DE2402940A1

DE2402940A1 - Vorrichtung zum mischen, kuehlen und erwaermen von fluids

Info

Publication number: DE2402940A1
Application number: DE2402940A
Authority: DE
Inventors: Johannes Gerardus Ter Braak
Original assignee: Braak Bv Geb
Current assignee: Braak Bv Geb
Priority date: 1974-01-22
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1975-07-24

Description

Vorrichtung zum Nischen, Kühlen und Erwärmen von Fluids Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen, Kühlen und Erwärmen von Fluids.
In Bäckereien und Süßwarenfabriken wird eine Vorrichtung verlangt, die in der Lage ist, Eiweiß zur Herstellung geschäumter Produkte mit Luft zu vermischen, oder allgemeiner, zwei oder mehr Fluids zu vermischen, beispielsweise eine Flüssigkeit und ein Gas oder zwei Flüssigkeiten oder auch zwei Gase. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung für den genannten Zweck zu schaffen, die schnell und wirksam arbeitet und auch mit dem obigen Zweck zusammenhängende Aufgaben erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der genannten Art gelöst, die ein geschlossenes, zylindrisches Gehäuse mit einem Eintritt für Fluids in der zylindrischen Gehäusewand und einem Fluidaustritt in einer ihrer Stirnwände aufweist, und die sich ferner dadurch kennzeichnet, daß sie mit einer oder mehreren Gruppen koaxialer, zylindrischer Hülsen versehen ist, die mehrere Fluiddurchgänge besitzen und sich innerhalb des Gehäuses befinden, wobei wenigstens eine Hülse in jeder Gruppe um ihre Zylinderachse in dem einen Sinn drehbar gelagert ist und wenigstens eine weitere Hülse-in jeder Gruppe stationär angebracht oder zum ihre Zylinderachse im entgegengesetzten Sinn drehbar gelagert ist, und wobei ferner außerhalb und innerhalb des Gehäuses gelegene Kühl- und/oder Heizkörper angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen schnellen und wirksamen Mischbetrieb aus. Wenn zwei oder mehr Fluids, beispielsweise eine Flüssigkeit und ein Gas, durch-die Mischvorrichtung hindurchgeleitet werden, üben die rotierenden und stationären oder entgegengesetzt rotierenden Hülsen auf diese Fluids große Scherkräfte aus, so dß sie sich während ihres ganzen Durchgangs durch die Vorrichtung in einem turbulenten Strömungazustand befinden und einer intensiven Mischwirkung unterliegen. Die während des Mischens freigesetzte Wärme läßt sich durch ein Kühlmittel in den Kühl- oder Heizkörpern entfernen. Desweiteren eignet sich die Vorrichtung auch zur Behandlung von Substanzen, die nicht gemischt zu werden brauchen, sondern nur gekiihlt und gerührt oder erwärmt und gerührt werden müssen, beisnielsweise eine Konfektraste, die kristallisieren muß.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in rer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erliutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform weist ein waagrecht gelagertes, zylindrisches Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Wand 2, einer geraden Stirnwand 3 und einer kegelförmigen Stirnwand 4 auf. Ein Einlaß 5 für die zu behandelnden Fluids befindet sich in der zylindrischen Wand 2 neben der-Stirnwand 4 und ist mit einer Zweigleitung 6 versehen, die ein Ventil 7 auf der Außenseite des Gehäuses trägt.
Ein Auslaß 8 für die behandelten Produkte befindet sich in der Mitte der Stirnwand 4.
Eine waagrechte drehbare Welle 10 tritt in das Gehäuse ein und wird von einer zentralen Nabe 9 der gerade gerichteten Wnnd 3 geführt, gegen die sie durch eine Dichtungspackung 11 abgedichtft ist. Im Inneren des Gehäuses 1 trägt die Welle 10 eine Scheibe 12, die-sieh lotrecht zur Welle erstreckt. und sich mit ihr dreht. Ditee Scheibe 12 ist von der Stirnwand 3 durch einen kleinen Spalt getrennt und reicht mit ihrem Umfang bis in die Nähe der zylindrischen Wand 2. Jenseits der Scheibe 12 trifft die Welle 10 auf eine hohle Rührwelle 13 größeren Durchmessers, die sich über die ganze Gehäuselänge bis in die Nähe der kegelförmigen Stirnwand 4 erstreckt und dort ein geschlossenes Ende aufweist.
In dem Gehäuse befindet sich in geringem Abstand von der zylindrischen Wand 2 eine Gruppe aus drei zylindrischen Hülsen 16, 17, 18, die koaxial zueinander und zu der zylindrischen Wand angeordnet sind. Diese Pulsen sind mit mehreren Durchgangsöffnungen 15 versehen und bestehen aus einem perforierten Metallblech oder Metalldraht - bzw. Siebgewebe.
Die Durchgangsöffnungen 15 können jede gewünschte Form aufweisen, lso beispielsweise kreisrund, langgestreckt, sechseckig od. dgl. sein, und brauchen nicht notwendigerweise in allen Hülsen der Gruppe dieselbe Form und Abmessung zu besitzen. Die mittlere Hülse 17 ist an der kegeligen Stirnwand 4 des Gehäuses befestigt und bleibt dadurch ständig stationär, während die beiden anderen Hülsen 16, 18 mit je einem Ende an der Scheibe 12 befestigt sind und dadurch zusammen mit der Scheibe um ihre Achsen gedreht werden. Zwischen dem freien Ende der Hülse 17 und der Scheibe 12 einerseits und zwischen den freien Enden der Hülsen 16, 18 und der Stirnwand 4 des Gehäuses andererseits ist ein Spalt vorgesehen.
Das Gehäuse 1 wird von einem Kühl-oder Heizmantel 19 umgeben, der eine schraubenförmig gewickelte Leitung 20 für das Kühl- oder Heizmedium enthält. Desweiteren befindet sich in dem Raum zwischen der inneren Hülse 16 und der Rührwelle 13 ein zylindrischer, doppelwandiger Kühl- oder Heizkörper 21, der sich im wesentlichen über die ganze Gehäuselänge erstreckt.
Das eine Ende des Körpers 21 ist an der Stirnwand 4 angebracht und steht dort mit Zufluß- und Abflußleitungen in Verbindung, die durch diese Stirnwand hindurchtreten. Das andere Ende des Körpers 21 endet in einem solchen Abstand vor der rotierenden Scheibe 12, daß ein Durchgang für die zu behandelnden Substanzen zwischen diesem Körper und der Scheibe gelassen wird.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Während des Betriebs wird die Welle 10 in dem durch den Pfeil A angegebenen Sinn durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung in Umdrehung versetzt. Die Rührwelle 13 sowie die Scheibe 12 und die Hülsen 16, 18-rotieren dann in demselben Drehsinn, während die Scheibe 17 stationär bleibt. Im Falle daß eine wärme empfindliche Flüssigkeit mit einem Gas gemischt werden soll, wird durch die Leitung 20 und den Körper 21 in Richtung der Pfeile B, B' und C, C' ein Kühlmittel hindurchgeführt. Die Flüssigkeit, also beispielsweise das Eiweiß, wird in die Vorrichtung mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe durch den Einlaß 5 in Richtung des Pfeils D eingegeben, während das Gas, also beispielsweise Luft, unter einem bestimmten Druck aus der Zweigleitung 6 durch denselben Einlaß 5,gemäß dem Pfeil E, eingeleitet wird. Beide Fluids setzen ihre Strömung innerhalb des Gehäuses unter der Wirkung des Zufuhrdruckes fort. Zunächst strömen sie durch den Zwischenraum zwischen der zylinrischen Wand 2 und dem Kühlkörper 21 in Richtung der Scheibe 12, und nachdem sie den zwischen dieser Scheibe und dem Körper 21 vorhandenen Durchgang passiert haben, strömen sie durch den Zwischenraum zwischen dem Körper und der Welle 13 in Richtung auf die kegelige Stirnwand 4. Schließlich verlassen sie die Vorrichtung durch den zentralen Auslaß 8 in Richtung des Pfeils F.
Während. des ersten teils ihrer durch die Vorrichtung führenden Bewegungsstrecke können die Flüssigkeit und das Gas frei durch diein den Hülsen 16, 17, 18 pefindlichen Durchgangsöffnungen hindurchtreten, und zwar Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Starke Scherkräfte werden auf diese strömenden Substanzen aufgrund der Drehbewegung der Hülse 16, 18 gegenüber der stationären Anordnung. der Hülse 17, zylindrischen Wand 2 und dem Kühlkörper 21 übertragen. Aufgrund dieser Scherkräfte kommt es zum Entstehen einer starken Rührwirkung, die eine zute Verteilung der fließenden Substanzen über den ganzen Umfang des zylindrischen Gehäuses sicherstellt. Zu dieser Rlihrwlr1wng -treten die Scherkräfte, die von der rotierenden Rütlrwelle 13 und dem stationären Körper 21 auf die Substanzen während des zweiten teils ihrer Bewegungsstrecke ausgeübt werden.
Infolgedessen kommt es zu einer raschen.und wirksamen Vermischung von Blüssigkeit und Gas, und im Falle von Eiweiß und Piuft findet eine schnelle Belüftung bzw. Auflockerung des Eiweißes statt. Darüber hinaus kann sich die unter Druck-in die Vorrichtung eingeleitete Luft dort ausdehnen und dadurch die Belüftungswirkung noch verbessern. Die während des Mischens freigesetzte Wärme wird schnell durch das in den Körpern 20, 21 vorhandene Kühlmittel entfernt. Das Produkt, das die Vorrichtung durch den Auslaß 8 verläßt, befindet sich somit in einem homogen durchmischtem Zustand und weist eine eingestellte Temperatur auf.
Es versteht sich, daß die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung auch für viele andere Zwecke benutzt werden kann. Bei diesen anderen Zwecken kann auch ein Heizmittel durch die Körper 20, 21 geschickt werden.
Die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weicht von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten in gewisser Hinsicht ab. Ein Unterschied ergibt sich durch die Verdoppe]unz des inneren Kühl- oder Heizkörpers sowie die Verdoppelunz der Gruppe perforierter Hülsen. Ein weiteres IJnterscheidungsmerkmal wird durch das Vorhandensein zusätzlicher Trennwände in Borm von massiven Hülsen 28, 29 geschaffen, die um ihre Zylinderachsen drehbar sind. Diese massiven Hülsen sind an ihrem einen Ende an der Scheibe 12 angebracht und reiter mit ihrem anderen Ende bis in die Nähe der Stirnwand 4.
Aufeinanderfolgend sind in dem Zwischenraum zwischen der Rührwelle 13 und der zylindrischen Wand 2, und zwar gesehen von innen nach außen, folgende Körper positioniert: Ein Kühlkörper 21, eine massive Hiilse 28, eine Gruppe perforierte.Hülsen 16, 17, 18, ein Kühlkörper 23, eine massive Hülse 29 und eine Gruppe perforierte-Hülsen 25, 26, 27.
Darüber hinaus ist der Einlaß 5 jetzt neben der Stirnyrangeordnet.
Bei der gezeigten Anordnung werden die Fluidströme veranlaßt, einen Strömungspfad einzuschlagen, dessen Länge nicht das zweifache, sondern das fünffache der Länge des Gehäuses beträgt, so daß also eine wesentliche Verlängerung des Strömungsweges mit der letztgenannten Ausführungsform und damit auch eine erhebliche Verbesserung der Rühr- und Nischwirkung erreicht werden.
Es versteht sich, daß viele zusätzliche Varianten möglich sind, die innerhalb des oben beschriebenen Gedankens liegen. So kann beispielsweise die Rührwelle 13 in den Fig.
1, 2 und 3 durch eine Schnecke ersetzt werden. Desweiteren lassen sich einige Merkmale bei der Ausführungsform nach Fig. 3 getrennt in den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 anwenden. Die Hülse 17 braucht nicht ständig stationär zu sein, sondern kann oftmals auch drehbar sein, und zwar in einem Sinne, der dem Drehsinn der Hiilsen 16, 18 entgegengesetzt ist.
Desweiteren kann jede Hülsengruppe anstatt aus drei Hülsen auch aus einer anderen Anzahl Hülsen bestehen, beispielsweise aus vier oder zweimal drei Hülsen. Die inneren Kühlkörper 21, 23 -brauchen nicht immer stationär zu sein, sondern können auch drehbar gelagert sein, und zwar in demselben Sinn wie die im benachbarten Hülsen oderventgegengesetzten Sinn. Es versteht sich ferner, daß die Kühlkörper in gewissen Fällen auch als Heizkörper dienen können.
Die hier beschriebene Vorrichtung läßt sich zur Mischung von zwei Flüssigkeiten, so beispielsweise von Joghurt mit einer Proteinlosung, benutzen, ferner zum Vermischen einer Flüssigkeit mit Luft, so beispielsweise von Eiweiß mit Luft oder Joghurt mit Luft oder einem Gemisch aus Fett und Puderzucker mit Luft oder zur Vermischung einer Faste und Luft oder Flüssigkeit. In gewissen Fällen dient die Vorrichtung nur zum Kühlen und Rühren von Bluids. Alle Ausführungsformen und Verwendungsmöglichkeiten sind in Verbindung mit Außendruck, tberd-lücken oder Unterdrücken brauchbar.

Claims

P a te n t a n s p r ü c h e

Vorrichtung zum Mischen, Kühlen und Erwärmen von Fluids, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein geschlossenes, zylindrisches Gehäuse (1) mit einem in der zylindrischen Gehäusewand (2) befindlichen Einlaß (5) für Fluids und einem in einer der Gehäusestirnwände (3, 4) befindlichen Auslaß (8) für Fluids und mit einer oder mehreren Gruppen koaxialer, zylindrischer Hülsen (16, 17, 18 ; 25, 26, 27); die mit Durchgangsöffnungen (15) für Fluids versehen und in dem Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Hülse in jeder Gruppe in einem Drehsinn um ihre Zylinderachse drehbar gelagert ist und wenigstens eine andere Hülse in jeder Gruppe stationär angebracht oder im entgegengesetzten Sinn drehbar um ihre Zylinderachse gelagert ist, und wobei Kühl-und/oder Heizkörper außerhalb und innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, daß zwei Hülsen (16, 18) jeder Gruppe um ihre Zylinderachse drehbar sind, und daß eine dritte Hülse (17), die sich zwischen den beiden anderen befindet, stationär ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die drehbaren Hülsen (16, 18) an einer Scheibe (12) in dem Gehäuse (1) befestigt sind und um eine Achse drehbar sind, die mit der Gehäuseachse zusammenfällt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r ch g e k e n n z e i c hn e t, daß die stationäre Hülse (17) an der einen Stirnwand (4) des Gehäuses befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß jeder innere Kühl- oder Heizkörper (21, 23) innerhalb einer Gruppe Durchgangsöffnungen (ffi) aufweisender Hülsen angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, daß jeder innere Kühl- oder Heizkörper die Borm eines doppelwandigen Zylinders hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der innere Kühl- oder Heizkörper (21, 23) in dem Gehäuse (1) stationär angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, daß in dem inneren Kühl- oder Heizkörper (21) eine zusätzliche Rührweile (13) oder Schnecke angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß eine um ihre Zylinderachse drehbare massive Hülse (28, 29) zwischen einer Gruppe Durchgangsöffnungen (15) aufweisender Hülsen und einem inneren Kinhl- oder Heizkörper (21, 23) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die massive Hülse an dem einen Ende mit der in dem Gehäuse (1) angeordneten drehbaren Schebe (12) fest verbunden ist.