sich während eines Förderpulses Geschwindigkeiten
der Flüssigkeit in der Förderleitung 18 von ca. 1,0 m/s. Die hierdurch eingebrachte
kinetische Energie wird zu einem großen Teil in Verwirbelungen und Reibung an der
Grenzschicht zwischen der Flüssigkeit und der Innenseite der Förderleitung 18 umgesetzt.
Hierdurch werden Beläge und Anlagerungen zuverlässig entfernt.
[0021] Durch die in relativ kurzen zeitlichen Abständen eingeleiteten Förderpulse, haben
Beläge praktisch keine Zeit, sich festzusetzen. Sobald eine Anlagerung größer wird,
bietet sie so viel Angriffsfläche, dass sie zuverlässig durch einen Förderpuls von
der Förderleitungs-Innenwand abgebrochen und von der Flüssigkeit weg getragen wird.
1. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) mit einer Förderpumpe (16) und einer Förderleitung
(18),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Förderpumpe (16) impulsartig fördert, und
dass die Förderpumpe (16) und die Förderleitung (18) derart ausgelegt sind, dass das Ausdehnungsvolumen
der Förderleitung (18) während des Förderpulses maximal 50 % des Pulsvolumens beträgt.
2. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) derart ausgelegt ist, dass das Verhältnis von Pulsdruck und
Förderleitungslänge mindestens 0,5 bar/m beträgt.
3. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) in einem Abwasser-Tauchbehälter (20) angeordnet ist.
4. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) und die Förderleitung (18) derart ausgelegt sind, dass das Ausdehnungsvolumen
der Förderleitung (18) während des Förderpulses maximal 30 % und insbesondere maximal
10 % des Pulsvolumens beträgt.
5. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer des Förderpulses weniger als 100 ms beträgt.
6. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) zwischen den Förderpulsen nicht fördert.
7. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) eine als Druckpumpe betriebene Membranpumpe ist.
8. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (18) innenseitig aus einem Material niedriger Oberflächenenergie
besteht.
9. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (18) aus einem oberflächenglatten Fluorpolymer besteht.