DE69818695T2

DE69818695T2 - Vortex-ring-mischer mit gemässigtem verhaten der vortex-ringe

Info

Publication number: DE69818695T2
Application number: DE69818695T
Authority: DE
Inventors: Brian Dundas Latto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: US6007237A; WO1998053904A1; ZA984636B; AU7632998A; CA2292431A1; DE69818695D1; EP1015105B1; CA2292431C; BR9809187A; EP1015105A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen und Steuern von Wirbelringen in einem Fluid sowie das gesteuerte Zusetzen und Absaugen von Fluid aus der Hauptmasse des Fluids, das gemischt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind viele verschiedene Typen von Fluidmischvorrichtungen in der Vergangenheit hergestellt worden, und obwohl die meisten relativ gut funktionieren, ist für einige hoher Energieaufwand bzw. hoher Energieaufwand pro Volumeneinheit des gemischten Fluids erforderlich. Andere sind häufig relativ uneffektiv und weisen Beschränkungen hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten auf. Dieses Problem tritt besonders beim Mischen von geschichteten Fluiden oder Feststoff-/Flüssigkeits-Suspensioren oder Aufschlämmungen auf.
Ein Typ Vorrichtung, der in der Vergangenheit eingesetzt worden ist, arbeitet nach dem Prinzip, dass sich ein Fluid-Wirbelring, der in dem Fluid erzeugt wird, selbst dann durch das Fluid ausbreitet, wenn es geschichtet ist. Damit erzeugt er effektives Mischen durch den Stoffübergang in Form von separaten Fluidmengen und erzeugt des Weiteren Fluidbewegung bzw. Konvektion innerhalb der Masse des Fluids, das gemischt wird. Das heißt, indem eine Generatorplatte mit einer Öffnung gesteuert impulsartig bewegt wird, wird Fluid über die Öffnung ausgestoßen und wird zu einem Wirbelring.
Ein Wirbelring ist eine ringförmige sich drehende Masse aus Fluid, die als Ganzes eine abgeflachte Sphäroidform hat. Ein Wirbelring überführt wirkungsvoll Fluid von seiner Ausgangsposition zu einer entfernten Position in einem zu mischenden Fluid. Daher wird Masse bzw. Stoff übertragen, und wenn dies geschieht, kommt es auch zur Bewegung des umgebenden Fluids (Stoffkonvektion). Wirbelringe können erhebliche Energie aufweisen, und, wenn sie auf eine feste Grenze auftreffen, erhebliche Störung und Tur bulenz bewirken. Dies ist besonders nützlich beim Mischen bzw. Rühren von sedimentierten Aufschlämmungen, wenn ein auftreffender Wirbelring Dispersion der sedimentierten Materialien bewirkt. Dies führt zu kurzen Mischzeiten und niedrigem Energieaufwand, wobei gleichzeitig Homogenität des gemischten Fluids bewirkt wird.
Vorrichtungen zum Erzeugen von Wirbelringen in einem Fluid, das Mischen dieses Fluids bewirkt, werden in den folgenden Patenten beschrieben, die dem Erfinder der vorliegenden Erfindung erteilt wurden: United States Patent Nr. 5,100,242; United States Patent Nr. 5,052,813; kanadisches Patent Nr. 1314041; kanadische Patentanmeldung Nr. 2,013,558 sowie europäisches Patent Nr. 0 283 307 B1.
Das United States Patent Nr. 4,067,551 offenbart einen Benzin-Öl-Mischer, der eine Mischerscheibe mit einer Vielzahl von Löchern darin, eine Kolbenwelle, deren unteres Ende starr mit der Mischerscheibe verbunden ist, eine Führungsbuchse, die so eingerichtet ist, dass sie in einer Mischeröffnung in dem Behälter (Kern) angebracht wird, eine untere Feder, die zwischen der Scheibe und einem unteren Federanschlag an der Führungsbuchse angebracht ist, einen Griff, der an der Oberseite der Kolbenwelle angebracht ist, und eine obere Feder umfasst, die zwischen dem Griff und einem oberen Federanschlag an der Führungsbuchse angebracht ist, wobei der Griff, von den Federn unterstützt, auf- und abgepumpt wird, um Öl und Benzin zu mischen.
Das United States Patent Nr. 2,750,444 beschreibt eine Vorrichtung zum Rühren von Flüssigkeiten unter sterilen Bedingungen, die eine Kammer, eine Stange, die sich über beide Enden der Kammer hinauserstreckt, und zwar in im Wesentlichen luftdichter Beziehung zu der Kammer an einem ersten Ende und in einer luftdurchlässigen Beziehung an einem zweiten Ende der Kammer, eine Rührbuchse, die verschiebbar auf ein Ende der Stange aufgesetzt ist, das sich über das zweite Ende der Kammer hinauserstreckt, wobei die Buchse von der Kammer beabstandet und an ihrem äußeren Ende abgeschlossen ist, einen Balg, der die Stange umschließt und eine Verbindung sowie luftdichten Übergang zwischen der Buchse und der Kammer erzeugt, wobei das Ausüben von verringertem Druck auf die Kammer axiale Bewegung der Buchse auf die Kammer zu bewirkt und Erhöhung des Drucks in der Kammer bewirkt, dass sich die Buchse von der Kammer weg bewegt, wobei eine Anschlageinrichtung Bewegung der Buchse von der Kammer weg begrenzt und die Stange Bewegung der Buchse auf die Kammer zu begrenzt, sowie eine Einrichtung an der Hülse umfasst, die eine Rühreinrichtung daran aufnimmt, so dass der gesamte Rührmechanismus frei von gleitendem oder drehendem Kontakt mit einem Abschnitt des Behälters ist und der gesamte Rührmechanismus vollständig frei von jeglichem Halt durch das Innere des Behälters ist.
Die französische Patentanmeldung Nr. 2,605,244 offenbart einen Rührer zum Rühren von Fluid in einem Gefäß, der eine Achse umfasst, deren oberes Ende mit einer Einrichtung verbunden ist, die so eingerichtet ist, dass sie eine vertikale Hin- und Herbewegung darauf überträgt, und deren unteres Ende mit einer perforierten Abschirmung versehen ist, die in einem sehr geringen Abstand zum Boden des Behälters angeordnet werden kann, wobei die Abmessungen der Abschirmung so sind, dass sie zwischen dem Schirm und den Wänden des Behälters eine Randzone zum Entweichen des verdrängten Fluids bilden.
US-Patent Nr. 5,100,242 (EP-A-283,307) offenbart eine Mischeinrichtung, die eine Platte mit einer Öffnung sowie eine Einrichtung zum Erzeugen von relativer Hin- und Herbewegung der Öffnungsplatte und des Fluids im rechten Winkel zu der Öffnungsplatte erzeugt, um einen Ringwirbel über die Öffnung zu erzeugen, wobei die Öffnungsplatte und die Öffnung so angeordnet sind, dass der Ringwirbel in das zu mischende Fluid hinein gedrückt wird.
Obwohl die in diesen Patenten beschriebenen Vorrichtungen gut funktionieren, tritt mitunter beim Einsatz dieser Vorrichtungen ein Problem dahingehend auf, dass ein Wirbelring, der an der Oberfläche der Generatorplatte entsteht, häufig zuviel Energie aufweist, wenn er die freie Oberfläche der Flüssigkeit erreicht. Dies kann zum Einschluss von Gas oder Luft führen, der häufig unerwünscht ist. Es kann auch zu unerwünschter Schaumbildung des Fluids an der Oberfläche führen und zu starkes Spritzen bewirken. Darüber hinaus wird dadurch der Wirkungsgrad des Mischens verringert, da die Masse an Fluid in dem Wirbelring nicht richtig abgeleitet und an der Oberfläche verteilt wird. Das durch diese Energie bewirkte Aufbrechen der Oberfläche der Flüssigkeit führt zu örtlich begrenzter Turbulenz, wohingegen gesteuerte Zerstörung eines Wirbelrings entweder während seiner Vorwärtsbewegung oder an einer Stelle unmittelbar vor der freien Oberfläche zu stark verbesserter Fluidzirkulation führen kann. Dies gilt auch für Wirbelringe, die mit starker Energie auf eine feste Grenze auftreffen, so beispielsweise den Boden eines Mischbehälters, wobei dies für stark sedimentierte Aufschlämmungen usw. nützlich sein kann, jedoch bei Fluid ohne Sedimente wirkungslos bleiben kann, wenn die allgemeine Zerstörung und Ableitung des Materials in einem Wirbelring gewünscht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Wirbelringmischer zum Mischen von Fluiden, der eine sich hin- und herbewegende mittlere Antriebswelle, an der eine Generatorplatte mit einer Öffnung zum Erzeugen von Wirbelringen befestigt ist, und eine Antriebseinrichtung für die Antriebswelle umfasst, wobei der Durchmesser der Antriebswelle so ist, dass sie die Wirbelringe auflöst, die von dem Mischer erzeugt werden, um verstärktes Mischen zu fördern.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen verbesserten Wirbelringmischer, wie er oben beschrieben ist, wobei der Mischer eine Einrichtung zum Unterbrechen von Wirbelringen enthält. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Mischer geschaffen, der eine Einrichtung zum Zusetzen von zu mischenden Material oder zum Entfernen von Material aus dem Fluid enthält.
DEFINITIONEN
Ein "Wirbelring" ist eine ringförmige Einzelmenge sich drehenden Fluids mit der Gesamtform eines abgeflachten Sphäroids bzw. einer abgeplatteten Kugel, wobei eine Innenstruktur der eines Doughnut gleicht. Aufgrund seiner Form und aufgrund der Tatsache, dass er sich dreht, rollt ein Wirbelring durch das umgebende Fluid, und die relative Geschwindigkeit seiner Außenfläche gegenüber dem Fluid, durch das er hindurchtritt, nähert sich Null. Daher ist die Oberflächen-Scherrate sehr gering, und der viskose Widerstand, der auf die Verschiebungsbewegung eines Wirbelrings wirkt, ist sehr gering. Des Weiteren führt die Strömung um den Wirbelring herum zur Aufnahme von umgebenden Fluid in seine stromabliegende Fläche und zum Ausstoßen von Fluid an dieser Fläche, wodurch es zu einer selbstausgelösten Verringerung des Druckunterschiedes zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Rings kommt, so dass sich der auf den Wirbelring wirkende Formwiderstand verringert. Diese Faktoren deuten an, warum sich ein Wirbelring über eine erhebliche Strecke bewegen kann, nachdem er erzeugt worden ist.
"c" ist der Innendurchmesser einer ringartigen Unterbrecherplatte.
"D" ist der Außendurchmesser der Generatorplatte.
"d" ist der Durchmesser der Öffnung in der Generatorplatte.
"dr" ist der Durchmesser der Antriebswelle.
"da" ist der Durchmesser der Position der Spitze an einer konturierten Generatorplatte.
"Dd" ist der Außendurchmesser einer Unterbrecherplatte.
"L" ist der Abstand zu der Ebene der Öffnung, an der die Antriebswelle beginnt.
"s" ist der Hub der Generatorplatte. Dies ist die Strecke, um die sich eine Generatorplatte in einem halben Zyklus der Generatorplatte bewegt.
"Vd" ist das Volumen, das von der erzeugenden Generatorplatte verdrängt wird, wenn sie um Hub "s" bewegt wird. Daher gilt Vd = (D²/4)s.
"Ve" ist das Volumen des Teils des Fluids, der durch die erzeugende Generatorplatte verdrängt wird, wenn sie um Hub "s" bewegt wird, und der über die Öffnung ausgestoßen wird. Ve entspricht einem Bruchteil des verdrängten Volumens Vd und hängt von der Menge an Fluid ab, die radial von der Generatorplatte weggedrückt wird. Dies wird bis zu einem bestimmten Maß durch den Typ der Generatorplatte und durch die äußere Form der Generatorplatte bestimmt.
"Vf" ist das Volumen des Teils des Fluids, der durch die Generatorplatte verdrängt wird, wenn sie um Hub "s" bewegt wird, und der vom Außendurchmesser der Generatorplatte weggedrückt wird.
"X" ist der Abstand, in dem die Unterbrecherplatte zu der Ebene der Öffnung angeordnet ist.
"n" ist der Anteil des verdrängten Volumens des Fluids Vd, der über die Öffnung ausgestoßen wird. Das heißt Ve = η Vd = η(πD²/4)s.
"Le" ist die äquivalente Länge von Fluid, das über die erzeugende Öffnung mit einem Durchmesser "d" ausgestoßen wird. Daher gilt Le = Ve/(πd²/4) = η Vd/(πd²/4).
ε ist das Verhältnis Le/d und ein nützlicher Parameter zum Bestimmen der Effektivität der Generatorplatte. Da Le = Ve/(πd²/4), Ve = ηVd und Vd = (ηD²/4)s, gilt ε = Le/d = η(D/d)²s/d.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a bis 1d zeigen Ansichten und eine Draufsicht eines Einplatten-Wirbelringgenerators mit einer mittigen Antriebswelle, die teilweise als Schnitt ausgeführt sind, die jede beliebige Querschnittsform haben kann, wobei der Antriebsstern und die Generatorplatte dargestellt sind, die beide direkt aneinander angebracht oder integral miteinander verbunden oder als Alternative dazu indirekt aneinander angebracht sind, die Erzeugung eines Wirbelrings durch die Öffnung und die Erzeugung eines Ringwirbels von der Außenkante der Generatorplatte aus;
2a bis 2i zeigen die verschiedenen Typen von Antriebswellen mit Einspritz- und/oder Entnahmeöffnungen bzw. -anschlüssen;
3a bis 3o zeigen die verschiedenen Formen von Wirbelring-Unterbrechern;
4a bis 4f zeigen die drei Grundformen der Anbringung einer flexiblen Generatorplatte an verschiedenen Ringpositionen, während 4a eine flexible Generatorplatte zeigt, die aus flexiblen Flügeln besteht;
5a und 5b zeigen die Generatorplatte mit konturiert geformten Strukturen in Ansichten von einer extremen Form über eine typische Form bis zur anderen extremen Form; und
6a und 6b zeigen die verschiedenen zutreffenden geometrischen Parameter für einen Generatorplatten-Wirbelringmischer und insbesondere einen Wirbelringmischer mit mittiger Antriebswelle.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber Vorrichtungen, die in den oben erwähnten Patenten beschrieben sind, dahingehend dar, dass der separate oder kombinierte Einsatz einer mittigen Antriebswelle bzw. Wellen, von Vorsprungs- bzw. Unterbrechervorrichtungen an strategischen Positionen an den Wellen, einer hohlen Antriebswelle, die das Zusetzen einer Substanz zu dem Material, das gemischt wird, oder das Entnehmen einer Substanz aus dem Material, das gemischt wird, flexibler Generatorplatten und kontrollierter Generatorplatten einen Mischprozess verbessern und steuern kann, der unter Nutzung von Wirbelringerzeugung und -transport erreicht wird, und eine strukturelle einfache, leichtere Antriebsanordnung geschaffen werden kann, die ein breites Einsatzspektrum und größeres kommerzielles Potenzial hat als die bisherigen Wirbelringvorrichtungen.
Die Verbesserung hinsichtlich der mittigen Antriebswelle des Mischers ist in 1a dargestellt, wobei die mittige Antriebswelle 4 direkt mit der Wirbelringe erzeugenden Generatorplatte 1 mit einer Öffnung 2 über einen Antriebsstern verbunden ist. Der Antriebsstern kann eine beliebige Anzahl von Armen, d. h. einen bis viele, haben, jedoch mit der Einschränkung, das Gleichgewicht zwischen der physikalischen Stärke, die für die Aufgabe erforderlich ist, und der zerstörenden Wirkung auf den Wirbelring vorliegen muss. Die mittige Antriebswelle wird von einem Antrieb 8 hin und her bewegt, der von jedem beliebigen Typ sein kann, der in der Lage ist, die erforderliche Bewegung zu erzeugen, und das Ganze wird von einer Anbringung 7 gehalten. Die mittigen Antriebswelle/n kann/können sich von dem die Bewegung erzeugenden Motor zu der Wirbelringe erzeugenden Generatorplatte oder durch deren Ebene hindurch erstrecken, wo sie direkt mit einem Stern verbunden ist, der eine Einheit mit der Generatorplatte bildet oder direkt an ihr angebracht ist, wie dies in 1a dargestellt ist, oder sie kann/können sich nur teilweise von dem Antrieb bis zu einem Stern erstrecken, der über Schenkel 9 indirekt mit der Generatorplatte verbunden ist, die mit Abstand an einem Durchmesser angeordnet sind, der größer ist als der der Wirbelringe, wie dies in 1b der Fall ist. Daher kann die mittige Antriebswelle so eingerichtet sein, dass ihr Durchmesser den Grad des Abbremsens des Wirbelrings steuert, und ihre Position definiert den Punkt, an dem diese Steuerung beginnt. Die Schenkel, die den Stern 3 an der Generatorplatte 1 anbringen, können unveränderliche Länge oder einstellbare Länge haben, um die Steuerung des Mischens fein abzustimmen.
Die mittige Antriebswelle 4 kann, je nachdem, was eine gute Konstruktion zulässt, hohl oder massiv sein, eine hohle Welle 4, wie sie in 2 dargestellt ist, ermöglicht jedoch den Einsatz der Welle 4 zum Zusetzen oder Entnehmen von Substanzen über die Welle 4 durch die Zuführ- bzw. Ableitleitung 10 und Zuführ- bzw. Ableitöftnungen 11, 15 und 16.
2a zeigt Substanz, die über eine Öffnung 11 am Ende der mittleren Antriebswelle zugesetzt wird, 2b zeigt das Zusetzen einer gasförmigen oder fluiden Substanz über der Generatorplatte 1, während 2c das Zusetzen unterhalb der Generatorplatte 1 zeigt. Fluid kann ebenso gut über gleichwertige Öffnungen entfernt werden, und 2d sowie 2e zeigen Anordnungen, bei denen Fluid entfernt wird. 2f zeigt, wie körniges Material zugesetzt wird, während 2h und 2i zeigen, dass Substanz über die hohle Welle durch einen hohlen Stern 14 und Einlass- bzw. Auslassöffnungen 15 zugesetzt oder entfernt werden kann. 2g zeigt eine mit Löchern versehene hohle Antriebswelle 16.
3 zeigt eine Reihe von Abwandlungen und Ergänzungen der mittleren Antriebswelle 4, die eingesetzt werden können, um das Verhalten des Wirbelrings und damit das Mischen zu mäßigen.
3a zeigt einen gehaltenen Unterbrecher 17, der an der Welle 4 zwischen Halteanschlägen 18 gleiten kann. 3b zeigt einen konturierten Unterbrecher 20 mit einer nach unten abgeschrägten Oberseite, der Material abstößt und es sich nicht sammeln lässt. 3c zeigt einen Unterbrecher 21 mit einer flachen Oberseite. 3d und 3e zeigen mehrere Unterbrecher 22 und 23, während 3f und 3g zunehmende Unterbrecher 26 und 27 zeigen.
3h zeigt einen extern angebrachten Unterbrecher 25, durch den sich die mittlere Antriebsstange hin und her bewegen kann. 3i zeigt einen schwimmenden Unterbrecher 24, der an einer Oberfläche des Fluids schwimmen soll. Dies könnte eine Draufsicht einschließen. 3j zeigt einen Unterbrecher 28 mit massiven Körper, der an der Antriebswelle angebracht ist. 3k zeigt einen Verbund-Unterbrecher, wobei in diesem Fall ein stationärer konturierter Unterbrecher 20 und ein schwimmender Unterbrecher 24 eingesetzt werden. 31 zeigt flexible Unterbrecher. 3m und 3n zeigen eine vergrößerte Antriebswelle 12 bzw. eine mit Rippen versehene Antriebswelle 13.
Jede beliebige Kombination aus mittlerer Antriebswelle, sei sie nun massiv, hohl, vergrößert oder mit Rippen versehen, und Unterbrecher, sei er nun stationär, gehalten, konturiert oder glatt oder mit positivem, neutralem oder negativem Auftrieb versehen, kann je nach den Erfordernissen des Einsatzes zusammengestellt werden.
4 zeigt das Biegen einer flexiblen Generatorplatte 31 um einen Ring 32 herum, an dem sie angebracht ist. 4a und 4b zeigen die innere Anbringung, 4c und 4d zeigen Zwischen-Anbringungspositionen, und 4e sowie 4f zeigen die Anbringung am Außendurchmesser der Platte 31.
4g zeigt die flexible Generatorplatte, die aus einzelnen flexiblen Blättern 33 besteht, die an dem Ring 32 auf jede beliebige Weise angebracht werden können, so beispielsweise wie bei den flexiblen Generatorplatten, die in 4a bis 4f dargestellt sind.
Die konische Generatorplatte 34, die in 5 dargestellt ist, kann konturierte oder flache Seiten in verschiedenen Winkeln θ haben. Bei der konturierten Generatorplatte 35, die in 5b dargestellt ist, sind beide Seiten gleich konturiert, dies ist jedoch nicht ausschlaggebend, und in der Praxis kann jede Seite der Generatorplatte 35 konturiert oder nicht und anders konturiert sein, wenn dies erforderlich ist.
In Funktion dient die Verbesserung der mittigen Antriebswelle/n, wie sie in 1 dargestellt ist, dazu, die Bewegung und die Ausbreitung der erzeugten Wirbelringe 6 zu steu ern, um den Mischprozess zu verbessern, das Mitreißen von Oberflächenluft oder -gas zu verringern und den Energieverbrauch zu verringern.
Wirbelringe 5, die an einer Öffnung erzeugt werden, bewegen sich normalerweise von der erzeugenden Generatorplatte 1 in einer Richtung weg, die allgemein senkrecht zu der Ebene der erzeugenden Öffnung 2 ist, wie dies in 1a dargestellt ist. Obwohl ein Wirbelring 6 von dieser speziellen Richtung aufgrund einer Reihe von Effekten, wie beispielsweise Turbulenz im Strömungsfeld vor dem Wirbelring 6, Instabilität des Wirbelrings 6 und Auswirkungen einer angrenzenden Wand oder anderer Objekte, abweichen kann, bewegt er sich ansonsten weiter, bis er keine Energie mehr hat oder auf ein Hindernis, eine Stratifikationsschicht, oder eine Fluid-Grenzfläche mit einem Widerstand auftrifft, der ausreicht, um seine Zerstörung zu bewirken. Es ist jedoch nicht immer vorteilhaft, dass sich der Wirbelring auf einem geraden Weg zu einer Fluid-Stratifikationsschicht einer Grenzfläche oder einer Oberfläche mit großer Energie zu bewegt, da dies zu relativ starkem Aufbrechen an der Schicht, der Grenzschicht oder der Oberfläche des Fluids führen kann, das zu unerwünschtem Mischen oder dem Einschließen von Oberflächengasen führen kann und verringerten Wirkungsgrad beim Mischen bewirken kann, da es häufig wünschenswert ist, eine radiale Dispersion eines Wirkungsrings zu erreichen, wenn er eine Grenze oder eine Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche (freie Oberfläche) erreicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird/werden eine/mehrere mittige Antriebswelle/n 4 bereitgestellt, die sich an der mittleren Normalachse der den Wirbelring erzeugenden Generatorplatte 1 befindet. Die erzeugende Platte 1 ist, wie in den oben zitierten Erfindungen nach dem Stand der Technik beschrieben, eine Platte mit einer oder mehreren erzeugenden Öffnungen 2 darin. Die mittige Antriebswelle 4 wird durch einen Antrieb 8, der von einer Anbringung 7 getragen wird, hin und her bewegt, wobei beide an einer beliebigen passenden Position bzw. außerhalb der vertikalen Ebene angeordnet sein können, wenn die Bewegung für die Ausbreitung von Wirbelringen geeignet ist und die Anbringung stabil ist.
Bei dieser verbesserten Wirbelring-Mischvorrichtung ist/sind die Antriebswelle/n 4 mittig in Bezug auf die erzeugende Öffnung 2 angeordnet, so dass ein Wirbelring 5, der an der Öffnung 2 erzeugt wird, sich dann normalerweise von der Öffnung 2 entlang der An triebswelle 4 und parallel dazu weg bewegt. Die Auswirkung des Durchmessers "dr" der Antriebswelle besteht darin, dass er innere Reibung in dem Wirbelring 6 erzeugt, der sich an der Antriebswelle entlang bewegt. Dies führt dazu, dass der Wirbelring 6 inneren Reibungswiderstand aufgrund der Wechselwirkung mit der festen Grenze der Antriebswelle 4 erfährt, der wiederum zu einer Verringerung der Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit des Wirbelrings 6 führt und bewirkt, dass er sich schneller verlangsamt als dies ansonsten der Fall wäre. Dies wiederum führt zu einem erhöhten Ausstoß aus dem Wirbelring 6 in seinem Nachlauf. Daher können je nach der relativen Größe "dr" der Antriebswelle 4 im Vergleich zum Durchmesser (d) der erzeugenden Öffnung Wirbelringe 6 so gesteuert werden, dass sie heftig aufbrechen, einfach aufbrechen oder vor einer Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche, einer Oberfläche oder einer unteren Grenze aufbrechen. Der verbesserte Nachlauf und die sanfte Zerstörung des Wirbelrings 6 an der Oberfläche führt zu einer stark verbesserten Strömungskonvektion und verbessertem Mischen im Vergleich zu Antriebswellen 4, die keine Wechselwirkung mit dem Wirbelring 6 aufweisen.
Wenn ein Wirbelring 6 auf die Antriebswelle 4 auftrifft, dehnt er sich aus und verlangsamt sich und wandelt sich höchstwahrscheinlich in eine turbulente Struktur um, wenn er ursprünglich laminare Struktur hatte. Daher kann, wenn das Auftreffen auf eine Antriebswelle 4 verzögert wird, bewirkt werden, dass sich ein Wirbelring 6 über etwas längere Strecken bewegt, wenn eine mittige Antriebswelle 4 eingesetzt wird. Dies kann erreicht werden, indem der Antriebsstern 3 mit Schenkeln 9 an Generatorplatte 1 angebracht wird, wie dies in 1b der Fall ist. Diese Schenkel können verstellbare oder feste Länge haben, so dass die Steuerung eines Wirbelrings 6 durch die mittige Antriebsstange 4 erst an dem erforderlichen Punkt der Bewegung erfolgt.
Eine bevorzugte Ausführung ist, wie in den 2 zu sehen ist, ein Wirbelringmischer mit mittiger Antriebswelle 4, der verschiedene Antriebswellen 4 mit verschiedenen Zusatz- und Ableitdüsen und/oder Öffnungen 11, 15 und 16 hat. Die Generatorplatte ist an der Antriebswelle 4 entweder direkt oder indirekt durch Schenkel 9 an dem Antriebsstern 3 angebracht. Die verschiedenen Positionen der Öffnungen 11, 15, 16 dienen dazu, bestimmte Mischprozesse oder das Absaugen aus bestimmen Regionen des Fluids, das gemischt wird, zu ermöglichen. Fluide oder gasförmige Substanz kann dem Fluid, das gemischt wird, durch die Zuführleitung 10 über die hohle Antriebswelle durch die Öff nung/en 11 wie in 2a, b, c und e, die perforierte Antriebswelle 16 wie in 2g zugesetzt werden, oder, indem eine hohle Antriebswelle 4, ein hohler Antriebsstern 14 und Öffnungen 15 eingesetzt werden, wie dies in 2h und 2i dargestellt ist, wobei die zugeführte Substanz an der Unterseite der Generatorplatte 1 austritt. 2f zeigt, dass andere Düsen- oder Öffnungskonstruktionen körniges Material ermöglichen, während 2d zeigt, dass Fluid ebenfalls über gleichartige Öffnungen abgeleitet werden kann.
Indem eine Substanz an der Position des sich ausbildenden Wirbelrings 4 oder in deren Nähe zugesetzt wird, wird die Substanz von dem Wirbelring 6 transportiert und während des Mischprozesses wirkungsvoll gemischt und verteilt. Da bestimmt werden kann, ob an der Ebene der Generatorplatte, darunter oder darüber zugesetzt oder abgesaugt wird, ist es möglich, dass die Substanz durch die Wirbelringe 5 transportiert wird, die von beiden Seiten der Generatorplatte 1 erzeugt werden, oder vorwiegend nur auf einer Seite. Dies ist sinnvoll beim Einsatz bei der Vergasung oder Belüftung, bei denen das Gas bzw. die Luft vorzugsweise nach unten und nicht nach oben transportiert werden sollte.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Verbesserung kann die durch die mittige Antriebswelle ausgeführte Steuerung durch das Hinzufügen von Wirbelring-Unterbrechern verbessert werden. Verschiedene stationäre Unterbrecher 21 können, wie in 3c, an der Antriebswelle angebracht werden, extern angebrachte Unterbrecher 25 können direkt oder indirekt an der Anbringung des Mischers angebracht werden, wie in 3a, Unterbrecher, die sich, wie beispielsweise die gehaltenen Unterbrecher 17, innerhalb vorgegebener Grenzen zwischen Halteanschlägen 18 wie in 3a dargestellt, entlang der Antriebswelle bewegen können, sowie schwimmende Unterbrecher 24 in 3e. Die Anordnung eines Unterbrechers unterbricht Wirbelringe 19 wie in 3a, 3c und 3e und beeinflusst die Vorwärtsbewegung, indem sie sie entweder abbremst oder bewirkt, dass sich ihr Durchmesser bei geringerer Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit ausdehnt, oder dass sich die Wirbelringe schnell und radial ausdehnen und sich so vollständig auflösen oder auf einen Wand des Mischgefäßes auftreffen, an der die Richtung umgekehrt wird. Gleitende Unterbrecher können neutralen, negativen oder positiven Auftrieb haben, wobei dies von dem speziellen Mischvorgang abhängt. Die Unterbrecher können starr oder flexibel, massiv oder hohl sein oder können Ring- oder Toroidform haben. Der flexible Unterbrecher 29, der in 31 dargestellt ist, verbessert das Mi schen, indem er bewirkt, dass an Platte 1 erzeugte Wirbelringe sich allmählich auflösen, wenn sie auf ihn auftreffen, und erzeugt des Weiteren radiale Wirbelringe, die sich radial von dem Unterbrecher auf ähnliche Weise strahlenförmig weg bewegen, wie dies für die flexible Generatorplatte in 4 dargestellt ist. Die flexiblen Unterbrecher weisen auch einen geringeren Widerstand an der Antriebswelle 4 als ein starrer Unterbrecher auf.
Schwimmende Unterbrecher 24, die darauf beschränkt sind, sich parallel zu der Antriebswelle zu bewegen, und die einen gewissen Auftrieb aufweisen bzw. schwimmen, ermöglichen das Anordnen von Unterbrechern an die Oberfläche der Flüssigkeit, die gemischt wird, angrenzend oder unmittelbar darunter. Diese schwimmenden Unterbrecher bewegen sich mit der Flüssigkeitsoberfläche und sind daher nur dann geeignet, wenn das Volumen bzw. der Oberflächenpegel der Flüssigkeit, die gemischt wird, ansteigt oder fällt, so beispielsweise wenn die Flüssigkeit zu- oder abgeleitet wird.
Die gehaltenen bzw. eingeschränkten Unterbrecher 17, die an der Antriebswelle innerhalb eines eingeschränkten Abschnitts gleiten können, so dass sie nicht über eine bestimmte vorgegebene Position an der Welle nach unten gleiten können, führen zu einer Verringerung von Reibungsverlust und daher Antriebswellenverlusten, die auftreten würden, wenn ein Unterbrecher an der Welle befestigt ist, bilden jedoch dennoch einen Unterbrecher, der die Vorwärtsbewegung eines Wirbelrings beendet und eine radiale Dispersion und anschließend einen Konvektionsstrom erzeugt. Der Durchmesser Dd eines Unterbrechers und seine Position an der Antriebswelle 4 haben eine spürbare Auswirkung auf die Bewegung und die Richtung eines Wirbelrings. Da der Durchmesser dr der Antriebswelle eine Auswirkung auf die Vorwärtsbewegung eines Wirbelrings hat, ist für einige Einsatzzwecke eine konische bzw. vergrößerte Antriebswelle 12 wie in 3m oder eine abgewandelte Antriebswelle, wie beispielsweise die gerippte Antriebswelle 13 in 3n vorteilhaft, und zwar insbesondere dann, wenn der Konus, die Vergrößerung oder die anderweitige Abwandlung vorteilhaft für die strukturelle Integrität der Antriebswelle ist.
Unterbrecher, seien es nun stationäre oder gehaltene oder schwimmende oder extern angebrachte, können in Anordnungen mehrerer Unterbrecher 22 und 23 eingesetzt werden, wie beispielsweise in 3d und 3e, oder es können Kombinationen sein, so beispielsweise mit zunehmenden Unterbrechern 26 und 27, die in 3f und 3g dargestellt sind, oder sie können wie in 3k gruppiert werden, die einen stationären konturierten Unterbrecher 20 zeigt, auf den ein schwimmender Unterbrecher 24 folgt.
Unterbrecher, die an der Antriebswelle oder um sie herum an strategischen Positionen angeordnet sind, wie dies in 3a bis 3o dargestellt ist, führen zur Zerstörung und/oder allmählichen gesteuerten Auflösung eines Wirbelrings, wenn der Ring auf einen Unterbrecher auftrifft. Der Betrag des Außendurchmessers bzw. der Abmessung Dd des/der Unterbrecher/s bestimmt das Ergebnis in Form entweder teilweiser oder vollständiger Zerstörung eines Rings. Der Unterbrecher 17 bis 29 kann, wie in 3b und 3c, fest an der Antriebswelle 4 angebracht sein oder kann in der Lage sein, wie in 3a, an der Antriebswelle 4 entlang zu gleiten. Wenn der Unterbrecher 17 bis 29 in der Lage ist, an der Welle entlang zu gleiten, ist es vorteilhaft, Anschläge 18 zu installieren, um an beiden Enden der Welle 4 das Herunterfallen des Unterbrechers zu verhindern oder zu starke Bewegung des Unterbrechers zu verhindern. Ein Unterbrecher 24 mit positivem Auftrieb schwimmt an der Oberfläche der Flüssigkeit und ist in der Lage, an der Antriebswelle 4 entlang zu gleiten. Ein Anschlag 18 verstärkt den Widerstand des Unterbrechers, auf der Flüssigkeitsoberfläche aufgrund von Oberflächenbewegung und/oder dem Auftreffen eines energiereichen Wirbelrings zu springen. Dieser Effekt kann gesteuert werden, indem die Masse eines Unterbrechers erhöht wird und so eine Trägheitswirkung erzeugt wird, wenn ein Wirbelring auf den Unterbrecher auftrifft. Mehrere Unterbrecher wie in 3d und 3e bewirken eine allmählichere Zerstörung eines Wirbelrings mit Unterbrechern mit kleinerem Durchmesser statt einer plötzlichen Zerstörung mit einem einzelnen Unterbrecher mit großem Durchmesser. Diese Unterbrecher 22, 23, 26, 27, 20 und 24 sowie 29 können an der Antriebswelle 4 befestigt sein oder an der Antriebswelle entlang gleiten. Wenn der Unterbrecher 24 eine ringförmige Scheibe oder ein geformter Körper ist, ermöglicht er gesteuertes Zerstören eines Wirbelrings, wenn er auf den Unterbrecher auftrifft. Die Ringform ermöglicht es dem Wirbelring, sich in zwei oder mehr Wirbelringe aufzulösen, die an dem Unterbrecher vorbei gelangen können und das Fluid über dem Unterbrecher leicht bewegen können. Damit ist gesteuerte Bewegung oberhalb des Unterbrechers möglich.
Bei einer weiteren Anordnung werden konturierte Unterbrecher 20 wie in 3b und 3e dargestellt, die eine abgeschrägte Oberseite haben, um die Ablagerung von Sedimenten auf dieser Fläche zu verhindern, wenn sedimentäre Materialien, wie beispielsweise Auf schlämmungen, gemischt werden. Zunehmende Unterbrecher 26 und 27 mit zunehmend größeren Durchmessern sind an der Antriebswelle 4 angebracht oder können auf ihr gleiten. Diese Anordnung ermöglicht die gesteuerte zunehmende Dispersion eines Wirbelrings, wenn er auf die Unterbrecher trifft, und damit gesteuertes Bewegen des Fluids, das gemischt wird. Sie steuert des Weiteren das Mischen in bestimmten Bereichen in dem Fluid. Zu Alternativen zu dieser Anordnung gehören ein Unterbrecher 28 mit massivem Körper wie in 3j sowie ein mit Rippen versehener Unterbrecher 13 wie in 3n. Beide Unterbrecheranordnungen können an der Antriebswelle befestigt sein oder in der Lage sein, entlang der Antriebswelle zu gleiten.
Ein alternatives Unterbrechersystem gleicht dem Stand der Technik, jedoch sind die Unterbrecher 29 flexibel. Damit wird die Ablagerung von Sediment an der Oberseite verhindert, wobei gleichzeitig der Strömungswiderstand an der Antriebswelle verringert wird. Die flexiblen Unterbrecher können, wenn sie an der Antriebswelle angebracht sind, radiale Wirbelringe 30 erzeugen, die den Mischvorgang verbessern.
Unterbrecher können für verschiedene Anforderungen verschiedene Formen haben. 3 zeigt ein Beispiel einer alternativen Form des Unterbrechers, die im Wesentlichen aus einer Reihe von Vorsprüngen von der Antriebswelle besteht. Dieser Typ Unterbrecher unterbricht normalerweise einen Wirbelring nur teilweise, kann jedoch je nach der Dicke und der Anzahl der Vorsprünge einen Wirbelring auch vollständig unterbrechen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind flexible Generatorplatten 31 eine bevorzugte Ausführung des Wirbelringmischers, wie dies in 4a bis 4f dargestellt ist. 4a und 4b stellen eine flexible Generatorplatte 31 dar, die an einem tragenden Toroidring 32 an seinem Innenradius angebracht ist. Wenn die Antriebswelle einen vollständigen Zyklus durchläuft, werden Wirbelringe 5 über die Öffnungen erzeugt, die Flexibilität der Platte bewirkt jedoch, dass eine erhebliche Menge des Fluids sich radial nach außen bewegt und radiale Wirbelringe 30 erzeugt. So werden bei einem relativ flachen Mischbehälter die radialen Wirbelringe zu einem erheblichen Teil des Mischprozesses, und η ist relativ niedrig.
4c und 4d zeigen eine flexible Generatorplatte 31, bei der der tragende Toroidring 32 sich auf einem Durchmesser zwischen dem inneren Öffnungsdurchmesser d und dem äußeren Generatorplattendurchmesser D befindet. Bei dieser Anordnung biegt sich die Platte um diesen Tragering herum, und der Strom wird zwischen der Öffnung und dem Außenumfang geteilt. Daher ist n größer als der Wert für den Fall, dass die Platte am Innenradius hängt, wie dies in 4a und 4b dargestellt ist.
4e und 4f zeigen eine flexible Generatorplatte 31, bei der der tragende Toroidring 32 sich am Außenumfangsdurchmesser befindet, so dass der Großteil des Stroms durch die Öffnung hindurchtritt und sich eins nähert. Daher wird in diesem Fall ein starker Wirbelring erzeugt und diese Anordnung ist für Mischbehälter geeignet, die ein relativ großes Verhältnis von Höhe zu Durchmesser haben, und bei denen ein Wirbelring eine erhebliche Strecke zurücklegt, bevor er sich an der Oberfläche auflöst.
4g stellt eine alternative Form einer flexiblen Generatorplatte dar, die aus einer Reihe von Elementen wie tortenförmigen flexiblen Blättern 35 besteht. Diese können relativ steif oder recht flexibel sein. Diese Elemente ähneln in gewisser Weise einer Iris und ermöglichen es, dass sich die gesamte Baugruppe ohne zu starke Welligkeit der Innen- oder Außenränder biegt. Der tragende Toroidring 32 kann sich an jeder beliebigen der Positionen befinden, die für flexible Generatorplatten angedeutet sind, die in 4a bis 4f dargestellt sind.
Die flexible Generatorplatte 32 hat nicht nur ausgeprägte Werte hinsichtlich der Verbesserung des Mischprozesses, sondern sie ermöglicht in Kombination mit der mittigen Antriebswelle auch das Einführen einer relativ großen Generatorplatte durch ein relativ kleines Zugangsloch.
Ein alternativer Aspekt der Erfindung sind verschiedene konturierte Generatorplatten. 5a zeigt eine konische Generatorplatte 34, die einen Konuswinkel θ im Bereich 0 ≤ θ ≤ 90° hat. Wenn θ von Null an ansteigt, nimmt η zu und mehr Fluid tritt durch die Öffnung hindurch und wird in Form eines Wirbelrings ausgestoßen. Dieser Typ Generatorplatte ermöglicht das Steuern des Mischens, indem er insofern als eine Art Diode wirkt, als, wie in 5a dargestellt, bei dem einen Hub mehr Strom nach unten durch die Öffnung des Konus hindurchtritt und einen Wirbelring bildet als beim umgekehrten Hub, wenn das Fluid dazu neigt, über den äußeren Körper zu strömen, um einen radialen Wirbelring zu bilden. Wenn daher dieser Typ Vorrichtung im Boden eines Mischbehäl ters angeordnet wird, kann der Stoffübergang so gesteuert werden, dass er primär von der Vorrichtung weg gerichtet ist, wobei gleichzeitig gutes Mischen in allen Bereichen gewährleistet ist.
Eine weitere Form der Erfindung ist in 5b dargestellt. Diese Erfindung hat eine konturierte Generatorplatte 35. Sie kann Konturen lediglich an der Ober- oder der Unterseite oder sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite haben. Die beste Form der Kontur im Schnitt, wie sie dargestellt ist, wäre zylindrisch oder elliptisch, da ein Wirbelring ein abgeflachter Sphäroid ist, der eine Form eines Rotationsellipsoids ist. Der Durchmesser "da" der Position des Scheitelpunktes der Kurven hängt von dem Verhältnis des über die Öffnung auszustoßenden Fluids zu dem radial ausgestoßenen ab. Bei einem flachen Mischbehälter hat der Scheitelpunkt einen geringeren Durchmesser als bei einem tiefen Mischbehälter, wenn ein Wirbelring mit mehr Energie erforderlich ist, um zur Oberfläche der Flüssigkeit zu gelangen. Wenn jedoch eine begrenzte Mischzone erforderlich ist, kann der Durchmesser der Spitze entsprechend reguliert werden.
In 4a und 4b wird eine am meisten bevorzugte Form der Erfindung offenbart, wobei der Durchmesser der Generatorplatte 1 "D" ist und der Durchmesser der Öffnung 2 "d" ist. Der Hub bzw. die Halbzyklusbewegung der Antriebswelle ist "s". Wenn sich die Generatorplatte um einen Hub der Länge "s" bewegt, ist das verdrängte Fluidvolumen 31 mit πD²s/4 gegeben. Der Fluidkörper (slug of fluid), der über die Öffnung 2 ausgestoßen wird, beträgt, wenn das gesamte verdrängte Fluid durch die Öffnung hindurchtritt, πd²Le/4. Daher ist die Äquivalenz-Körperlänge "Le" an Fluid, die über die Öffnung aufgrund der Strecke ausgestoßen wird, um die sich die Platte durch das Fluid bewegt, d. h. "s", gegeben durch: Le = (D²/d²)s. Tatsächlich kommt es zu einem gewissen Verlust an Fluid in radialer Richtung am Rand der Platte 1, der sich häufig in Form ringartiger Wirbelringe 30 manifestiert. Wenn "n" der Teil des verdrängten Fluidvolumens ist, der tatsächlich durch die Öffnung hindurchtritt, ist Le gegeben durch: Le = π(D²/d²)s, wobei "η" von der Form der Generatorplatte, der Form der Öffnung, dem Durchmesserverhältnis von Öffnung zu Platte d/D und den Bewegungseigenschaften der Generatorplatte abhängt.
Ein wichtiger Parameter, der die Kriterien für die wirkungsvolle Erzeugung von Wirbelringen wiederspiegelt, ist das Verhältnis "Le/d", d. h. "ε", das gegeben ist mit ε = Le/d = η(D/d)²s/d. Wenn der Parameter "ε" zu groß ist, besteht die Möglichkeit, dass mehr als ein Wirbelring erzeugt wird, so dass es zu Wechselwirkung zwischen Wirbelringen kommt und sich die Wirksamkeit der Ausdehnung von Wirbelringen verringert und damit der Wirkungsgrad des Mischprozesses geringer wird. Des Weiteren handelt es sich, wenn ε zu groß ist, bei dem Ausstoß über die Öffnung um einen Strahl, wobei dies keine wirkungsvolle Art und Weise der Erzeugung eines Wirbelrings ist.
Die Länge "L", die in 4a dargestellt ist, beeinflusst die Abschwächungsrate eines Wirbelrings, da, wenn L Null ist, ein Ring, wenn er erzeugt wird, sofort auf den tragenden Stern und die Antriebswelle auftrifft. Wenn hingegen L größer ist als Null, kann ein Wirbelring erzeugt werden, ohne dass er auf den tragenden Stern auftrifft, oder wenigstens nur teilweise auf den tragenden Stern auftrifft und dann die Auswirkungen der Antriebswelle verzögert werden. Der Durchmesser der Antriebswelle "dr" beeinflusst ebenfalls die Rate der Abschwächung eines Wirbelrings, wenn er sich an der Antriebswelle entlang bewegt. Wenn der Durchmesser "dr" verglichen mit dem Öffnungsdurchmesser "d" ausreichend groß ist, kann die Abschwächungsgeschwindigkeit eines Wirbelrings sehr hoch sein, und es sind möglicherweise keine Unterbrecher erforderlich. Eine Antriebswelle 4 mit großem Durchmesser kann jedoch aufgrund solcher Faktoren wie Größe, Gewicht und Energieverbrauch unvorteilhaft sein.
Empirisch ist festgestellt worden, dass, obwohl eine sinusförmige Bewegung der Generatorplatte nicht so wirkungsvoll beim Erzeugen von Wirbelringen ist wie eine plötzliche Impulsbewegung, wie beispielsweise eine Dreiecks- oder Trapezbewegung, es offensichtlich so ist, dass, wenn eine sinusförmige Bewegung eingesetzt wird, sich die primären und sekundären Wirbelringe in einer bestimmten Richtung vereinigen, so dass ein größerer Wirbelring pro Hub der Generatorplatte entsteht als er bei einer plötzlichen Impulsbewegung der Generatorplatte bei gleichem Verhältnis d/D erzeugt wird. Daher scheint es, dass ein Verhältnis Le/d, das erheblich geringer ist als der optimale empfohlene Wert von 2,8, zu exzellenten Mischergebnissen bei einigen Fluiden führt. Dieses Phänomen scheint bei einigen Fluiden größere Durchmesserverhältnisse d/D zuzulassen als die für eine Generatorplatte mit einer nicht sinusförmigen Bewegung. Es kann geschlossen werden, dass das Verschmelzen der Primär- und Sekundär-Wirbelringe eine Funktion der erzeugenden Impulsbewegung, der Geschwindigkeit des Fluidimpulses und der thermophysikalischen Eigenschaften des Fluids ist.
Die Position eines Unterbrechers bzw. einer Unterbrechergruppe in einem Abstand X entlang der Antriebswelle beeinflusst die Position der Auflösung eines Wirbelrings bzw. seine Mischzone. Wenn die Stratifikation des Fluids, das gemischt wird, vorteilhaft ist, kann die Position eines Unterbrechers X entsprechend eingestellt werden. Diese Wirkung wird auch durch die Länge L beeinflusst, an der der tragende Stern beginnt, da die Auswirkung des Durchmessers der Antriebswelle "dr" verzögert wird, wenn L relativ zu dem Durchmesser "dr" groß ist.
Wenn Toroid-Unterbrecherplatten eingesetzt werden, haben der Außendurchmesser Dd sowie der Innendurchmesser des Lochs "c" eine Auswirkung auf die Bewegung eines Wirbelrings, wenn er auf den Unterbrecher auftrifft. Wenn "c" verglichen mit "d" groß ist, dann tritt ein Wirbelring praktisch ungehindert durch die Öffnung hindurch. Wenn jedoch "c" vergleichsweise kleiner ist als "d", ist der Unterbrecher ein nahezu massiver Unterbrecher für die Bewegung des Wirbelrings. Eine Kombination aus einer massiven Unterbrecherplatte mit relativ kleinem Durchmesser vor einem Toroid-Unterbrecher ist sehr wirkungsvoll bei der Auflösung und Steuerung der Zerstörung eines Wirbelrings, wobei gleichzeitig der Strömungswiderstand an der Antriebswelle relativ gering gehalten wird.
Die verschiedenen Formen der Unterbrecher 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 23 und 24 sowie 29 dienen dazu, die Bewegung von Wirbelringen zu steuern, wenn sie sich an der/den Antriebswellen/n entlang oder parallel dazu bewegen, um den Mischprozess zu steuern und Fluid-Konfektion sowie -Zirkulation zu erzeugen. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn der Durchmesser eines massiven Unterbrechers Dd ungefähr das 1,5fache des Lochdurchmessers beträgt, ein Wirbelring, der sich entlang der Antriebswelle bewegt, sich radial bewegt, wenn er auf den Unterbrecher auftrifft. Wenn Dd < 1,5 d, dann wird der Ring unterbrochen, bewegt sich jedoch mit einer geringeren Vorwärtsgeschwindigkeit und einem größeren Durchmesser als vor dem Auftreffen auf den Unterbrecher. Dies ist nützlich, wenn es vorteilhaft ist, keine zu starke Bewegung der Flüssigkeitsoberfläche zu bewirken, so beispielsweise beim Mischen von Farbe, wenn kein Gas aufgenommen werden soll.
Die Oberseite einer Unterbrecherplatte kann flach sein oder kann konvex oder konisch sein, wie dies mit 20, 23 und 28 dargestellt ist, um die Ablagerung von Sediment auf der Oberseite zu verhindern und den Reibungswiderstand zu verringern, wenn der Unterbrecher fest an der Antriebswelle angebracht ist. Als Alternative dazu können flexible Unterbrecher 29 eingesetzt werden, um Strömungswiderstand bei ihrer Bewegung zu verringern und radiale Wirbelringe zu erzeugen, wobei dennoch gleichzeitig die Ablagerung von sedimentären Materialien an ihrer Oberfläche vermieden wird.
Die verschiedenen Formen der hohlen Antriebswelle ermöglichen das Einleiten von körnigen oder pulverförmigen Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen auf gesteuerte wirkungsvolle Weise. Die verschiedenen Formen der Düsen bzw. Öffnungen können an jeder beliebigen Stelle entlang der Antriebswelle angeordnet sein, oder es kann eine angrenzend perforierte Antriebswellenfläche zum verteilten Einspritzen oder Ableiten des Fluids, das gemischt wird, vorhanden sein. Des Weiteren kann eine Verlängerung der Antriebswelle wie in 2e eingesetzt werden. Weiterhin kann der tragende Stern eine Verlängerung der hohlen Antriebswelle sein und damit das Einspritzen bzw. Ableiten von Materialien 15 an jedem beliebigen Punkt entlang des tragenden Sterns oder durchgehend entlang des tragenden Sterns ermöglichen.
Die Öffnungen der Antriebswelle können ebenfalls dazu dienen, Fluide aus den Medien, die gemischt werden, abzusaugen. Dies ist besonders nützlich bei abgedichteten Mischbehältern und für reagierende Fluide und/oder Feststoffe. Die Möglichkeit, die Position der Öffnung zu wählen, ist für reagierende Materialien nützlich, wenn es vorteilhaft sein kann, Materialien, die reagiert haben, aus bestimmten Regionen innerhalb des Fluids in dem Mischbehälter abzusaugen.
Der Fachmann weiß, dass viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung angesichts der obenstehenden Lehren möglich sind. Es versteht sich daher, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche anders als im Einzelnen beschrieben ausgeführt werden kann.
In den Zeichnungen sind die verschiedenen Teile mit den folgenden Bezugszeichen gekennzeichnet:

Claims

Verbesserter Wirbelringmischer zum Mischen von Fluiden, der eine sich hin- und herbewegende mittlere Antriebswelle (4) mit einer dazugehörigen Antriebseinrichtung (4, 12) umfasst, an der eine Generatorplatte (1, 31, 34, 35) mit einer einzelnen Öffnung (2) zum Erzeugen von Wirbelringen (6) zum Mischen von Fluiden befestigt ist, wobei die Antriebswelle in Bezug auf die Öffnung der Wirbelring-Generatorplatte mittig angeordnet ist, und er des Weiteren umfasst, dass die Antriebswelle (4) mit einer zusätzlichen Wirbelrng-Unterbrechungseinrichtung oberhalb der Anbringungseinrichtung für die Generatorplatte versehen ist, um die Bewegung und Bereiche des Mischens zu steuern.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 1, wobei der Mischer eine Einrichtung (10, 11) zum Zusetzen von zu mischendem Material enthält, so dass es von einem Wirbelring in das zu mischende Fluid geleitet wird.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Generatorplatte (1, 31, 34, 35) mit einem Antriebsstern (3) an der Antriebswelle (4) befestigt ist.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 3, wobei der Antriebsstern (3) durch Schenkel (9) an der Generatorplatte (1, 31, 34, 35) angebracht ist.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Einrichtung zum Unterbrechen von Wirbelringen eine schwimmende Unterbrecherplatte (24) umfasst, die an der mittleren Antriebswelle (4) angebracht ist und sich über eine bestimmte Länge der Antriebswelle ungehindert an der Antriebswelle entlangbewegen kann.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Antriebswelle eine oder mehrere flexible Unterbrecherplatten (29) aufweist, die an der Antriebswelle (4) angebracht sind.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 2, wobei die mittlere Antriebswelle hohl ist und wenigstens eine Öffnung (11) zum Einleiten von Material in das gemischte Fluid aufweist, und wenigstens eine Öffnung (11) an einer Position angeordnet ist, an der das eingeleitete Material von einem Wirbelring (6) in das zu mischende Fluid geleitet werden kann.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Antriebswelle (4) ein massiver Körper ist.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Generatorplatte (1, 31, 34, 35) flexibel ist.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 9, wobei die flexible Generatorplatte (1, 31, 34, 45) an einem inneren Toroidantriebsring (32) angebracht ist und von ihm angetrieben wird.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 9, wobei die flexible Generatorplatte an einem äußeren Toroidantriebsring angebracht ist und von ihm angetrieben wird.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 9, wobei die flexible Generatorplatte eine kontourierte Oberfläche hat.
Verbesserter Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Antriebswelle eine oder mehr flexible Unterbrecherplatten aufweist, die sich ungehindert an der Antriebswelle entlang bewegen können.
Verbesserter Mischer nach Anspruch 3, wobei die mittlere Antriebswelle eine gerippte Verstärkung (13) aufweist, um ihr zusätzliche strukturelle Festigkeit zu verleihen.
Verbesserter Wirbelmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Durchmesser der Welle (4) variiert, so dass zusätzliches Vermischen gefördert wird.