DE102016125940A1

DE102016125940A1 - Kontinuierlich arbeitender Mischer für Fluide sowie Verfahren zum Betreiben des Mischers

Info

Publication number: DE102016125940A1
Application number: DE102016125940.3A
Authority: DE
Inventors: Manfred Lorenz Locher
Original assignee: Hydrodynam Jetmix GmbH
Current assignee: Hydrodynam Jetmix GmbH
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-31
Also published as: DE102016125940B4; WO2018121970A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Strahl-Mischdüse zum Einmischen eines Gases (G), vorzugsweise Luft, in Wasser (W) optimiert, indem einerseits die Position der Blende (P) in Längsrichtung und andererseits die Größe der Querschnittsverengung durch die Blende (P) - insbesondere bei einem bestimmten Durchmesser der Wasser-Zufuhr (10.2) - festgelegt wird, und darüber hinaus auch der die Saugwirkung bewirkende Wasserstrahl in Form eines ringförmigen zweiten Fluideinlasses (2) um das zentral zugeführte Gas, in der Regel Luft, in die Mischstrecke (11) eingeschossen wird.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft das Mischen von wenigstens zwei Fluiden, insbesondere einer Flüssigkeit und eines Gases, im kontinuierlichen Betrieb, also nicht chargenweise.
II. Technischer Hintergrund
Gerade für industrielle Zwecke ist es häufig notwendig, zwei Fluide, häufig eine Flüssigkeit und ein Gas, zu vermischen, und zwar nicht chargenweise, sondern im Durchlauf.
Hierfür sind beispielsweise mechanische Durchlauf-Mischer bekannt, bei denen die beiden Fluide entlang körperlicher Leitflächen so geführt werden, dass eine gute Durchmischung stattfindet. Bei statischen mechanischen Durchlauf-Mischern sind diese Leit-Flächen stillstehend angeordnet, bei dynamischen mechanischen Durchlauf-Mischern sind diese Leit-Flächen beweglich, insbesondere rotierend, angeordnet.
Daneben sind Strahl-Mischer bekannt, bei denen wenigstens eines der beiden Fluide mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit, also als Strahl, in das andere Fluid eingeschossen wird, oder beide Fluide mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit zusammengeführt werden, wobei die beiden Fluide in der Regel nicht parallel zueinander, sondern im Winkel zueinander geführt werden.
Hierfür notwendige Ausstattungen und Steuerungen für einen solchen Prozess, wie Verfügbarkeit von entsprechenden Druck-Erzeugern für die einzelnen Fluide, Sensoren zum Bestimmen von Druck, Durchfluss-Geschwindigkeit sowie anderen für die Steuerung des Prozesses notwendigen Parametern durch entsprechende Sensoren sowie eine die Signale der Sensoren verarbeitende Steuerung können in einer industriellen Umgebung gestellt werden, jedoch gibt es andere Anwendungen, in denen ein solcher Mischer unter erschwerten Bedingungen jederzeit funktionieren soll und möglichst einfach und beschädigungssicher aufgebaut sein soll.
So ist es ein bekanntes Problem, dass nach Überschwemmungen beim Abpumpen von zum Beispiel Brackwasser aus den überschwemmten Bereichen und Einleitung in der Nähe verfügbare Gewässer, aufgrund des niedrigen Sauerstoffgehaltes des Brackwassers, dem Brackwasser vor dem Zuführen in das natürliche Gewässer Sauerstoff zugesetzt werden muss. Ansonsten sinkt der Sauerstoffgehalt in dem Gewässer zu stark ab, sodass dort die meisten Lebewesen verenden und die dort vorherrschende biologische Besiedelung massiv verändert oder vollständig vernichtet wird, sodass solche Gewässer danach mit großem Aufwand wieder saniert werden müssen.
Zu diesem Zweck versuchen die Hilfsdienste, dem Brackwasser Sauerstoff dadurch zuzuführen, indem sie es möglichst fein verteilt dem Gewässer zuführen, also in Form eines fein verteilten Sprühnebels, was jedoch mit üblichen Feuerwehr-Ausrüstungen und Feuerwehr-Düsen nur sehr begrenzt möglich ist, und das beschriebene Problem kaum löst.
Wie oben beschrieben, sind gerade bei solchen Katastrophen-Einsätzen industrielle Mischer weder schnell genug noch in ausreichend großer Anzahl verfügbar, und selbst wenn, fehlt hierfür meistens die erforderliche Peripherie, also die Versorgung mit unterschiedlichen Energiearten, eine Ausstattung von auch im Außenbereich und unter widrigen Umständen funktionierender Sensorik und Elektronik, sodass der Einsatz solcher industrieller Mischer in der Praxis nicht stattfindet.
Um die in das Brackwasser einzumischende Gasmenge gering zu halten, wird bereits versucht, den Sauerstoffgehalt im Wasser nicht durch Zuführung von Luft, sondern durch Zuführung von reinem Sauerstoff zu verbessern, was jedoch extrem teuer ist wegen der hohen Kosten für den Sauerstoff, der darüber hinaus im Katastrophenfall ebenfalls häufig nicht schnell genug und in ausreichender Menge zur Verfügung steht.
Auch bei der Behandlung von privaten und industriellen Abwässern in Kläranlagen stellen sich ähnliche Probleme.
III. Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen Durchlauf-Mischer und ein Verfahren für seinen Betrieb zur Verfügung zu stellen, welches nur äußerst geringe Anforderungen an die Peripherie stellt, insbesondere außer der Kraft des Wasserstrahls keine Fremd-Energie benötigt. Dabei soll der Mischer einfach und robust sowie klein und tragbar gestaltet sein und in der Mischung ein Gasanteil von mindestens 50 Volumen-% erreicht werden.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hinsichtlich der Betriebsweise des Mischer, bei der zwei Fluide über je einen Fluideinlass in einen zu durchlaufenden Mischraum, die Mischstrecke, eingebracht werden und die Mischung diesen Mischraum über einen Mischungsauslass verlässt, wird dieser so betrieben, dass an dem ersten Fluideinlass ein geringerer Druck anliegt als an dem zweiten Fluideinlass, und insbesondere an dem ersten Fluideinlass nur Umgebungsdruck (1000 hPa) anliegt.
Der Mischer wird also als Strahl-Mischdüse betrieben.
Vorzugsweise wird an dem zweiten Fluideinlass, das Fluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,0 m/sec., besser von mindestens 1,5 m/sec., und/oder mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1,6 und 2,0 m/sec, besser zwischen 1,7 und 1,9 m/sec zugeführt.
Um diese Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, liegt meist ein Druck von größer 3 bar Überdruck, besser größer als 5 bar Überdruck, besser größer 8 bar Überdruck, an der zweiten Zufuhröffnung (10.2), insbesondere an dem zweiten Fluideinlass, an.
Dadurch wird das am ersten Fluideinlass mit geringerem Druck zugeführte Medium von dem Fluid, welches über den zweiten Fluideinlass zugeführt wird, mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit angesaugt.
Indem in Durchflussrichtung hinter den beiden Fluideinlässen eine Verengung des Querschnitts der Mischstrecke von den beiden Fluiden, die sich bis dorthin bereits teilweise vermischt haben, durchlaufen wird, werden dadurch zusätzliche Verwirbelungen erzeugt, sodass eine zusätzliche Vermischung auftritt.
Vorzugsweise wird durch den zweiten Fluideinlass, zu dem das Fluid mit höherem Druck zugeführt wird, dasjenige Medium mit der höheren Dichte zugeführt, vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, und an dem anderen, ersten Fluideinlass, vorzugsweise ein Gas wie etwa Luft.
Dadurch kann die Flüssigkeit mit dem Gas, insbesondere der Luft, und dem darin enthaltenen Luftsauerstoff angereichert werden.
Vorzugsweise wird dabei eine Blenden-Durchmesser-Verengung zwischen 0,5 und 0,99, besser zwischen 0,6 und 0,98, besser zwischen 0,7 und 0,97, besser zwischen 0,83 und 0,96, besser zwischen 0,80 und 0,94, besser zwischen 0,85 und 0,92 gewählt.
Als Blenden- Durchmesser-Verengung wird dabei das Verhältnis des Durchmessers des freien Durchganges durch die Blende zu dem Durchmesser der Misch-Strecke abseits der Blende, insbesondere stromaufwärts der Blende, bei einem kreisrunden Querschnitt der Öffnungsblende auch der Misch-Strecke definiert.
Wird dagegen die Blenden-Flächen-Verengung, also das Verhältnis der Fläche des freien Durchganges durch die Blende zu der Fläche der Misch-Strecke abseits der Blende, insbesondere stromaufwärts der Blende, betrachtet, so wird die Blenden-Flächen-Verengung zwischen 0,25 und 0,98, besser zwischen 0,36 und 0,96, besser zwischen 0,49 und 0,94, besser zwischen 0,69 und 0,89, besser zwischen 0,64 und 0,88, besser zwischen 0,72 und 0,84 gewählt.
Als Blenden-Position wird die Entfernung der Engstelle von der 1. Mischstelle, der stromabwärtigeren der beiden Fluideinlässe, in Relation zu dem Durchmesser der Misch-Strecke abseits der Blende vorzugsweise so gewählt, dass die Blenden-Position zwischen 2,0 und 7,0, besser zwischen 3,5 und 4,7, besser zwischen 3,7 und 4,5, besser zwischen 3,9 und 4,3, besser zwischen 4,0 und 4,2 beträgt.
Bei unrunden Querschnittsflächen wird als Durchmesser derjenige Wert für die Blenden-Durchmesser-Verengung oder die Blenden-Position verwendet, der der Durchmesser einer runden Querschnittsfläche mit der gleichen Fläche wie die unrunde Querschnittsfläche ist.
Vorzugsweise werden die Betriebsparameter, insbesondere der an dem zweiten Fluideinlass anliegende Druck und / oder der Druckunterschied zwischen erstem und zweiten Fluideinlass und / oder die Strömungsgeschwindigkeit an wenigstens einem der beiden Fluideinlässe so gesteuert und / oder die Verengung geformt, dass an der Verengung Kavitation auftritt.
Falls es zu diesem Zweck notwendig ist, das Fluid am ersten Fluideinlass, insbesondere das Gas, wie etwa Luft, mit einem höheren Druck als Umgebungsdruck, jedoch einem niedrigerem Druck als dem Druck am zweiten Fluideinlass, zuzuführen, so wird der Druck des ersten Fluids an dem ersten Fluideinlass entsprechend gesteuert.
Hinsichtlich des Mischers wird die Aufgabe dadurch erfüllt, dass in dem Mischer eine Mischstrecke ausgebildet ist, also ein Mischraum, der von einem Mischrohr begrenzt ist und dieses in Durchlaufrichtung von den Fluiden durchlaufen wird und dabei die Durchmischung auftritt, wobei der Mischer erste und zweite Zufuhröffnungen für das erste und zweite Fluid in seinem vorderen Anfangsbereich und stromabwärts davon eine Austrittsöffnung für die Mischung, also das Gemisch, aufweist.
Im Inneren des Mischers ist die Mischstrecke ausgebildet, die die besagten ersten und zweiten Fluideinlässe für die beiden Fluide am vorderen Ende der Mischstrecke umfasst und am stromabwärtigen hinteren Ende einen Mischungsauslass für die Mischung.
Im Verlauf der Mischstrecke, spätestens in Durchlaufrichtung an deren Ende, weist diese Mischstrecke eine Querschnittsverengung auf, deren freier Durchlass eine geringere Fläche besitzt als der Rest der Mischstrecke, unabhängig davon, ob abseits dieser Querschnittsverengung die Mischstrecke einen im Verlauf gleichbleibenden oder sich verändernden Querschnitt aufweist.
Die Querschnittsverengung der Mischstrecke erfolgt vorzugsweise durch eine Blende, indem also der Außenumfang der Querschnittsfläche verringert wird. Die Querschnittsverengung könnte jedoch auch auf andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise indem im Inneren der Querschnittsfläche ein Hindernis angeordnet wird, beispielsweise im Zentrum der Querschnittsfläche der Mischstrecke.
Der abseits der Verengung, insbesondere der Blende, kleinste, und erst recht der größte, freie Querschnitt der Mischstrecke abseits dieser Verengung, insbesondere am Mischungsauslass, ist dabei größer als die Summe der Querschnittsflächen des ersten und zweiten Fluideinlasses.
Auf jeden Fall ist diese Verengung stromabwärts des Beginns der Mischstrecke angeordnet, insbesondere eine erhebliche Strecke in Durchlaufrichtung davon entfernt, sodass zunächst einmal im Streckenabschnitt vom Beginn der Mischstrecke bis zu der Verengung, insbesondere der Blende, eine erste Durchmischung zwischen den beiden Fluiden erfolgt, und durch die an der Verengung, insbesondere der Blende, auftretende Turbulenzen und insbesondere einer dort auftretenden Kavitation eine weitere Durchmischung erfolgt.
Falls die beiden Fluideinlässe an unterschiedlichen Längspositionen, also gemessen in Durchlaufrichtung, angeordnet sind, ist die Längsposition des stromabwärtigeren der beiden Fluideinlässe der Beginn der Mischstrecke.
Wie bereits oben zur Betriebsweise dargelegt, wird vorzugsweise über den ersten Fluideinlass ein Gas, insbesondere Luft, zugeführt und über den zweiten Fluideinlass und dementsprechend über die zweite Zufuhröffnung ein dichteres Medium, insbesondere eine Flüssigkeit wie etwa Wasser, sodass dann der Mischer prinzipiell eine Strahldüse ist.
Vorzugsweise besitzt sowohl das Mischrohr des Mischers als auch die Mischstrecke, also der Mischraum, einen rotationssymmetrischen Querschnitt. In diesem Fall besitzt auch die Engstelle, insbesondere die Blende, einen rotationssymmetrischen Querschnitt und ist zentrisch im Querschnitt des Mischraumes angeordnet.
Gleiches gilt vorzugsweise auch für den ersten und / oder zweiten Fluideinlass in den Mischraum. Die Zufuhröffnungen des Mischers für das erste und zweite Fluid in das Mischrohr sind in der Regel nur für dasjenige Fluid, welches mit einem größeren Mengendurchsatz in der Mischung enthalten sein soll, vorzugsweise das dichtere Medium wie etwa Wasser, zentrisch angeordnet, während die geringere Komponente, in der Regel die Luft, über eine meist in der Seitenwand oder der Stirnseite des Mischrohres angeordnete Zufuhröffnung zugeführt wird.
Das über die erste Zufuhröffnung zugeführte Fluid, insbesondere Luft, wird zwar dem Mischrohr meist von der Seite zugeführt, jedoch dem Mischraum zentrisch in Form eines ringförmigen zweiten Fluideinlasses für das zweite Fluid zugeführt, der in einem vorzugsweise ebenfalls konzentrisch im Mischrohr angeordneten Zuführelement ausgebildet ist, das natürlich im freien Querschnitt des Mischraumes durch Radialstreben gehalten werden muss, durch die hindurch auch die Zuführung des ersten Fluids in das Zuführelement erfolgt.
Das zweite Fluid, insbesondere Wasser, strömt dann radial außen an dem Zuführelement vorbei in den Mischraum.
Dieser Fluideinlass am freien, stromabwärtigen Ende des Zuführelementes für das erste Fluid kann zentrisch und rotationssymmetrisch, insbesondere ringförmig, ausgebildet sein und die Ausströmrichtung schräg radial nach außen gegen das am Außenumfang ringförmig strömende zweite Fluid gerichtet sein.
Zusätzlich kann bei einem ringförmigen Fluideinlass für das erste Fluid, insbesondere Gas oder Luft, in deren Zentrum wiederum ein weiterer Teil des zweiten, dichteren Mediums, wie etwa Wasser zugeführt werden, sodass am Beginn der Mischstrecke dann radial von innen nach außen zweites Fluid (z.B. Wasser), darum herum ringförmig das erste Fluid (z.B. Luft) und darum herum zentrisch wiederum ringförmig das zweite Fluid (z.B. Wasser) zugeführt wird, was die Vermischung bereits im ersten Abschnitt der Mischstrecke, also stromaufwärts der Querschnittsverengung, wie etwa einer Blende, verbessert. Diese ringförmig radiale Abfolge von innen nach außen mit Fluideinlässen abwechselnd für erstes und zweites Fluid kann auch noch mehr radiale Ringe umfassen.
Die Wirkung der Engstelle, vorzugsweise einer Blende, innerhalb der Misch-strecke, wird dadurch optimiert, dass das Verhältnis der Länge vom Beginn der Mischstrecke bis zu der Blende zu dem Durchmesser der Mischstrecke abseits der Engstelle, vorzugsweise der Blende, diese sogenannte Blenden-Position zwischen 2,0 und 7,0, besser zwischen 3,5 und 4,7, besser zwischen 3,7 und 4,5, besser zwischen 3,9 und 4,3, besser zwischen 4,0 und 4,2 beträgt.
Falls sich der Durchmesser der Mischstrecke abseits der Blende verändert, wird der durchschnittliche Durchmesser der Mischstrecke abseits der Engstelle, insbesondere der Blende, ermittelt und für diese Berechnung verwendet.
Da es sich gezeigt hat, dass auch das Maß der Verengung an der Engstelle, insbesondere der Blende, von großer Bedeutung ist, welches definiert wird als Verhältnis des Durchmessers des freien Durchganges durch eine kreisrunde Blende zu dem Durchmesser der Mischstrecke abseits der Blende, insbesondere stromaufwärts der Blende, sollte diese sogenannte Blenden-verengung zwischen 0,5 und 0,99, besser zwischen 0,6 und 0,98, besser zwischen 0,7 und 0,97, besser zwischen 0,83 und 0,96, besser zwischen 0,8 und 0,94, besser zwischen 0,85 und 0,92 betragen, insbesondere in Kombination mit obiger Positionierung der Blende.
Vorzugsweise sollte die Längsposition der der Engstelle, insbesondere der Blende, in Durchlaufrichtung veränderbar und damit einstellbar am Mischrohr sein, also die Verengung oder Blende zumindest in Durchlaufrichtung beweglich im Mischrohr ausgebildet sein.
Durch die Veränderung der Längsposition kann, insbesondere einer starken Verschmutzung eines der zugeführten Medien, insbesondere der Flüssigkeit, Rechnung getragen werden. Vor allem wenn diese Flüssigkeit mit einem hohen Anteil an Feststoffen beladen ist, kann sich ein größerer Abstand der Engstelle in der Mischstrecke zum Beginn der Mischstrecke empfehlen.
In Durchlaufrichtung durch die Mischstrecke kann nicht nur eine, sondern in Längsrichtung beabstandet auch eine zweite oder sogar noch mehrere Engstellen, insbesondere Blenden, vorhanden sein, wobei die oben beschriebenen bevorzugten Blendenpositionen und Blendenverengungen analog anzuwenden sind, also hinsichtlich der Blendenposition der weiteren Engstelle oder Blende dann der Abstand von der in Durchströmungsrichtung vorausgehenden Engstelle, insbesondere Blende, zu wählen ist, anstatt der Abstand von dem Beginn der Mischstrecke.
Generell gilt für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung, dass bei der Angabe von Durchmessern, der für kreisrunde Querschnittsflächen gilt, bei unrunden Querschnittsflächen derjenige Wert als Durchmesser verwendet wird, den eine runde Querschnittsfläche mit der gleichen Fläche wie die unrunde Querschnittsfläche aufweisen würde.
Die Anströmfläche des Hindernisses, welches die Engstelle erzeugt, insbesondere die Blende, kann im rechten Winkel zur Durchströmungsrichtung 10' liegen, aber auch unter einem Winkel zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 60° und 90°, vorzugsweise zwischen 75° und 90° dazu schräg gestellt sein.
Vorzugsweise ist jedoch der zweite Fluideinlass, insbesondere der Flüssigkeitseinlass, in die Mischstrecke ein ringförmiger, insbesondere konzentrisch zur Durchströmungsrichtung liegender, ringförmiger Einlass und weist in Durchströmungsrichtung stromaufwärts des zweiten Fluideinlass eine düsenförmige Querschnittsverengung auf, deren Flanken im Längsschnitt in einem Winkel zwischen 5° und 50°, besser zwischen 15° und 40°, besser zwischen 20° und 35°, zueinander stehen.
Ebenso ist auch der erste Fluideinlass, insbesondere der Gaseinlass, von der ringförmigen Querschnittsfläche des zweiten Fluideinlasses umgeben und insbesondere konzentrisch innerhalb dessen angeordnet.
Vorzugsweise ist der erste Fluideinlass, insbesondere der Gaseinlass, ein ringförmiger, insbesondere konzentrisch zur Durchströmungsrichtung liegender, Fluideinlass.
Figurenliste
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1: einen Längsschnitt durch den Mischer, in dem mehrere Varianten des Mischers gleichzeitig dargestellt sind,
2: einen Querschnitt durch den Mischer der 1 entlang der Linie B - B,
3: einen Querschnitt durch den Mischer der 1 entlang der Linie C- C,

1 zeigt im Längsschnitt den - wie die Querschnitte der 2 und 3 zeigen - rotationssymmetrisch um die Durchströmungsrichtung 10' ausgebildeten Mischer 10, der hier als Mischrohr mit entsprechenden Einbauten ausgebildet ist, und in 1 in der unteren Bildhälfte einerseits und der oberen Bildhälfte andererseits teilweise unterschiedliche Gestaltungen aufweist.
Die für die Erfindung wesentliche Mischstrecke 11 oder Mischraum 11, die in Durchströmungsrichtung 10' eine Länge L1 besitzt, ist der in Durchströmungsrichtung 10' zweite, hintere Teil des Mischers 10:
Am Beginn dieses Mischraumes 11 wird über einen ersten Fluideinlass 1, der eine Fläche F1 besitzt, die vorzugsweise Luft in den Mischraum 11 eingebracht, vorzugsweise angesaugt mittels des mit erheblicher Strömungsgeschwindigkeit durch den zweiten Fluideinlass 2, der eine Fläche F2 besitzt, einströmenden zweite Fluids, in aller Regel Wasser.
Dabei umgibt der zweite Fluid-Einlass 2, der konzentrisch ringförmig ausgebildet ist, den ersten Fluid-Einlass 1 ringförmig, wie in 3 dargestellt.
Der erste Fluideinlass 1 kann ebenfalls konzentrisch ringförmig um die Durchströmungsrichtung (10') herum ausgebildet sein, wie in der oberen Hälfte der 1 dargestellt, oder ein zentraler Einlass mit vorzugsweise ringförmiger Fläche sein, wie in 1 in der unteren Hälfte dargestellt, und analog auch in 3.
Bei der Bauform gemäß 1 sind der erste und der zweite Fluideinlass 1, 2 an der gleichen Axialposition dargestellt und definieren den Beginn der Mischstrecke 11. Würden diese beiden in axialer Richtung versetzt angeordnet sein, würde der weiter stromabwärts liegenden erste oder zweite Fluideinlass den Beginn der Mischstrecke 11 definieren.
Vom Beginn der Mischstrecke 11 stromabwärts um die Länge L2 versetzt befindet sich eine Querschnittsverengung in Form einer Blende 4, definiert durch den Beginn der Blende 4 in Durchströmungsrichtung 10'.
Das Verhältnis dieser Länge L2 zum freien inneren Durchmesser D11 der Mischstrecke 11 - bei nicht gleichbleibendem Durchmesser 11 der Durchmesser 11 unmittelbar vor der Querschnittsverengung durch die Blende 4 - ist relevant für das Maß der Durchmischung der beiden Fluide, in der Regel Luft und Wasser.
Stromabwärts der Blende 4 kann, muss aber nicht, eine Durchmesseraufweitung gegenüber dem Durchmesser D4 der Blende 4 auf einen größeren Durchmesser D3 erfolgen, der vorzugsweise gleich groß ist wie der Durchmesser D11 stromaufwärts der Blende, jedoch auch ein anderer Durchmesser sein kann.
Insbesondere kann es ab dem Beginn der Querschnittsverengung durch die Blende (4) stromabwärts auch keine Aufweitung des freien Durchmessers mehr geben, sodass also dann die Blende (4) das Ende der Mischstrecke darstellt.
In der gezeichneten Bauform ist das Ende der Mischstrecke 11, also die Austrittsöffnung 10.3 für die Mischung M, jedoch um die Länge L3 vom Ende der Blende 4 stromabwärts versetzt, was die Durchmischung weiter fördert.
Die Anströmfläche 4a, in der ein in Durchströmungsrichtung 10' heranströmendes Fluid oder Fluid-Gemisch auf die Blende 4 trifft, steht vorzugsweise zu dem davon stromaufwärtigen Abschnitt der Innenfläche der Wandung des Mischrohres 10 unter einem Anströmwinkel 5 von mindestens 90 Grad, besser mehr als 90 Grad.
Damit das Wasser W in Form des zweiten Fluideinlasses 2 konzentrisch um das radial weiter innen, vorzugsweise zentral oder ebenfalls konzentrisch um die Durchströmungsrichtung 10' zu geführte Gas G am Beginn in die Misch-strecke 11 einströmen kann, wird ein zentrales Zuführelement 7 verwendet, welches - wie am besten in 2 ersichtlich - mittels dreier über den Umfang verteilter, radial verlaufender Tragarme 8 zentrisch im Inneren des Mischrohres 10 gehalten wird.
Damit aus diesem Zuführelement 7 aus der stromabwärtigen Stirnfläche in Form des ersten Fluideinlasses 1 die Luft ausströmen kann, wird sie diesem Zuführelement 7 zugeführt über radial im Inneren der Tragarme 8 verlaufende Kanäle 9, oder wenigstens einen solchen Kanal, falls dessen Querschnitt dafür ausreicht.
Die erste Zufuhröffnung 10.1 für das Gas, insbesondere Luft, in den Mischer 10 hinein, ist entweder in der stromabwärtigen Stirnseite des Mischrohres 10 angeordnet, wie in 1 rechts oben dargestellt, oder radial außen im Umfang des Mischrohres an der Stelle eines der Tragarme 8 wie in 1 rechts unten dargestellt.
Die zweite Zufuhröffnung 10.2 für das Wasser ist die stromaufwärtige, stirnseitige, zentrale Öffnung des Mischrohres 10, sodass das zugeführte Wasser W im Wesentlichen bereits in Durchströmungsrichtung 10' zugeführt wird, und dabei lediglich die in diesem Fall drei Tragarme 8 umströmen muss, die deshalb natürlich in Durchströmungsrichtung möglichst schmal ausgebildet sein sollten.
An dieser zweiten Zufuhröffnung 10.2 liegt das Wasser meist mit einem Überdruck von mehreren Bar, in der Regel ca. 10 Bar, an, sodass am zweiten Fluideinlass 2 eine Einströmgeschwindigkeit des Wassers von 1,5 m/s bis 2 m/s erreicht wird, was ausreicht, um das nur unter Umgebungsdruck, also etwa 1000 hPa, stehende Gas in die Mischstrecke 11 mittels der Wasserströmung einzusaugen, wodurch eine Strahl-Mischdüse gebildet wird.
Das Wasser W tritt dann über den ringförmigen zweiten Fluideinlass 2 zwischen dem radial inneren Zuführelement 7 und der äußeren Wandung des Mischrohres 10 in die Mischstrecke 11 ein, wobei die Außenfläche des Zuführelementes 7 als erste Flanke und die Innenseite der äußeren Wandung des Mischrohres 3 als zweite Flanke (2b) des zweiten Fluideinlasses 2 einen Flankenwinkel 6 zueinander einnehmen.
Falls - wie in 1 in der oberen Hälfte dargestellt - der erste Fluideinlass 1 ebenfalls ringförmig konzentrisch um die Durchströmungsrichtung 10' ausgebildet ist, ist die Einströmungsrichtung 1', mit der die Luft diesen ersten Fluideinlass 1 durchströmt, vorzugsweise unter einem spitzen Winkel zur Innenseite der Wandung des Mischrohres 10 gerichtet.
Bezugszeichenliste

1: Fluid-Einlass
1': Einströmrichtung
2: Fluid-Einlass
3: Mischung-Auslass
4: Blende
5: Anströmwinkel
6: Flanke
7: zentrales Zuführelement
8: Tragarm
9: radialer Kanal
10: Mischer
10.1: Zufuhröffnung
10.2: Zufuhröffnung
10.3: Austrittsöffnung
10': Durchlaufrichtung, Durchströmungsrichtung
11: Misch-Strecke, Misch-Raum
D1 - D4: Durchmesser
F1 - F4: Querschnittsfläche
F11: Querschnittsfläche
L1 - L4: Länge

Claims

Mischer (10) zum kontinuierlichen Mischen zweier Fluide, insbesondere einer Flüssigkeit und eines Gases, während des Durchlaufens einer Misch-Strecke (11) in Durchlaufrichtung (10'), wobei - der Mischer (10) - eine erste Zufuhröffnung (10.1) für das erste Fluid, - eine zweite Zufuhröffnung (10.2) für das zweite Fluid sowie - stromabwärts von den beiden Zufuhröffnungen (10.1,10.2) eine Austrittsöffnung (10.3) für die Mischung aufweist, - die Misch-Strecke (11) am stromaufwärtigen, vorderen Ende - einen ersten Fluideinlass (1) für das erste Fluid, - einen zweiten Fluideinlass (2) für das zweite Fluid sowie am stromabwärtigen, hinteren Ende - einen Mischungsauslass (3) für die Mischung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Misch-Strecke (11) an einer Blenden-Position (P) eine Querschnittsverengung, insbesondere eine Blende (4) aufweist, deren Querschnittsfläche (F4) geringer ist als die Querschnittsfläche (F11) der Misch-Strecke (11) abseits der Blende (4), - die Summe der ersten Querschnittsfläche (F1) des ersten Fluideinlasses (1) und der zweiten Querschnittsfläche (F2) des zweiten Fluideinlasses (2) geringer ist als die Querschnittsfläche (F11) der Misch-Strecke (11) abseits der Blende (4).
Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung, insbesondere Blende (4) - entweder am hinteren Ende der Misch-Strecke (11) angeordnet ist - oder vom Ende der Misch-Strecke (11) um die Strecke (L3) zurückversetzt ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der in Durchlaufrichtung (10') stromabwärtigere Einlass aus erstem Fluideinlass (1) und zweitem Fluideinlass (2) den Beginn, also das vordere Ende, der Misch-Strecke (11) definiert und - insbesondere der erste Fluideinlass (1) und der zweite Fluideinlass (2) in Durchlaufrichtung (10') an der gleichen Längsposition angeordnet sind.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluideinlass (1) ein Gas-Einlass (1), insbesondere ein Luft-Einlass (1) ist und der zweite Fluideinlass (2) ein Flüssigkeits-Einlass (2), insbesondere ein Wasser-Einlass (2) ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (10) ein Mischrohr (10) ist, welches wenigstens teilweise einen rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt, wobei - zumindest der Mischraum (11) einen rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt, und/oder - die Querschnittsverengung, insbesondere Blende (4), einen rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt, und / oder - der ersten Fluideinlass (1) einen rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt, und / oder - der zweiten Fluideinlass (2) einen rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - als Blenden-Position (P) das Verhältnis der Länge (L2) vom Beginn der Misch-Strecke (11) bis zur Blende (4) zu dem Durchmesser (D11) der Misch-Strecke (11) abseits der Blende (4), insbesondere stromaufwärts der Blende (4), definiert wird, - als Blenden-Verengung (V) das Verhältnis des Durchmessers (D4) des freien Durchganges durch die Blende (4) zu dem Durchmesser (D11) der Misch-Strecke (11) abseits der Blende (4), insbesondere stromaufwärts der Blende (4), definiert wird dadurch gekennzeichnet, dass - die Blenden-Position (P) zwischen 2,0 und 7,0, besser zwischen 3,5 und 4,7, besser zwischen 3,7 und 4,5, besser zwischen 3,9 und 4,3, besser zwischen 4,0 und 4,2 beträgt, und / oder - die Blenden-Durchmesser-Verengung (DV) zwischen 0,5 und 0,99, besser zwischen 0,6 und 0,98, besser zwischen 0,7 und 0,97, besser zwischen 0,83 und 0,96, besser zwischen 0,80 und 0,94, besser zwischen 0,85 und 0,92 beträgt, und / oder - die Blenden-Flächen-Verengung (FV) zwischen 0,25 und 0,98, besser zwischen 0,36 und 0,96, besser zwischen 0,49 und 0,94, besser zwischen 0,69 und 0,89, besser zwischen 0,64 und 0,88, besser zwischen 0,72 und 0,84 beträgt.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - bei unrunden Querschnittsflächen als Durchmesser derjenige Wert für die Blenden-Durchmesser-Verengung (DV) oder die Blenden-Position (P) verwendet wird, der der Durchmesser einer runden Querschnittsfläche mit der gleichen Fläche wie die unrunde Querschnittsfläche wäre und / oder - als Blenden-Position (P) die Mitte der Blende (4) in durch Laufrichtung (10') angenommen wird.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmfläche (4a) der Blende (4) zur Durchlaufrichtung (10') unter einem Anströmwinkel (5) zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 60° und 90°, vorzugsweise zwischen 75° und 90°, angeordnet ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der zweite Fluideinlass (2), insbesondere der Flüssigkeits-Einlass (2), einen ringförmiger, insbesondere konzentrisch zur Durchströmungsrichtung (10') liegender Einlass ist und - insbesondere in Durchströmungsrichtung (10') eine düsenförmige Querschnitts-Verengung aufweist, deren Flanken (2a, b) in einem Flankenwinkel (6) zwischen 5° und 50°, besser zwischen 15° und 40°, besser zwischen 20° und 35°, zueinander stehen.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Fluideinlass (1), insbesondere der Gas-Einlass (1) von der ringförmigen Querschnittsfläche des zweiten Fluideinlasses (2) umgeben ist, und insbesondere konzentrisch von diesem umgeben ist und - insbesondere der erste Fluideinlass (1), insbesondere der Gas-Einlass (1), einen ringförmiger, insbesondere konzentrisch zur Durchströmungsrichtung (10') liegender und / oder ein zentraler Einlass ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung (F1') im ersten Fluideinlass (1) schräg zur Strömungsrichtung (10'), insbesondere parallel zur Flanke (6), nach radial außen gerichtet ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchströmungsrichtung (10') beabstandet hintereinander mehrere Querschnittsverengungen, insbesondere Blenden (4), vorhanden sind.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D11) des Misch-Raumes (11) bei einer kreisförmigen Querschnittsfläche (F11) zwischen 40 mm und 52 mm, besser zwischen 43 mm und 49 mm, besser zwischen 44 mm und 46 mm beträgt.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (F2) des zweiten Fluideinlasses (2) mindestens zweimal so groß ist wie die Fläche (F1) des ersten Fluideinlasses (1), besser dreimal so groß ist, besser viermal so groß ist.
Verfahren zum Betreiben einer Mischer, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - an dem ersten Fluideinlass (1) ein geringerer Druck, insbesondere Umgebungsdruck, anliegt als am zweiten Fluideinlass (2) - durch den zweiten Fluideinlass (2) das Fluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,0, besser mindestens 1,5, besser mindestens 1,6 und / oder höchstens 2,0 m/sec einströmt, - Im Verlauf der Mischstrecke (11) die Mischung (M) durch eine Querschnittsverengung geführt wird
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit am zweiten Fluideinlass (2) und / oder die übrigen Betriebsparameter so gesteuert werden, dass in der Misch-Strecke (11) Kavitation auftritt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass - durch die zweite Zufuhröffnung (10.2) und den zweiten Fluideinlass (1) eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugeführt wird, - durch die erste Zufuhröffnung (10.1), insbesondere den ersten Fluideinlass (2), ein Gas, insbesondere Luft, zugeführt wird.