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Wirbelkammer zum Durchmischen von miteinander reagierenden Medien
verschiedener Dichte und zum Beschleunigen der Reaktion Die Erfindung betrifft eine
Wirbelkammer zum Durchmischen von miteinander reagierenden Medien verschiedener
Dichte und zum Beschleunigen der Reaktion.
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Es sind Wirbelkammern bekannt, die ein gasförmiges Medium als Trägermedium
und staubförmige oder feinkörnige Medien als Reaktionsstoffe enthalten. Dabei werden
die Partikeln höherer Dichte in der Wirbelkammer in kreisender Bewegung in einem
Anreicherungsgebiet dieser Partikeln geführt.
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Derartige Wirbelkammern mit entsprechenden Partikelringen sind z.
B. als Zyklone für Kesselfeuerung bekannt, bei denen durch tangentiale Düsen im
Mantel des Zyklons eine Rotationsbewegung der schwereren Medien angeregt und aufrechterhalten
wird.
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Außerdem sind Reaktionsbehälter bekanntgeworden, in denen eine derartige
Anreicherung zur Beschleunigung von anderen chemischen Reaktionen bewirkt werden.
Derartige Verfahren haben insbesondere bei chemischen Prozessen mit staubförmigen
oder gasförmigen Reaktionspartikeln Bedeutung, da hierbei oft erhebliche Schwierigkeiten
auftreten, diese Medien für längere Zeit in guten Kontakt zueinander zu bringen.
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Wenn man die schwereren Medien in einem derartigen Partikelring in
einer waagerecht angeordneten Wirbelkammer rotieren läßt, wenn also diese Anreicherungsringe
um eine waagerechte Achse rotieren, so ist normalerweise die Konzentration der schwereren
Medien in dem rotierenden Ring nicht an allen Stellen gleich groß. Durch die Wirkung
der Schwerkraft, die in dem Teil der Kreisbahn, an der sich die Teilchen aufwärts
bewegen, den Schleppkräften durch die tangentialen Anregungen entgegengerichtet
ist, wird sich im untersten Bereich der Wirbelkammer eine Anhäufung der Teilchen
und somit eine Störung der rotierenden Ringe ergeben. Insbesondere wird immer ein
größerer Teil des schwereren Mediums an der aufsteigenden Wandungsfläche zunächst
mitgerissen werden, um dann wieder zurückzufallen. Durch diese Anhäufung ist eine
gleichmäßige Reaktion der verschiedenen Medien nicht gewährleistet, und die Reaktionszeit
wird unnötig verlängert.
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Um diese Anhäufung auf der Unterseite der Wirbelkammer zu vermeiden,
wird erfindungsgemäß eine Wirbelkammer vorgeschlagen, bei der koaxial oder parallel
zur Längsachse der Wirbelkammer mindestens zwei in die Wirbelkammer hineinragende
Absaugrohre für das Medium geringerer Dichte vorgesehen sind und bei der diese Absaugrohre
an ihrem in die Wirbelkammer hineinragenden Ende mit je
einer angenähert kreisförmigen
Platte zentrischer oder exzentrischer Bohrung für die Absaugrohre versehen sind.
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Es kann dabei vorteilhaft sein, daß die kreisförmigen Platten exzentrisch
zur Längsachse der Wirbelkammer angeordnet sind. Außerdem können die angenähert
kreisförmigen Platten parallel oder in einem Winkel zueinander stehen.
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An Hand der Zeichnung werden einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung
dargestellt und die Wirkungsweise der neuen Anordnung erläutert.
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F i g. 1 a und 1 b zeigen eine normale Wirbelkammer ohne zusätzliche
Einbauten; Fig. 2 a und 2b stellen eine Wirbelkammer mit Absaugrohren und exzentrisch
angeordneten Platten an ihren Enden dar, während F i g. 3 a und 3b eine Wirbelkammer
in Längs-und Querschnitt mit parallel zur Wirbelkammerlängsachse angeordneten Absaugrohren
darstellen; Fig.4 ist eine Wirbelkammer mit einer konzentrischen Kugel, die mit
Bohrungen zur Absaugung der leichteren Medien versehen ist.
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Fig 1 zeigt eine Wirbelkammer 1 in Form eines Ellipsoides mit tangentialen
Düsen 2 zum Einströmen eines Hilfsmediums, das die zu durchmischenden Teilchen auf
einer Kreisbahn innerhalb der Wirbelkammer führt. Die Wirbelkammer kann grundsätzlich
aber auch jede rotationssymmetrische Form, wie Zylinder, Kugeln usw., aufweisen.
Wenn die in Fig.la dargestellten zwei Reihen von Düsen 2 schräg gegeneinandergestellt
werden, so wird dadurch der Partikelring in einem festbegrenzten Bereich zwischen
den beiden Düsenreihen gehalten. Die Wirbelkammer weist an ihren Schmalseiten je
einen Absaugstutzen 3 auf. Normalerweise bildet sich, wie in Fig. lb dargestellt,
im unteren Teil der Wirbelkammer 1 eine Anhäufung 5 der zu durchmischenden oder
zu Reaktion zu bringenden Teilchen, die
je nach Stärke der durch
die Düsen angeregten Strömungen mehr oder weniger weit an der Kammerwand rechts
hinauflaufen wollen, jedoch nach einer bestimmten Strecke zurückfallen und die gezeigte
Verdickung 5 des rotierenden Partikelringes bilden.
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In Fig. 2a sind die in Fig. 1a dargestellten Absaugstutzen 3 ins
Innere der Wirbelkammer 1 als Absaugrohre 6 verlängert und an ihrem Ende mit ringförmigen
Platten 7 versehen. Diese Platten, die als Leitbleche wirken, sind in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 b exzentrisch zur Wirbelkammerlängsachse an den
Enden der Abzugsrohre 6 angebracht und stehen sich in einem bestimmten Abstand gegenüber.
Da durch die Rohre 6 ein Teil des Trägermediums abgesaugt wird, strömt dieses aus
dem äußeren Bereich der Wirbelkammer 1 zwischen den beiden Platten 7 zu den Rohren
6. Da die Platten 7 unterhalb der Absaugrohre 6 sich über einen größeren Bereich
gegenüberstehen als oberhalb der Absaugrohre, so wirkt zwischen ihnen auch eine
stärkere Saugkraft von unten nach oben. Es bildet sich also zwischen den beiden
Platten 7 eine Wirbelsenke aus, so daß der sich nach Fig. lb bildende Ring mit der
Anhäufung 5 radial nach innen zusammengezogen und somit eine gleichmäßigere Verteilung
der Anreicherung in dem Partikelring bewirkt wird.
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In Fig. 3 a ist ebenfalls eine Wirbelkammer 1 mit zwei Absaugrohren
8 und 9 gezeigt, bei denen die LeitplattenlO und 11 jedoch konzentrisch zu den Absaugrohren
angebracht sind. Die Absaugrohre 8 und 9 selbst sind jedoch parallel zur Längsachse
der Wirbelkammer angeordnet, wie in F i g. 3 b näher dargestellt. Die schraffierte
Fläche gibt dabei die obere deckung der beiden Platten an und zeigt, daß die Überdeckung
zwischen dem Bereich der Absaugrohre und dem unteren Bereich der Wirbelkammer am
größten ist, d. h. nach hier ist die Absaugwirkung der entstehenden Wirbelsenke
am größten, so daß auch hier der größte Sog nach innen auftritt. Wenn man die Platten,
wie es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, an der unteren Hälfte kreisbogenförmig
und in der oberen Hälfte elliptisch ausbildet, so kann man erreichen, daß die Überdeckung
der Platten neben und über den Absaugrohren gleich groß und nur unterhalb der Absaugrohre
größer ist.
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Durch die Verschiebung der Leitplatten an den Enden der Absaugrohre
während des Betriebes kann somit die Ausbildung der Anreicherungsringe ständig verändert
werden.
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In Fig 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
kugelförmige Wirbelkammer 12 dargestellt, in der eine Kugel 13 angeordnet ist, die
Bohrungen 14 in räumlich unterschiedlicher Winkellage zur Absaugung der leichteren
Medien aufweist.
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Durch die Ausbildung der Kugel bzw. durch unterschiedlichen Durchmesser
der Bohrungen kann die Absaugung der leichteren Medien an den gewünschten Stellen
vergrößert oder vermindert werden. Diese Kugel ist überall da anwendbar, wo die
Ringströmung nicht in einer vertikalen, sondern in einer zu dieser Ebene bzw. in
wechselnden Ebenen verläuft.
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In den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen verläuft die Längsachse
der Wirbelkammer stets in waagerechter Richtung. Es ist jedoch auch der entgegengesetzte
Fall denkbar, nämlich daß die Wirbel-
kammer senkrecht angeordnet ist. Durch die
beschriebenen Einbauten kann dann in dieWirbelkammer ein entstehender Anreicherungsring
beliebig geformt werden. Das kann z. B. Bedeutung haben bei Kernreaktoren, die mit
staubförmiger Spaltsubstanz betrieben werden. Durch entsprechende Verschiebung der
Leitplatten lassen sich somit kritische oder unterkritische Anreicherung der Spaltsubstanzen
und somit eine leichte Regelung des Reaktors erreichen.
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Die Wirbelkammer nach der Erfindung hat überall da Bedeutung, wo
feinkörnige Partikeln gemischt oder untereinander oder mit einem gasförmigen Medium
in Reaktion gebracht werden sollen. Dabei können die Medien feste, flüssige oder
gasförmige Phase aufweisen. Durch die genaue Führung der Partikeln läßt sich die
Reaktionszeit oder das Mischungsverhältnis sehr genau einstellen und beeinflussen.