DE3026039A1 - Liquids and/or gases mixed in flow duct - having alternate constrictions and divergence(s) of cross=section - Google Patents

Liquids and/or gases mixed in flow duct - having alternate constrictions and divergence(s) of cross=section

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    • B01F25/4338—Mixers with a succession of converging-diverging cross-sections, i.e. undulating cross-section

Abstract

Media having the same or different states of aggregation (i.e. liqs. and/or gases) are mixed by conducting them along a duct in which the flow direction is successively changed numerous times in different radial directions with compression and expansion. Pref. before entering the duct, the media are forced under pressure through a porous block. Pref. the duct has successive cross-section constructions and expansions: the constrictions each have the general form of a slit and successive constrictions are at angles to each other, pref. offset by approx. 90 deg. The duct may be formed of a length of pipe, in which the constrictions are formed by radial compression in such a manner that the boundary surfaces of the portion of pipe between two successive constrictions has the general form of a tetrahedron. Extremely thorough mixing is achieved, partic. if the pipe contains a porous block at the inlet end.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur innigen Vermischung von Medien gleichen oder verschiedenen Aggregatzustandes, nämlich von flüssigen und/oder gasförmigen Medien.The present invention relates to a method and an apparatus for the intimate mixing of media of the same or different aggregate state, namely of liquid and / or gaseous media.

Zur Vermischung derartiger Medien verwendete man bisher Rührer, UltraschallkoloidmShlen oder dgl. Dabei einen sich diese Vorrichtungen vornehmlich nur zur Herstellung von Emulsionen. Für die innige Vermischung einer Flüssigkeit und eines gasförmigen Mediums haben sich die genannten Vorrichtungen jedoch nicht bewährt.Up to now, stirrers, ultrasonic coloid machines have been used to mix such media or the like. Here, these devices primarily only for the production of Emulsions. For the intimate mixing of a liquid and a gaseous medium However, the devices mentioned have not proven themselves.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die eine äußerst innige Vermischung von Medien gleichen oder verschiedenen Aggregatzustandes, also insbesondere einer Flüssigkeit und eines gasförmigen Mediums gewährleisten.The present invention is therefore based on the object of a method and to provide an apparatus that provides an extremely intimate intermingling of Media of the same or different physical state, i.e. in particular a liquid and a gaseous medium.

Diese Aufgabe wird verfahrcnsgemäß dadurch gelöst, daß die zu vermischenden Medien durch einen Strömungskanal Weitet und in diesem in Strömungsrichtung nacheinander mehrfach in unterschiedlich radialen Pichtungen komprimiert und expandiert werden.According to the method, this object is achieved in that the Media expands through a flow channel and in this one after the other in the direction of flow be compressed and expanded several times in different radial directions.

Hinsichtlich der Vorrichtung wi.rd die aestelZte Aufgabe durch einen Strömungskanal mit zwischen Ein- und Aus laß abwechsend angeordneten Querschnittsverengungen und -Erweiterungen gelöst, wobei die Querschnittsverengungen etwa schlitzförmig ausgebildet und in Strömungsrichtung in ihrer Längserstreckung jeweils winkelversetzt zueinander, vorzugsweise um jeweils etwa 90 Grad zueinander versetzt angeordnet sind.With regard to the device, the most important task is carried out by a Flow channel with alternately arranged cross-sectional constrictions between inlet and outlet and enlargements released, the cross-sectional constrictions being roughly slit-shaped formed and each angularly offset in their longitudinal extent in the direction of flow to each other, are preferably arranged offset from one another by approximately 90 degrees.

Bei ltindurchleitung der zu vermischenden Medien durch einen derartigen Strömungskanal werden diese einer mehrfachen Kompression und Expansion in unterschiedlich radialen Richtungen ausgesetzt, mit der rolle, daß hohe Turtulenzen innerhalb des Strömungskanals bzw.When the oil to be mixed is passed through such a Flow channel these are a multiple compression and expansion in different exposed to radial directions, with the role that high turtulence within the Flow channel or

Mischkanals entstehen, die zu einer innigen Vermischun der Medien führen.Mixing channels arise, which lead to an intimate mixing of the media to lead.

Die erfindungsgemä.%e Vorrichtung zeichnet sich durch eine äußerst einfache und raumsparende Konstruktion aus, wobei sie ohne Schwierigkeiten in bereits bestehende Systeme eingebaut werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch ohne 1)esonderen Aufwand herstellen.The device according to the invention is characterized by an extremely simple and space-saving construction, taking them in without difficulty existing systems can be installed. The device according to the invention leaves can also be produced without 1) any special effort.

Zur noch besseren Durchnischung werden die zu vermischenden Medien zumindest vor Einleitung in den Strömungskanal unter Druck durch einen porösen Körper geleitet. Durch einen derartigen porösen Körper werden die Turbulenzen gefördert. Vorzugsweise befindet sich der poröse Körper am Einlaß des Strömungskanals. Er kann jedoch auch den gesamten Strömungskanal ausfallen, falls dies erforderlich ist, insbesondere bei Medien, die sich ansonsten nur schlecht miteinander vermischen lassen.The media to be mixed are used for even better mixing at least before introduction into the flow channel under pressure through a porous body directed. The turbulence is promoted by such a porous body. The porous body is preferably located at the inlet of the flow channel. He can however, the entire flow channel can also fail if this is necessary, especially with media that otherwise only mix poorly with one another permit.

Eine besonders einfach herzustellende Vorrichtung besteht aus einem Rohrstück, bei dem die Querschnittsverengungen durch radiale Eindrückungen gehildet si.nd, derart, daß die BegrenzungsflAchen der zwischen zwei aufeinander-folgenden Querschnittsverengungen aneordneten Rohrabschnitte jeweils einen Tetraeter bilden. Die Querschnittsverengungen werden vorzugsweise durch zangenartig wirkende Lineale oder Preßleisten oder dgl. hergestellt. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Strörnungskanals sind die schlitzförmigen Querschnittsverengungen in ihrer Längserstreckung jeweils um 90 Grad zueinander versetzt.A device that is particularly easy to manufacture consists of one Pipe section in which the cross-sectional constrictions are formed by radial indentations are, in such a way that the boundary surfaces between two successive Cross-sectional constrictions arranged pipe sections each form a tetraeter. The cross-sectional constrictions are preferably made by rulers that act like pliers or pressure bars or the like. Manufactured. With such a configuration of the flow channel are the slot-shaped cross-sectional constrictions in their longitudinal extension offset by 90 degrees to each other.

I?:bensogut können die Begrenzungsflachen der zwischen zwei aufeinander-folgenden Querschnittsverengungen angeordneten Strömungskanalabschnitte die Form von zwei mit ihren rechteckförmigen, kreiszylindrischen oder ovalen oder dgl.I?: The boundary surfaces between two successive Cross-sectional constrictions arranged flow channel sections the shape of two with their rectangular, circular cylindrical or oval or the like.

Grundflächen aufeinander stehenden Keilen haben, deren "Schneiden" jeweils winkelversetzt zueinander liegen.The base surfaces have wedges standing on top of one another, the "cutting edges" of which are each offset at an angle to each other.

Die ''Schneiden" bilden dann die schlitzförmigen Querschnittsverengungen. Es können aber auch die aufeinander stehenden Grundflächen der beiden Keile so bemessen sein, daß an dieser Stelle'eine Ouerschnittsverengung vorhanden ist, die dann jedoch nicht schlitzförmig, sondern rechteckförmig, kreiszylindrisch oder quadratisch ist.The "cutting edges" then form the slit-shaped cross-sectional constrictions. However, the base areas of the two wedges standing on top of one another can also be dimensioned in this way be that at this point there is a narrowing of the cross section, which then, however is not slot-shaped, but rectangular, circular-cylindrical or square.

Ein- und Auslaß des Strömungskanals sind vorzugsweise jeweils keilförmig ausgebildet, wobei die "Schneiden" dieser Keile einander zugekehrt sind und jeweils in Strömungsrichtung gesehen die erste und letzte Querschnittsverengung des Strömungskanals bilden.The inlet and outlet of the flow channel are preferably each wedge-shaped formed, the "cutting edges" of these wedges facing each other and each Seen in the direction of flow, the first and last cross-sectional constrictions of the flow channel form.

Die poröse Ausfüllung des Strömungskanals wird vorzuzsweise durch lose Körner oder Stapelfasern oder dgl. gebildet, wobei die Körner kugelförmig und aus einem porösen Werkstoff hergestellt sein können. Die Ausfüllung kann auch durch ein poröses metallkeramisches Material erfolgen, das eine hohe Durchlässigkeit besitzt.The porous filling of the flow channel is preferably through Loose grains or staple fibers or the like. Formed, the grains being spherical and from a porous material can be made. The filling can also be done by a porous metal-ceramic material that has high permeability owns.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated below the accompanying drawing explained in more detail.

Tri der einzigen Zeichnung ist ein rohrförmiaer Strömungskanal 10 mit einem Einlaß 20 und Auslaß 21 dargestellt Lin- und Auslaß sind jeweils keilförmig ausgebildet, wobei die "Schneiden" 11 und 15 jeweils - in StrOmungsrichtung S gesehen - die erste und zweite schlitzförmige Querschnittsverengung des Strömungskanals 10 bilden.The only drawing is a tubular flow channel 10 shown with an inlet 20 and outlet 21 and the outlet are each wedge-shaped formed, the "cutting edges" 11 and 15 each - seen in the direction of flow S. - The first and second slit-shaped cross-sectional constrictions of the flow channel 10 form.

Zwischen diesen beiden Querschnittsverengungen 11 und 15 sind drei weitere schlitzförmige Querschnittsverengungen 12, 13 und 14 vorgesehen, wobei sämtliche Querschnittsverengungen in ihrer Längserstreckung jeweils um 90 Grad zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch haben cie zwischen zwei aufeinander-folgenden Querschnittsverengungen angeordneten Rohrabschnitte jeweils die Form eines Tetraeters, wobei die größte Querschnittsfläche bzw. der größte Durchgangsquerschnitt etwa auf halber Höhe des Tetraeders liegt. Diese Maximalquerschnitte sind in der Zeichnung mit den Bezugsziffern 1£, 17, 18 und 19 gekennzeichnet. Sie bilden die maximale Querschnittserweiterung zwischen zwei aufeinander-folgenden Querschnittsverengungen.Between these two cross-sectional constrictions 11 and 15 are three further slit-shaped cross-sectional constrictions 12, 13 and 14 are provided, with all Cross-sectional constrictions in their longitudinal extent by 90 degrees to each other are arranged offset. This gives cie between two successive Cross-sectional constrictions arranged pipe sections each have the shape of a tetraeter, where the largest cross-sectional area or the largest passage cross-section approximately half the height of the tetrahedron. These maximum cross-sections are shown in the drawing marked with the reference numbers 1 £, 17, 18 and 19. They form the maximum Cross-sectional expansion between two successive cross-sectional constrictions.

Der Strömungskanal 10 ist zur Erhöh-ung des Mischunaswirkungsgrades mit einem metallkeramischen Sinterkörper ausrefilllt, der sich durch eine hohe Porosität bzw.The flow channel 10 is to increase the mixing efficiency filled with a metal-ceramic sintered body, which is characterized by a high porosity respectively.

Durchlässigkeit (Luftdurchlässigkeit) auszeichne@.Permeability (air permeability) mark @.

An den Enden des Strömungskanals 10 sind Gewindeabschnitte 23, 24 vorgesehen, die zum Anschluß an : entsprechendes medienführendes Rohr dienen.Threaded sections 23, 24 are provided at the ends of the flow channel 10 provided, which are used for connection to: appropriate media-carrying pipe.

In den Bereichen der schlitzförmigen bzw. @p@ t@@@ @@ Querschnittsverengungen (schmaler Spalt) 11 bis 1@ haben die zu mischenden Medien ihre höchste Strömungsgesch@indigkeit bei niedrigstem Druck (Bernoulli). An der @ll der größten Querschnittserweiterung, nämlich an der Stellen 16, 17, 18, 19 herrscht die geningste it@ im @@-geschwindigkeit bei höchstem Druck. Diese Kompressi@ und Expansion wiederholt sich beim Durchgang durch @en Strömungskanal 10 mehrfach, wobei aufgrund der @@ @@ er Längserstreckung winkelversetzt zueinander a@ @ Querschnittsverengungen c:.ie Kompression der zu vermischenden Medier in entsprechend zur radialen Richtungen erfolgen. Dadurch er ste @@ i@ner@a@ des Strömungskanals 10 hohe Turbulenzen mit hohen Scherkräften, so daß eine innige Vermischung zwischen @edien erreicht werden kann, die sich normalerweise sehr schlen@ miteinander vermischen lassen, wie z. 2. Wasser .:n( Die Vermischung von Wasser und Öl unter Verwendur@ es erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist so gut, daß die Öl- Wasser-Mischung un@edenklich einem Ölbrenner einer Heizungs@@lage zugeführt werden kann, wobei sich herausgestellt hat, daß durch Vorschaltung des erfindungsgemäßen Mischkanals und Zumischung von Wasser nach erfindungsgemäßen Verfahren der Clverbrauch bis zu 40 % verringern läßt Die Erfindung läßt sich auch hervorragend in der Medizin anwenden, wenn es gilt, bei Injektionen die zu indizierenden Flüssigkeiten zu verdünnen, oder diesen Flüssigkeiten weitere Lösungen zuzumischen. Der beschriebene Strömung bzw. Mischkanal 10 kann z. B. in einfacher Weise zwischen einer Injektionsnadel und dem Kolbenraum einer Spritze angeordnet werden.In the areas of the slit-shaped or @ p @ t @@@ @@ cross-sectional constrictions (narrow gap) 11 to 1 @ the media to be mixed have their highest flow velocity at the lowest pressure (Bernoulli). At the @ll of the largest cross-sectional expansion, namely at points 16, 17, 18, 19 there is the geningest it @ in @@ - speed at the highest pressure. This compression and expansion is repeated during the passage through @en flow channel 10 several times, whereby due to the @@ @@ he longitudinal extension angularly offset to one another a @ @ cross-sectional constrictions c: .ie compression of the to mixing medi in corresponding to the radial directions. Thereby he ste @@ i @ ner @ a @ of the flow channel 10 high turbulence with high shear forces, so that an intimate intermingling can be achieved between media that are normally very schlen @ mix with each other, such as 2. Water.: N (The mixing of water and oil using the method according to the invention or the method according to the invention The device is so good that the oil-water mixture is harmless to an oil burner a Heizungs @@ location can be supplied, it has been found that through Upstream connection of the mixing channel according to the invention and admixing of water according to the invention Process which can reduce the consumption of oil by up to 40%. The invention can also be used Excellent use in medicine when it comes to injections that need to be indexed liquids to dilute, or to add other solutions to these liquids. The described Flow or mixing channel 10 can, for. B. in a simple manner between a hypodermic needle and the plunger space of a syringe.

Die genannten Beispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sich auf den unterschiedlichsten Gebieten vorteilhaft anwenden lassen.The examples mentioned show that the device according to the invention and the method according to the invention is advantageous in a wide variety of fields let apply.

Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Strömungskanals 10 und der Spaltbreite der Querschnittsverengung beträgt etwa 90:1 bis 20:1.The ratio between the diameter of the flow channel 10 and the gap width of the cross-sectional constriction is about 90: 1 to 20: 1.

Claims (1)

Verfahren und Vorrichtung zur innigen Verrrischung von Medien gleichen ocer verschiedenen Aggregatzustandes Patentansprilche 1. Verfahren zur innigen Vermischung von Medien gleichen oder verschiedenen Aggregatzustandes, dadurch gekennzeichnet, da.! die zu vermischenden Medien durch einen Strömungskanal geleitet und in diesem in Strörnungsrichtung nacheinander mehrfach in unterschiedlich radiale Richtungen komprimiert und expandiert werden. Method and device for the intimate mixing of media are the same ocer different physical state claims 1. Method for intimate mixing of media of the same or different aggregate state, characterized in that there.! the media to be mixed passed through a flow channel and in this in the flow direction several times in succession in different radial directions be compressed and expanded. 2. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermischenden Medien zumindest vor Einleitung in den Strömungskanal unter Druck durch einen porösen Körper geleitet werden.2. The method according to claim, characterized in that the to be mixed Media at least before being introduced into the flow channel under pressure through a porous Body are directed. 3. Vorrichtung zur innigen Vermischung von Medien gleichen oder verschiedenen Aggregatzustandes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Strömungskanal(10) mit zwischen Lin- (20) und Auslaß (21) abwechselnd angeordneten Querschnittsverengungen (11, 12, 13, 114, 15) und - Erweiterungen (16, 17, 18, 19), wobei d.ie Querschnittsverengungen etwa schlitzförmig ausgebildet und in Strömunsrichtung in ihrer Längserstreckung eweils winkelversetzt zueinander, vorzugsweise um jeweils etwa 90 Grad zueinander versetzt angeordnet sind.3. Device for the intimate mixing of the same or different media Physical state, in particular for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized by a flow channel (10) with between Lin- (20) and Outlet (21) alternating cross-sectional constrictions (11, 12, 13, 114, 15) and - extensions (16, 17, 18, 19), the cross-sectional constrictions being approximately slot-shaped formed and in the direction of flow in their longitudinal extension at times offset at an angle to one another, preferably arranged offset from one another by approximately 90 degrees are. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) ein RohrstCck ist, und da die Querschnittsverengungen (11, 12, 13, 14, 1R) durch radiale Eindrückungen gebildet sind, derart, dar die Begrenzungsflächen der zwischen zwei aufeinander folgenden Querschnittsverengungen angeordneten Rohrabschnitte jeweils einen Tetraeter bilden.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the flow channel (10) is a piece of pipe, and since the cross-sectional constrictions (11, 12, 13, 14, 1R) are formed by radial indentations, such that the boundary surfaces of the between two successive cross-sectional constrictions arranged pipe sections each form a tetraeter. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) mit losen Körnern, vorzugsweise kugelförmigen Körnern,Stapelfasern oder dgl. gefüllt ist.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the flow channel (10) with loose grains, preferably spherical grains, staple fibers or the like. Is filled. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) mit einer porösen Ausfüllung (22), vorzugsweise metallkeramischen Ausfüllung mit hoher PorositXt und damit Duchlässigkeit versehen ist.6. Apparatus according to claim 3 or 14, characterized in that the flow channel (10) with a porous filling (22), preferably metal-ceramic Filling with high PorositXt and thus permeability is provided. 7. Vorrichtung nach Anspruch F, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Ausfilllung (22) zumindest am. Einlaß (20) des Strömungskanals vorgesehen ist. e. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen der zwischen zwei aufeinander-folgenden Querschnittsverengungen angeordneten Strömungskanalabschnitte die Form von zwei mit ihren rechteckförmigen oder kreiszylindrischen Grundflächen aufeinander stehenden Keilen haben, deren Schneiden jeweils winkelversetzt zueinander liegen.7. Apparatus according to claim F, characterized in that the porous Filling (22) is provided at least at the inlet (20) of the flow channel. e. Device according to claim 2, characterized in that the boundary surfaces of the flow channel sections arranged between two successive cross-sectional constrictions the shape of two with their rectangular or circular cylindrical bases have wedges standing on top of one another, the cutting edges of which are offset at an angle to one another lie. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Lis b, dadurch gekennzeichnet, daß der Lin- (20) und Auslad (21) des Strömungskanals (10) jeweils keilförmig ausgebildet sind, wobei die beiden Schneiden einander zugekehrt sind.9. Device according to one of claims 1 Lis b, characterized in that that the Lin (20) and discharge (21) of the flow channel (10) are each wedge-shaped are, with the two cutting edges facing each other.
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