DE1937735C - Vorrichtung zum Mischen zweier Medien, deren Temperaturen stark voneinander abweichen - Google Patents
Vorrichtung zum Mischen zweier Medien, deren Temperaturen stark voneinander abweichenInfo
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Description
Schriften 3 291 456 und 3 306 587 beschriebenen währleistung eines guten Misch-Wirkungsgrads mög-Mischvorrichtungen
bekannt In sämtlichen dieser lieh. rrfi .
Mischvorrichtungen werden die zu vermischenden In der Mischvorrichtung gemäß der Lrnnaung
Flüssigkeiten durch Umlenken bzw. Aufeinander- wird in der Mischkammer von der axialen ^miauspritzen
von Flüssigkeitsströmen einer starken Ver- 5 leitung zur gegenüberliegenden axialen AusiaHieitung
wirbelung unterzogen, d. h., es kommt in der je- ein kontinuierlicher Durchfluß beispielsweise aes
weiligen Mischzone zu einer starken Turbulenz. Ab- heißeren Mediums erzielt und quer dazu ein strom
gesehen iavon, daß sich bei den bekannten Misch- beispielsweise des kühleren Mediums eingeieiiei,
vorrichtungen infolge der auftretenden Turbulenz welcher in dem zwischen der Wand der Miscnthermische
Spannungen, rasche Temperaturänderun- io kammer und dem perforierten Zylinder testgeiegien
gen und insbesondere auch ein rascher Druckabfall Ringraum praktisch einen Stro™un|s™„ e ^;,.::
nicht vermeiden lassen, kommt es hierbei zu einer in Axialrichtung durchströmende neiüere iweaiu·«
häufigen Störung des Strömungsbildes (in der Misch- herum bildet. Das kühlere Medium tritt soa^ *""
zone) und einer dadurch bedingten instabilen mählich durch den perforierten Zylinder mmaan
Strömung und schlechtem Vermischen der Flüssig- 15 und vermischt sich mit dem Strom des n~'»"c
keitsströme stark unterschiedlicher Temperatur. Dar- Mediums, wobei ein Temperaturgetaiie .aJ»gc£?"
über hinaus lassen sich bei der aus der deutschen wird. Die konische Einschnürung der a»a'e" ^1"
Ausiegeschrift 1 257 744 bekannten Mischvorrichtung laßleitung an der (Übergangsstelle mit dei" ««sen
beim Vermischen von Flüssigkeiten stark unter- kammer und mit dem Mischteil selbst gewanneiM
schädlicher Temperatur an dem mit Öffnungen ver- 20 ein vorteilhaftes Strömungsschema tür aen1 iw v.
schönen Ende der Speiseleitung thermische Schocks Vorgang in Übereinstimmung mit dem gewürz
nicht vermeiden. Bei den aus den USA.-Patent- Temperaturgefälle.
Schriften 3 291 456 und 3 306 587 bekannten Misch- Die Einschnürung der axialen fciniamenung »
vorrichtungen werden schließlich drei oder mehr derart ausgebildet, daß im Hauptstrom MaKro-Qu.-r-
oder Längssekundäreinlässe zur Mischkammer as turbulenz auftritt und sich der statische urucK De»
benötigt, was die Regelung der Flüssigkeitszufuhr ungünstigsten Mischungsverhältnis, d. n., wem
durch die betreffenden Einlasse, insbesondere bei Hauptsirom und Querstrom gleich sind, in /\m«u
•■■■»ünstigen Mischungsverhältnissen, sehr erschwert. richtung kaum verändert.
her Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Indem der Durchmesser des perforierten fy"™f"
Vorrichtung zum Mischen zweier Medien stark unter- 30 der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung minacsici»
schiedlicher Temperatur, insbesondere von flüssigen gleich dem Durchmesser der axialen tin au euuij
Metallen, in Kernreaktorkreisen zu schaffen, wobei vor ihrer konischen Einschnürung ausgebildet. wiia,
praktisch jede Turbulenz in dem aus einem tangential wird ein regelmäßiger Einstrom über die^"am
zur Hauptströmungsrichtung zufließenden Medium fläche des perforierten Zylinders he™r8»r£c"l'J,
vermieden wird, kein nennenswerter Druckabfall zu- 35 daß der erforderliche Mischvorgang über die uesair1-stände
kommt, mindestens einer der zu mischenden länge des Mischteils hinweg auf tritt. Der nea
Medienströme ein stabiles Strömungsbild vom Ein- Flüssigkeitsstrom wird durch den kühlen 1"»e™™.
laß zum Auslaß (der Mischione) aufweist, eine infolge seines Dammbildungseffekts in einem mag,
gleichmäßige Mischung der beiden Medien in Rieh- nären Zylinder gehalten. Infolge' «n" ^ ™^
fung einer axial verlaufenden Auslaßleitung erfolgt 40 Turbulenz innerhalb dieses.inwgmaren
und schließlich längs der gesamten Außenwand und das kühlere Medium weiter einwärts
Wandverbindungen der Mischzone ein gradueller und mit dem Hauptstrom ™™^&^ηί
Temperaturgradient erhalten wird. verhindert, daß die Wände der Mischvorrichtung
DePr Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß während des Mischvorf ",L^ßerer^Mediun£
sich die gestellte Aufgabe bei einer Mischvorrichtung 45 kühleren und dann mit .^m J« Wtode^S"den
lösen läßt, in der das eigentliche Vermischen der Berührung kommen, so daß d ese Wände nicht den
beiden Medienströme durch Turbulenz an den thermischen Schocks »«igJ^LS^i
Außenbereichen und im Zentrum des axial fließen- aus einem variierenden
den Mediums erfolgt. Wände hinweg ergeben. ,,„,
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung 50 Vorzugsweise ist bei der ^
der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß Mischvorrichtung außerdem die axiale
S axi8ale8Einlaßleitung an der Stelle ihrer Ver- zum MischtenIvor derkonischen g«
bindung mit der Mischkammer konisch auf einen eine durchgehende Wand mit
kleineren Durchmesser als derjenige des perforierten außerhalb des Umfangs ^J
Zylinders eingeschnürt ist und daß der Durchmesser 55 verbunden. Auf diese We.sew.
Temperaturunterschieden undI speiiell das Auftreten EmIa8tat«ng steh<^^ηξ^^ EidUr
Verhältnisse der zu mischenden Medien bei Ge- Ringraum außerdem durch Einbau von
zwei Leitblechen erreichen. Das sich aufbauende Temperaturgefälle verursacht keine hohen thermischen
Spannungen; außerdem wird im Fall einer als Wärmeschock bezeichneten schnellen Temperaturänderung
diese Änderung in verzögerter Form in den Außenmantel, die Schweißnähe usw. verteilt, so
daß diese Teile keinem Wärmeschock ausgesetzt werden. Ein geringfügiger Durchsatz durch diesen Ringraum
ist erforderlich, um Verschmutzung zu verhindern.
Auf die gleiche Weise kann auch ein Ringraum um die axiale Auslaßleitung herum an der Stelle, wo
sie mit der Mischkammer verbunden ist, vorgesehen sein, der über vergleichsweise kleine Durchlässe an
der einen Seite mit dieser Auslaßleitung und an der anderen Seite mit der Mischkammer kommuniziert.
Vorzugsweise werden außerdem die Außenwände dieser Ringräume durch Einschnürungen an den
axialen Enden der Außenwand gebildet, welche in die Außenwand der axialen Einlaßleitung bzw. der
Auslaßleitung übergehen.
Diese Ausführungsform besitzt in erster Linie Vorteile vom strömungstechnischen Standpunkt, wobei
außerdem die Strömung und der Mischvorgang der beiden Medien von der axialen Einlaßleitung zur
Auslaßleitung hin in Abhängigkeit von einem bestimmten Temperaturgefälle ablaufen. In baulicher
Hinsicht bietet die erfindungsgemäße Mischvorrichtung hierbei den Vorteil, daß die gesamte Außenwand
strömungsgünstig und ohne scharfe Knicke oder Kanten ausgebildet sein kann und die Bauteil-Wände
miteinander verschweißt werden können, so daß keine Verbindungen, wie Schraubflansche u. dgl.,
die den thermischen Spannungen gegenüber empfindlich sind, vorgesehen zu sein brauchen.
Der konzentrisch im Mischkammergehäuse angeordnete perforierte Zylinder ist tatsächlich der
einzige in einer direkten Kontaktzone zwischen dem heißen und dem kühleren Medium gelegene Bauteil
und ist mithin thermischen Spannungen ausgesetzt. Vorzugsweise ist dieser Zylinder daher so angeordnet,
daß er mit einem gewissen Spiel im Mischkammergehäuse gehaltert ist.
Die Länge der Mischkammer und des perforierten Zylinders sowie deren Durchmesser lassen sich derart
bestimmen, daß die resultierende Druckverteilung eine gute Mischwirkung in der erfindungsgemäßen
Mischvorrichtung innerhalb eines weiten Bereichs von Mischungsverhältnissen gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung bietet eine Lösung des Problems des Vermischens zweier
Medien, deren Temperaturen stark voneinander abweichen, und eignet sich speziell zur Anwendung auf
die Natrium-Technologie für das Mischen von flüssigem Natrium in den Schlangen von Kernreaktor-Kühl-
und -Heizkreisen.
Im folgenden ist die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung
näher erläutert, welche einen Längsschnitt durch eine .Ausführungsform einer Mischvorrichtung mit den
Merkmalen der Erfindung zum Vermischen zweier Ströme flüssigen Natriums zeigt, deren Temperaturen
stark voneinander abweichen.
Bei dieser Ausführungsform ist die Mischkammer 1 der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung mit einer
axialen Einlaßleitung 2 für einen heißen Natriumstrom, einer quer verlaufenden Tangential-Einlaßleitung
3 für einen kühleren Natriumstrom und einer Auslaßleitung 4 für den gemischten Natriumstrom
versehen. Die tangentiale Einlaßleitung 3 mündet in einen zwischen der Wand 6 der Mischkammer 1 und
einem konzentrisch darin angeordneten doppelwandigen perforierten Zylinder 7 festgelegten Ringraum
5 ein. Die axiale Einlaßleitung 2 weist an der Stelle ihrer Verbindung mit der Mischkammer 1
eine konische Einschnürung 8 auf und mündet mit kleinerem Durchmesser in die Mischkammer 1 ein,
als der Durchmesser des perforierten Zylinders 7 beträgt.
Das über die Einlaßleitung 2 eingespeiste heißere Natrium strömt innerhalb des Umfangs des perforierten
Zylinders 7 axial durch die Mischkammer in Richtung auf die Auslaßleitung 4. Wenn gleichzeitig
über die tangentiale Einiaßleitung 3 ein kühlerer Natriumstrom eingespeist wird, füllt dieses Natrium
in erster Linie den Ringraum 5 der Mischkammer 1 und bildet sozusagen einen Mantel kühleren Natriums
um das äeißere, in Axialrichtung strömende Natrium herum. Dieses kühlere Natrium strömt sodann durch
die Perforationen des inneren Zylinders 7 hindurch und vermischt sich allmählich mit dem heißeren
Natrium, wobei sich in diesem Zylinder in Radialrichtung ein Wärme- bzw. Temperaturgefälle aufbaut,
welches die Entstehung von thermischen Schockbeanspruchungen in der Außenwand 6 infolge
schneller Temperaturwechsel durch abwechselnden Kontakt mit heißem und kaltem Natrium verhindert.
Die Wand der axialen Einlaßleitung 2 an der Stelle, wo sie in die konische Einschnürung 8 übergeht, ist
zur Mischkammer hin weitergeführt und mit der
Stirnseite der zylindrischen Außenwand 6 der Mischkammer verbunden, so daß sie einen konisch erweiterten
Wandabschnitt 9 bildet, der über Schweißnähte 10 bzw. 11 an der einen Seite mit der axialen
Einlaßleitung 2 und an der anderen Seite mit der Stirnseite bzw. dem Vorderende des Außenmantels
verbunden ist.
Die mit Durchlässen 15 versehene vordere Stirnplatte 12 der Mischkammer 1, an welcher die Wand
der konischen Einschnürung 8 mittels einer Schweißnaht 13 befestigt ist, setzt sich nicht bis zum Außenmantel
6 fort, so daß ein Ringspalt 14 gebildet wird, und besitzt auch sonst keine mechanische Verbindung
mit dem Außenmantel 6.
Die Wand der konischen Einschnürung 8 der axialen Einlaßleitung 2 ist ebenfalls mit Durchlässen
16 versehen, so daß der die konische Einschnürung 8 umschließende, durch die Wand der konischen Einschnürung
8, den Wandabschnitt 9 und die vordere Stirnplatte 12 umrissene RingTaum 17 über dif
Durchlässe 14,15 und 16 an der einen Seite mit dei axialen Einlaßleitung 2 und an der anderen Seite mi!
der Mischkammer 1 kommunizieren kann. In dei Übergangszone von der Mischkammer zur Auslaß
leitung 4 ist aus denselben Gründen ebenfalls eir Ringraum 18 festgelegt, der durch eine hintere Stirn
platte 19, die Wand der Auslaßleitung 4 und einei konischen Wandabschnitt 20 umrissen wird, welche
über Schweißnähte 21 und 22 mit dem Außen mantel 6 bzw. mit der Wand der Auslaßldtung <
verbunden ist.
Dieser Ringraum 18 kommuniziert ebenfalls übe einen Ringspalt 23 und in der Wand der Auslaß
leitung 4 ausgebildete Durchlässe 24 an der einei Seite mit der Mischkammer und an der anderen Seit
mit der AuslaRleitung 4.
Die Durchlässe 15,16 und 24 stellen keine wesentliche
Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit der Mischvorrichtung dar, vielmehr können allein die
Ringspalte 14 und 23. für die erforderliche Spülung dieser Ringräume ausreichen. Der Zylinder 7 ist in
beiden Wänden perforiert und mit einem gewissen Spiel unter freier Halterung zwischen Flanschkanten
25 und 26 festgelegt, die an der vorderen Stirnplatte 12 bzw. der hinteren Stirnplatte 19 der Misch-S
kammer 1 angeschweißt sind.
209683/354
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Mischen zweier Medien, Mischkammer, die aus einem im wesentlichen zyfinderen
Temperaturen stark voneinander ab- 5 drischen Gehäuse besteht, in dessen axiale Enden die
weichen, speziell zum Mischen von flüssigen eine Eüilaßleitung bzw. die Auslaßleitung mundet,
Metallen, wie Natrium, in den Schlangen bzw. während die andere Einlaßleitung etwa senkrecht zur
Schleifen von Kernreaktorkreisen mit einer Eia- Zylinderachse in den Zylindermantel einmündet,
laßleitungen für die beiden zu mischenden und mit einem in seinem Mantel nut Perforationen
Medien sowie eine Auslaßleitung aufweisenden io versehenen, konzentrisch im Abstand von der Ge-Mischkammer,
die aus einem im wesentlichen häusewand innerhalb dieses Gehäuses angeordneten
zylindrischen Gehäuse besteht, in dessen axiale Zylinder, der in offener Verbindung mit den beiden
Enden die eine Einlaßleitung bzw. die Auslaß- Einlaßleitungen und der Auslaßleitung steht,
leitung mündet, während die andere Einlaß- Eine derartige Vorrichtung ist fur das Vermischen leitung etwa senkrecht zur Zylinderachse in den 15 zweier Medien bekannt, die unter unterschiedlichem Zylindermantel einmündet, und mit einem in Druck stehen. Diese Vorrichtung eignet sich jedoch seinem Mantel mit Perforationen versehenen, aus verschiedenen Gründen nicht fur das Verkonzentrisch im Abstand von der Gehäusewand mischen von Medien, deren Temperaturen stark voninnerhalb dieses Gehäuses angeordneten Zylin- einander abweichen, beispielsweise der Natrium der, der in offener Verbindung mit den beiden ao ströme in den Schlangen von Kernreaktorkreisen.
Einlaßleitungen und der Auslaßleitung steht. Beim Vermischen solcher Medien, deren Tem dadurchgekennzeichnet,daßdie axiale peraturunterschied 200° C und mehr betragen kann. Einlaßleitung (2) an der Stelle ihrer Verbindung müssen das Material und die Konstruktion der mit der Mischkammer (1) konisch auf einen Mischvorrichtung besonders hohen Anforderungen kleineren Durchmesser als derjenige des per- as genügen. Insbesondere muß die Konstruktion hierbei forierten Zylinders (7) eingeschnürt ist und daß so getroffen sein, daß die Wände gegen thermische der Durchmesser des perforierten Zylinders min- Schocks geschützt sind, da bei schnellen Temperaturdestens gleich ist dem Durchmesser der axialen änderungen in den Bauteilen hohe thermische Be-Einlaßleitung vor ihrer Einschnürung. anspruchungen entstehen können, die zu Brüchen
leitung mündet, während die andere Einlaß- Eine derartige Vorrichtung ist fur das Vermischen leitung etwa senkrecht zur Zylinderachse in den 15 zweier Medien bekannt, die unter unterschiedlichem Zylindermantel einmündet, und mit einem in Druck stehen. Diese Vorrichtung eignet sich jedoch seinem Mantel mit Perforationen versehenen, aus verschiedenen Gründen nicht fur das Verkonzentrisch im Abstand von der Gehäusewand mischen von Medien, deren Temperaturen stark voninnerhalb dieses Gehäuses angeordneten Zylin- einander abweichen, beispielsweise der Natrium der, der in offener Verbindung mit den beiden ao ströme in den Schlangen von Kernreaktorkreisen.
Einlaßleitungen und der Auslaßleitung steht. Beim Vermischen solcher Medien, deren Tem dadurchgekennzeichnet,daßdie axiale peraturunterschied 200° C und mehr betragen kann. Einlaßleitung (2) an der Stelle ihrer Verbindung müssen das Material und die Konstruktion der mit der Mischkammer (1) konisch auf einen Mischvorrichtung besonders hohen Anforderungen kleineren Durchmesser als derjenige des per- as genügen. Insbesondere muß die Konstruktion hierbei forierten Zylinders (7) eingeschnürt ist und daß so getroffen sein, daß die Wände gegen thermische der Durchmesser des perforierten Zylinders min- Schocks geschützt sind, da bei schnellen Temperaturdestens gleich ist dem Durchmesser der axialen änderungen in den Bauteilen hohe thermische Be-Einlaßleitung vor ihrer Einschnürung. anspruchungen entstehen können, die zu Brüchen
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 führen können.
kennzeichnet, daß um die axiale Einlaßleitung (2) Neben einem guten Vermischen der Medien sind
herum an der Stelle, an welcher sie mit der auch ein geringer Druckabfall und ein stabiler
Mischkammer (1) verbunden ist, ein Ring- Durchfluß nach dem Mischen wünschenswert. Darraum
(5) vorgesehen ist, der über vergleichsweise über hinaus muß ein gutes Vermischen auch innerkleine
Durchlässe (16,15,14) an der einen Seite 35 halb eines weiten Bereichs von Mischungsverhältmit
dem eingeschnürten Teil der Einlaßleitung nissen der beiden Medien gewährleistet sein,
und an der anderen Seite mit der Mischkammer Bei der bekannten Mischvorrichtung ist in der kommuniziert. Mischzone innerhalb des in die zylindrische Misch-
und an der anderen Seite mit der Mischkammer Bei der bekannten Mischvorrichtung ist in der kommuniziert. Mischzone innerhalb des in die zylindrische Misch-
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- vorrichtung eingesetzten perforierten Zylinders im
kennzeichnet, daß um die Auslaßleitung (4) 40 Abstand von diesem ein weiteres perforiertes Rohr
herum an der Stelle, an welcher sie mit der konzentrisch in Richtung der sich zur Mischkammer
Mischkammer (1) verbunden ist, ebenfalls ein hin biegenden axialen Einlaßleitung angeordnet, das
Ringraum (18) vorgesehen ist, der über ver- an seiner Vorderseite geschlossen ist und an der
gleichsweise kleine Durchlässe (24, 23) an der Rückseite in offener Verbindung mit dem zwischen
einen Seite mit der Auslaßleitung und an der 45 der Wand der Mischkammer und dem perforierten
anderen Seite mit der Mischkammer korn- Zylinder gebildeten Ringraum steht.
muniziert. Eine derartige Konstruktion ergibt jedoch eine un-
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, da- vorteilhafte Strömungsverteilung im Mischteil selbst
durch gekennzeichnet, daß die Außenwände der sowie eine instabile Strömung während des Ver-Ringräume
(5,18) durch allmähliche Verengun- 5o mischens der Medien, so daß während des Mischgen
an den axialen Enden des zylindrischen Ge- Vorgangs große Druckabfälle auftreten, die im Hinhäuses
der Mischkammer gebildet sind, die mit blick auf den Verwendungszweck dieser Mischden
Wänden der axialen Einlaßleitung (2) bzw. vorrichtung zwar einen vorteilhaften Einfluß auf das
der Auslaßleitung (4) verbunden sind. Vermischen haben können, bei der erfindungs-
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 55 gemäßen Mischvorrichtung tatsächlich aber verkennzeichnet,
daß der perforierte Zylinder (7) so mieden werden müssen.
angeordnet ist, daß er mit Spiel im zylindrischen Beim Mischen von Medien, deren Temperaturen
Gehäuse der Mischkammer (1) gehaltert ist. stark voneinander abweichen, ist diese bekannte
Vorrichtung außerdem in beträchtlichem Ausmaß
60 thermischen Schocks infolge der übermäßigen Tem-
_______ peraturschwankungen an den Wänden und an den
Stellen der gemeinsamen Verbindungen dieser Wände der Mischkammer ausgesetzt, so daß diese Mischvorrichtung
für den genannten Zweck völlig un-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum 65 geeignet ist.
Mischen zweier Medien, deren Temperaturen stark Zum Vermischen von Flüssigkeiten unterschied-
voneinander abweichen, speziell zum Mischen von licher Temperatur sind ferner die in der deutschen
flüssigen Metallen, wie Natrium, in den Schlangen Auslegeschrift 1257 744 und in den USA.-Patent-
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL6810707A NL6810707A (de) | 1968-07-26 | 1968-07-26 | |
NL6810707 | 1968-07-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1937735A1 DE1937735A1 (de) | 1970-10-01 |
DE1937735B2 DE1937735B2 (de) | 1972-06-15 |
DE1937735C true DE1937735C (de) | 1973-01-18 |
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