HYDROZYKLON, SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ABTRENNEN EINER FRAKTION AUS EINER DISPERSEN FLÜSSIGKEIT

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon (10), umfassend ein oberes Segment (12) mit einem Einlass (14), ein unteres Segment (20) mit einer zumindest abschnittsweise konischen ersten Innenumfangsfläche (22), und eine Fixiervorrichtung (30), die reversibel zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei das obere Segment (12) relativ zum unteren Segment (20) um eine Mittellängsachse (M) des Hydrozyklons (10) drehbar ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der ersten Position befindet, und wobei das obere Segment (12) verdrehsicher am unteren Segment (20) befestigt ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der zweiten Position befindet. Ferner Betrifft die Erfindung ein System mit einem derartigen Hydrozyklon sowie ein Verfahren zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrozyklon, ein System mit mindestens einem Hydrozyklon sowie ein Verfahren zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit.

[0002] Hydrozyklone sind Fliehkraftabscheider zur Trennung von Emulsionen und Suspensionen durch Ausnutzung unterschiedlicher Dichten der abzutrennenden Stoffe. Die Emulsion bzw. Suspension (allgemein sog. disperse Flüssigkeit) wird in einem Hydrozyklon allgemein in einer Trennkammer auf eine Kreisbahn gelenkt, sodass sich ein erster Wirbel ausbildet, der in Richtung eines sogenannten Unterlaufs strömt. Durch diesen Unterlauf kann die spezifisch schwerere Fraktion der zu trennenden dispersen Flüssigkeit aus dem Hydrozyklon entweichen. Da sich die Trennkammer in einem konischen Segment des Hydrozyklons in Richtung des Unterlaufs verjüngt, bildet sich außerdem ein zweiter Wirbel, der sich in Richtung eines dem Unterlauf entgegengesetzten Oberlaufs ausbreitet, durch den die spezifisch leichtere Fraktion den Hydrozyklon verlässt. Um den Hydrozyklon beispielsweise in eine Filteranlage oder eine elektrochemische Produktionsanlage integrieren zu können, weist der Hydrozyklon ferner mindestens einen Einlass für die disperse Flüssigkeit sowie Auslässe für die beiden Fraktionen auf.

[0003] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hydrozyklon bereitzustellen, der sich vergleichsweise kosteneffizient herstellen lässt und relativ flexibel an eine Einbau- bzw. Anschlusssituation angepasst sowie nachjustiert werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System sowie ein entsprechendes Verfahren zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird durch einen Hydrozyklon mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

[0005] Der Hydrozyklon umfasst ein oberes Segment mit einem Einlass, ein unteres Segment mit einer zumindest abschnittsweise konischen ersten Innenumfangsfläche, und eine Fixiervorrichtung, die reversibel zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist. Das obere Segment ist relativ zum unteren Segment um eine Mittellängsachse des Hydrozyklons drehbar, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten Position befindet. Ferner ist das obere Segment verdrehsicher am unteren Segment befestigt, wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet. Die konische erste Innenumfangsfläche legt vorzugsweise eine Mittellängsachse des Hydrozyklons fest.

[0006] Dies ermöglicht, das obere Segment relativ zum unteren Segment zu verdrehen, nachdem ein Teil des Hydrozyklons, insbesondere das untere Segment, bereits in seiner finalen Einbaulage befestigt worden ist. Dementsprechend kann der Einlass flexibel positioniert werden, um eine Zulaufleitung des Hydrozyklons präzise und effizient an den Hydrozyklon anzuschließen. Ferner kann das obere Segment infolge eines Lösens der Fixiervorrichtung (also durch Bewegen der Fixiervorrichtung aus ihrer zweiten Position in die erste Position) in Umfangsrichtung verstellt werden, um die Ausrichtung des oberen Segments bei Bedarf nachzujustieren.

[0007] Im Kontext der vorliegenden Offenbarung beziehen sich der Begriff "oben" auf den Oberlauf des Hydrozyklons und der Begriff "unten" auf den Unterlauf des Hydrozyk-Ions. D.h., oben / ober(e) kann oberlaufseitig(e) bedeuten. Unten / unter(e) kann unterlaufseitig(e) bedeuten. Das obere Segment kann entsprechend benachbart und somit näher zum Oberlauf angeordnet sein als das untere Segment. Umgekehrt ist das untere Segment entsprechend benachbart und somit näher zum Unterlauf angeordnet als das obere Segment. Die Einbaulage (Ausrichtung) des Hydrozyklons bleibt hiervon praktisch unberührt. Insbesondere ist der Begriff "oben" nicht als vertikal oben / oberhalb bzw. der Begriff "unten" nicht als vertikal unten zu verstehen.

[0008] Das obere Segment (auch als Zyklonzylinder, zylindrisches Segment oder (zylindrisches) Oberteil bezeichnet) ist vorzugsweise als ein (integrales) Bauteil ausgebildet. Das Bauteil kann reversibel (zerstörungsfrei), insbesondere mittels der Fixiervorrichtung, am unteren Segment befestigbar sowie (ebenfalls reversibel) von dem unteren Segment separierbar sein. Eine von dem oberen Segment und dem unteren Segment gebildete Zyklonwand kann den Innenbereich des Hydrozyklons begrenzen.

[0009] Vorzugweise ist das obere Segment werkstoffeinstückig (d.h., fügestellenfrei / monolithisch / "aus einem Guss") ausgebildet. Insbesondere kann an das obere Segment ausschließlich eine nachstehend näher beschriebene Oberlaufdüse, ein Zulaufanschluss, der am Einlass des oberen Segments in den Innenbereich des Hydrozyklons mündet, das untere Segment und/oder die Fixiervorrichtung gefügt sein. Hiervon kann lediglich der Zulaufanschluss dauerhaft (zerstörungsfrei unlösbar) an das obere Segment gefügt sein; die Oberlaufdüse, die Fixiervorrichtung und/oder das untere Segment können lösbar am oberen Segment befestigt sein, insbesondere wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet. Somit kann sich der Hydrozyk-Ion durch eine kompakte und vergleichsweise stabile Bauweise auszeichnen. Wartungskosten können niedrig gehalten werden.

[0010] Das obere Segment umfasst vorzugsweise ein Durchgangsloch, welches sich von einer axialen Oberfläche des oberen Segments (in dessen Mitte) axial durch das obere Segment hindurch erstreckt. Dieses Durchgangsloch kann in axialer Richtung einen ersten Bereich umfassen, der an der von dem unteren Segment abgewandten Oberfläche beginnt. Ferner kann das Durchgangsloch zwischen dem ersten Bereich und dem Innenbereich des Hydrozyklons einen zweiten Bereich umfassen. Ein Durchmesser des Durchgangslochs ist im ersten Bereich vorzugsweise größer als im zweiten Bereich.

[0011] An einer Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich kann entsprechend eine radiale erste Bundfläche ausgebildet sein, an der eine Abdichtung zwischen dem oberen Segment und der Oberlaufdüse vorgesehen sein kann. Zu diesem Zweck kann an der ersten Bundfläche oder einer mit der ersten Bundfläche korrespondierenden, sich radial erstreckenden Fläche der Oberlaufdüse eine erste Nut ausgebildet sein, in der ein Dichtungsring (z.B. ein O-Ring) aufgenommen sein kann. Ferner kann an einem die von dem unteren Segment abgewandte Oberfläche des oberen Segments enthaltenden ersten Abschnitt des oberen Segments ein Gewinde (insbesondere ein Innengewinde) ausgebildet sein, welches zum Eingriff mit einem mit diesem Gewinde korrespondierenden weiteren Gewinde (insbesondere Außengewinde) der Oberlaufdüse vorgesehen ist. Ein zweiter Abschnitt des oberen Segments kann den zweiten Bereich des Durchgangslochs festlegen.

[0012] Ein dritter Abschnitt des oberen Segments kann axial auf einer vom ersten Abschnitt abgewandten Seite des zweiten Abschnitts vorgesehen sein und einen Innendurchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser des ersten und/oder zweiten Abschnitts des oberen Segments ist. Vorzugsweise ist eine Innenumfangsfläche (nachfolgend auch als zweite Innenumfangsfläche bezeichnet) dieses dritten Abschnitts zylinderförmig ausgestaltet. Die zweite Innenumfangsfläche des dritten Abschnitts ist somit vorzugsweise Teil einer Trennkammer des Hydrozyklons. Diese zweite Innenumfangsfläche kann dabei insbesondere den zylindrischen Raumteil des Hydrozyklons begrenzen. Höchstvorzugsweise ist eine Außenumfangsfläche des oberen Segments zumindest im ersten bis dritten Abschnitt, höchstvorzugsweise auch im vierten Abschnitt, zylinderförmig ausgestaltet, damit der Hydrozyklon sehr effizient hergestellt werden kann.

[0013] Der Zulaufanschluss kann direkt an das obere Segment, vorzugsweise an den dritten Abschnitt des oberen Segments, gefügt sein. Vorteilhaft ist der Zulaufanschluss hierbei stoffschlüssig mit dem oberen Segment verbunden. Die Öffnung des Einlasses kann vorzugsweise ebenfalls in dem dritten Abschnitt ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Öffnung des Einlasses bei Betrachtung entlang der Längsachse des Zulaufanschlusses einen rechteckigen Querschnitt auf. Somit kann der Einlass im Wesentlichen strömungsoptimiert als Flachdüse ausgebildet sein. Der am Einlass in den Innenbereich mündende (durch den Zulaufanschluss festgelegte) Zulauf kann als tangentialer Zulauf ausgebildet sein.

[0014] Darüber hinaus kann das obere Segment auf einer von dem zweiten Abschnitt entgegengesetzten Seite des dritten Abschnitts einen vierten Abschnitt umfassen. In dem vierten Abschnitt kann ein Innendurchmesser des oberen Segments größer sein als in dem ersten, zweiten und/oder dritten Abschnitt des oberen Segments. Dementsprechend kann an einer Grenze zwischen dem dritten Abschnitt und dem vierten Abschnitt eine sich von der Innenumfangsfläche des dritten Abschnitts radial auswärts erstreckende, zweite Bundfläche ausgebildet sein.

[0015] Wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet, kann das untere Segment die zweite Bundfläche kontaktieren. Zur Abdichtung des Innenbereichs des Hydrozyklons gegenüber der Umgebung an der zweiten Bundfläche kann in dieser zweiten Bundfläche und/oder in einer mit der zweiten Bundfläche korrespondierenden Oberfläche des unteren Segments eine umlaufende, zweite Nut ausgebildet sein, in der ein Dichtungsring vorgesehen sein kann. Eine Außenumfangsfläche des vierten Abschnitts des oberen Segments kann mit einem Gewinde (im Folgenden auch als zweites Gewinde bezeichnet) ausgebildet sein. Dieses (zweite) Gewinde kann bevorzugt ein Außengewinde sein.

[0016] Das untere Segment (auch als Zyklonkonus, konisches Segment oder (konisches) Unterteil bezeichnet) ist vorzugsweise als ein weiteres (integrales) Bauteil ausgebildet. Abweichend vom oberen Segment kann das untere Segment bevorzugt nicht als Ganzes fügestellenfrei ausgebildet sein. Vielmehr kann das untere Segment mehrere axial aneinandergrenzende Abschnitte umfassen, die aneinandergefügt sind. Eine Anzahl dieser Abschnitte kann beispielsweise mindestens 2, mindestens 3 oder mindestens 4 betragen. Vorzugsweise sind die Abschnitte des unteren Segments selbst jeweils werkstoffeinstückig (fügestellenfrei / monolithisch). Ferner können die Abschnitte, beispielsweise durch Schweißen, stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die erste Innenumfangsfläche des Hydrozyklons kann am Übergang zwischen dem ersten Abschnitt des unteren Segments und dem zweiten Abschnitt des unteren Segments fluchten. Ein Übergang zwischen der zweiten Innenumfangsfläche des oberen Segments (am dritten Abschnitt) und der ersten Innenumfangsfläche des unteren Segments kann bevorzugt stufenlos ausgebildet sein.

[0017] Vorteilhaft lässt sich das untere Segment mit seiner zumindest abschnittsweise konischen Innenumfangsfläche somit aus einem vergleichsweise einfachen Halbzeug (beispielsweise einer Stange aus Vollmaterial oder einem dickwandigen Rohr) kostengünstig und effizient zerspanend, zum Beispiel durch Drehen, herstellen. Somit kann das untere Segment besonders robust sein. Höchstvorzugsweise ist eine Außenumfangsfläche des unteren Segments über mindestens 80 % oder mindestens 90 % der axialen Länge des unteren Segments zylinderförmig ausgebildet. Mit anderen Worten kann eine Kontur des unteren Segments im Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse betrachtet über mindestens 80 % oder mindestens 90 % der axialen Länge des unteren Segments kreisförmig sein.

[0018] Vorzugsweise sind alle Bauteile des Hydrozyklons, die den Innenbereich begrenzen (insbesondere das untere Segment und das obere Segment) aus Kunststoff, beispielsweise einem hochfesten Kunststoff, hergestellt. Ferner können auch der Zulaufanschluss, die Oberlaufdüse und/oder die Unterlaufdüse aus Kunststoff hergestellt sein. Insbesondere können das obere Segment und das untere Segment jeweils aus einem ersten Kunststoff hergestellt sein. Die Abschnitte des unteren Segments können jeweils aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet sein. Der zweite Kunststoff kann der gleiche sein wie der erste Kunststoff. Jeder der hier genannten Kunststoffe kann einer der folgenden sein: Polypropylen (PP), Polypropylen-Natur (PP-N), Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF).

[0019] Vorzugsweise ist die Fixiervorrichtung verliersicher am unteren Segment gehalten. D. h., die Fixiervorrichtung kann nicht nur in ihrer zweiten Position, in der sie das untere Segment am oberen Segment befestigt, sondern dauerhaft (solange der Hydrozyklon nicht beschädigt wird) unverlierbar am unteren Segment angebracht sein. In diesem Zustand kann die Fixiervorrichtung zwischen ihrer ersten Position und ihrer zweiten Position sowie einer oder mehreren Zwischenpositionen axial verlagerbar sein.

[0020] Vorteilhaft kann die Verliersicherung realisiert sein, indem am unteren Segment ein erster axialer Anschlag sowie ein zweiter axialer Anschlag für die Fixiervorrichtung ausgebildet sind, wobei der erste Anschlag und der zweite Anschlag für die Fixiervorrichtung unüberwindbar sind. Hierzu kann sich die Fixiervorrichtung grundsätzlich entlang des gesamten Außenumfangs des unteren Segments erstrecken und einen Innendurchmesser aufweisen, der geringer als ein Außendurchmesser des ersten Anschlages sowie des zweiten Anschlages sein kann. Das untere Segment kann einen zum oberen Segment benachbarten oberen Endbereich mit einem radialen Vorsprung (auch als Kragen bezeichnet) aufweisen. Dieser radiale Vorsprung kann unterseitig eine dritte Bundfläche umfassen, die den ersten Anschlag für die Fixiervorrichtung ausbilden kann. In der zweiten Position kontaktiert die Fixiervorrichtung vorzugsweise den ersten Anschlag. Der zweite Anschlag kann hingegen von dem nachstehend näher beschriebenen Befestigungsflansch gebildet sein. In der ersten Position kann die Fixiervorrichtung beispielhaft an diesem Befestigungsflansch anliegen.

[0021] Auf vorteilhaft synergetische Art und Weise kann der radiale Vorsprung nicht nur als Verliersicherung sondern auch der eingangs spezifizierten verdrehsicheren Fixierung des oberen Segments am unteren Segment dienen. Ein weiterer Synergieeffekt kann durch den Befestigungsflansch realisiert werden, der nicht nur die einfache Befestigung des Hydrozyklons in seiner Einbaulage ermöglicht, sondern auch ein Entfernen der Fixiervorrichtung vom unteren Segment verhindert. Insofern kann sowohl dem radialen Vorsprung als auch dem nachstehend beschriebenen Befestigungsflansch eine Doppelfunktion zukommen.

[0022] Allgemein kann die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet sein, das obere Segment und das untere Segment axial gegeneinander zu pressen, wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet. Dabei kann die Fixiervorrichtung dazu angeordnet sein, das obere Segment gegen das untere Segment zu ziehen, wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet. Insbesondere kann die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet sein, in ihrer zweiten Position in axialer Richtung Druck auf den radialen Vorsprung auszuüben. Die Fixiervorrichtung kann sich dabei auf der von dem oberen Segment abgewandten Seite (unterseitig) am radialen Vorsprung abstützen, um das obere Segment mittels der Schraubverbindung gegen das untere Segment zu pressen (in der zweiten Position).

[0023] Um diese Kraftwirkung zu ermöglichen, kann die Fixiervorrichtung in einer Variante ein erstes Gewinde umfassen. Das erste Gewinde kann mit dem am oberen Segment, insbesondere am vierten Abschnitt des oberen Segments, ausgebildeten zweiten Gewinde in Eingriff stehen, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten und/oder zweiten Position befindet. Bevorzugt kann die Fixiervorrichtung in dieser Variante eine Überwurfmutter umfassen oder als Überwurfmutter ausgebildet sein. Das erste Gewinde kann also an der Überwurfmutter ausgebildet sein. Bei dem ersten Gewinde kann es sich entsprechend um ein Innengewinde handeln. Ein dritter Anschlag der Überwurfmutter kann am vom oberen Segment abgewandten unteren Ende der Überwurfmutter ausgebildet sein. Er kann sich radial einwärts erstrecken.

[0024] Vorzugsweise ist das zweite Gewinde (in radialer Richtung) zumindest abschnittsweise zwischen dem unteren Segment und der Fixiervorrichtung angeordnet, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten und/oder zweiten Position befindet. Insbesondere kann der vierte Abschnitt des oberen Segments hülsenförmig ausgebildet sein. Der vierte Abschnitt des oberen Segments kann an seiner Außenumfangsfläche oder an seiner Innenumfangsfläche das zweite Gewinde aufweisen. Alternativ kann das erste Gewinde zumindest abschnittsweise zwischen dem unteren Segment und dem oberen Segment angeordnet sein, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten und/oder zweiten Position befindet. In letzterem Fall kann derjenige axiale Teil der Fixiervorrichtung, an dem das erste Gewinde ausgebildet ist, hülsenförmig ausgestaltet sein.

[0025] In allen hier beschriebenen Varianten kann die Fixiervorrichtung in ihrer ersten Position und/oder in ihrer zweiten Position mit dem oberen Segment in Eingriff stehen. Die am radialen Vorsprung vorhandene (dritte) Bundfläche kann als am unteren Segment radial auswärts abragender Kragen wirken, der von dem an der Fixiervorrichtung radial innen vorgesehenen dritten Anschlag kontaktiert wird, und zwar zumindest dann, wenn sich die Fixiervorrichtung in der zweiten Position befindet, optional auch, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten Position befindet. Dies gilt unabhängig davon, welches von dem an der Fixiervorrichtung ausgebildeten ersten Gewinde und dem am oberen Segment ausgebildeten zweiten Gewinde als Innengewinde bzw. Außengewinde ausgebildet ist.

[0026] Im Ergebnis kann das obere Segment auf das untere Segment aufsetzbar oder aufsteckbar, durch Verdrehen um die Mittellängsachse in seiner Position einstellbar und sodann wie folgt mittels der Fixiervorrichtung am unteren Segment befestigbar sein. Wenn beispielsweise das obere Segment mit dem unteren Segment in Kontakt steht, kann die Fixiervorrichtung (insbesondere die Überwurfmutter) mit dem oberen Segment in Eingriff gebracht werden. Hierbei kann das erste Gewinde in Eingriff mit dem zweiten Gewinde gelangen. Solange sich die Fixiervorrichtung in ihrer ersten Position befindet, in der sie noch nicht mit dem oberen Segment verspannt ist, kann sich das obere Segment mitsamt der Fixiervorrichtung einerseits begrenzt durch den als Anschlag für die dritte Bundfläche der Überwurfmutter dienenden radialen Vorsprung und andererseits begrenzt durch eine axial obere Endfläche des unteren Segments, die einen Anschlag für die zweite Bundfläche ausbilden kann, axial verlagern lassen. In diesem Zustand kann das obere Segment noch um die Mittellängsachse gedreht werden.

[0027] Indem die Fixiervorrichtung sodann in ihre zweite Position gebracht wird, kann sich ein Reibschluss zwischen dem unteren Segment und dem oberen Segment (insbesondere am oberen Ende des unteren Segments) ausbilden, der sich als Verdrehsicherung auswirkt. Dies kann insbesondere durch Festschrauben der Überwurfmutter auf das zweite Gewinde erfolgen. Somit lässt sich die gewünschte Befestigung vergleichsweise schnell und einfach realisieren. Bei Bedarf kann die Fixiervorrichtung/die Überwurfmutter wieder in ihre erste Position gebracht werden, in der der Eingriff zwischen dem ersten und zweiten Gewinde teilweise oder vollständig gelöst ist, um das obere Segment durch Verdrehen um die Mittellängsachse nachzujustieren.

[0028] In einer weiteren Variante umfasst der Hydrozyklon außerdem einen an der von dem unteren Segment abgewandten, oberseitigen Oberfläche des oberen Segments anliegenden (ersten) Flanschring. Ferner kann eine Schraubverbindungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer der Flanschring mit der Fixiervorrichtung verschraubt sein kann, wenn sich die Fixiervorrichtung in der ersten Position und/oder zweiten Position befindet. Vorzugsweise ist die Fixiervorrichtung bei dieser Variante ebenfalls als Flanschring (nachstehend zweiter Flanschring) ausgebildet. Die Schraubverbindungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den radialen Vorsprung des unteren Segments und das obere Segment zwischen dem ersten Flanschring und dem zweiten Flanschring einzuspannen, um das obere Segment verdrehsicher am unteren Segment zu befestigen (wobei sich die Fixiervorrichtung/der zweite Flanschring in der zweiten Position befindet). Zu diesem Zweck kann die Schraubverbindungseinrichtung mehrere parallel zur Mittellängsachse verlaufende Bolzen umfassen, die außerhalb einer Außenumfangsfläche des oberen Segments angeordnet sind. Endseitig an den Bolzen können jeweils ein Bolzenkopf oder eine Mutter vorgesehen sein, um die Vorspannung zu realisieren.

[0029] Es wurde gesagt, dass der Hydrozyklon den vorstehend genannten Befestigungsflansch umfassen kann, der sowohl als Verliersicherung für die Fixiervorrichtung wirken als auch für die Befestigung des Hydrozyklons in seiner Einbaulage genutzt werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich der Befestigungsflansch auf einer dem oberen Segment entgegengesetzten Seite der Fixiervorrichtung von dem unteren Segment radial auswärts. Der Befestigungsflansch ist bevorzugt als Flanschring ausgebildet; er kann sich umfänglich insbesondere entlang des gesamten Außenumfangs des unteren Segments erstrecken.

[0030] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Flanschring ebenfalls aus Kunststoff und höchstvorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt wie das untere Segment oder derjenige Abschnitt des unteren Segments, an den der Befestigungsflansch gefügt ist. Außerdem ist bevorzugt, dass der Befestigungsflansch stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schweißnaht, fest mit dem unteren Segment verbunden ist. Der Hydrozyklon lässt sich auf diese Weise vergleichsweise einfach herstellen, indem die Fixiervorrichtung an einem dem radialen Vorsprung entgegengesetzten, unteren Ende auf das untere Segment aufgesetzt wird und der Befestigungsflansch anschließend ebenfalls vom unteren Ende auf das untere Segment aufgesetzt sowie schließlich als Anschlag am unteren Segment befestigt wird. Vorteilhaft synergetisch kann der dritte Flanschring als weiteres kostengünstiges Bauteil am außenseitig zylinderförmigen Hydrozyklon verwendet werden.

[0031] Oberlaufseitig kann der Hydrozyklon ferner eine Oberlaufdüse umfassen. Vorteilhaft ist diese Oberlaufdüse von der Fixiervorrichtung beabstandet angeordnet. Ferner kann die Oberlaufdüse vorteilhaft in das obere Segment eingeschraubt sein. Dies ermöglicht, die Oberlaufdüse ohne Beeinflussung der Verbindung zwischen dem oberen Segment und dem unteren Segment vergleichsweise schnell und einfach auszutauschen. Der Hydrozyklon kann somit effizient, kostengünstig und materialschonend gewartet werden. Auf synergetische Art und Weise lassen sich mit dieser Ausgestaltung außerdem Wartungsintervalle vergrößern.

[0032] Diesbezüglich ist insbesondere von Vorteil, dass der Hydrozyklon als Bausatz mit mehreren derartigen Oberlaufdüsen ausgestattet ist, die gegeneinander auswechselbar sind und unterschiedlich große Innenquerschnitte aufweisen können. Insbesondere können eine erste Oberlaufdüse mit einem ersten Innendurchmesser und eine zweite Oberlaufdüse mit einem zweiten Innendurchmesser vorgesehen sein. Der zweite Innendurchmesser kann kleiner als der erste Innendurchmesser sein. Bei jedem hier genannten Innendurchmesser der Oberlaufdüse kann es sich um einen mindesten Innendurchmesser eines Tauchrohres der Oberlaufdüse handeln. Ein Verbindungsabschnitt (z.B. Außengewinde) der ersten Oberlaufdüse und der zweiten Oberlaufdüse, der zur Verbindung mit dem oberen Segment vorgesehen ist, kann identisch sein, um die Auswechselbarkeit zu ermöglichen.

[0033] Ausgehend von der an sich bekannten Gesetzmäßigkeit, dass ein Anstieg einer Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Oberlauf allgemein mit einer Reduktion der Trennkorngröße des Hydrozyklons einhergeht, hat der Erfinder erkannt, dass bei der praktischen Verwendung des Hydrozyklons eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit am Einlass durch eine Druckerhöhung stromauf des Einlasses (beispielsweise durch entsprechende Erhöhung einer Förderleistung einer Fördervorrichtung für das in den Hydrozyklon eingeleitete Medium) nicht nur eine für die Trennkorngröße relevante Veränderung (insbesondere Erhöhung) des Druckes am Einlass zur Folge haben kann, sondern dass es im Hydrozyklon auch vermehrt zu Kavitation kommen kann. Es wurde bestimmt, dass die Kavitation insbesondere bei lokal niedrigen statischen Drücken in Kombination mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums auftreten kann. Die Folge kann ein erhöhter Verschleiß sein.

[0034] Zur Vermeidung dieser Kavitation kann die Erfindung vorsehen, dass entsprechend die zweite Oberlaufdüse gegen die erste Oberlaufdüse mit dem kleineren Innendurchmesser ausgetauscht werden kann. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit im Hydrozyklon bei gleich bleibendem zulaufseitigem statischem Druck verringert und Kavitation ebenfalls reduziert werden. Folglich ermöglicht die austauschbare Oberlaufdüse auf synergetische Art und Weise nicht nur, den Hydrozyklon effizient zu warten, sondern auch Wartungsintervalle zu vergrößern.

[0035] Es wurde gesagt, dass der Hydrozyklon als Baugruppe zusammengesetzt sein kann. Bei den Teilen dieser Baugruppe kann es sich insbesondere um Folgende handeln: das obere Segment samt dem daran gefügten Zulaufanschluss; das untere Segment samt dem daran angebrachten Befestigungsflansch; die Fixiervorrichtung; die Oberlaufdüse; die Unterlaufdüse; und/oder eine weitere Überwurfmutter zur Fixierung der Unterlaufdüse am unterlaufseitigen Ende des unteren Segments.

[0036] In einer weiteren bevorzugten Variante umfasst der Hydrozyklon somit die Unterlaufdüse mit einer weiteren Innenumfangsfläche. Vorzugsweise weist die weitere Innenumfangsfläche einen an eine Auslassöffnung der Unterlaufdüse grenzenden zylindrischen Abschnitt auf. Dies ermöglicht, den Auslasswinkel der Unterlaufdüse, in dem die spezifisch schwerere Fraktion den Hydrozyklon durch die Unterlaufdüse verlässt, zu verkleinern, um die spezifisch schwerere Fraktion nach dem Ausströmen besser sammeln zu können. Die Innenumfangsfläche der Unterlaufdüse kann ferner einen konischen Abschnitt aufweisen. Ein innenumfänglicher Übergang zwischen dem unteren Segment und der Unterlaufdüse kann stufenfrei ausgebildet sein. Ein Öffnungswinkel des konischen Abschnitts der Unterlaufdüse kann bevorzugt größer sein als ein Öffnungswinkel der konischen Innenumfangsfläche des unteren Segments, um den Austrag durch den Unterlauf zu verbessern.

[0037] Eine Außenumfangsfläche der Unterlaufdüse kann außerdem überwiegend zylinderförmig sein. Am dem unteren Segment zugewandten Ende der Unterlaufdüse kann ein sich radial auswärts erstreckender Kragen als Anschlag für eine zur Fixierung der Unterlaufdüse am unteren Segment vorgesehene weitere Überwurfmutter ausgebildet sein. Diese Überwurfmutter kann ein Innengewinde umfassen, das zum Eingriff mit einem am unteren Segment ausgebildeten Außengewinde vorgesehen sein kann. An einer Kontaktfläche zwischen dem unteren Segment und der Unterlaufdüse kann zur Abdichtung eine umlaufende Dichtung in einer Nut vorgesehen sein.

[0038] Das hier vorgeschlagene System umfasst mindestens einen vorstehend im Detail beschriebenen Hydrozyklon sowie einen Sammelbehälter mit einem Deckel, der mindestens ein Durchgangsloch umfasst. Vorzugsweise durchsetzt das untere Segment des Hydrozyklons das Durchgangsloch. Ferner kann das untere Segment bezüglich der Mittellängsachse des Hydrozyklons verdrehsicher an dem Deckel befestigt sein.

[0039] Höchstvorzugsweise ist der Befestigungsflansch auf dem Deckel abgestützt. Insbesondere kann das untere Segment (und somit auch der Hydrozyklon) direkt am Deckel befestigt sein. Vorzugsweise ist das untere Segment mittels einer Schraubbolzenverbindung am Deckel befestigt. Zu diesem Zweck können am Befestigungsflansch Durchgangslöcher ausgebildet sein, die jeweils vom im Deckel abschnittsweise aufgenommenen und am Deckel befestigten Bolzen durchsetzt sein können.

[0040] Somit kann bei der Montage des Systems vorteilhaft zunächst jeder der Hydrozyklone des Systems am Deckel befestigt und sodann das obere Segment auf das untere Segment aufgesetzt und vorpositioniert werden. Nach der Vorpositionierung kann sich die Fixiervorrichtung in ihrer ersten Position befinden, in der das obere Segment noch um die Mittellängsachse drehbar ist, wenngleich die Fixiervorrichtung bereits (nicht fest) mit dem oberen Segment verbunden sein kann. Sodann können flexibel entweder zuerst die Fixiervorrichtung in ihre zweite Position gebracht werden und der Hydrozyklon bzw. die Hydrozyklone an fluidleitende Systemkomponenten wie die Zulaufleitung und eine Oberlaufleitung angeschlossen werden oder zunächst der Anschluss und sodann die verdrehsichere Befestigung ausgeführt werden. Die Montage lässt sich somit flexibel und dennoch genau, sicher und effizient ausführen.

[0041] Insbesondere wenn das System mindestens zwei Hydrozyklone (optional mindestens drei, mindestens vier, mindestens sieben Hydrozyklone) umfasst, kann das System ferner einen Fluidverteiler aufweisen. Dieser Fluidverteiler kann dem Verteilen der von dem System aufzuteilenden ("zu filtrierenden") dispersen Flüssigkeit dienen. Vorzugsweise sind alle Hydrozyklone parallel zueinander im System und/oder am Fluidverteiler angeschlossen. Zu diesem Zweck kann der Fluidverteiler einen Einlass und mindestens zwei Auslässe umfassen. Die Anzahl von Auslässen des Fluidverteilers entspricht bevorzugt der Anzahl von Hydrozyklonen des Systems. Die Auslässe des Fluidverteilers können jeweils mit einem der Hydrozyklone fluidleitend verbunden sein, d.h., jeweils einem Hydrozyklon zugeordnet sein.

[0042] In einer bevorzugten Variante kann ein konischer Abschnitt des Fluidverteilers in einen Innenbereich des Fluidverteilers ragen. Eine Spitze des konischen Abschnitts kann dabei in Richtung des Einlasses weisen, um eine homogene Verteilung des Mediums / der dispersen Flüssigkeit zu ermöglichen. Vorzugsweise ist außerdem ein Auslass des Sammelbehälters über mindestens einen drucklosen Filter fluidleitend mit einem Fluidbehälter des Systems (beispielsweise einem Ansatzbehälter für einen elektrochemischen Prozess) verbunden. Der drucklose Filter kann beispielsweise ein Beutelfilter sein. Somit lässt sich synergetisch nicht nur eine kontinuierliche, konstante Filtration bzw. Abtrennung mit vergleichsweise großen Flussraten sondern auch eine Filtrierung der spezifisch schwereren Fraktion erreichen, um Materialbedarf und Kosten zu reduzieren.

[0043] Ein hier vorgeschlagenes Verfahren wird zum Abtrennen (zumindest) einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit verwendet. Es versteht sich, dass die disperse Flüssigkeit die spezifisch schwerere Fraktion und eine spezifisch leichtere Fraktion umfasst, wobei letztere ebenfalls abgetrennt werden kann. Bei der dispersen Flüssigkeit kann es sich bevorzugt um eine Emulsion oder eine Suspension handeln. Somit kann das Verfahren insbesondere das Abtrennen von Feststoffpartikeln aus der Suspension umfassen. Außerdem kann das Verfahren umfassen, die disperse Flüssigkeit (insbesondere Suspension) unter Druck zu setzen und die unter Druck gesetzte disperse Flüssigkeit (Suspension) in den jeweiligen Einlass des mindestens einen, vorstehend im Detail beschriebenen Hydrozyklons einzuleiten. Darüber hinaus kann das Verfahren mittels eines vorstehend beschriebenen Systems durchgeführt werden, wobei die unter Druck gesetzte disperse Flüssigkeit entsprechend in jeden Hydrozyk-Ion dieses Systems eingeleitet wird.

[0044] Dieses Verfahren kann ferner beliebige, insbesondere alle, der vorstehend in Zusammenhang mit dem Hydrozyklon sowie dem System beschriebenen Merkmale aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren beliebige Funktionen des Hydrozyk-Ions/des Systems und deren Komponenten als Verfahrensschritte enthalten.

[0045] Bevorzugte Ausführungsformen eines Hydrozyklons, eines Systems mit mindestens einem solchen Hydrozyklon sowie eines Verfahrens zum Abtrennen werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei

Figur 1

eine Variante eines Hydrozyklons in einer perspektivischen Gesamtansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 2

den Hydrozyklon aus Figur 1 in einer Vorderansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 3

den Hydrozyklon aus Figur 1 in einer perspektivischen Explosionsansicht zeigt;

Figur 4

den Hydrozyklon aus Figur 1 in einer Seitenansicht mit Blickrichtung entlang des Zulaufanschlusses zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 5

eine weitere Variante eines Hydrozyklons in einer perspektivischen Gesamtansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 6

den Hydrozyklon aus Figur 5 in einer die Mittellängsachse enthaltenden Längsschnittsansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 7

den Hydrozyklon aus Figur 5 in einer Vorderansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 8

den Hydrozyklon aus Figur 5 in einer Seitenansicht mit Blickrichtung entlang des Zulaufanschlusses zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 9

ein System mit dem Hydrozyklon aus Figur 1 in einer Vorderansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtung in ihrer zweiten Position befindet;

Figur 10

ein weiteres System mit mehreren Hydrozyklonen gemäß Figur 5 in einer perspektivischen Gesamtansicht zeigt, wobei sich die Fixiervorrichtungen der Hydrozyklone in deren zweiten Positionen befinden;

Figur 11

das System aus Figur 10 in einer schematischen Darstellung zeigt;

Figur 12

einen Fluidsammler des Systems aus Figur 10 in einer Querschnittsansicht zeigt;

Figur 13

einen Fluidsammler eines weiteren Systems mit sieben Hydrozyklonen in einer Schnittansicht zeigt;

Figur 14

einen Fluidverteiler des weiteren Systems gemäß Figur 13 zeigt;

Figur 15

einen Fluidverteiler in Kombination mit dem Hydrozyklon aus Figur 5 zeigt;

Figur 16

einen Fluidverteiler in Kombination mit dem Hydrozyklon aus Figur 1 zeigt; und

Figur 17

ein Verfahren zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit zeigt.

[0046] Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen Hydrozyklon 10. Der Hydrozyklon 10 kann allgemein zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion (und einer spezifisch leichteren Fraktion) aus einer dispersen Flüssigkeit verwendet werden. Insbesondere kann der Hydrozyklon 10 dazu dienen, die disperse Flüssigkeit (insbesondere eine Emulsion oder eine Suspension) in eine durch einen Unterlauf des Hydrozyklons entweichende spezifisch schwerere Fraktion und eine durch einen Oberlauf des Hydrozyklons entweichende spezifisch leichtere Fraktion zu trennen. Allgemein umfasst der Hydrozyk-Ion zu diesem Zweck ein oberes Segment 12, ein unteres Segment 20 sowie eine Fixiervorrichtung 30, die dazu eingerichtet ist, das untere Segment 20 fest mit dem oberen Segment 12 zu verbinden.

[0047] Das obere Segment 12 umfasst einen Einlass 14, an dem ein Zulaufanschluss 15 in den Innenbereich einer durch das obere Segment 12 und das untere Segment 20 festgelegten Trennkammer münden kann. Das untere Segment 20 weist eine zumindest abschnittsweise konische erste Innenumfangsfläche 22 auf. Die Fixiervorrichtung 30 ist reversibel zwischen einer ersten Position und einer in den Figuren 1 bis 4 dargestellten zweiten Position bewegbar/verlagerbar. Wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in der ersten Position befindet, ist das obere Segment 12 relativ zum unteren Segment 20 um eine Mittellängsachse M des Hydrozyklons 10 drehbar. Die Fixiervorrichtung kann dabei axial relativ zum unteren Segment 20 verlagerbar sein. Wenn sich die Fixiervorrichtung 30 hingegen in der zweiten Position befindet, ist das obere Segment 12 verdrehsicher am unteren Segment 20 befestigt. In diesem Zustand ist die Fixiervorrichtung 30 nur relativ zum unteren Segment 20 verlagerbar, indem diese Verdrehsicherung freigegeben wird. Wie aus Figur 1 ersichtlich und nachstehend im Detail erläutert, ist die Fixiervorrichtung 30 verliersicher am unteren Segment 20 gehalten.

[0048] Das obere Segment 12, das untere Segment 20 sowie die Fixiervorrichtung 30 sind jeweils als zerstörungsfrei separierbare Bauteile ausgebildet. Vorliegend ist das obere Segment 12 selbst fügestellenfrei (aus einem Werkstück) hergestellt. Das untere Segment 20 umfasst einen ersten Abschnitt 28 und einen zweiten Abschnitt 29. Der erste Abschnitt 28 ist (fügestellenfrei) aus einem einzigen Werkstück hergestellt. Der zweite Abschnitt 29 ist aus einem anderen einzigen Werkstück hergestellt. Die Fixiervorrichtung 30 kann ebenfalls aus einem einzigen Werkstück hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Material des oberen Segments 12 dasselbe Material wie das Material des ersten Abschnitts 28, das Material des zweiten Abschnitts 29 und/oder das Material der Fixiervorrichtung 30. Bei diesem Material handelt es sich vorliegend um einen Kunststoff, insbesondere um Polypropylen (PP) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF). Die Abschnitte des unteren Segments 20 können axial aneinandergrenzen und stoffschlüssig (insbesondere durch Schweißen) direkt aneinandergefügt sein. Dies ermöglicht, die Produktionspräzision bei der Herstellung des unteren Segments effizienzsteigernd auszunutzen, indem die Innenumfangsfläche 22 mit mehreren, von dem ersten Abschnitt 28 und den zweiten Abschnitt 29 ausgebildeten konischen Abschnitten gesondert zerspanend geformt wird.

[0049] Strukturell zeichnet sich der Hydrozyklon 10 vorteilhaft dadurch aus, dass er aus kostengünstigen, vergleichsweise einfachen Halbzeugen (insbesondere Stangen) präzise zerspanend hergestellt werden kann. Das obere Segment 12 kann innenseitig einen zylindrischen Raumteil des Hydrozyklons 10 begrenzen. Von einer von dem unteren Segment 20 abgewandten Oberfläche 11 (oberlaufseitige Stirnfläche) des Hydrozyklons 10 erstreckt sich axial eine Aufnahme für eine Oberlaufdüse 50 bis zum zylindrischen Raumteil des Innenbereichs 23 des Hydrozyklons 10. Somit ist die Oberlaufdüse 50 von der Fixiervorrichtung 30 getrennt/beabstandet angeordnet, um gesondert austauschbar zu sein, ohne die Befestigungsfunktion der Fixiervorrichtung 30 zu beeinflussen.

[0050] Die Oberlaufdüse 50 ist bevorzugt in dieser Aufnahme verschraubt. Dabei kann ein Gewinde der Oberlaufdüse 50 mit einem an einem ersten Abschnitt 17 des oberen Segments 12 vorgesehenen Gewinde in Eingriff stehen und eine axiale Durchgangsbohrung in einem zweiten Abschnitt 18 des oberen Segments 12 durchsetzen. Ein Tauchrohr 52 der Oberlaufdüse 50 ragt dabei axial über eine den zylindrischen Raumteil oberseitig (durch den zweiten Abschnitt 18) begrenzende, radial ausgerichtete Innenoberfläche des oberen Segments 12 hinaus in den zylindrischen Raumteil hinein. Somit kann die spezifisch leichtere Fraktion strömungsoptimiert aus dem Hydrozyklon 10 entweichen. Darüber hinaus kann der Hydrozyklon 10 als Bausatz mehrere gegeneinander austauschbare Oberlaufdüsen 50 mit unterschiedlichen Tauchrohr-Innendurchmessern umfassen, um den Hydrozyklon 10 strömungsoptimiert sowie effizient an den gewünschten Einsatzzweck anpassen zu können.

[0051] Am Einlass 14 mündet der Zulaufanschluss 15, der vorteilhaft als tangentialer Zulauf ausgebildet ist, in den Innenbereich 23 des Hydrozyklons 10. Der Einlass 14 kann an einem relativ zum zweiten Abschnitt 18 des oberen Segments 12 unterlaufseitig angrenzenden dritten Abschnitt 19 des oberen Segments 12 ausgebildet sein. Der Zulaufanschluss 15 ist aus einem separaten Werkstück (als solcher fügestellenfrei), bevorzugt aus dem gleichen Material wie das obere Segment 12, als Bauteil zerstörungsfrei unlösbar (insbesondere stoffschlüssig) an das obere Segment gefügt. Somit zeichnet sich das obere Segment 12 mit dem daran vorgesehenen Zulaufanschluss 15 dadurch aus, dass es kosteneffizient herstellbar ist. Der Einlass 14 weist vorzugsweise bei Betrachtung entlang einer Längsachse des Zulaufanschlusses 15 einen rechtwinkligen Querschnitt auf; der Zulaufanschluss 15 ist also zur Strömungsoptimierung als Flachdüse ausgebildet.

[0052] Um das untere Segment 12 in der vorgenannten zweiten Position der Fixiervorrichtung 30 verdrehsicher mit dem oberen Segment 12 zu koppeln, ist bevorzugt zwischen einem unterlaufseitigen Endflächenabschnitt des oberen Segments 12 und einem oberlaufseitigen Endflächenabschnitt des unteren Segment 20 ein Reibeschluss ausgebildet, wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in ihrer zweiten Position befindet. Zu diesem Zweck weist ein relativ zum dritten Abschnitt 19 des oberen Segments 12 unterlaufseitig angeordneter vierter Abschnitt 21 des oberen Segments 12 einen größeren Innendurchmesser auf als der dritte Abschnitt 19. Die dadurch vorhandene, dem Unterlauf des Hydrozyklons 10 zugewandte Oberfläche bildet somit den unterlaufseitigen Endflächenabschnitt des oberen Segments 12 aus. Im (zum oberen Segment 12 benachbarten) oberen Endbereich 24 des unteren Segments 20 weist letzteres einen radialen (hier radial auswärts gerichteten) Vorsprung 26 auf, der einen Anschlag (in dieser Beschreibung auch als dritter Anschlag bezeichnet) für die Fixiervorrichtung 30 bildet.

[0053] Die Fixiervorrichtung 30 ist wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich dazu angeordnet, das obere Segment 12 und das untere Segment 20 axial gegeneinander zu pressen, wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in der zweiten Position befindet. Insbesondere ist die Fixiervorrichtung 30 hierzu eingerichtet, in ihrer zweiten Position in axialer Richtung A Druck auf den radialen Vorsprung 26 auszuüben. Zu diesem Zweck ist die Fixiervorrichtung 30 in dieser Variante vorteilhaft als Überwurfmutter ausgebildet.

[0054] Die Fixiervorrichtung 30 umfasst somit ein erstes Gewinde 32 (hier in Form eines Innengewindes). Am oberen Segment 12, insbesondere am hülsenförmigen vierten Abschnitt 21, ist ferner ein mit dem ersten Gewinde 32 korrespondierendes zweites Gewinde 16 (hier ein Außengewinde) ausgebildet. Das erste Gewinde 32 und das zweite Gewinde 16 stehen wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt miteinander in Eingriff, wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in der zweiten Position befindet. Vermöge der hülsenförmigen Ausgestaltung des vierten Abschnitts 21 lässt sich dabei das zweite Gewinde 16, vorteilhaft bauraumeffizient, zumindest abschnittsweise zwischen dem unteren Segment 20 und der Fixiervorrichtung 30 anordnen, wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in der zweiten Position befindet.

[0055] Zur Verliersicherung der Fixiervorrichtung 30 am unteren Segment 20 umfasst der Hydrozyklon 10 ferner einen als Flanschring ausgebildeten, am unteren Segment 20 befestigten Befestigungsflansch 40, der sich auf einer dem oberen Segment 12 entgegengesetzten Seite der Fixiervorrichtung 30 von dem unteren Segment 20 radial auswärts erstreckt. Oberlaufseitig ist der radiale Vorsprung 26 dazu eingerichtet, die axiale Bewegung der Fixiervorrichtung 30 zu begrenzen. Unterlaufseitig bildet der Befestigungsflansch 40 einen weiteren Anschlag für die Fixiervorrichtung 30. D. h. der Befestigungsflansch 40 ist dazu eingerichtet, eine axial abwärts gerichtete Bewegung der Fixiervorrichtung 30 zu begrenzen.

[0056] Es wurde gesagt, dass die Fixiervorrichtung 30 in ihrer ersten Position ein Drehen des oberen Segments 12 relativ zum unteren Segment 20 um die Mittellängsachse M zulässt. Dementsprechend kann die erste Position der Fixiervorrichtung 30 eine Position sein, in der sich der Anschlag der Fixiervorrichtung 30 (Überwurfmutter) zwischen dem Befestigungsflansch 40 und dem radialen Vorsprung 26 befindet, ohne den radialen Vorsprung 26 zu kontaktieren. In der zweiten Position können dieser Anschlag der Fixiervorrichtung 30 den radialen Vorsprung 26 kontaktieren und die Fixiervorrichtung 30 derart mit dem oberen Segment 12 in Eingriff stehen, dass ein Kraftschluss / Reibschluss zwischen dem unteren Segment 20 und dem oberen Segment 12 ausgebildet ist. Zur einfachen Vorpositionierung kann die Fixiervorrichtung 30 außerdem in ihrer ersten Position und/oder in ihrer zweiten Position mit dem oberen Segment 12 in Eingriff stehen. Vorzugsweise besteht der Eingriff in der ersten Position nur teilweise, d.h., die Fixiervorrichtung 30 / Überwurfmutter ist in diesem Fall nicht festgezogen.

[0057] An einem von dem oberen Segment abgewandten Ende ist eine Unterlaufdüse 54 am unteren Segment 20 befestigt. Die Unterlaufdüse 54 umfasst eine weitere Innenumfangsfläche 56 mit einem an eine Auslassöffnung 60 der Unterlaufdüse 54 grenzenden zylindrischen Abschnitt 58. Wie aus Figur 1 ersichtlich, unterscheiden sich die Öffnungswinkel der ersten Innenumfangsfläche 22 und der weiteren Innenumfangsfläche 56 derart, dass sich der Unterlauf in der Unterlaufdüse 54 nach unten hin schneller verjüngt als der konische Raumteil des Innenbereichs 23. Die Unterlaufdüse 54 weist analog zum unteren Segment 20 einen Kragen auf, den ein Anschlag einer zur Fixierung der Unterlaufdüse 54 am unteren Segment 20 angeordneten Überwurfmutter unterseitig kontaktiert. Ferner kann der Hydrozyklon 10 als Bausatz mehrere Unterlaufdüsen 54 mit unterschiedlich geformten zweiten Innenumfangsflächen 56 umfassen, um für die gewünschten Einsatzbedingungen optimiert ausgestattet zu werden.

[0058] Ein in den Figuren 5 bis 8 gezeigter weiterer Hydrozyklon 10 unterscheidet sich dadurch von dem Hydrozyklon 10 aus Figur 1, dass Ersterer ferner einen an einer von dem unteren Segment 20 abgewandten Oberfläche 11 des oberen Segments 12 anliegenden ersten Flanschring 34 und eine Schraubverbindungseinrichtung 36 umfasst mittels derer der erste Flanschring 34 mit der Fixiervorrichtung 30 verschraubt ist, wenn sich die Fixiervorrichtung 30 in der ersten Position und/oder zweiten Position befindet. Die zweite Position ist in den Figuren 5 bis 8 gezeigt. In der ersten Position kann die Fixiervorrichtung 30 von dem radialen Vorsprung 26 beabstandet sein.

[0059] Vorzugsweise ist diese Fixiervorrichtung 30 in dieser Variante als zweiter Flanschring statt als Überwurfmutter ausgebildet.

[0060] Die Schraubverbindungseinrichtung 36 umfasst mehrere Bolzenverbindungen, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen um das obere Segment herum positioniert sein können. Durch Festziehen dieser Bolzenverbindungen lässt sich der radiale Vorsprung in einer Richtung parallel zur Mittellängsachse M gegen eine Unterseite des oberen Segments 12 pressen, um dort zwecks der eingangs genannten Verdrehsicherung einen Reibschluss herzustellen. Jede Bolzenverbindung umfasst in dieser Variante einen Bolzen mit einem Bolzenkopf und einem Gewindeabschnitt, wobei sich der Gewindeabschnitt parallel zur Mittellängsachse M entlang einer Außenumfangsfläche des oberen Segments 12 erstreckt. An einem dem Bolzenkopf jeweils entgegengesetzten Ende ist eine Mutter, beispielsweise eine Hutmutter, aufgeschraubt, die sich am dort befindlichen (ersten beziehungsweise zweiten) Flanschring auf einer dem anderen Flanschring entgegengesetzten Seite abstützt. Im Übrigen umfasst der Hydrozyklon 10 aus den Figuren 5 bis 8 alle Merkmale des Hydrozyklons 10 aus Figur 1.

[0061] Ein in Figur 9 gezeigtes System 100 umfasst den Hydrozyklon 10 aus Figur 1. Darüber hinaus kann das System 100 einen Sammelbehälter 110 mit einem Deckel 112 aufweisen, wobei der Deckel 112 mindestens ein Durchgangsloch umfasst. Wenn das System 100 (wie in der nachstehend beschriebenen Variante) mehrere Hydrozyklone 10 umfasst, kann jeder Hydrozyklon 10 einem Durchgangsloch zugeordnet sein. Insofern gilt nachstehend für den Hydrozyklon 10 beziehungsweise das Durchgangsloch gesagtes entsprechend für alle übrigen Hydrozyklone 10 sowie Durchgangslöcher.

[0062] Das untere Segment 20 des Hydrozyklons 10 durchsetzt das Durchgangsloch und ist vorzugsweise bezüglich der Mittellängsachse M des Hydrozyklons 10 verdrehsicher an dem Deckel 112 befestigt. Zu diesem Zweck kann der Befestigungsflansch 40 des Hydrozyklons 10 ein oder mehrere Löcher 42, 44 umfassen, mit denen zugehörige Bolzen (nicht dargestellt) zur Befestigung des jeweiligen Hydrozyklons 10 am Deckel 112 in Eingriff stehen. Wie aus Figur 9 ersichtlich, ist der Befestigungsflansch 40 vorteilhaft auf dem Deckel 112 abgestützt. Ein weiterer Synergieeffekt des sich radial auswärts vom unteren Segment 20 erstreckenden Befestigungsflansches 40 besteht somit darin, dem Hydrozyklon 10 Stabilität am Deckel 112 zu verleihen. Aufgrund der verdrehsicheren Befestigung des unteren Segments 20 am Deckel 112 lässt sich die Fixiervorrichtung 30 auf vergleichsweise präzise Weise in ihre zweite Position verlagern.

[0063] Ein Zuströmpfad, entlang dessen die disperse Flüssigkeit dem Hydrozyklon 10 zugeführt wird, verläuft vorzugsweise durch einen oder mehrere der nachfolgend genannten Systemteile, die am Zuströmpfad bevorzugt in dieser Reihenfolge angeordnet sein können, wobei diese Systemteile entsprechend fluidleitend miteinander verbunden sein können (vgl. auch Figur 11): ein Fluidbehälter 118 (insbesondere Ansatzbehälter) für die disperse Flüssigkeit; ein erster Hahn 132; eine Fördervorrichtung 134 (insbesondere Betriebspumpe); eine Durchflussmesseinrichtung 136; ein zweiter Hahn 138; eine Zulauf-Druckanzeige 140; und, sofern optional mehrere Hydrozyklone 10 vorgesehen sind, ein Fluidverteiler 120. Die Unterlaufdüse 54 ist bevorzugt im Innenbereich des Sammelbehälters 110 angeordnet, sodass die spezifisch schwerere Fraktion (bei einer Suspension insbesondere die Feststoffpartikel) nach Ausbreitung durch die jeweilige Auslassöffnung 60 freiströmend (d.h., ohne zusätzliche Strömungsleitung) in den Sammelbehälter 110 gelangen. Optional kann ferner an der Unterlaufdüse 54 zur Strömungsverbesserung ein Abtropfrohr 55 vorgesehen sein (siehe Figur 9). Vorzugsweise ist der Sammelbehälter 110 durch den Deckel 112 gegenüber der Umgebung des Systems 100 abgedichtet. Ein an der Oberlaufdüse 50 beginnender Oberlauf-Strömungspfad kann über eine weitere Druckanzeige 152 und einen dritten Hahn 154 zu einem Prozessbad führen.

[0064] Darüber hinaus kann der Sammelbehälter 110 mit einer Hebevorrichtung versehen sein, die eine Hebepumpe 119 umfassen kann. Die Hebevorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Hebepumpe 119 nur dann zu betreiben, wenn sich ein Füllstand im Sammelbehälter 110 zwischen einem vorbestimmten unteren ersten Niveau 142 und einem vorbestimmten höheren zweiten Niveau 144 befindet. Zu diesem Zweck kann das System 100 eine Einrichtung zur Erfassung des Füllstandes im Sammelbehälter 110 enthalten. Ferner kann ein Überlaufschutz 145 vorgesehen sein, mittels dessen der Sammelbehälter 110 fluidleitend mit dem Fluidbehälter 118 so verbunden ist, dass nur Fluid aus dem Sammelbehälter 110 ab einem dritten Niveau 146 in den Fluidbehälter 118 strömen kann, wobei das dritte Niveau 146 oberhalb des zweiten Niveaus 144 liegt.

[0065] Ein Auslass 114 des Sammelbehälters 110 kann vorteilhaft über mindestens einen drucklosen Filter 116, 117 fluidleitend mit dem Fluidbehälter 118 verbunden sein, um restliche Flüssigkeit in den Fluidbehälter 118 zu rezirkulieren, und somit Ressourcen zu schonen. Bei dem mindestens einen drucklosen Filter 116, 117 kann es sich jeweils um einen Beutelfilter handeln. Drucklose Filter zeichnen sich grundsätzlich dadurch aus, dass die Filtration im Wesentlichen durch die Schwerkraft erfolgt. Somit ermöglicht das System insgesamt sehr hohe Filtrationsraten bei gleichzeitig großen Wartungsintervallen und geringem Materialeinsatz. Der Hydrozyklon 10 umfasst sämtliche in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 beschriebene Merkmale.

[0066] Ein in Figur 10 gezeigtes weiteres System 100 unterscheidet sich dadurch von dem System 100 aus Figur 9, dass Ersteres mehrere Hydrozyklone 10 umfasst. Folglich umfasst das System 100 gemäß Figur 10 außerdem den Fluidverteiler 120 (siehe auch Figur 14). Der Fluidverteiler 120 hat einen Einlass 122 und mindestens zwei Auslässe 124, 126. Die Anzahl der Auslässe 124, 126 entspricht der Anzahl der Hydrozyklone 10 des Systems 100. Jedem Auslass 124, 126 kann ein Hydrozyklon 10 zugeordnet sein. Der Auslass 124 ist hier fluidleitend mit dem Einlass 14 eines in Figur 10 links dargestellten ersten der Hydrozyklone 10 (insbesondere über den Zulaufanschluss 15 dieses ersten Hydrozyklons 10) verbunden. Der Auslass 126 ist fluidleitend mit dem Einlass 14 eines in Figur 10 rechts dargestellten zweiten der Hydrozyklone 10 (insbesondere über den Zulaufanschluss 15 dieses zweiten Hydrozyklons 10) verbunden.

[0067] Um eine homogene Aufteilung der Strömung am Einlass 122 des Fluidverteilers 120 auf elegante, strömungswiderstandsreduzierte Art und Weise zur ermöglichen, ist der Fluidverteiler 120 mit einem konischen Abschnitt 128 ausgestattet. Dieser konische Abschnitt 128 ragt in einen Innenbereich des Fluidverteilers 120. Eine Spitze 129 des konischen Abschnitts 128 weist in Richtung des Einlasses 122. Somit ist der konische Abschnitt 128 dazu angeordnet, die (allgemein geradlinige) Strömung am Einlass vorzugsweise stromabwärts der Spitze 129 in einen ringförmigen Strömungskanal 131 zu leiten, damit die disperse Flüssigkeit von dort durch Anschlussleitungen zu den Auslässen 124, 126 strömt.

[0068] In Figur 14 ist beispielhaft ein Fluidverteiler 120 gezeigt, der mehrere (in der Variante aus Figur 14 sieben) Auslässe umfasst. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 14 nur die Anschlussleitungen 133, 135 mit Bezugszeichen versehen. Die Figuren 15 und 16 verdeutlichen, wie derartige Fluidverteiler 120 an Hydrozyklonen 10 gemäß Figur 5 beziehungsweise Figur 1 angeschlossen werden können. Der Fluidverteiler 120 des Systems 100 aus Figur 11 ist analog mit zwei Anschlussleitungen und zwei Auslässen ausgebildet.

[0069] Darüber hinaus umfasst das System 100 gemäß Figur 10 und 11 einen in Figur 12 zeigten Fluidsammler 150, der grundsätzlich ähnlich zum Fluidverteiler 120 ausgestaltet ist, jedoch in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Insbesondere, ist der Fluidsammler 150 mit einem konischen Abschnitt 152 ausgestattet. Dieser konische Abschnitt 152 ragt in einen Innenbereich des Fluidsammlers 150. Eine Spitze 154 des konischen Abschnitts 152 weist in Richtung eines Auslasses 156 des Fluidsammlers 150. Somit ist der konische Abschnitt 152 dazu angeordnet, die durch Einlässe 158, 160 in den Fluidsammler 150 einströmenden spezifisch leichteren Fraktionen möglichst turbulenzarm entlang der konischen Oberfläche in Richtung des Auslasses 156 zu leiten. Ein in Figur 13 beispielhaft dargestellter Fluidsammler 150 umfasst weitere Einlässe (von denen zwei mit den Bezugszeichen 162 bzw. 164 versehen sind) und ist somit für ein System 100 mit mehreren weiteren Hydrozyklonen 10 vorgesehen. Vorliegend zeigt die Figur 13 beispielhaft einen für ein System 100 mit sieben Hydrozyklonen 10 vorgesehenen Fluidsammler 150 in einer Schnittansicht (entsprechend dem Fluidverteiler 120 aus Figur 14). Somit umfasst der Fluidsammler 150 zusätzlich zu den Einlässen 158, 160, 162, 164 drei weitere Einlässe, die (aufgrund der Schnittansicht) nicht dargestellt sind. Im Übrigen umfasst das System 100 aus Figur 10 alle Merkmale des Systems 100 aus Figur 9.

[0070] Ein in Figur 17 stark schematisiert dargestelltes Verfahren 200 zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit, insbesondere von Feststoffpartikeln aus einer Suspension, umfasst die folgenden Schritte. Im Schritt 202 wird die disperse Flüssigkeit unter Druck gesetzt. Vorzugsweise kann dies mittels der Fördervorrichtung 134 durchgeführt werden. Im anschließenden Schritt 204 kann die unter Druck gesetzte disperse Flüssigkeit in den jeweiligen Einlass 14 mindestens eines Hydrozyklons 10 gemäß einer der Figuren 1 bis 8 eingeleitet werden. Die Flüssigkeit kann somit in die spezifisch schwerere Fraktion und die spezifisch leichtere Fraktion aufgeteilt werden.

[0071] Erfindungsgemäß sind somit Hydrozyklone, Systeme sowie Verfahren realisiert, die eine sehr hohe Dichtheit und Betriebssicherheit ermöglichen können. Die Hydrozyklone 10 können vorteilhaft für chemische Prozesse geeignet sein, bei denen eine hohe stoffliche Reinheit entscheidend ist. Im Ergebnis kann die Erfindung entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Produktion der Hydrozyklone sowie der Systeme bis zur chemisch-verfahrenstechnischen Verwendung auf synergetische Art und Weise eine erhebliche Effizienzsteigerung ermöglichen. Synergetisch können bei der Herstellung, der Wartung und während des laufenden Betriebs nicht nur materielle Ressourcen geschont, sondern auch wesentliche Vorgänge und Prozesse beschleunigt werden.

[0072] Die in dieser Offenbarung verwendeten Begriffe "umfassend", "aufweisend", "mit" und Ähnliche sind als nicht abschließend zu verstehen. Insbesondere bedeutet der Begriff "umfassend ein/e" in diesem Kontext "umfassend mindestens ein/e", d.h. "umfassend ein/e" schließt nicht aus, dass weitere entsprechende Elemente vorhanden sind. Mindestens ein/e bedeutet vorliegend ein/e oder mehrere. Aus Gründen der Leserlichkeit ist in dieser Offenbarung der Ausdruck "mindestens" teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der vorliegenden Offenbarung in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist, soll gleichzeitig auch seine Mehrzahl mitoffenbart sein. Zumindest abschnittsweise/teilweise ist als abschnittsweise/teilweise oder vollständig zu verstehen. Die Begriffe "erste(r)", "zweite(r)" usw. dienen lediglich der Nummerierung.

Ansprüche

1. Hydrozyklon (10), umfassend

ein oberes Segment (12) mit einem Einlass (14),

ein unteres Segment (20) mit einer zumindest abschnittsweise konischen ersten Innenumfangsfläche (22), und

eine Fixiervorrichtung (30), die reversibel zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist,

wobei das obere Segment (12) relativ zum unteren Segment (20) um eine Mittellängsachse (M) des Hydrozyklons (10) drehbar ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der ersten Position befindet, und

wobei das obere Segment (12) verdrehsicher am unteren Segment (20) befestigt ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der zweiten Position befindet.

2. Hydrozyklon (10) nach Anspruch 1,
wobei die Fixiervorrichtung (30) verliersicher am unteren Segment (20) gehalten ist.

3. Hydrozyklon (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Fixiervorrichtung (30) dazu angeordnet ist, das obere Segment (12) und das untere Segment (20) axial gegeneinander zu pressen, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der zweiten Position befindet.

4. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das untere Segment (20) einen zum oberen Segment (12) benachbarten Endbereich (24) mit einem radialen Vorsprung (26) aufweist,

wobei die Fixiervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, in ihrer zweiten Position in axialer Richtung (A) Druck auf den radialen Vorsprung (26) auszuüben.

5. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend einen Befestigungsflansch (40), der sich auf einer dem oberen Segment (12) entgegengesetzten Seite der Fixiervorrichtung (30) von dem unteren Segment (20) radial auswärts erstreckt.

6. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Fixiervorrichtung (30) in ihrer ersten Position und/oder in ihrer zweiten Position mit dem oberen Segment (12) in Eingriff steht.

7. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Fixiervorrichtung (30) ein erstes Gewinde (32) umfasst und das erste Gewinde (32) mit einem am oberen Segment (12) ausgebildeten zweiten Gewinde (16) in Eingriff steht, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der zweiten Position befindet,

wobei bevorzugt das zweite Gewinde (16) zumindest abschnittsweise zwischen dem unteren Segment (20) und der Fixiervorrichtung (30) angeordnet ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der zweiten Position befindet.

8. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend einen an einer von dem unteren Segment (20) abgewandten Oberfläche (11) des oberen Segments (12) anliegenden Flanschring (34) und eine Schraubverbindungseinrichtung (36) mittels derer der Flanschring (34) mit der Fixiervorrichtung (30) verschraubt ist, wenn sich die Fixiervorrichtung (30) in der ersten Position und/oder zweiten Position befindet.

9. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend:

mindestens eine von der Fixiervorrichtung (30) beabstandete Oberlaufdüse (50), die in das obere Segment (12) eingeschraubt ist; und/oder

mindestens eine Unterlaufdüse (54) mit einer weiteren Innenumfangsfläche (56), die einen an eine Auslassöffnung (60) der Unterlaufdüse (54) grenzenden zylindrischen Abschnitt (58) aufweist.

10. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das obere Segment (12) und das untere Segment (20) jeweils aus einem ersten Kunststoff hergestellt sind,

und/oder wobei das obere Segment (12) werkstoffeinstückig ausgebildet ist.

11. Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das untere Segment (20) mehrere axial aneinandergrenzende, stoffschlüssig miteinander verbundene Abschnitte (28, 29) umfasst,

wobei die Abschnitte (28, 29) jeweils vorzugsweise werkstoffeinstückig und/oder aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet sind.

12. System (100), umfassend

mindestens einen Hydrozyklon (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und

einen Sammelbehälter (110) mit einem Deckel (112), der mindestens ein Durchgangsloch umfasst,

wobei das untere Segment (20) des Hydrozyklons (10) das Durchgangsloch durchsetzt und bezüglich der Mittellängsachse (M) des Hydrozyklons (10) verdrehsicher an dem Deckel (112) befestigt ist.

13. System (100) nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei der Befestigungsflansch (40) auf dem Deckel (112) abgestützt ist.

14. System (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,

wobei mindestens zwei Hydrozyklone (10) vorgesehen sind,

wobei das System (100) ferner einen Fluidverteiler (120) umfasst,

wobei der Fluidverteiler (120) einen Einlass (122) und mindestens zwei Auslässe (124, 126) umfasst, die mit jeweils einem der Hydrozyklone (10) fluidleitend verbunden sind,

wobei ein konischer Abschnitt (128) des Fluidverteilers (120) in einen Innenbereich des Fluidverteilers (120) ragt und eine Spitze (129) des konischen Abschnitts (128) in Richtung des Einlasses (122) weist, und

wobei vorzugsweise ein Auslass (114) des Sammelbehälters (110) über mindestens einen drucklosen Filter (116, 117) fluidleitend mit einem Fluidbehälter (118) des Systems (100) verbunden ist.

15. Verfahren (200) zum Abtrennen einer spezifisch schwereren Fraktion aus einer dispersen Flüssigkeit, insbesondere von Feststoffpartikeln aus einer Suspension, umfassend die Schritte:

unter Druck Setzen (202) der dispersen Flüssigkeit; und

Einleiten (204) der unter Druck gesetzten dispersen Flüssigkeit in den jeweiligen Einlass (14) mindestens eines Hydrozyklons (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

Zeichnung