DE2320741C2 - Static mixer - Google Patents

Static mixer

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Description

Die Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a static mixing device according to the preamble of claim 1.

Bei einer derartigen Mischvorrichtung, wie sie z. B. aus der DE-OS 22 05 371 bekannt ist, nimmt bei relativ großen Durchmessern der Mantelrohre von beispielsweise 1 m und mehr, die sowohl kreiszylindrisch als auch prismenartig, z. B. mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt, ausgebildet sein können, die Anzahl der gegeneinander offenen Schnitt- bzw. Kreuzungsstellen der Strömungskanäle von benachharten Lagen erheblich zu, wenn die einzelnen Lagen Strömungskanäle aufweisen, deren Abmessungen — in Anpassung an die gestellten Mischerprobleme — gegenüber denjenigen für Mischvorrichtungen von kleineren Durchmessern unverändert bleiben. Weiterhin ist es darüber hinaus aus fabrikatorischen und damit wirtschaftlichen Überlegungen heraus oft erwünscht, für Mischvorrichtung^ von verschiedenen Durchmessern jeweils identisch ausgebildete Lagen, beispielsweise hinsichtlich der Form und Größe der Strömungskanäle — also beispielsweise gemäß einer in der DE-OS 22 05 371 vorgeschlagenen, bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich Riffelhöhe und Riffelbreite von Lagen aus geriffelten Lamellen — zu verwenden.In such a mixing device as z. B. from DE-OS 22 05 371, increases in relative large diameters of the casing pipes of, for example, 1 m and more, which are both circular and cylindrical prism-like, e.g. B. can be formed with a square or rectangular cross-section, the Number of mutually open intersections or crossing points of the flow channels of adjacent ones The situation increased considerably when the individual layers have flow channels whose dimensions - in Adaptation to the mixer problems posed - compared to those for mixing devices from smaller diameters remain unchanged. Furthermore, it is also from manufacturing and thus Economic considerations are often desirable for mixing devices ^ of various diameters each identically designed layers, for example with regard to the shape and size of the flow channels - So, for example, according to a preferred embodiment proposed in DE-OS 22 05 371 with regard to the corrugation height and corrugation width of layers made of corrugated lamellas - to be used.

Wird somit bei Mischvorrichtungen mit großen Querschnitten die Anzahl der offenen Kreuzungsstellen stark erhöht, so können in den Randzonen der Mischvorrichtung an dem einen Medium stark verarmte Kanäle entstehen, el. h. auf Grund der sich an den Kreuzungsstellen von den benachbarten Strömungskanälen aufteilenden Medienströme tritt zwischen den Randzonen und der Mittelzone der Mischvorrichtung ein unter Umständen erhebliches Konzentrationsgefälle der zu mischenden Medien auf, so daß die Randzonen der Mischvorrichtung praktisch nur einen Teil der zu mischenden Komponenten führen und am Mischvorgang nicht teilnehmen. Zum Beispiel füllt Abwasser, für das üblicherweise relativ große Rohrdurchmesser benötigt werden, im allgemeinen im Mantelrohr den gesamten, leeren Rohrquerschnitt vor dem Eintritt in eine Mischvorrichtung aus, während z. B. für eine pH-Wertbeeinflussung eine Säure oder eine Lauge im Zentrum des Rohres auf die Mischvorrichtung dosiert aufgegeben wird. Bei sehr vielen offenen Kreuzungsstellen der Strömungskanäle besteht die Gefahr, daß bei einer Mischvorrichtung der eingangs erwähnten Art der pH-Wert nur in der Mittelzone beeinflußt wird.In the case of mixing devices with large cross-sections, the number of open intersections is thus greatly increased, the one medium can be severely depleted in the edge zones of the mixing device Channels arise, el. H. due to the crossing points of the adjacent flow channels dividing media flows occurs between the edge zones and the central zone of the mixing device a possibly considerable concentration gradient of the media to be mixed, so that the edge zones the mixing device practically only lead part of the components to be mixed and in the mixing process not participate. For example, sewage fills, for the usually relatively large pipe diameter are required, generally the entire, empty pipe cross-section in the jacket pipe before it enters a mixing device, while z. B. to influence the pH value, an acid or a base in the Center of the tube is dosed on the mixing device. With a large number of open points of intersection of the flow channels, there is a risk that at a mixing device of the type mentioned at the outset, the pH value is only influenced in the central zone.

Auf dem Gebiet der Klimatechnik ist häufig warme und kalte Luft in einer von einem Mantelrohr gebildeten Kammer relativ großen Querschnitts zu mischen. Im allgemeinen treten die zu mischenden Luftströme dabei in zwei kompakten, nebeneinander oder übereinander gelagerten Schichten in die Mischvorrichtung ein; hierbei entsteht dann das Problem, zu verhindern, daß die Schichtung extrem einseitig aufgegebener Ströme infolge der Vielzahl von Aufteilungen und Stromumlenkungen im wesentlichen erhalten bleibt.In the field of air conditioning, there is often hot and cold air in a jacket pipe Mix chamber of relatively large cross-section. In general, the air currents to be mixed occur in the process into the mixing device in two compact layers, one next to the other or one on top of the other; this then gives rise to the problem of preventing the stratification of extremely one-sided flows is essentially retained due to the large number of divisions and current diversions.

Statische Mischvorrichtungen, bei denen eine Mischung mit Hilfe von Einbauelementen erfolgt, die Verlagerungen von Teilströmen bewirken, sind — beispielsweise aus der DE-OS 19 01 281, aus der US-PS 25 46 515 bzw. aus der AT-PS 2 60184 - an sich bekannt; bei diesen Vorrichtungen ist die Mischwirkung jedoch relativ gering, da bei der DE-OS 19 01281 bezogen auf ihre Querschnittsfläche nur eine geringe Anzahl von Teilströmen erzeugt wird, bzw. bei der US-PS 25 46 515 innerhalb eines Einbauelements nur seitliche Verlagerung aller Teilströme als Ganzes erfolgt, da sich die Strömungskanäle benachbarter Lagen bei dieser Einrichtung nicht kreuzen, sondern parallel zueinander gerichtet sind. Die Mischvorrichtung der AT-PS 2 60 184 besteht aus konzentrisch angeordneten, ringförmigen Lagen mit Leitflächen, welche wenigstens annähernd in Form von Schraubenflächen ausgebildet sind. Die Mischwirkung dieser Vorrichtung ist ebenfalls nur begrenzt, da eine Verlagerung der Teilströme nur in Umfangsrichtung innerhalb der einzelnen, ringförmigen Lagen erfolgen kann und somit eine erzwungene Verlagerung in radialer Richtung nicht erzielt wird. Darüber hinaus sind diese bekannten Einbauelemente konstruktiv und daher fabrikationsmäßig in keiner Weise an die Einbauelemente der eingangs beschriebenen Art angepaßt, so daß für ihre Herstellung gesonderte Vorrichtungen notwendig sind.Static mixing devices in which mixing takes place with the help of built-in elements that Cause relocations of partial flows are - for example from DE-OS 19 01 281, from US-PS 25 46 515 or from AT-PS 2 60184 - known per se; in these devices the mixing effect is but relatively small, since in DE-OS 19 01281 only a small amount based on its cross-sectional area Number of partial flows is generated, or in US-PS 25 46 515 within a built-in element only lateral shifting of all partial flows takes place as a whole, since the flow channels of adjacent ones Do not cross positions in this device, but are directed parallel to each other. The mixing device AT-PS 2 60 184 consists of concentrically arranged, ring-shaped layers with guide surfaces, which are at least approximately in the form of helical surfaces. The mixing effect of this The device is also only limited, since the partial flows are only shifted in the circumferential direction can take place within the individual, ring-shaped layers and thus a forced shift in radial direction is not achieved. In addition, these known built-in elements are constructive and therefore In terms of fabrication, in no way adapted to the installation elements of the type described above, see above that separate devices are necessary for their production.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine statische Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so auszubilden, daß das Auftreten von an einem Medium stark verarmten Strömungskanälen im Randbereich verhindert und damit eine schnelle und gleichmäßige Vermischung gewährleistet wird.The object of the invention is to provide a static mixing device with the features of the preamble of claim 1 in such a way that the occurrence of flow channels that are severely depleted of a medium prevented in the edge area and thus a quick and even mixing is guaranteed.

Die Aufgabe wird bei der bekannten Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved in the known device with the characterizing features of claim 1 solved.

Hierbei wird eine Grobvermischung weitestgehend ausschließlich durch die zwangsweise Verlagerung von Teilströmen bewirkt und ein für die Mischung ungünstiges Konzentrationsgefälle der strömenden Medien zwischen den Randzonen und der Mittelzone auch bei großem Mantelrohrdurchmesser vermieden und damit erreicht, daß die aus der VorrichtungIn this case, a coarse mixing is largely exclusively due to the forced relocation of Causes partial flows and a concentration gradient of the flowing which is unfavorable for the mixture Media between the edge zones and the central zone avoided even with large jacket pipe diameters and thus achieved that the out of the device

austretenden Medien in eine der Feinverteilung dienende, anschließende Mischvorrichtung mit einer über den ganzen Mantelrohrquerschnitt relativ gleichmäßigen Verteilung einströmen. In besonders günstigen Fällen kann eine anschließende Feinverteilung auch in einem an die Vorrichtung anschließenden, leeren Mantelrohr — ohne weitere Mischvorrichtung — allein auf Grund von Turbulenzen und Diffusionserscheinungen erfolgen.escaping media into a subsequent mixing device with a Flow in relatively evenly distributed over the entire casing pipe cross-section. In particularly favorable In some cases, a subsequent fine distribution can also be carried out in an empty one adjoining the device Casing pipe - without any further mixing device - solely due to turbulence and diffusion phenomena take place.

Insbesondere ist jeweils ein geschlossenes, plattenartiges Zwischenelement zwischen zwei benachbarten Lagen angeordnet, das in seinen dem Mantelrohr zugewandten Randzonen mit Aussparungen versehen ist Die Zwischenelemente können in den Randzonen beispielsweise dreieckige Ausspaningen aufweisen und — ebenso wie die Lagen der Einbauelemente — z. B. aus Blech oder Kunststoff gefertigt sein. Werden die Zwischenelemente in ihren Abmessungen an diejenigen der ihnen zugeordneten, benachbarten Lage bzw. an die lichte Höhe des Mantelrohres am Ort ihres Einbaus angepaßt, so können sie sich selbst an gegenüberliegenden Seiten der Aussparungen jeweils an mindestens zwei Ecken innerhalb des Mantelrohres zentrieren. Es ist jedoch auch möglich, die Zwischenelemente mit kleineren Breiten als diejenigen der zugeordneten, benachbarten Lage auszubilden und im Mantelrohr beispielsweise mit Hilfe von Stegen zu zentrieren. Die Zwischenelemente können sich über die gesamte oder, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachstehend näher erläutert wird, über einen Teil der Mischvorrichtung erstrecken.In particular, there is in each case a closed, plate-like intermediate element between two adjacent ones Arranged layers, which are provided with recesses in its edge zones facing the casing tube The intermediate elements can, for example, have triangular bracing rings in the edge zones and - as well as the positions of the built-in elements - z. B. made of sheet metal or plastic. Will the Intermediate elements in their dimensions to those of the adjacent layer assigned to them or to the Clearance height of the jacket pipe adjusted at the place of their installation, so they can be on opposite sides Center the sides of the cutouts at at least two corners within the casing tube. It however, it is also possible to use the intermediate elements with smaller widths than those of the associated, Form adjacent layer and center in the jacket pipe, for example with the help of webs. the Intermediate elements can extend over the entire or, as in the illustrated embodiment, the following will be explained in more detail, extend over part of the mixing device.

In eine vom horizontal verlaufenden Mantelrohr ] der Mischvorrichtung gebildete Mischkammer ist ein Einbauelement, bestehend aus zwei Abschnitten 2 und 3, eingesetzt, das aus einer Vielzahl von aus geriffelten Lamellen gebildeten Lagen 2a, 26 bzw. 3a, 36 besteht Die Lagen 2a, 26,3a, 3b weisen Riffelberge 2', 2", 3' bzw. 3" auf. Zwischen den Riffelbergen 2', 2", 3', 3" st hen Strömungskanäle 5, die offen sind und sich auf Grund der gegeneinander gerichteten Neigung benachbarter Lagen 2a, 2b, 3 a, 36 kreuzen.A built-in element consisting of two sections 2 and 3 is inserted into a mixing chamber formed by the horizontally extending jacket tube] of the mixing device, which consists of a plurality of layers 2a, 26 or 3a, 36 formed from corrugated lamellas. 3a, 3b have corrugated peaks 2 ', 2 ", 3' and 3", respectively. Between the corrugated mountains 2 ', 2 ", 3', 3" are flow channels 5 which are open and cross due to the mutually directed inclination of adjacent layers 2a, 2b, 3a, 36.

Der Abschnitt 2, der der Grobvermischung dient, ist mit geschlossenen, plattenförmigen Zwischenelementen 4 versehen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Lagen 2a, 2b angeordnet sind. Die einzelnen Zwischenelemente 4 weisen in ihren an das Mantelrohr 1 angrenzenden Randzonen im vorliegenden Beispiel dreieckförmige Aussparungen 4a und 46 auf. Diese sind so ausgebildet, daß sämtliche, am Mantelrohr 1 endenden Strömungskanäle 5 gegeneinander geöffnet sind. Auf diese Weise wird die Bildung von sogenannten »Totkanäien« in bezug auf den Durchfluß vermieden.The section 2, which is used for coarse mixing, is provided with closed, plate-shaped intermediate elements 4, which are each arranged between two adjacent layers 2a, 2b . The individual intermediate elements 4 have triangular cutouts 4a and 46 in their edge zones adjoining the casing tube 1 in the present example. These are designed so that all of the flow channels 5 ending at the jacket tube 1 are open to one another. In this way the formation of so-called "Totkanäien" with regard to the flow is avoided.

Im Abschnitt 2 werden z. B. die kompakten Schichten der von links nach rechts in die Mischvorrichtung einströmenden Kaltluft Lk und der in gleicher Richtung fließenden Warmluft Lu-grob miteinander gemischt, ehe sie in den der Feinrnischung dienenden Abschnitt 3 mit einer über den gesamten Querschnitt bereits relativ gleichmäßigen Verteilung eintreten. Im Abschnitt 3 werden eventuell noch über dem Querschnitt vorhandene Konzentrationsunterschiede von Kaltluft und Warmluft nahezu vollständig abgebaut, so daß die in einen zu klimatisierenden, nicht dargestellten Raum einströmende Mischluft Lg eine einheitliche Temperatur aufweist.In section 2 z. B. the compact layers of the cold air Lk flowing into the mixing device from left to right and the warm air Lu flowing in the same direction are roughly mixed with one another before they enter the fine mixing section 3 with a relatively even distribution over the entire cross-section. In section 3, any differences in concentration of cold air and warm air that may still exist over the cross section are almost completely reduced, so that the mixed air Lg flowing into a room to be air-conditioned, not shown, has a uniform temperature.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Statische Mischvorrichtung mit einem Mantelrohr, in das ein oder mehrere Einbauelemente, die aus mehreren, parallel zur Achse des Mantelrohres liegenden, sich berührenden ebenen Lagen bestehen, querschnittsausfüllend eingesetzt sind, wobei jede der ebenen Lagen des Einbauelements sich im wesentlichen in Längsrichtung des Mantelrohres erstreckende, geradlinige Strömungskanäle aufweist und wobei die Strömungskanäle in jeder Lage mindestens gruppenweise im wesentlichen gleichgerichtet zueinander verlaufen und weiterhin die Strömungskanäle zweier benachbarter Lagen sich kreuzen and im Bereich der Kreuzungsstellen mindestens teilweise gegeneinander geöffnet sind, dadurcb gekennzeichnet, da3 die Strömungskanäle (S) benachbarter Lagen (2a, 2b) des an der Eintrittsseite der Medien angeordneten Einbauelements (2) nur soweit gegeneinander abgedeckt sind, daß die an das Mantelrohr (1) angrenzenden Randzonen benachbarter Lagen (2a, 2b) gegeneinander geöffnet sind.1. Static mixing device with a casing tube, in which one or more built-in elements, which consist of several touching flat layers lying parallel to the axis of the jacket tube, are inserted in a cross-sectional filling manner, each of the flat layers of the built-in element extending essentially in the longitudinal direction of the jacket tube has extending, rectilinear flow channels and wherein the flow channels in each layer at least in groups run essentially in the same direction and furthermore the flow channels of two adjacent layers cross and are at least partially open to one another in the area of the crossing points, characterized by the fact that the flow channels (S) of adjacent layers (2a, 2b) of the built-in element (2) arranged on the inlet side of the media are only covered against one another to such an extent that the edge zones of adjacent layers (2a, 2b) adjoining the casing tube (1) are open to one another. 2. Statische Mischvorrichtung nach Anspruch 1, ^ gekennzeichnet durch jeweils ein geschlossenes, plattenartiges, ungeriffeltes Zwischenelement (4), das zwischen zwei benachbarten Lagen (2a, 2b) angeordnet und das in seinen dem Mantelrohr (1) zugewandten Randzonen mit Aussparungen (4a, 4b) versehen ist.2. Static mixing device according to claim 1, ^ characterized by in each case a closed, plate-like, non-corrugated intermediate element (4) which is arranged between two adjacent layers (2a, 2b) and which in its edge zones facing the casing tube (1) with recesses (4a, 4b) is provided.
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