EP1280598B1 - Cavitation mixer - Google Patents
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- EP1280598B1 EP1280598B1 EP01929373A EP01929373A EP1280598B1 EP 1280598 B1 EP1280598 B1 EP 1280598B1 EP 01929373 A EP01929373 A EP 01929373A EP 01929373 A EP01929373 A EP 01929373A EP 1280598 B1 EP1280598 B1 EP 1280598B1
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- B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
- B01F25/3121—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
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- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
- B01F25/4335—Mixers with a converging-diverging cross-section
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- B01F25/434—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions
Definitions
- the invention relates to a device for Mixing the components of a flowing through Mass flows, the components being particularly solid, can be liquid or gaseous, by means of a hydrodynamic super cavitation field to a mixture in particular to produce an emulsion or suspension.
- hydrodynamic cavitation consists in the formation of a vapor gas mixture filled cavities, the so-called cavitation bubbles, inside a rapidly flowing Liquid flow or at edge areas one in the flowing liquid flow arranged poorly flowable body, each as a result of the Liquid movement (flow) conditional local Pressure reduction.
- Hydrodynamic cavitation occurs so in all hydraulic systems where large Differences in pressure occur, such as turbines, pumps and High-pressure nozzles.
- cavitation and the associated ones Effects for mixing the components of a use flowing mass flows. So you can for example two different liquids or one Liquid and a solid (particle) or a Mix liquid and gas together.
- the mixing, emulsifying and dispersing action cavitation is based on a large number of Force applied by collapsing Cavitation bubbles originate on the one to be treated Mixture of components.
- the imploding of Cavitation bubbles near the interface of two Phase areas become liquid-solid from the dispersion the solid phase (particles) in the liquid phase (Liquid) and from the formation of a suspension accompanied.
- US-A-3834982 is an apparatus for generating described a suspension of fiber materials.
- the Device consists of a housing with a Entry opening for the supply of components of a Fiber material suspension and an exit opening for the Removal of the cavitated fiber material suspension and a flow chamber with one placed in it one piece existing, difficult to flow around cylindrical body (which because of its function in general is also called cavitator).
- the component stream flows through the flow chamber and the one placed therein cylindrical body which is difficult to flow around and which is transverse to Flow direction is arranged so that this one local rejuvenation of the fiber material suspension generated.
- This creates a hydrodynamic one behind the cylinder Forms cavitation field, i.e. the cylinder creates a spatial area in the flowing Mass flow in which in a dynamic process Cavitation bubbles arise, exist and collapse (implode).
- the cavitation mixer described in SU-A-1088782 also has a facility with which the Cavitation field with another by means of a Air pressure source generated pressure vibrations superimposed can be.
- the cavitation mixer disclosed in SU-A-1678426 has an axially elastically mounted, difficult to flow around Body, its own resonance vibrations in the liquid medium should cause.
- DE-A-3610744 describes a device for direct Ventilation and circulation, especially of waste water, called a cavitation field by means of a wing screw generated and air mixed in the water.
- US-A-4127332 discloses another mixing device, who uses cavitation for this purpose.
- each with only one Cavitation field is generated by two different ones
- Mixing components of a system is that Cavitation effect and thus mixing effect in cavitation mixers, that create a so-called super cavitation field, that is, a superposition of several cavitation fields, significantly improved.
- DE-A-4433744 discloses a cavitation mixer the body that is difficult to flow around (cavitator) has a truncated cone made up of several heavy ones flow around sub-bodies is formed, between which there is a flow-through cavity in each case.
- This hard to flow body is in a solid Position arranged in a passage chamber, which - in Flow direction seen - in the entire area of the difficult to flow around a constant body has circular cross section.
- a first cavitation field is based on conventional ones Generated by flowing around the entire body.
- the cavities through which flow is possible are one Another source of cavitation fields caused by the Flow in these cavities arise, in particular also outwards into those flowing around the entire body Currents are directed so that the cavitation bubbles in the flowable cavities also outwards to go beyond the conventional cavitation field.
- the spatial Superposition of the individual cavitation fields creates a so-called super cavitation field and causes one Multiplication of the cavitation effect of each one Cavitation.
- Hydrodynamic super cavitation generators as in DE-A-4433744 represent effective mixing devices, that can be used, one out of several Components existing fluid flowing through processing, for example mixing, emulsifying, homogenize, disperse or dissolve, or Saturate liquids with gases.
- Super cavitation generators are universal Devices for processing a wide range of Products in chemical, petrochemical, cosmetic and pharmaceutical industries, as well as in the Ceramics and food industries and other industries.
- Typical basic technical data of a hydrodynamic super cavitation generator and parameters of the medium to be processed are: productivity 0.1 to 500 m 3 / h inlet pressure 0.3 to 1.2 MPa medium viscosity 0.001 to 30 Pa s medium temperature 5 to 250 ° C Total length 50 to 800 mm Working chamber diameter 15 to 300 mm Dimensions 0.4 to 40 kg minimal useful life 30,000 h
- the mixing and homogenization processes in the mixer are based on the use of hydrodynamic cavitation and are bound to such physical effects as pressure waves, accumulation, self-excited vibrations, vibration turbulization and rectified diffusion, for example, which arise when cavitation bubbles collapse.
- the volumetric concentration of the cavitation bubbles in the apparatus reaches orders of magnitude of 1 to 10 10 l / m 3 .
- pressure pulses are initiated which reach 10 3 MPa and more, just as temperatures of around 5000 K occur in the bubble when a cavitation bubble imploses (see, for example, VDI-Nachzin, April 1, 1999, No. 13 , "Pollutants in ultrasound").
- Such high pressure pulses contribute to the large volumetric concentration of the bubbles in the working area of the mixer so that the pulse power supplied to a unit volume of the medium to be processed is 10 4 to 10 5 kW / m 3 . It should also be mentioned that a vacuum zone with a pressure of 4 to 10 kPa is created in the working chamber of the mixer, which makes it possible to inject various liquid and gaseous components directly into the mixer.
- a converging or diverging pipe section is disclosed a long way before or after the body, which is difficult to flow around.
- EP-A-0644271 is also a hydrodynamic one Supercavitation mixer reveals a difficult to flow around Contains body made up of at least two Consists of elements that form their own Ensure cavitation fields.
- These poles are like that designed that nested and each with individual devices can be connected, so that they are axially displaced relative to each other can. This way the individual can be difficult flowable body forming elements, in Flow direction axially shifted against each other and so arranged at different distances relative to each other become.
- EP-A-644271 also teaches that it is used to optimize the Processes of dispersion and emulsification expedient is in the hydrodynamic flow of components at least in a section of its local Constriction - or immediately after - a gaseous component introduce.
- the elements of the bad flow Body can also be made from an elastic non-metallic material.
- the cavitation mixer can also add another difficult to flow around Body included, which is behind the first difficult-to-flow body, which it resembles, in the direction of flow is arranged and with it by an elastic Element slidable along the axis of the flow channel connected is.
- a device for mixing the components or Components of a mass flow flowing through at least one hydrodynamic super cavitation field to provide without additives (such as additives or Emulsifiers) are used to improve the mixing effect or to improve the mixing result or one at all To get mixture.
- a device for mixing the components of a provide mass flows flowing through, wherein the mixing effect or the mixing result regulated to the Type and concentrations of the components to be mixed in other words, can be adapted to the Properties of the special to be homogenized in each case Systems and corresponding process and Result parameters.
- a device for mixing the components or Components of a mass flow flowing through according to of the present invention - hereinafter Called super cavitation mixer - includes a housing with at least one entrance opening and at least one Output port. In the at least one entrance opening will mix all or part of the Mass flows initiated, and after exposure to a hydrodynamic super cavitation field Mass flow through the at least one outlet opening discharged.
- the essential components include Super cavitation mixer a flow chamber, the part of the housing, and a body that is difficult to flow around, by means of a holder in the flow chamber is arranged.
- the body is difficult to flow around at least two sub-areas that are difficult to flow around, the each for a local flow restriction in the Flow chamber flowing through mass flow in the area of the body, which is difficult to flow around.
- the cross section the flow chamber, which is perpendicular to its central axis is taken at least in part of the area the flow chamber, the body which is difficult to flow around surrounds in the direction of flow of the Flow chamber mass flow flowing through larger. This widening part of the flow chamber is essential for the production of the invention highly effective super cavitation field.
- the difficult to flow around and the difficult flowable bodies as a whole are the sources for several cavitation fields that overlap and thus form a super cavitation field. That from that Super cavitation mixer according to the present invention provided super cavitation field is suitable for various components particularly effectively mix or homogenize. With the Super cavitation mixers can usually do this themselves components that are extremely difficult to mix - without more Additives such as emulsifiers - especially homogeneous and extremely long-term stable mixtures be transferred. If the components are liquid, so if emulsions are obtained, one of the components is liquid and the other firm, that is, exists, for example from particles with a certain size distribution, so you get suspensions in which the particle size is significantly reduced. The invention Super cavitation mixer can also be used for this to gaseous and liquid components mix or a gaseous component especially effectively in one or more liquid components dissolve.
- Some examples of possible mixtures are water-diesel suspensions, the homogenization of Food or colors, or the interference or Dissolution of chlorine gas in water.
- each of different atomic or molecular Composition must be.
- two Components to be mixed each have the same chemical Have composition, only that one Component in the liquid phase and the other Component is in the solid phase.
- Two or more Components to be mixed can also be the same in each case contain chemical components, only in others Concentrations.
- a Repatriation or multiple treatment of one already with the super cavitation mixer according to the invention treated multi-component mass flow possible if this is advantageous for process engineering or other reasons is.
- Another advantageous embodiment of the invention consists of several super cavitation mixers according to the invention to couple, such that their respective Super cavitation fields in a common area of one common flow chamber are superimposed on each other, whereby the mixing effect of each In turn, supercavitation fields are potentiated.
- Another advantage of such a design is that one same total flow - compared to one appropriately sized individual super cavitation mixers with a big, powerful pump - then only several small pumps are needed, which is process engineering is much more effective.
- the body around which the body is difficult to flow Super cavitation mixer axially along the direction of the Central axis of the flow chamber are shifted.
- Another advantageous embodiment of the invention according to claim 3 or 4 is accordingly that the hard to knock over part of a multitude individual partial body that is difficult to flow around ( flowable areas correspond) that exists connected and arranged so that they all - or only a few or only one - independently of each other along the direction of the central axis of the flow chamber can be moved.
- This allows the super cavitation field and thus the mixing effect of the Super cavitation mixer can also be adjusted that depending on the process parameters and the type desired properties of the components to be mixed of the multicomponent mass flow such as homogeneity and Stability can be adjusted optimally.
- the advantageous embodiment of the invention according to claim 5 is at least one of the difficult to flow Partial areas or partial body of the difficult flowable body so designed to be Cross section perpendicular to the central axis of the Flow chamber is taken at the end of the section or partial body that the input opening of the Housing facing is smaller than at the end that the Output opening of the housing is turned.
- the flow chamber of Super cavitation mixer a bulge of their walls on, for example, in a bulge-like protuberance is formed all around along its circumference.
- This Bulge can relate to an appropriate location be placed on the body that is difficult to flow around, such that the super cavitation field is influenced in a targeted manner and its mixing effect is optimized. It is obvious, that when the body is difficult to flow around along the direction of the central axis of the flow chamber can be moved, even if this is only possible for a partial body of him, the mixing effect of Super cavitation field in connection with this bulge particularly well on the type of to be mixed Components and other process parameters set and can be optimized.
- the flow is difficult Body at least partially from an elastic non-metallic material or has one corresponding coating on. This will make one destructive repercussions of the cavitation fields on the Equipment itself avoided.
- part of the to be mixed Mass flows or a certain component thereof an appropriately designed bracket and one appropriately designed bodies that are difficult to flow around, the respective corresponding through cavities have, introduced directly into the flow chamber become.
- This allows the super cavitation field or its
- the mixing effect can be influenced in a targeted manner, especially depending on the type of mixing components, such that an optimal Mixing effect is achieved.
- reference numeral 100 denotes one device each for mixing the components of a mass flow flowing through by means of a hydrodynamic supercavitation field, i.e. one Superposition of several cavitation fields. This The device according to the invention is described below Called super cavitation mixer 100.
- FIGS 1a and 1b only serve the essential properties of an inventive Super cavitation mixer 100 are illustrated but not otherwise to be understood as restrictive.
- FIG 1a is a schematic cross-sectional view in FIG Longitudinal direction of a super cavitation mixer 100 according to an exemplary first embodiment of the Invention.
- the invention comprises Super cavitation mixer 100 a housing 1, the one Has inlet opening 2 and an outlet opening 3.
- the entrance opening 2 part or all of the multicomponent mass flow to be mixed fed, typically by means of a pump device (Not shown).
- the ones to be mixed Components of the mass flow can be solid, liquid or be gaseous, that is, after treatment
- the mixed mass flow withdrawn is, for example, one Emulsion, a suspension, one with dissolved gas saturated liquid or other, essentially fluid mixtures or batches.
- the housing 1 further includes one Flow chamber 4 and one therein by means of a holder 6 arranged difficult to flow around body 8.
- Die Bracket 6 is so in the case of the first embodiment designed and arranged by another Opening 5 in the housing 1 projects into the housing, such that the body 8 is difficult to flow around in the Flow chamber 4 is positioned.
- FIG. 1a there is the flow chamber 4, which is difficult to flow around Body 8 and the bracket 6 each from one rotationally symmetrical bodies that are arranged that their axes of symmetry coincide, that is, are equal to the central axis of the flow chamber 4.
- the holder 6 in FIG essentially from a hollow rod, i.e. assigns one cavity 63 passing therethrough with an inlet opening 61 and an outlet opening 62.
- the difficult to flow around body 8 a central, through bore 83 along its central axis the associated inlet opening 81 and outlet opening 82.
- the outlet opening 62 of the rod or bracket 6 is with the inlet opening 81 of the body which is difficult to flow around connected, and the bracket 6 and the difficult to flow around Body 8 are so in the housing 1 or Flow chamber 4 arranged that their middle or Axes of symmetry coincide and the outlet end opening 82 of the body 8 of the exit opening which is difficult to flow around 3 of the housing 1 faces.
- the difficult to flow around body 8 at least two difficult partial areas 80 around which there are flows a flow-through space 87 is located.
- the difficult Sub-areas 80 around which flow around each have a local effect Flow restriction in the flow chamber 4.
- FIG. 2a is an enlarged schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of the exemplary difficult to flow around body 8 of the exemplary first Embodiment of Fig. 1a shown.
- the outer perimeter (the Circumferential line) of the end of the body 8 which is difficult to flow around according to the first embodiment has two local ones Minima and two local maxima.
- the last one Partial area 80 which is difficult to flow around here is a hollow one End region 84, in which also the above end outlet opening 82nd opens.
- the cross section of the hollow end region 84 or the cavity 84, which is perpendicular to the central axis of the Flow chamber is taken, is in the direction of flow of the flowing through the flow chamber 4 Mass flows are steadily increasing.
- the truncated cones 80 are each one behind the other are arranged so that the area of their cross section, the perpendicular to the central axis of the flow chamber 4 is taken, becomes larger seen in the direction of flow.
- the (blunted) tip of everyone The truncated cone is the through the flow chamber 4th mass flow flowing through, while the Base of each truncated cone of the outlet opening 3 of the Housing is closest. This also applies to the last two sub-areas 80 in which it is difficult to flow around the first embodiment.
- the truncated cones are designed and arranged that - seen in the direction of flow - everyone subsequent truncated cone a little further - in the vertical direction to the central axis of the flow chamber 4 - in the Current protrudes than the previous truncated cones. This applies analogously to the last two partial areas 80 which are difficult to flow around.
- the flow chamber 4 in the first embodiment rotationally symmetrical, moving in the direction of flow gradually widening flow chamber section 41, whose cross-sectional area perpendicular to the central axis of the Flow chamber 4 is circular and in Flow direction increases steadily, and in which the difficult flowable body 8 is arranged such that it is a creates a highly effective super cavitation field.
- the Flow chamber 4 further at its beginning, that is at the end that the input opening 2 of the housing 1 at the next one is in the direction of flow narrowing flow chamber portion 42 to which the widening flow chamber section 41 adjoined.
- the cross-sectional area perpendicular to Central axis of the flow chamber 4 of the narrowing Flow chamber section 42 is circular and takes in Flow direction steadily, so that a flow restriction is provided and the formation of the Cavitation fields in the downstream area of the flow chamber 4 by means of the heavy arranged therein flowable body 8 is further optimized.
- FIG. 1b is a schematic cross-sectional view in FIG Longitudinal direction of a super cavitation mixer 100 according to an exemplary second embodiment of the Invention, which is a modification of the exemplary first embodiment of Fig. 1a.
- the second differs Embodiment of the invention from the first only by two modifications.
- the first modification affects the hard flowable body 8, which in the second embodiment is designed so that each of its difficult to flow around Subareas 80, the shape of a truncated cone has, is formed as a partial body 10.
- Subareas 80 the shape of a truncated cone has, is formed as a partial body 10.
- the clearances 87 between the partial areas 80 which are difficult to flow around or Partial bodies 10 are by means of spacers 9th realized.
- Fig. 2b which is an enlarged schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of the exemplary body 8 which is difficult to flow around exemplary second embodiment of FIG. 1b represents, with the analog Fig. 2a.
- the second modification concerns the flow chamber 4, which in the second embodiment additionally one Bulge 20 has.
- Fig. 1b joins the expanding Flow chamber section 41 of the flow chamber 4 Area of the flow chamber, the one rotationally symmetrical bulge 20 in the wall of the Flow chamber 4 has along its circumference, wherein this bulge 20 partially in the end region of the body 8 is difficult to flow around.
- the through the Bulge 20 conditional enlargement of the cross section of the Flow chamber 4 in the direction of flow can have the cavitation effect and mixing effect of the super cavitation mixer 100 according to the second embodiment and optimize.
- the bulge 20 are also elsewhere, i.e. she can in Direction of flow also seen directly behind - or a little bit behind - the body, which is difficult to flow around 8, or it can also be completely in the range of body 8 which is difficult to flow around - for example, its Middle or its end around - be arranged.
- the bulge 20 in a corresponding embodiment is not necessarily must be rotationally symmetrical, even if the Flow chamber 4 is rotationally symmetrical, as well the bulge 20 is not continuous or complete formed along the circumference of the flow chamber 4 have to be.
- Form and arrangement of a - or also several - bulges 20 results solely from the fact that the Cavitation effect and mixing effect of the invention Super cavitation mixer 100 reinforced and optimized becomes.
- This expanding part of the Flow chamber 4 is essential for the generation of highly effective supercavitation field according to the invention, because the then difficult to flow around Body 8 caused cavitation fields one particularly get high cavitation or mixing effect, that means their superposition - the super cavitation field - is able to be a particularly homogeneous and special long-term stable mixing of the components by one Flow chamber 4 to flowing mass flows generate, compared to the previous state of the art Technology known mixtures, even for according to the prior art components that are difficult to mix in technology, and also without Additives that have a mixing effect (additives), as has been shown experimentally.
- this expanding part of the flow chamber 4 can generally be implemented so that the Flow chamber 4 according to the present invention as whole or only in a partial area or in several, not necessarily related sub-areas, the or the at least part of the difficult surrounded around body 8, is designed such that the cross section of the flow chamber 4 in this itself expanding part of the flow chamber 4 in Flow direction of the through the flow chamber 4th mass flow flowing through it becomes larger.
- This widening part of the flow chamber 4 can, in particular, through a constantly expanding, rotationally symmetrical flow chamber section 41 as in Fig. 1a shown can be realized, or alone by a front portion of a bulge 20, or by a combination of two such areas 41 and 20 as shown in Fig. 1b.
- Others not necessarily rotationally symmetrical or completely around the Flow chamber 4 around corresponding corresponding individual or distributed sub-areas of a Flow chamber 4, if all of them at least partly in the area of the body 8 which is difficult to flow around lie and their cross-section in the flow direction of the mass flow flowing through the flow chamber 4 is also suitable.
- the body that is difficult to flow around produces when it is the mass flow to be mixed in the flow chamber 4 flows around, several cavitation fields, which are superimpose each other, and thus particularly in Flow direction behind the body 8, which is difficult to flow around form a super cavitation field. It should be noted that this super cavitation field - depending on the specific one Design of the body 8, which is difficult to flow around Flow chamber 4 and their relative arrangement to each other - also partially or completely around the heavy flows around body 8 extends.
- the holder 6 for the body 8 which is difficult to flow around is so in the first and second embodiments designed (as a rod) and arranged so that it can an opening 5 in the housing 1 in the housing and the Flow chamber 4 protrudes.
- the bracket 6 can be configured in principle as desired, for example as Toroidal device that spokes a wheel resembles, such that they are completely in the Flow chamber 4 of the housing 1 can be arranged for example on a portion of the inner wall of the Flow chamber 4, similar to that in DE-A-4433744.
- the holder 6 can comprise a device or be connected to a device that is suitable for the body 8 which is difficult to flow around. alone or in connection with the bracket 6 - in Area of the flow chamber 4 along the direction of To move the central axis of the flow chamber.
- the body 8, which is difficult to flow around can be relative as a whole in relation to the expanding part of the Flow chamber 4 (realized for example by a widening flow chamber section 41 and / or a bulge 20 of the flow chamber 4) shifted and be positioned such that the mixing effect of the body 8 difficult to flow around Super cavitation field can be optimally adjusted, both in terms of the type of components to be mixed as well as in relation to other process parameters and / or target parameters of the desired mixed mass flow.
- a particularly simple setting or adjustment of the super cavitation field in this way can be achieved if part or all of the flow chamber 4 transparent, for example from the corresponding Plastic, is designed so that you can directly visual can check or make this setting.
- the individual Partial body 10 in each case by means of spacers 9 predetermined distance from each other along the central axis of the body 8 which is difficult to flow around.
- the flowable spaces 87 between the difficult to flow Subareas 80 or difficult to flow around Partial bodies 10 of a body 8 which is difficult to flow around can be set so individually that the Mixing effect of the generated super cavitation field can be strengthened or optimized.
- the spacers 9 can be made of an elastic Material, such as plastic, exist, so that medium flowing through the flow chamber 4, the generated cavitation fields and the partial body 10 in have a feedback relationship such that the Partial body 10 are vibrated so that again the cavitation or mixing effect of the Cavitation fields is strengthened or optimized.
- each with a partial body 10 at its end can then be used independently are shifted along the direction of their central axis.
- each of the sub-bodies 10 one of such configured body 8 can flow around regardless of everyone else along the direction of Central axis of the flow chamber 4 are shifted.
- the The entirety of the hollow rods represents the bracket 6
- other configurations are also readily available to a person skilled in the art the difficult to flow around body 8 and Bracket 6, such that one of several partial bodies 10 existing body that is difficult to flow around 8 so is designed that at least one of its partial bodies 10 regardless of everyone else along the direction of Central axis of the flow chamber 4 can be moved.
- Partial body 10 which is difficult to flow around Body 8 typically has the shape of a truncated cone. But also related forms like the shape of a Truncated cone with wavy surface or shape a hemisphere are also suitable to To generate cavitation fields.
- each partial area that is difficult to flow around is 80 or difficult to flow around partial body 10 of a difficult flowable body 8 so designed that Cross section perpendicular to the central axis of the flow chamber is taken, at the end of the partial body 8, that of the inlet opening 2 of the flow chamber 4 on next is smaller than at the end of the Partial body, the exit opening 3 of the Flow chamber 4 is closest.
- truncated cones or hemispheres means this is that these are arranged one behind the other are that the surface or the outer circumference of their Cross section that is perpendicular to the central axis of the Flow chamber 4 is taken in the direction of flow seen larger, as seen in Figures 1 and 2 is.
- the "top" of everyone The truncated cone or each hemisphere is through the mass flow flowing through the flow chamber 4 facing while the base of each truncated cone or each hemisphere of the exit opening 3 of the Housing is closest.
- the truncated cones or hemispheres can also - in Direction seen against the flow direction (from base) - be hollowed out, i.e. the shape of have hollow truncated cones or hollow hemispheres.
- the partial area 80 or partial body 10 has the shape a hollow or full truncated cone, as in Fig. 3a shown schematically in cross section, and have the Elevations 88 in turn in the form of small cone tips, so it is advantageous if these cone tips are like this be oriented that their axes of symmetry are all parallel to each other and to the direction of flow through the Flow chamber 4 mass flows flowing through are oriented and that each cone tip that by the Flow chamber 4 facing mass flow flowing through is, as shown in Fig. 3a (in Fig. 3a corresponds to Flow direction from left to right).
- the small elevations 88 of course also oriented and / or designed differently be, also depending on the design of the Sub-areas 80 and sub-bodies 10 are advantageous for example, concentrically arranged, ring-like extending surveys 88 with a sharp upper Edge that through the flow chamber 4th mass flow flowing through it in whole or in part is facing.
- the end of the body 8 is the name of the two areas 80 (plus the associated intermediate flowable Intermediate space 87) or the partial body 10, the or of all partial areas or partial bodies of the exit opening 3 of the housing 1 is closest, so to design that its cross section is perpendicular to the central axis the flow chamber 4 is taken in the direction of flow of the flowing through the flow chamber 4 Mass streams first seen larger and then smaller and then gets bigger again.
- FIGS. 3b to 3f show the schematic cross-sectional views along the longitudinal direction or axis of symmetry of a rotationally symmetrical end portion or End part body of a body 8 which is difficult to flow around represent.
- FIGS. 3b to 3f takes with this configuration of the difficult to flow Body 8, the surface or the outer circumference of the associated cross section in the figures from left to right right - which is the flow direction in FIGS.
- Mass flow is - from an initial value (local minimum value) starting steadily - not necessarily linear - up to a first local maximum value to, and then steadily down to a local minimum Cross-sectional value and from then on steadily up to a global maximum at the very end of the last one Partial area or partial body. It is understood that this cross-sectional behavior is independent of whether the body that is difficult to flow around is solid or one through hole 82 has, as in Figures 3c, 3e and 3f and shown in Figures 3b and 3d.
- the end of the difficult flow Body 8 be massive or flat - such as in 3e - or may generally have a hollow end portion 84 having the output opening 3 of the housing 1st facing, the cross section of this cavity, the perpendicular to the central axis of the flow chamber is taken in the direction of flow of the Flow chamber 4 flowing mass flow steadily becomes larger, for example in FIGS. 3b, 3c, 3d and 3f.
- FIGS. 3b, 3c, 3d and 3f In the case of FIGS.
- the hollow End region 84 can be designed so that each of its cross-sectional areas, which is taken lengthways and completely contains its axis of symmetry, a border line has in the direction of flow of the Flow chamber 4 seen mass flows flowing through is convex in the mathematical sense. Analog, and how shown in Fig. 3d and 3f, this border line in mathematically concave.
- Elevations 88 are arranged, either in the form of small cone tips or in the form of concentric arranged, ring-like elevations with a sharp top edge.
- a difficult to flow around section 80 or difficult partial body 10 which can flow around is neither rotationally symmetrical, still symmetrical in another sense, still continuous have to be. Similar to EP-A-644271, this can be difficult partial area 80 or partial body 10 in Recesses seen through the direction of flow exhibit.
- Figures 4a and 4b show examples of Subareas 80 or partial body 10 which are difficult to flow around, in Direction of flow seen, its cross section, perpendicular taken to the central axis of the flow chamber 4, the Area of a circle, minus several segments or circular sections 11 and / or minus several sectors or circular sections, more precisely circular rings, 12.
- the body around 8 difficult to flow through The action of the cavitation fields is not itself damaged it is advantageous if it is at least partially consists of an elastic non-metallic material or at least partially an elastic one has non-metallic coating, for example a suitable plastic.
- the body 8, which is difficult to flow around, and the holder 6 can generally be solid. But you can also generally with one passing through Cavity 83 and 63 designed and corresponding Openings 82 and 81 can be connected to each other so that part of the mass flow to be mixed does not have the Input opening 2 of the housing 1, but via a corresponding inlet opening 61 of the bracket 6 and a corresponding outlet end opening 82 of the difficult to flow Body 8 are inserted directly into the flow chamber can. This is particularly advantageous if it's so direct part of the to be introduced into the flow chamber mixing mass flow is gaseous and the other Part that via the input opening 2 of the housing 1st is introduced, is liquid.
- the body 8 which is difficult to flow around naturally have more than one outlet opening 82 which depending on the desired mixing effect and Cavitation effect of the corresponding invention Super cavitation mixer 100 in a corresponding manner the entire body 8 is difficult to flow around to be ordered.
- Fig. 2c is a difficult flow Body 8 shown, although from the outer Overall shape from that of the first or second Embodiment is the same, but also one through-going cavity 83 with a plurality of outlet openings has.
- One of these outlet openings is already in the Figures 1a and 1b shown central outlet end opening 82nd
- the one shown in FIG. 2c has a difficult flow Body 8, which in principle is a further development of the 2b body 8 which is difficult to flow around, a cavity 83 therethrough with intermediate outlet openings 85, each in a partial surface area the body 8 is difficult to flow around, the the inner wall of the flow chamber 4 at least partially is facing and that between two neighboring partial areas 80 or difficult to flow around partial bodies 10 around which flow is difficult Body 8 is located.
- the one shown in Fig. 2c is heavy body 8 around which a hollow space 83 passes with outlet side openings 86, each in a Partial surface area of the body 8 which is difficult to flow around located the inner wall of the flow chamber 4th is at least partially facing and which is in the Area of a sub-area 80 that is difficult to flow around or difficult to flow around body 10 of the difficult flowable body 8 is located.
- Outlet intermediate openings 85 still the outlet side openings 86 arranged symmetrically as shown in Fig. 2c Need to become.
- the one going through Cavity 83 has only one or more intermediate outlet openings 85 or just one or more Outlet side openings 86 on.
- this also through correspondingly arranged several outlet end openings 82, which are at the end of the body 8 are located and the outlet opening 3 of the housing 1st are facing to be replaced.
- Embodiments and modifications thereof can be the supercavitation mixer according to the invention further an ultrasound device and / or laser device include the mixing action and / or cavitation optimize the entire device.
- the body 8 which is difficult to flow around whole or in part directly exposed to ultrasound become. This displaces the difficult to flow around Body 8 as a whole and / or in corresponding Partial areas in vibrations. Regardless, you can also the mass flow flowing through at one suitable place in the flow chamber 4 - or at several positions or even in the whole Flow chamber 4 - apply ultrasound to for example turbulence, pressure waves, ultrasonic cavitation or to produce related effects that the support hydrodynamic cavitation or supplement and / or further positive influence on the Have mixing effect of the entire device. Of Furthermore, an ultrasonic device can flow around the difficult Bodies or parts of them also directly in ultrasonic vibrations move, as well as a suitable one Part of the flow chamber 4 or the entire Flow chamber 4 to the effects just described and to achieve positive effects or the like.
- a laser device can measure the mass flow or part of it in the flow chamber 4 with laser light act, for example, also cavitation to generate or support, for example also through local warming, which also affects the Flow direction and vortex formation can have an influence.
- a spiral device 90 consists essentially of a plurality of elements 92 in the form of helices and from an outer wall 94 which is designed that the coil device 90 at the corresponding end of the Passage chamber 4 can be arranged and fixed, for example by means of a rubber seal 96
- Outer wall 94 encloses one that passes through Cavity in which the variety of helical elements 92 are arranged.
- the helical elements 92 have an elongated, essentially flat or two-dimensional shape and run essentially in Direction of the flow direction through the Flow chamber 4 flowing mass flows are but so helical along this direction or helically twisted or twisted or bent, with, for example, part of its longitudinal edge are attached to the inner wall of the outer wall 94 that the mass flow flowing through into several partial flows is divided, which is also by the spiral Formation of the elements 92 each set in rotation become.
- This principle of mixing flows using helical devices is in the art well known.
- such a device 200 has the advantage that a total mass flow is not through a single Device through a corresponding dimensioned pump must be pressed, but that this total current to be mixed towards the individual the super cavitation mixer belonging to the device 200 100 can be divided, so that each per Super cavitation mixer 100 just a much smaller one dimensioned pump is required. This increases the Effectiveness or energy use of the facility.
- the individual super cavitation mixer 100 connected to one another in this way and coupled that their individual flow chambers 4 seamlessly into a subsequent common flow chamber 40 pass over.
- the exit openings 3 the housing 1 of the super cavitation mixer 100 is closed connected to a single common opening 30 or superimposed on the entrance opening of the common subsequent flow chamber 40 represents.
- the entrance opening 30, that is, in the entrance area of the common flow chamber 40, then overlap the produced by each super cavitation mixer 100 Supercavitation. After exposure to the superimposed supercavitation fields becomes the entire mass flow flowing through the device 200 through the outlet opening 50 of the flow chamber 40 taken.
- each other equivalent spatial areas of each Super cavitation fields are superimposed on one another. These are the areas of the strongest or optimal Cavitation effect of every super cavitation field, see above the effect of the overlay increases optimal.
- this symmetrical type of Overlay can also be abandoned if this causes a better mixing effect or other desired effects can or should be achieved.
- a device analogous to device 200 above, in which several super cavitation fields are superimposed, is also with those disclosed in DE-A-4433744 Super cavitation mixers possible.
- an invention Device 100 for mixing the components of a mass flows flowing through a particularly homogeneous and extremely stable mixture of any length, even if not or only according to the state of the art difficult to mix components, and also without the use of additives (additives, Emulsifiers, etc.) to support the mixing effect.
- the Device 100 has one in a flow chamber 4 arranged difficult to flow around body 8, the at least partially in one direction of flow widening part of the flow chamber 4 is arranged, so that the cavitation and mixing action of the of the supercavitation field which is difficult to flow around is significantly strengthened and optimized.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermischen der Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes, wobei die Komponenten insbesondere fest, flüssig oder gasförmig sein können, mittels einem hydrodynamischen Superkavitationsfeld, um eine Mischung, insbesondere eine Emulsion oder Suspension, zu erzeugen.The invention relates to a device for Mixing the components of a flowing through Mass flows, the components being particularly solid, can be liquid or gaseous, by means of a hydrodynamic super cavitation field to a mixture in particular to produce an emulsion or suspension.
Sinkt in einer dahinströmenden Flüssigkeit aufgrund von einer Stromeinengung lokal der sogenannte statische Druck unter den Dampfdruck, so tritt Kavitation auf, das heißt, es bilden sich in der Flüssigkeit dampfgefüllte Gasblasen, die auch Kavitationsblasen genannt werden. Nimmt danach der statische Druck wieder zu und übersteigt den Dampfdruck, so brechen diese Gasblasen implosionsartig (praktisch mit Schallgeschwindigkeit) zusammen.Sinks due to a flowing fluid from a current narrowing locally the so-called static Pressure below the vapor pressure, so cavitation occurs means that steam-filled liquids are formed in the liquid Gas bubbles, which are also called cavitation bubbles. Then the static pressure increases again and exceeds vapor pressure, these gas bubbles break implosion-like (practically at the speed of sound) together.
Dieser Mechanismus der hydrodynamisch erzeugten
Kavitation fällt unter den Gültigkeitsbereich der
Bernoulli-Gleichung. Gemäß dieser gilt allgemein (vgl.
"Gerthsen Physik", Helmut Vogel, ISBN 3-540-59278-4,
18. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York,
1995, Kapitel 3.3.6, Strömung idealer Flüssigkeiten,
Seite 118 bis 121) auf jeder Potentialfläche der äußeren
Volumenkräfte in einem dahinströmenden Stromfaden, im
Falle der Schwerkraft also überall auf gleicher Höhe,
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit den Wert vk = √2p0/ρ erreicht oder überschreitet, so wird der statische Druck null oder negativ. Solche Geschwindigkeiten (im Wasser ist vk = 14 m/s) werden an allen schnellen Wasserfahrzeugen, bei langsamen zumindest an den Schrauben, ferner an Turbinenschaufeln und in Flüssigkeitspumpen leicht erreicht. Schon etwas vorher sinkt der statische Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, der einige 102 Pa beträgt, und Kavitation tritt auf, insbesondere wenn mikroskopische Luftbläschen als Keime bereits vorhanden sind, was schwer vermeidbar ist.If the flow velocity reaches or exceeds v k = √2p 0 / ρ, the static pressure becomes zero or negative. Such speeds (in the water is v k = 14 m / s) are easily achieved on all fast watercraft, with slow at least on the screws, also on turbine blades and in liquid pumps. A little earlier, the static pressure drops below the vapor pressure of the liquid, which is a few 10 2 Pa, and cavitation occurs, especially when microscopic air bubbles are already present as germs, which is difficult to avoid.
Die Erscheinung der hydrodynamischen Kavitation besteht also in der Bildung von mit einem Dampfgasgemisch gefüllten Hohlräumen, den sogenannten Kavitationsblasen, im Inneren eines schnell dahinströmenden Flüssigkeitsstromes oder an Randbereichen eines in dem dahinströmenden Flüssigkeitsstrom angeordneten schlecht umströmbaren Körpers, jeweils infolge einer durch die Flüssigkeitsbewegung (Strömung) bedingten lokalen Druckabsenkung. Zur hydrodynamischen Kavitation kommt es so in allen hydraulischen Systemen, in denen große Druckunterschiede auftreten, wie Turbinen, Pumpen und Hochdruckdüsen.The appearance of hydrodynamic cavitation consists in the formation of a vapor gas mixture filled cavities, the so-called cavitation bubbles, inside a rapidly flowing Liquid flow or at edge areas one in the flowing liquid flow arranged poorly flowable body, each as a result of the Liquid movement (flow) conditional local Pressure reduction. Hydrodynamic cavitation occurs so in all hydraulic systems where large Differences in pressure occur, such as turbines, pumps and High-pressure nozzles.
Bei der Ultraschallkavitation werden in der Unterdruckphase eines Schallfeldes die Zerreißspannungen des Materials überschritten, so daß wieder die mit Dampf bzw. Gas gefüllten Kavitationsblasen entstehen. In der Sonochemie macht man sich die extremen Bedingungen beim Kollaps (Druck, Temperatur) der im Ultraschallfeld erzeugten Kavitationsblasen zunutze. Auch der physikalische Effekt der Sonoluminiszenz ist mit der Dynamik von Kavitationsblasen und deren Erzeugung mittels einem Ultraschallfeld verbunden.With ultrasound cavitation in the Vacuum phase of a sound field the tensile stresses of the material exceeded, so that again with steam or gas-filled cavitation bubbles. In the Sonochemistry makes you look at the extreme conditions at Collapse (pressure, temperature) in the ultrasonic field generated cavitation bubbles. Also the physical effect of sonoluminescence is associated with the Dynamics of cavitation bubbles and their generation using connected to an ultrasound field.
Bei den vorerwähnten Beispielen handelt es sich um Kavitation, die durch eine im Wasser bzw. einer Flüssigkeit anliegende Zugspannung im Strömungs- oder im akustischen Feld entsteht. Eine weitere Art Kavitation zu erzeugen besteht darin, lokal Energie in der Flüssigkeit zu deponieren, zum Beispiel durch einen Funken oder einen Laserpuls. Einzelheiten zu letzterem findet man beispielsweise in der Diplomarbeit von Olgert Lindau, "Dynamik und Lumineszenz lasererzeugter Kavitationsblasen", 1998, angefertigt im Dritten Physikalischen Institut der Georg-August-Universität zu Göttingen.The above examples are Cavitation caused by one in the water or one Fluid applied tensile stress in the flow or in the acoustic field arises. Another type of cavitation too generate local energy in the liquid to deposit, for example by a spark or a Laser pulse. Details on the latter can be found for example in the diploma thesis of Olgert Lindau, "Dynamics and luminescence of laser generated Cavitation Bubbles ", 1998, made in the third Physics Institute of the Georg-August-Universität zu Goettingen.
Bekanntermaßen kann man Kavitation und die damit einhergehenden Effekte zum Vermischen der Komponenten eines dahinströmenden Massestromes verwenden. Somit kann man beispielsweise zwei verschiedene Flüssigkeiten oder eine Flüssigkeit und einen Feststoff (Teilchen) oder eine Flüssigkeit und ein Gas miteinander vermischen. Die vermischende, emulgierende und dispergierende Einwirkung der Kavitation beruht auf einer großen Anzahl von Krafteinwirkungen, die von zusammenstürzenden Kavitationsblasen herrühren, auf das zu behandelnde Gemisch von Komponenten. Das Implodieren von Kavitationsblasen in der Nähe der Grenzfläche zweier Phasenbereiche flüssig-fest wird von der Dispergierung der festen Phase (Teilchen) in der flüssigen Phase (Flüssigkeit) und von der Bildung einer Suspension begleitet. Analog wird das Implodieren von Kavitationsblasen in der Nähe der Grenzfläche zweier verschiedener flüssiger Phasen von der Zerkleinerung der einen Flüssigkeit in der anderen und der Bildung einer Emulsion begleitet. In beiden Fällen geschieht die Zerstörung der Grenzfläche der durchgehenden Phasen, das heißt, deren Erosion, und die Bildung eines Dispersionsmediums und einer dispersen Phase.As is well known, cavitation and the associated ones Effects for mixing the components of a use flowing mass flows. So you can for example two different liquids or one Liquid and a solid (particle) or a Mix liquid and gas together. The mixing, emulsifying and dispersing action cavitation is based on a large number of Force applied by collapsing Cavitation bubbles originate on the one to be treated Mixture of components. The imploding of Cavitation bubbles near the interface of two Phase areas become liquid-solid from the dispersion the solid phase (particles) in the liquid phase (Liquid) and from the formation of a suspension accompanied. The imploding of cavitation bubbles becomes analogous near the interface of two different liquid phases from crushing the a liquid in the other and the formation of one Emulsion accompanied. This happens in both cases Destruction of the interface of the continuous phases, the means their erosion, and the formation of a Dispersion medium and a disperse phase.
In US-A-3834982 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Suspension von Fasermaterialien beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse mit einer Eingangsöffnung für die Zufuhr von Komponenten einer Fasermaterialsuspension und einer Ausgangsöffnung für die Entnahme der kavitierten Fasermaterialsuspension sowie einer Durchflußkammer mit einem in ihr platzierten, aus einem Stück bestehenden, schwer umströmbaren zylindrischen Körper (der wegen seiner Funktion allgemein auch Kavitator genannt wird). Der Komponentenstrom durchströmt die Durchflußkammer und den darin plazierten schwer umströmbaren zylindrischen Körper, der quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist, so daß dieser eine lokale Verjüngung der Fasermaterialsuspension erzeugt. Somit wird hinter dem Zylinder ein hydrodynamisches Kavitationsfeld ausbildet, d.h. der Zylinder erzeugt einen räumlichen Bereich in dem dahinströmenden Massestrom, in dem in einem dynamischen Prozeß Kavitationsblasen entstehen, vorhanden sind und zusammenstürzen (implodieren).In US-A-3834982 is an apparatus for generating described a suspension of fiber materials. The Device consists of a housing with a Entry opening for the supply of components of a Fiber material suspension and an exit opening for the Removal of the cavitated fiber material suspension and a flow chamber with one placed in it one piece existing, difficult to flow around cylindrical body (which because of its function in general is also called cavitator). The component stream flows through the flow chamber and the one placed therein cylindrical body which is difficult to flow around and which is transverse to Flow direction is arranged so that this one local rejuvenation of the fiber material suspension generated. This creates a hydrodynamic one behind the cylinder Forms cavitation field, i.e. the cylinder creates a spatial area in the flowing Mass flow in which in a dynamic process Cavitation bubbles arise, exist and collapse (implode).
Infolge der Form des einen schwer umströmbaren, zylinderförmigen Körpers in US-A-3834982 entsteht hinter diesem aufgrund der durch ihn bedingten Querschnittsverjüngung des Strömungsquerschnitts nur ein einziges Kavitationsfeld. Somit bewirkt diese Vorrichtung nur eine relativ schlechte Vermischung der Komponenten der Fasermaterialsuspension in Bezug auf die Homogenität (Teilchengröße) und Langzeitstabilität der erzeugten Dispersion. Die Intensität des mit der Vorrichtung nach US-A-3834982 erzeugten Kavitationsfeldes ist zum Mischen bzw. Dispergieren von schwer vermischbaren bzw. dispergierbaren Phasen zu gering.Due to the shape of the one that is difficult to flow around, cylindrical body in US-A-3834982 arises behind this due to the conditions caused by him Cross-sectional tapering of the flow cross section only one only cavitation field. Thus this device works only a relatively poor mixing of the components the fiber material suspension in terms of homogeneity (Particle size) and long-term stability of the generated Dispersion. The intensity of using the device US-A-3834982 generated cavitation field is for mixing or dispersing difficult to mix or dispersible phases too low.
Der in SU-A-1088782 beschriebene Kavitationsmischer hat zusätzlich eine Einrichtung, mit der das Kavitationsfeld mit weiteren mittels einer Luftdruckquelle erzeugten Druckschwingungen überlagert werden kann.The cavitation mixer described in SU-A-1088782 also has a facility with which the Cavitation field with another by means of a Air pressure source generated pressure vibrations superimposed can be.
Der in SU-A-1678426 offenbarte Kavitationsmischer hat einen axial elastisch gelagerten schwer umströmbaren Körper, der eigene Resonanzschwingungen im Flüssigkeitsmedium hervorrufen soll.The cavitation mixer disclosed in SU-A-1678426 has an axially elastically mounted, difficult to flow around Body, its own resonance vibrations in the liquid medium should cause.
In SU-A-1720695 ist ein weiterer Kavitationsmischer beschrieben, der als schwer umströmbaren Körper zwei Halbkugeln hat, die zwischen sich eine rechteckige Nut begrenzen. Die Pulsation des Stromes in der Nut soll auf den Kavitationsbereich einwirken und dadurch die Häufigkeit von Kavitationsblasen und deren Intensität erhöhen.In SU-A-1720695 there is another cavitation mixer described the body as difficult to flow around two Hemispheres has a rectangular groove between them limit. The pulsation of the current in the groove should be on affect the cavitation area and thereby the Frequency of cavitation bubbles and their intensity increase.
Die vorgenannten drei Druckschriften offenbaren somit Kavitationsmischer, bei denen die Mischwirkung dadurch verbessert werden soll, daß versucht wird, die Kavitationswirkung durch weitere Abrißkanten oder Überlagerung mit Druckwellen, die weiteren Abrißkanten entsprechen, zu verbessern.The aforementioned three publications therefore disclose Cavitation mixers, where the mixing effect should be improved that an attempt is made to Cavitation effect through further tear-off edges or Overlay with pressure waves, the other tear-off edges correspond to improve.
In der DE-A-3610744 ist eine Vorrichtung zur direkten Belüftung und Umwälzung, insbesondere von Abwässern, genannt, die mittels einer Flügelschraube ein Kavitationsfeld erzeugt und Luft im Wasser untermischt.DE-A-3610744 describes a device for direct Ventilation and circulation, especially of waste water, called a cavitation field by means of a wing screw generated and air mixed in the water.
US-A-4127332 offenbart eine weitere Mischvorrichtung, die zu diesem Zweck Kavitation verwendet. US-A-4127332 discloses another mixing device, who uses cavitation for this purpose.
Im Vergleich zu den oben genannten Kavitationsmischern, bei denen jeweils nur ein Kavitationsfeld erzeugt wird, um zwei verschiedene Komponenten eines Systems zu mischen, ist die Kavitationswirkung und somit Mischwirkung in Kavitationsmischern, die ein sogenanntes Superkavitationsfeld erzeugen, das heißt, eine Überlagerung von mehreren Kavitationsfeldern, wesentlich verbessert.Compared to the above Cavitation mixers, each with only one Cavitation field is generated by two different ones Mixing components of a system is that Cavitation effect and thus mixing effect in cavitation mixers, that create a so-called super cavitation field, that is, a superposition of several cavitation fields, significantly improved.
So ist in DE-A-4433744 ein Kavitationsmischer offenbart, der als schwer umströmbaren Körper (Kavitator) einen Kegelstumpf besitzt, der aus mehreren schwer umströmbaren Teilkörpern gebildet ist, zwischen denen sich jeweils ein durchströmbarer Hohlraum befindet. Dieser schwer umströmbare Körper ist in einer festen Position in einer Durchlaßkammer angeordnet, die - in Strömungsrichtung gesehen - im gesamten Bereich des schwer umströmbaren Körpers einen konstanten kreisförmigen Querschnitt besitzt.DE-A-4433744 discloses a cavitation mixer the body that is difficult to flow around (cavitator) has a truncated cone made up of several heavy ones flow around sub-bodies is formed, between which there is a flow-through cavity in each case. This hard to flow body is in a solid Position arranged in a passage chamber, which - in Flow direction seen - in the entire area of the difficult to flow around a constant body has circular cross section.
Ein erstes Kavitationsfeld wird auf herkömmliche Weise durch Umströmen des Gesamtkörpers erzeugt. Darüberhinaus sind die durchströmbaren Hohlräume eine weitere Quelle für Kavitationsfelder, die durch die Strömung in diesen Hohlräumen entstehen, die insbesondere auch nach außen in die um den Gesamtkörper fließenden Strömungen gerichtet sind, so daß die Kavitationsblasen in den durchströmbaren Hohlräumen auch nach außen hin in das herkömmliche Kavitationsfeld übergehen. Die räumliche Überlagerung der einzelnen Kavitationsfelder erzeugt ein sogenanntes Superkavitationsfeld und bewirkt eine Vervielfachung der Kavitationswirkung jedes einzelnen Kavitationsfeldes. A first cavitation field is based on conventional ones Generated by flowing around the entire body. In addition, the cavities through which flow is possible are one Another source of cavitation fields caused by the Flow in these cavities arise, in particular also outwards into those flowing around the entire body Currents are directed so that the cavitation bubbles in the flowable cavities also outwards to go beyond the conventional cavitation field. The spatial Superposition of the individual cavitation fields creates a so-called super cavitation field and causes one Multiplication of the cavitation effect of each one Cavitation.
Hydrodynamische Superkavitationsgeneratoren wie in DE-A-4433744 stellen effektive Mischvorrichtungen dar, die dazu verwendet werden können, ein aus mehreren Komponenten bestehendes hindurchströmendes Fluid zu bearbeiten, beispielsweise zu vermischen, zu emulgieren, zu homogenisieren, zu dispergieren oder aufzulösen, oder Flüssigkeiten mit Gasen zu sättigen. Superkavitationsgeneratoren sind universelle Vorrichtungen zur Bearbeitung eines breiten Spektrums von Produkten in der chemischen, petrochemischen, kosmetischen und pharmazeutischen Industrie, sowie in der Keramik- und Nahrungsmittelindustrie und in anderen Wirtschaftszweigen.Hydrodynamic super cavitation generators as in DE-A-4433744 represent effective mixing devices, that can be used, one out of several Components existing fluid flowing through processing, for example mixing, emulsifying, homogenize, disperse or dissolve, or Saturate liquids with gases. Super cavitation generators are universal Devices for processing a wide range of Products in chemical, petrochemical, cosmetic and pharmaceutical industries, as well as in the Ceramics and food industries and other industries.
Typische technische Grunddaten eines hydrodynamischen
Superkavitationsgenerators und Parameter des zu
bearbeitenden Mediums sind:
Die Misch- und Homogenisierungsprozesse im Mischer basieren auf der Nutzung der hydrodynamischen Kavitation und sind an solche physikalischen Effekte wie Druckwellen, Kumulation, selbsterregte Schwingungen, Vibrationsturbulisation und gleichgerichtete Diffusion, beispielsweise, gebunden, die beim Kollaps von Kavitationsblasen entstehen. Die volumetrische Konzentration der Kavitationsblasen in den Apparaturen erreicht Größenordnungen von 1 bis 1010 l/m3. Beim Kollaps einer jeden Kavitationsblase werden Druckimpulse initiiert, die 103 MPa und mehr erreichen, ebenso wie bei der Implosion einer Kavitationsblase in der Blase Temperaturen von rund 5000 K auftreten (vgl. zum Beispiel VDI-Nachrichten, 1. April 1999, Nr. 13, "Schadstoffe im Ultraschall"). Derartig hohe Druckimpulse tragen bei der großen volumetrischen Konzentration der Bläschen im Arbeitsbereich des Mischers dazu bei, daß die einer Volumeneinheit des zu bearbeitenden Mediums zugeführte Impulsleistung 104 bis 105 kW/m3 beträgt. Zu erwähnen ist auch, daß in der Arbeitskammer des Mischers eine Vakuumzone mit einem Druck von 4 bis 10 kPa erzeugt wird, was es möglich macht, verschiedene flüssige und gasförmige Komponenten direkt in den Mischer zu injizieren. In weitem Abstand vor bzw. nach dem schwer umströmbaren körpen wird ein konverpierender bzw. divergierender Rohrabschnitt offenbart.The mixing and homogenization processes in the mixer are based on the use of hydrodynamic cavitation and are bound to such physical effects as pressure waves, accumulation, self-excited vibrations, vibration turbulization and rectified diffusion, for example, which arise when cavitation bubbles collapse. The volumetric concentration of the cavitation bubbles in the apparatus reaches orders of magnitude of 1 to 10 10 l / m 3 . When each cavitation bubble collapses, pressure pulses are initiated which reach 10 3 MPa and more, just as temperatures of around 5000 K occur in the bubble when a cavitation bubble imploses (see, for example, VDI-Nachrichten, April 1, 1999, No. 13 , "Pollutants in ultrasound"). Such high pressure pulses contribute to the large volumetric concentration of the bubbles in the working area of the mixer so that the pulse power supplied to a unit volume of the medium to be processed is 10 4 to 10 5 kW / m 3 . It should also be mentioned that a vacuum zone with a pressure of 4 to 10 kPa is created in the working chamber of the mixer, which makes it possible to inject various liquid and gaseous components directly into the mixer. A converging or diverging pipe section is disclosed a long way before or after the body, which is difficult to flow around.
In EP-A-0644271 ist ebenfalls ein hydrodynamischer Superkavitationsmischer offenbart, der einen schwer umströmbaren Körper enthält, der aus mindestens zwei Elementen besteht, welche die Formierung eigener Kavitationsfelder sicherstellen. Die Elemente bzw. Teilkörper, aus denen der schwer umströmbare Körper besteht, können die Form von hohlen abgestumpften Kegeln oder Halbkugeln besitzen, und können zudem jeweils an einer hohlen Stange befestigt sein. Diese Stangen sind so ausgestaltet, daß ineinandergesteckt und jeweils mit individuellen Vorrichtungen verbunden werden können, so daß sie axial relativ zueinander verschoben werden können. Auf diese Weise können die einzelnen, den schwer umströmbaren Körper bildenden Elemente, in Strömungsrichtung axial gegeneinander verschoben und so in verschiedenen Abständen relativ zueinander angeordnet werden. Auf diese Weise kann nicht nur durch die Form der Elemente sondern auch durch ihren relativen Abstand zueinander das von jedem Element hervorgerufene hydrodynamische Kavitationsfeld in seinen Eigenschaften variiert und eingestellt werden, was sich wiederum auf die Überlagerung der einzelnen Kavitationsfelder, das heißt, das Superkavitationsfeld des Kavitationsmischers entsprechend auswirkt.EP-A-0644271 is also a hydrodynamic one Supercavitation mixer reveals a difficult to flow around Contains body made up of at least two Consists of elements that form their own Ensure cavitation fields. The elements or Partial bodies that make up the body, which is difficult to flow around exists, the shape of hollow truncated cones or hemispheres, and can also each attached to a hollow pole. These poles are like that designed that nested and each with individual devices can be connected, so that they are axially displaced relative to each other can. This way the individual can be difficult flowable body forming elements, in Flow direction axially shifted against each other and so arranged at different distances relative to each other become. This way, not only by the shape of the Elements but also by their relative distance to each other that caused by each element hydrodynamic cavitation field in its properties be varied and adjusted, which in turn is based on the superposition of the individual cavitation fields, the means the super cavitation field of the cavitation mixer affects accordingly.
EP-A-644271 lehrt auch, daß es zur Optimierung der Prozesse der Dispergierung und Emulgierung zweckmäßig ist, in den hydrodynamischen Strom von Komponenten zumindest in einem Abschnitt seiner lokalen Einengung - oder unmittelbar dahinter - eine gasförmige Komponente einzuführen. Die Elemente des schlecht umströmbaren Körpers können auch aus einem elastischen nichtmetallischen Material bestehen. Der Kavitationsmischer kann zudem einen weiteren zusätzlichen schwer umströmbaren Körper enthalten, welcher hinter dem ersten schwer umströmbaren Körper, dem er ähnelt, in Strömungsrichtung angeordnet ist und mit ihm durch ein elastisches Element verschiebbar längs der Achse des Durchflußkanals verbunden ist.EP-A-644271 also teaches that it is used to optimize the Processes of dispersion and emulsification expedient is in the hydrodynamic flow of components at least in a section of its local Constriction - or immediately after - a gaseous component introduce. The elements of the bad flow Body can also be made from an elastic non-metallic material. The cavitation mixer can also add another difficult to flow around Body included, which is behind the first difficult-to-flow body, which it resembles, in the direction of flow is arranged and with it by an elastic Element slidable along the axis of the flow channel connected is.
Über die verstellbaren Elemente des schwer umströmbaren Körpers bietet das Verfahren bzw. die Vorrichtung nach EP-A-0644271 die Möglichkeit, die Intensität des entstehenden hydrodynamischen Superkavitationsfeldes in Anpassung an die konkreten technologischen Prozeßabläufe zu regeln. Allerdings ist der schwer umströmbare Körper als ganzes an einem festen Ort in einem Durchflußkanal angeordnet, der in dem Bereich des schwer umströmbaren Körpers und in Strömungsrichtung gesehen zudem einen konstanten kreisförmigen Querschnitt aufweist. Im Abstand vor und nach dem schwer umströmbaren Körper wird ein koverpierenden bzw. divergierenden Rohrabschnitt offenbart.About the adjustable elements of the difficult the process or the Device according to EP-A-0644271 the possibility of Intensity of the resulting hydrodynamic Super cavitation field in adaptation to the concrete regulate technological processes. However the body, which is difficult to flow around, as a whole on a solid Place arranged in a flow channel in the Area of the body difficult to flow around and in Flow direction also seen a constant circular Has cross-section. In the distance before and after the difficult flowable body becomes a converging or diverging pipe section disclosed.
Obwohl die hydrodynamischen Superkavitationsgeneratoren nach dem Stand der Technik im allgemeinen gute Ergebnisse liefern, besteht doch ein Bedarf an Verbesserungen in vielerlei Hinsicht. Although the hydrodynamic State-of-the-art super cavitation generators in provide generally good results, there is a Need for improvement in many ways.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Vermischen der Bestandteile bzw. Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes mittels mindestens einem hydrodynamischen Superkavitationsfeld bereitzustellen, derart, daß der behandelte Massestrom extrem homogen ist und dies auch über einen beliebig langen Zeitraum hinweg bleibt, auch wenn die Vorrichtung zum Vermischen von üblicherweise schwerst mischbaren Komponenten verwendet wird, die mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht oder nur schlecht und/oder nur für relativ kurze Zeit gemischt werden können.It is therefore an object of the present invention to Device for mixing the components or Components of a mass flow flowing through at least one hydrodynamic super cavitation field To provide such that the mass flow treated is extremely homogeneous and this over any one long period of time, even if the device for mixing of usually very difficult to mix Components used with devices after the state of the art not or only poorly and / or can only be mixed for a relatively short time.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Vermischen der Bestandteile bzw. Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes mittels mindestens einem hydrodynamischen Superkavitationsfeld bereitzustellen, ohne daß Zusatzstoffe (wie Additive oder Emulgatoren) verwendet werden, um die Mischwirkung bzw. das Mischergebnis zu verbessern bzw. überhaupt eine Mischung zu erhalten.Furthermore, it is an object of the present invention a device for mixing the components or Components of a mass flow flowing through at least one hydrodynamic super cavitation field to provide without additives (such as additives or Emulsifiers) are used to improve the mixing effect or to improve the mixing result or one at all To get mixture.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Vermischen der Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes bereitzustellen, wobei die Mischwirkung bzw. das Mischergebnis geregelt an die Art und Konzentrationen der zu vermischenden Komponenten angepaßt werden kann, mit anderen Worten, an die Eigenschaften des speziellen jeweils zu homogenisierenden Systems und an entsprechende Prozeß- und Ergebnisparameter.Furthermore, it is an object of the present invention a device for mixing the components of a provide mass flows flowing through, wherein the mixing effect or the mixing result regulated to the Type and concentrations of the components to be mixed in other words, can be adapted to the Properties of the special to be homogenized in each case Systems and corresponding process and Result parameters.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Vermischen der Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes bereitzustellen, bei dem die kinetische Energie der Strömung auf optimale Weise zur Durchmischung bzw. Homogenisierung ausgenutzt wird.It is another object of the present Invention, a device for mixing the Components of a mass flow flowing through provide the kinetic energy of the Flow in an optimal way for mixing or Homogenization is used.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale
des Anspruchs 1 bzw. 29.These tasks are solved by the characteristics
of
Eine Vorrichtung zum Vermischen der Bestandteile bzw. Komponenten eines hindurchströmenden Massestromes gemäß der vorliegenden Erfindung - im folgenden Superkavitationsmischer genannt - umfaßt ein Gehäuse mit mindestens einer Eingangsöffnung und mindestens einer Ausgangsöffnung. In die mindestens eine Eingangsöffnung wird der gesamte oder ein Teil des zu vermischenden Massestromes eingeleitet, und nach der Beaufschlagung mit einem hydrodynamischen Superkavitationsfeld wird der Massestrom durch die mindestens eine Ausgangsöffnung ausgeleitet. Als wesentliche Bestandteile umfaßt der Superkavitationsmischer eine Durchflußkammer, die Teil des Gehäuses ist, und einen schwer umströmbaren Körper, der mittels einer Halterung in der Durchflußkammer angeordnet ist. Der schwer umströmbare Körper besitzt mindestens zwei schwer umströmbare Teilbereiche, die jeweils für eine lokale Strömungseinengung im durch die Durchflußkammer hindurchströmenden Massestrom im Bereich des schwer umströmbaren Körpers sorgen. Der Querschnitt der Durchflußkammer, der senkrecht zu ihrer Mittelachse genommen wird, wird wenigstens in einem Teil des Bereichs der Durchflußkammer, der den schwer umströmbaren Körper umgibt, in Strömungsrichtung des durch die Durchflußkammer hindurchströmenden Massestromes größer. Dieser sich aufweitende Teil der Durchflußkammer ist wesentlich für die Erzeugung des erfindungsgemäßen höchsteffektiven Superkavitationsfeldes.A device for mixing the components or Components of a mass flow flowing through according to of the present invention - hereinafter Called super cavitation mixer - includes a housing with at least one entrance opening and at least one Output port. In the at least one entrance opening will mix all or part of the Mass flows initiated, and after exposure to a hydrodynamic super cavitation field Mass flow through the at least one outlet opening discharged. The essential components include Super cavitation mixer a flow chamber, the part of the housing, and a body that is difficult to flow around, by means of a holder in the flow chamber is arranged. The body is difficult to flow around at least two sub-areas that are difficult to flow around, the each for a local flow restriction in the Flow chamber flowing through mass flow in the area of the body, which is difficult to flow around. The cross section the flow chamber, which is perpendicular to its central axis is taken at least in part of the area the flow chamber, the body which is difficult to flow around surrounds in the direction of flow of the Flow chamber mass flow flowing through larger. This widening part of the flow chamber is essential for the production of the invention highly effective super cavitation field.
Die schwer umströmbaren Teilbereiche und der schwer umströmbare Körper als ganzes sind die Quellen für mehrere Kavitationsfelder, die sich überlagern und somit ein Superkavitationsfeld bilden. Das von dem Superkavitationsmischer gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Superkavitationsfeld ist dazu geeignet, verschiedenste Komponenten besonders effektiv zu vermischen bzw. zu homogenisieren. Mit dem Superkavitationsmischer können somit selbst normalerweise schwerst mischbare Komponenten - ohne weitere Zusatzstoffe wie zum Beispiel Emulgatoren - in besonders homogene und extrem langzeitstabile Mischungen übergeführt werden. Sind die Komponenten flüssig, so erhält man Emulsionen, ist eine der Komponenten flüssig und die andere fest, das heißt, besteht beispielsweise aus Teilchen mit einer bestimmten Größenverteilung, so erhält man Suspensionen, in denen die Teilchengröße beträchtlich verringert ist. Der erfindungsgemäße Superkavitationsmischer kann des weiteren dazu verwendet werden, um gasförmige und flüssige Komponenten zu vermischen bzw. eine gasförmige Komponente besonders effektiv in einer oder mehreren flüssigen Komponenten aufzulösen.The difficult to flow around and the difficult flowable bodies as a whole are the sources for several cavitation fields that overlap and thus form a super cavitation field. That from that Super cavitation mixer according to the present invention provided super cavitation field is suitable for various components particularly effectively mix or homogenize. With the Super cavitation mixers can usually do this themselves components that are extremely difficult to mix - without more Additives such as emulsifiers - especially homogeneous and extremely long-term stable mixtures be transferred. If the components are liquid, so if emulsions are obtained, one of the components is liquid and the other firm, that is, exists, for example from particles with a certain size distribution, so you get suspensions in which the particle size is significantly reduced. The invention Super cavitation mixer can also be used for this to gaseous and liquid components mix or a gaseous component especially effectively in one or more liquid components dissolve.
Einige Beispiele für mögliche Mischungen sind Wasser-Diesel-Suspensionen, die Homogenisierung von Lebensmitteln oder Farben, oder die Einmischung bzw. Auflösung von Chlorgas in Wasser.Some examples of possible mixtures are water-diesel suspensions, the homogenization of Food or colors, or the interference or Dissolution of chlorine gas in water.
Es versteht sich, daß die zu vermischenden Bestandteile bzw. Komponenten nicht notwendigerweise jeweils von verschiedener atomarer bzw. molekularer Zusammensetzung sein müssen. Beispielsweise können zwei zu vermischende Komponenten jeweils dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen, nur daß sich die eine Komponente in der flüssigen Phase und die andere Komponente in der festen Phase befindet. Zwei oder mehr zu vermischende Komponenten können auch jeweils dieselben chemischen Bestandteile enthalten, nur jeweils in anderen Konzentrationen. Insbesondere ist ebenfalls eine Rückführung bzw. Mehrfachbehandlung eines bereits einmal mit dem erfindungsgemäßen Superkavitationsmischer behandelten mehrkomponentigen Massestroms möglich, falls dies aus prozeßtechnischen oder anderen Gründen vorteilhaft ist.It is understood that those to be mixed Components or components not necessarily each of different atomic or molecular Composition must be. For example, two Components to be mixed each have the same chemical Have composition, only that one Component in the liquid phase and the other Component is in the solid phase. Two or more Components to be mixed can also be the same in each case contain chemical components, only in others Concentrations. In particular is also a Repatriation or multiple treatment of one already with the super cavitation mixer according to the invention treated multi-component mass flow possible if this is advantageous for process engineering or other reasons is.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, mehrere erfindungsgemäße Superkavitationsmischer zu koppeln, derart, daß ihre jeweiligen Superkavitationsfelder in einem gemeinsamen Bereich einer gemeinsamen Durchflußkammer einander überlagert werden, wodurch die Mischwirkung der einzelnen Superkavitationsfelder wiederum potenziert wird. Ein weiterer Vorteil so einer Ausgestaltung ist, daß man bei gleicher Gesamtdurchflußmenge - im Vergleich zu einem entsprechend dimensionierten einzelnen Superkavitationsmischer mit einer großen, leistungsstarken Pumpe - dann nur mehrere kleine Pumpen benötigt, was prozeßtechnisch viel effektiver ist.Another advantageous embodiment of the invention consists of several super cavitation mixers according to the invention to couple, such that their respective Super cavitation fields in a common area of one common flow chamber are superimposed on each other, whereby the mixing effect of each In turn, supercavitation fields are potentiated. On Another advantage of such a design is that one same total flow - compared to one appropriately sized individual super cavitation mixers with a big, powerful pump - then only several small pumps are needed, which is process engineering is much more effective.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 2 kann der schwer umströmbare Körper des
Superkavitationsmischers axial entlang der Richtung der
Mittelachse der Durchflußkammer verschoben werden.
Dadurch ist es möglich, den schwer umströmbaren Körper in
dem mindestens einen sich aufweitenden Bereich der
Durchflußkammer gezielt so zu positionieren, daß in
Abhängigkeit von der Art der zu vermischenden Komponenten
eine optimale Kavitationswirkung bzw. ein optimales
Superkavitationsfeld bereitgestellt wird, so daß eine
optimal homogene und langzeitstabile Mischung erreicht
werden kann. Es versteht sich, daß auf diese Weise auch
weitere Prozeßparameter oder Ergebnisparameter
eingestellt bzw. eingeregelt werden können. According to the advantageous embodiment of the invention
according to
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 3 oder 4 besteht entsprechend darin, daß
der schwer umstömbare Teilkörper aus einer Vielzahl
einzelner schwer umströmbarer Teilkörper (die den schwer
umströmbaren Teilbereichen entsprechen) besteht, die so
miteinander verbunden und angeordnet sind, daß sie
alle - oder nur einige oder nur einer - unabhängig voneinander
entlang der Richtung der Mittelachse der Durchflußkammer
verschoben werden können. Dadurch kann das Superkavitationsfeld
und somit die Mischwirkung des
Superkavitationsmischers ebenfalls so eingeregelt werden,
daß in Abhängigkeit von den Prozeßparametern und der Art
der zu vermischenden Komponenten gewünschte Eigenschaften
des mehrkomponentigen Massestromes wie Homogenität und
Stabilität optimal eingeregelt werden können.Another advantageous embodiment of the invention
according to
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 5 ist mindestens einer der schwer umströmbaren
Teilbereiche bzw. Teilkörper des schwer
umströmbaren Körpers so ausgebildet, daß sein
Querschnitt, der senkrecht zu der Mittelachse der
Durchflußkammer genommen wird, an dem Ende des Teilbereiches
bzw. Teilkörpers, das der Eingangsöffnung des
Gehäuses zugewendet ist, kleiner als an dem Ende, das der
Ausgangsöffnung des Gehäuses zugewendet ist.According to the advantageous embodiment of the invention
according to
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung nach Anspruch 16 bis 18 weist die Durchflußkammer des Superkavitationsmischers eine Ausbuchtung ihrer Wandung auf, die beispielsweise in einer wulstartigen Ausstülpung rundherum entlang ihres Umfanges ausgebildet ist. Diese Ausbuchtung kann an einer entsprechenden Stelle in Bezug auf den schwer umströmbaren Körper angeordnet werden, derart, daß das Superkavitationfeld gezielt beeinflußt und seine Mischwirkung optimiert wird. Es ist offensichtlich, daß, wenn der schwer umströmbare Körper entlang der Richtung der Mittelachse der Durchflußkammer verschoben werden kann, auch wenn dies gegebenenfalls.nur für einen Teilkörper von ihm gilt, die Mischwirkung des Superkavitationsfeldes in Verbindung mit dieser Ausbuchtung besonders gut auf die Art der zu vermischenden Komponenten und weiteren Prozeßparameter eingestellt und optimiert werden kann.According to the advantageous embodiments of the invention according to claim 16 to 18, the flow chamber of Super cavitation mixer a bulge of their walls on, for example, in a bulge-like protuberance is formed all around along its circumference. This Bulge can relate to an appropriate location be placed on the body that is difficult to flow around, such that the super cavitation field is influenced in a targeted manner and its mixing effect is optimized. It is obvious, that when the body is difficult to flow around along the direction of the central axis of the flow chamber can be moved, even if this is only possible for a partial body of him, the mixing effect of Super cavitation field in connection with this bulge particularly well on the type of to be mixed Components and other process parameters set and can be optimized.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nach den Ansprüchen 19 und 20 besteht der schwer umströmbare
Körper mindestens teilweise aus einem elastischen
nichtmetallischen Material bzw. weist einen
entsprechenden Überzug auf. Dadurch wird eine
zerstörerische Rückwirkung der Kavitationsfelder auf die
Apparatur an sich vermieden.According to the advantageous embodiment of the invention
according to
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 21 kann ein Teil des zu vermischenden Massestromes oder eine bestimmte Komponente davon über eine entsprechend ausgestaltete Halterung und einen entsprechend ausgestalteten schwer umströmbaren Körper, die jeweils entsprechende hindurchgehende Hohlräume aufweisen, direkt in die Durchflußkammer eingeleitet werden. Dadurch kann das Superkavitationsfeld bzw. seine Mischwirkung wiederum gezielt beeinflußt werden, insbesondere in Abhängigkeit von der Art der zu vermischenden Komponenten, derart, daß eine optimale Mischwirkung erreicht wird.According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 21, part of the to be mixed Mass flows or a certain component thereof an appropriately designed bracket and one appropriately designed bodies that are difficult to flow around, the respective corresponding through cavities have, introduced directly into the flow chamber become. This allows the super cavitation field or its The mixing effect can be influenced in a targeted manner, especially depending on the type of mixing components, such that an optimal Mixing effect is achieved.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 26 kann man sowohl den schwer umströmbaren Körper als auch den Massestrom in der Durchflußkammer jeweils mit Ultraschall beaufschlagen. Dadurch kann der schwer umströmbare Körper beispielsweise in Schwingungen versetzt werden, was die Ausbildung der Kavitationsfelder bzw. deren Mischwirkung verstärken kann. Entsprechend kann die Beaufschlagung des Massestromes mit Ultraschall zusätzliche Ultraschallkavitation bewirken und die vom schwer umströmbaren Körper schon selbst erzeugten Kavitationsfelder bzw. deren Mischwirkung verstärken.According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 26 you can both the difficult to flow Body as well as the mass flow in the flow chamber each apply ultrasound. This allows the bodies that are difficult to flow around, for example in vibrations be offset what the formation of cavitation fields or can increase their mixing effect. Corresponding can apply the mass flow with ultrasound cause additional ultrasonic cavitation and that of body that is difficult to flow around Increase cavitation fields or their mixing effect.
Entsprechende Effekte kann man auch erhalten, wenn man gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 27 den schwer umströmbaren Körper direkt und/oder einen Teil der Durchflußkammer oder die ganze Durchflußkammer in Ultraschallschwingungen versetzt.Corresponding effects can also be obtained if one according to the advantageous embodiment of the invention according to claim 27 the body difficult to flow around directly and / or part or all of the flow chamber Flow chamber set in ultrasonic vibrations.
Unter dem Begriff der Verstärkung der Mischwirkung oder der Kavitationsfelder wird hier auch jegliche Modifikation der Eigenschaften der Kavitationsfelder (beispielsweise die Größenverteilung der Kavitationsblasen, ihre räumliche Verteilung oder ihre potentielle Energie vor ihrer Implosion) verstanden, die dazu beiträgt, daß der zu vermischende Massestrom nach der Behandlung bessere oder speziell erwünschte Eigenschaften aufweist.Under the concept of strengthening the mixing effect or the cavitation fields become any here Modification of the properties of the cavitation fields (e.g. the size distribution of the Cavitation bubbles, their spatial distribution or their potential energy before its implosion) understood the contributes to the fact that the mass flow to be mixed after better or specially desired properties of the treatment having.
In diesem Sinne kann gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 28 der durch die Durchflußkammer hindurchströmende Massestrom auch entsprechend mit Laserlicht entsprechender Intensität und/oder Wellenlänge in einem entsprechenden oder mehreren entsprechenden räumlichen Bereichen beaufschlagt werden.In this sense, according to the advantageous Embodiment of the invention according to claim 28 by mass flow flowing through the flow chamber also accordingly with laser light of appropriate intensity and / or wavelength in a corresponding or several corresponding spatial areas become.
Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Superkavitationsmischers.The remaining sub-claims relate to others advantageous embodiments of the super cavitation mixer.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung.Further details and advantages of the invention result from the following description of the preferred embodiments of the invention based on the Drawing.
Es zeigen:
die Figuren 3a bis 3f Querschnittsansichten für beispielhafte schwer umströmbare Teilbereiche des schwer umströmbaren Körpers, insbesondere seines der Ausgangsöffnung des Gehäuses zugewandten Endteilbereichs;
die Figuren 4a und 4b schematische Draufsichten in Strömungsrichtung auf beispielhafte schwer umströmbare Körper;
FIGS. 3a to 3f are cross-sectional views for exemplary partial areas of the body which are difficult to flow around, in particular its end partial area facing the outlet opening of the housing;
FIGS. 4a and 4b are schematic plan views in the flow direction of exemplary bodies which are difficult to flow around;
In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 100
jeweils eine Vorrichtung zum Vermischen der Komponenten
eines hindurchströmenden Massestromes mittels einem
hydrodynamischen Superkavitationsfeld, d.h. einer
Überlagerung von mehreren Kavitationsfeldern. Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden
Superkavitationsmischer 100 genannt.In the figures,
Die Figuren 1a und 1b dienen nur dazu, die
wesentlichen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen
Superkavitationsmischers 100 zu veranschaulichen, sind
aber ansonsten nicht einschränkend zu verstehen.Figures 1a and 1b only serve the
essential properties of an inventive
Fig. 1a ist eine schematische Querschnittsansicht in
Längsrichtung eines Superkavitationsmischers 100 gemäß
einer beispielhaften ersten Ausführungsform der
Erfindung.1a is a schematic cross-sectional view in FIG
Longitudinal direction of a
Wie in Fig. 1a zu sehen ist, umfaßt der erfindungsgemäße
Superkavitationsmischer 100 ein Gehäuse 1, das eine
Eingangsöffnung 2 und eine Ausgangsöffnung 3 aufweist.
Durch die Eingangsöffnung 2 wird ein Teil oder der gesamte
zu vermischende, mehrkomponentige Massenstrom
zugeführt, typischerweise mittels einer Pumpvorrichtung
(nicht gezeigt). Durch die Ausgangsöffnung 3 wird der
gemischte Massestrom dann entnommen. Die zu vermischenden
Komponenten des Massestroms können fest, flüssig oder
gasförmig sein, das heißt, der nach der Behandlung
entnommene gemischte Massestrom ist beispielsweise eine
Emulsion, eine Suspension, eine mit gelöstem Gas
gesättigte Flüssigkeit oder andere, im wesentlichen
fluide Mischungen bzw. Gemenge.As can be seen in Fig. 1a, the invention comprises
Super cavitation mixer 100 a
Das Gehäuse 1 umfaßt des weiteren eine
Durchflußkammer 4 und einen darin mittels einer Halterung
6 angeordneten schwer umströmbaren Körper 8. Die
Halterung 6 ist im Fall der ersten Ausführungsform so
ausgestaltet und angeordnet, daß sie durch eine weitere
Öffnung 5 in dem Gehäuse 1 in das Gehäuse hineinragt,
derart, daß der schwer umströmbare Körper 8 in der
Durchflußkammer 4 positioniert ist.The
In der in Fig. 1a schematisch gezeigten Ausführungsform
besteht die Durchflußkammer 4, der schwer umströmbare
Körper 8 und die Halterung 6 jeweils aus einem
rotationssymmetrischen Körper, die so angeordnet sind,
daß ihre Symmetrieachsen zusammenfallen, das heißt,
gleich der Mittelachse der Durchflußkammer 4 sind.In the embodiment shown schematically in Fig. 1a
there is the
Insbesondere besteht in Fig. 1a die Halterung 6 im
wesentlichen aus einer hohlen Stange, d.h. weist einen
hindurchgehenden Hohlraum 63 mit einer Einlaßöffnung 61
und einer Auslaßöffnung 62 auf. Desgleichen besitzt der
schwer umströmbare Körper 8 eine zentrale,
hindurchgehende Bohrung 83 entlang seiner Mittelachse mit
der zugehörigen Einlaßöffnung 81 und Auslaßöffnung 82.
Die Auslaßöffnung 62 der Stange bzw. Halterung 6 ist mit
der Einlaßöffnung 81 des schwer umströmbaren Körpers
verbunden, und die Halterung 6 und der schwer umströmbare
Körper 8 sind so in dem Gehäuse 1 bzw. der
Durchflußkammer 4 angeordnet, daß ihre Mittel- bzw.
Symmetrieachsen zusammenfallen und die Auslaßendöffnung
82 des schwer umströmbaren Körpers 8 der Ausgangsöffnung
3 des Gehäuses 1 zugewandt ist.In particular, the
Unter der Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes sei
hier und im folgenden immer die mittlere oder effektive
Richtung des durch die Durchflußkammer 4
hindurchströmenden Massestromes verstanden. Das heißt,
über Verwirbelungen und ähnliches sei hinweggemittelt.
Ist die Durchflußkammer 4 - wie in Fig. 1a und 1b gezeigt
- rotationssymmetrisch oder im wesentlichen
rotationssymmetrisch, so ist die Strömungsrichtung gleich
der Richtung der Symmetrieachse bzw. Mittelachse der
Durchflußkammer 4.Under the direction of flow through the
Wie in Fig. 1a gezeigt bzw. angedeutet, besitzt der
schwer umströmbare Körper 8 mindestens zwei schwer
umströmbare Teilbereiche 80, zwischen denen sich jeweils
ein durchströmbarer Zwischenraum 87 befindet. Die schwer
umströmbaren Teilbereiche 80 bewirken jeweils eine lokale
Strömungseinengung in der Durchflußkammer 4. Somit
erzeugt der schwer umströmbare Körper, wenn er von dem zu
vermischenden Massestrom in der Durchflußkammer 4
umströmt wird, mehrerer Kavitationsfelder, die sich
einander überlagern, und somit insbesondere in
Strömungsrichtung hinter dem schwer umströmbaren Körper 8
ein Superkavitationsfeld bilden.As shown in Fig. 1a or indicated, the
difficult to flow around
In Fig. 2a ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht
in Längsrichtung des beispielhaften
schwer umströmbaren Körpers 8 der beispielhaften ersten
Ausführungsform von Fig. 1a gezeigt.2a is an enlarged schematic cross-sectional view
in the longitudinal direction of the exemplary
difficult to flow around
Mit Ausnahme der letzten zwei - in Strömungsrichtung
gesehen - schwer umströmbaren Teilbereiche 80 besitzten
die schwer umströmbaren Teilbereiche 80 in Fig. 1a bzw.
2a die Form eines Kegelstumpfes, um Kavitationsfelder zu
erzeugen. Wie insbesondere in Fig. 2a zu sehen ist, sind
die letzten zwei schwer umströmbaren Teilbereiche 80 des
schwer umströmbaren Körpers 8 (d.h. die zwei schwer
umströmbaren Teilbereiche, die von allen schwer
umströmbaren Teilbereichen der Ausgangsöffnung 3 des
Gehäuses 1 am nächsten liegen) zu diesem Zweck zusammen
mit ihrem zugehörigen dazwischenliegenden Zwischenraum 87
als Gesamtheit so ausgestaltet, daß diese Gesamtheit
einen Querschnitt besitzt (der senkrecht zu der
Mittelachse der Durchflußkammer 4 genommen wird), der
bzw. dessen Fläche in Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes gesehen
stetig erst größer, dann kleiner und dann wieder größer
wird. Mit anderen Worten, der äußere Umfang (die
Umfangslinie) des Endes des schwer umströmbaren Körpers 8
gemäß der ersten Ausführungsform besitzt zwei lokale
Minima und zwei lokale Maxima. Zudem besitzt der letze
schwer umströmbare Teilbereich 80 hier einen hohlen
Endbereich 84, in den auch die obige Endauslaßöffnung 82
einmündet. Der Querschnitt des hohlen Endbereich 84 bzw.
der Aushöhlung 84, der senkrecht zu der Mittelachse der
Durchflußkammer genommen wird, wird in Strömungsrichtung
des durch die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden
Massestromes stetig größer.With the exception of the last two - in the direction of flow
seen - possessed
Die Kegelstümpfe 80 sind jeweils so hintereinander
angeordnet sind, daß die Fläche ihres Querschnitts, der
senkrecht zu der Mittelachse der Durchflußkammer 4
genommen wird, in Strömungsrichtung gesehen größer wird.
Mit anderen Worten, die (abgestumpfte) Spitze eines jeden
Kegelstumpfes ist dem durch die Durchflußkammer 4
hindurchströmenden Massestrom zugewandt, während die
Basis eines jeden Kegelstumpfes der Ausgangsöffnung 3 des
Gehäuses am nächsten liegt. Dies gilt sinngemäß auch für
die zwei letzten schwer umströmbaren Teilbereiche 80 in
der ersten Ausführungsform.The
Weiterhin sind die Kegelstümpfe so ausgestaltet und
angeordnet, daß - in Strömungsrichtung gesehen - jeder
nachfolgende Kegelstumpf etwas weiter - in Richtung senkrecht
zu der Mittelachse der Durchflußkammer 4 - in die
Strömung hineinragt als die vorhergehenden Kegelstümpfe.
Dies trifft analog auch wieder auf die zwei letzten
schwer umströmbaren Teilbereiche 80 zu.Furthermore, the truncated cones are designed and
arranged that - seen in the direction of flow - everyone
subsequent truncated cone a little further - in the vertical direction
to the central axis of the flow chamber 4 - in the
Current protrudes than the previous truncated cones.
This applies analogously to the last two
Wie in Fig. 1a gezeigt ist, weist die Durchflußkammer
4 in der ersten Ausführungsform einen
rotationssymmetrischen, sich in Strömungsrichtung
allmählich erweiternden Durchflußkammerabschnitt 41 auf,
dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Mittelachse der
Durchflußkammer 4 kreisförmig ist und in
Strömungsrichtung stetig zunimmt, und in dem der schwer
umströmbare Körper 8 angeordnet ist, derart, daß er ein
hocheffektives Superkavitationsfeld erzeugt.As shown in Fig. 1a, the
Wie in Figur 1a gezeigt ist, weist die
Durchflußkammer 4 des weiteren an ihrem Anfang, das heißt
an dem Ende, das der Eingangsöffnung 2 des Gehäuses 1 am
nächsten liegt, einen sich in Strömungsrichtung
verengenden Durchflußkammerabschnitt 42 auf, an den sich
der sich erweiternde Durchflußkammerabschnitt 41
anschliesst. Die Querschnittsfläche senkrecht zur
Mittelachse der Durchflußkammer 4 des sich verengenden
Durchflußkammerabschnitts 42 ist kreisförmig und nimmt in
Strömungsrichtung stetig zu, so daß eine Strömungseinengung
bereitgestellt ist und die Bildung der
Kavitationsfelder im nachfolgenden Bereich der Durchflußkammer
4 mittels des darin angeordneten schwer
umströmbaren Körpers 8 weiter optimiert wird. As shown in Figure 1a, the
Fig. 1b ist eine schematische Querschnittsansicht in
Längsrichtung eines Superkavitationsmischers 100 gemäß
einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der
Erfindung, die eine Modifikation der beispielhaften
ersten Ausführungsform von Fig. 1a darstellt.
Insbesondere unterscheidet sich die zweite
Ausführungsform der Erfindung von der ersten nur durch
zwei Modifikationen.1b is a schematic cross-sectional view in FIG
Longitudinal direction of a
Die erste Modifikation betrifft den schwer
umströmbaren Körper 8, der in der zweiten Ausführungsform
so ausgestaltet ist, daß jeder seiner schwer umströmbaren
Teilbereiche 80, der die Form eines Kegelstumpfes
besitzt, als Teilkörper 10 ausgebildet ist. Entsprechend
sind die - in Strömungsrichtung gesehen - zwei letzten
schwer umströmbaren Teilbereiche 80 der ersten
Ausführungsform nun als ein einziger Teilkörper 10
ausgebildet. Die durchströmbaren Zwischenräume 87
zwischen den schwer umströmbaren Teilbereichen 80 bzw.
Teilkörpern 10 werden mittels Abstandshaltern 9
realisiert. Als Gesamtheit besitzt der schwer umströmbäre
Körper 8 der zweiten Ausführungsform insbesondere
dieselbe Form wie der der ersten Ausführungsform. Man
vergleiche hierzu auch Fig. 2b, die eine vergrößerte
schematische Querschnittsansicht in Längsrichtung des
beispielhaften schwer umströmbaren Körpers 8 der
beispielhaften zweiten Ausführungsform von Fig. 1b
darstellt, mit der analogen Fig. 2a.The first modification affects the hard
Die zweite Modifikation betrifft die Durchflußkammer
4, die in der zweiten Ausführungsform zusätzlich eine
Ausbuchtung 20 aufweist. Wie in Fig. 1b gezeigt,
schliesst sich an den sich erweiternden
Durchflußkammerabschnitt 41 der Durchflußkammer 4 ein
Bereich der Durchflußkammer an, der eine
rotationssymmetrische Ausbuchtung 20 in der Wandung der
Durchflußkammer 4 entlang ihres Umfanges aufweist, wobei
sich diese Ausbuchtung 20 teilweise im Endbereich des
schwer umströmbaren Körpers 8 befindet. Die durch die
Ausbuchtung 20 bedingte Vergrößerung des Querschnitts der
Durchflußkammer 4 in Strömungsrichtung kann die Kavitationswirkung
und Mischwirkung des Superkavitationsmischers
100 gemäß der zweiten Ausführungsform weiter verstärken
und optimieren.The second modification concerns the
Als Modifikation der zweiten Ausführungsform - und
auch entsprechender anderer Ausführungsformen, wie sie im
folgenden diskutiert werden - kann sich die Ausbuchtung
20 auch an anderer Stelle befinden, d.h. sie kann in
Strömungsrichtung gesehen auch erst direkt hinter - oder
ein kleines Stück hinter - dem schwer umströmbaren Körper
8 beginnen, oder sie kann auch vollständig im Bereich des
schwer umströmbaren Körpers 8 - beispielsweise um seine
Mitte oder sein Ende herum - angeordnet sein.As a modification of the second embodiment - and
also corresponding other embodiments, as in
following can be discussed - the
Es versteht sich weiter, daß die Ausbuchtung 20 in
einer entsprechenden Ausführungsform nicht notwendigerweise
rotationssymmetrisch sein muß, selbst wenn die
Durchflußkammer 4 rotationssymmetrisch ist, ebenso wie
die Ausbuchtung 20 nicht ununterbrochen bzw. vollständig
entlang des Umfangs der Durchflußkammer 4 ausgebildet
sein muß. Form und Anordnung einer - oder auch
mehrerer - Ausbuchtungen 20 ergibt sich allein daraus, daß die
Kavitationswirkung und Mischwirkung des erfindungsgemäßen
Superkavitationsmischers 100 verstärkt und optimiert
wird.It is further understood that the
An dieser Stelle sei betont, daß jede mögliche
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Superkavitationsmischers 100 sich insbesondere dadurch
auszeichnet, daß der Querschnitt der Durchflußkammer 4,
der senkrecht zu ihrer Mittelachse genommen wird,
wenigstens in einem Teil des Bereichs, der den schwer
umströmbaren Körper 8 umgibt, in Strömungsrichtung des
durch die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes
größer wird. Dieser sich aufweitende Teil der
Durchflußkammer 4 ist wesentlich für die Erzeugung des
erfindungsgemäßen höchsteffektiven Superkavitationsfeldes,
da die dann von dem schwer umströmbaren
Körper 8 hervorgerufenen Kavitationsfelder eine besonders
hohe Kavitationswirkung bzw. Mischwirkung bekommen, das
heißt, ihre Überlagerung - das Superkavitationsfeld - ist
dazu in der Lage, eine besonders homogene und besonders
langzeitstabile Mischung der Komponenten eines durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes zu
erzeugen, verglichen mit den bisher nach dem Stand der
Technik bekannten Mischungen, selbst für nach dem Stand
der Technik schwerst mischbare Komponenten, und auch ohne
Zusatzstoffe, die eine Mischwirkung besitzen (Additive),
wie sich experimentell gezeigt hat.At this point it should be emphasized that every possible
Embodiment of the invention
Und dieser sich aufweitende Teil der Durchflußkammer
4 kann allgemein so realisiert werden, daß die
Durchflußkammer 4 gemäß der vorliegenden Erfindung als
ganzes oder nur in einem Teilbereich oder in mehreren,
nicht notwendigerweise zusammenhändenden Teilbereichen,
der bzw. die jeweils wenigstens einen Teil des schwer
umströmbaren Körpers 8 umgeben, so ausgestaltet ist, daß
der Querschnitt der Durchflußkammer 4 in diesem sich
aufweitenden Teil der Durchflußkammer 4 in
Strömungsrichtung des durch die Durchflußkammer 4
hindurchströmenden Massestromes größer wird.And this expanding part of the
Dieser sich aufweitende Teil der Durchflußkammer 4
kann insbesondere durch einen sich stetig erweiternden,
rotationssymmetrischen Durchflußkammerabschnitt 41 wie in
Fig. 1a gezeigt realisiert werden, oder allein durch
einen vorderen Teilbereich einer Ausbuchtung 20, oder
durch eine Kombination zweier solcher Bereiche 41 und 20
wie in Fig. 1b gezeigt. Andere, nicht notwendigerweise
rotationssymmetrische oder sich ganz um die
Durchflußkammer 4 herum erstreckende entsprechende
einzelne oder verteilte Teilbereiche einer
Durchflußkammer 4, sofern diese alle nur wenigstens
teilweise im Bereich des schwer umströmbaren Körpers 8
liegen und ihr Querschnitt in Strömungsrichtung des durch
die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes
größer wird, sind ebenfalls geeignet.This widening part of the
Im folgenden werden nun weitere Modifikationen der
vorstehend beschriebenen ersten und zweiten
Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben
werden, die alle unabhängig voneinander realisiert und
kombiniert werden können und dann jeweils wieder eine
weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Superkavitationsmischers 100 darstellen.In the following, further modifications of the
first and second described above
Embodiments and their modifications described
which are all realized independently of each other and
can be combined and then one at a time
further possible embodiment of the
Im Gegensatz zu den beispielsweise in Fig. 1a und 1b
schematisch gezeigten ersten und zweiten Ausführungsformen
muß weder die Rotationssymmetrie der
Durchflußkammer 4 noch die des schwer umströmbaren
Körpers 8 noch die der Halterung 6 ebenso wie deren
gemeinsame rotationssymmetrische Anordnung für alle
Ausführungsformen der Erfindung gegeben sein, sondern nur
insoweit, als dies für die Erzeugung der entsprechenden
Kavitationsfelder erforderlich ist.In contrast to the example in Fig. 1a and 1b
schematically shown first and second embodiments
neither the rotational symmetry of the
Der schwer umströmbare Körper erzeugt, wenn er von
dem zu vermischenden Massestrom in der Durchflußkammer 4
umströmt wird, mehrerer Kavitationsfelder, die sich
einander überlagern, und somit insbesondere in
Strömungsrichtung hinter dem schwer umströmbaren Körper 8
ein Superkavitationsfeld bilden. Es sei angemerkt, daß
sich dieses Superkavitationsfeld - je nach spezieller
Ausgestaltung des schwer umströmbaren Körpers 8, der
Durchflußkammer 4 und ihrer relativen Anordnung zueinander
- auch teilweise oder vollständig um den schwer
umströmbaren Körper 8 herum erstreckt.The body that is difficult to flow around produces when it is
the mass flow to be mixed in the
Die Halterung 6 für den schwer umströmbaren Körper 8
ist in der ersten und zweiten Ausführungsform so
ausgestaltet (als Stange) und angeordnet, daß sie durch
eine Öffnung 5 in dem Gehäuse 1 in das Gehäuse und die
Durchflußkammer 4 hineinragt. Die Halterung 6 kann aber
im Prinzip beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise als
torusartige Vorrichtung, die einem Rad mit Speichen
ähnelt, derartig, daß sie vollständig in der
Durchflußkammer 4 des Gehäuses 1 angeordnet werden kann,
beispielsweise an einem Teilbereich der Innenwand der
Durchflußkammer 4, so ähnlich wie in DE-A-4433744.The
Ferner, obwohl in Fig. 1a und 1b nicht gezeigt bzw.
nicht zu sehen, kann die Halterung 6 eine Vorrichtung umfassen
bzw. mit einer Vorrichtung verbunden sein, die
dazu geeignet ist, den schwer umströmbaren Körper 8.
alleine oder in Verbindung mit der Halterung 6 - im
Bereich der Durchflußkammer 4 entlang der Richtung der
Mittelachse der Durchflußkammer zu verschieben. Somit
kann der schwer umströmbare Körper 8 als ganzes relativ
in Bezug auf den sich aufweitenden Teil der
Durchflußkammer 4 (beispielsweise realisiert durch einen
sich erweiternden Durchflußkammerabschnitt 41 und/oder
eine Ausbuchtung 20 der Durchflußkammer 4) verschoben und
positioniert werden, derart, daß die Mischwirkung des vom
schwer umströmbaren Körper 8 hervorgerufenen
Superkavitationsfeldes optimal eingestellt werden kann,
sowohl in Bezug auf die Art der zu vermischenden Komponenten
als auch in Bezug auf weitere Prozeßparameter
und/oder Zielparameter des gewünschten gemischten Massestromes. Furthermore, although not shown in FIGS. 1a and 1b or
not visible, the
Eine besonders einfache Einstellung bzw. Einregelung
des Superkavitationsfeldes auf diese Weise kann erreicht
werden, wenn ein Teil oder die ganze Durchflußkammer 4
durchsichtig, beispielsweise aus entsprechendem
Kunststoff, ausgestaltet ist, so daß man direkt visuell
diese Einstellung überprüfen bzw. vornehmen kann.A particularly simple setting or adjustment
of the super cavitation field in this way can be achieved
if part or all of the
Wie schon in Verbindung mit der ersten und zweiten
Ausführungsform diskutiert, kann der schwer umströmbare
Körper 8 aus einem einzigen Stück oder aus einer Vielzahl
von schwer umströmbaren Teilkörpern 10 bestehen, die
entsprechend angeordnet sind. Es sei betont, daß diese
'Zerlegung' des schwer umströmbaren Körpers 8 beliebig
vorgenommen werden kann, sofern nur seine Gesamtform dazu
geeignet ist - in Verbindung mit der entsprechend
gestalteten Durchflußkammer 4 - das erfindungsgemäße
Superkavitationsfeld zu erzeugen. Insbesondere kann jeder
schwer umströmbare Teilkörper 10 einen oder mehrere der
schwer umströmbaren Teilbereiche 80 des schwer
umströmbaren Körpers 8 umfassen.As in connection with the first and second
Discussed embodiment can be difficult to flow around
Wie in Fig. 2b gezeigt, können dabei die einzelnen
Teilkörper 10 mittels Abstandshalter 9 in einem jeweils
vorbestimmten Abstand voneinander entlang der Mittelachse
des schwer umströmbaren Körpers 8 angeordnet werden. Die
durchströmbaren Zwischenräume 87 zwischen den schwer umströmbaren
Teilbereichen 80 bzw. schwer umströmbaren
Teilkörpern 10 eines schwer umströmbaren Körpers 8 können
so individuell eingestellt werden, so daß die
Mischwirkung des erzeugten Superkavitationsfeldes
verstärkt bzw. optimiert werden kann.As shown in Fig. 2b, the individual
Die Abstandshalter 9 können aus einem elastischen
Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen, so daß das
durch die Durchflußkammer 4 hindurchströmende Medium, die
erzeugten Kavitationsfelder und die Teilkörper 10 in
einer rückgekoppelten Beziehung stehen, derart, daß die
Teilkörper 10 in Schwingungen versetzt werden, so daß
wiederum die Kavitationswirkung bzw. Mischwirkung der
Kavitationsfelder verstärkt bzw. optimiert wird.The
Eine weitere Möglichkeit in diesem Zusammenhang ist
beispielsweise die Teilkörper 10 eines schwer
umströmbaren Körpers 8 jeweils an dem Ende einer hohlen
Stange zu befestigen bzw. anzuordnen, so daß der schwer
umströmbare Körper durch entsprechendes Ineinanderstecken
der einzelnen Stangen, deren Querschnitt jeweils
entsprechend zunimmt, realisiert werden kann, ähnlich wie
in EP-A-0644271. Solche wie gerade beschrieben
ineinandergesteckten Stangen mit jeweils einem Teilkörper
10 an ihrem Ende können dann unabhängig voneinander
entlang der Richtung ihrer Mittelachse verschoben werden.
Mit anderen Worten, jeder der Teilkörper 10 eines so
ausgestalteten schwer umströmbaren Körpers 8 kann
unabhängig von allen anderen entlang der Richtung der
Mittelachse der Durchflußkammer 4 verschoben werden.Another possibility in this context is
for example, the
In dem zuletzt beschriebenen Beispiel stellt die
Gesamtheit der hohlen Stangen die Halterung 6 dar. Dem
Fachmann fallen aber ohne weiteres auch andere Ausgestaltungen
des schwer umströmbaren Körpers 8 und der
Halterung 6 ein, derart, daß ein aus mehreren Teilkörpern
10 bestehender schwer umströmbare Körper 8 so
ausgestaltet ist, daß mindestens einer seiner Teilkörper
10 unabhängig von allen anderen entlang der Richtung der
Mittelachse der Durchflußkammer 4 verschoben werden kann.In the example described last, the
The entirety of the hollow rods represents the
Wie in den Figuren 1a, 1b, 2a und 2b zu sehen,
besitzen die schwer umströmbaren Teilbereiche 80 bzw.
schwer umströmbaren Teilkörper 10 eines schwer umströmbaren
Körpers 8 typischerweise die Form eines Kegelstumpfes.
Aber auch verwandte Formen wie die Form eines
Kegelstumpfes mit gewellter Oberfläche oder die Form
einer Halbkugel sind ebenfalls geeignet, um
Kavitationsfelder zu erzeugen.As can be seen in FIGS. 1a, 1b, 2a and 2b,
have the
Allgemein ist jeder schwer umströmbare Teilbereich 80
bzw. schwer umströmbare Teilkörper 10 eines schwer
umströmbaren Körpers 8 so ausgebildet, daß sein
Querschnitt, der senkrecht zu der Mittelachse der Durchflußkammer
genommen wird, an dem Ende des Teilkörpers 8,
das der Eingangsöffnung 2 der Durchflußkammer 4 am
nächsten liegt, kleiner ist als an dem Ende des
Teilkörpers, das der Ausgangsöffnung 3 der
Durchflußkammer 4 am nächsten liegt.In general, each partial area that is difficult to flow around is 80
or difficult to flow around
Im Fall von Kegelstümpfen oder Halbkugeln bedeutet
dies, daß diese jeweils so hintereinander angeordnet
sind, daß die Fläche bzw. die äußere Umfangslinie ihres
Querschnitts, der senkrecht zu der Mittelachse der
Durchflußkammer 4 genommen wird, in Strömungsrichtung
gesehen größer wird, wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen
ist. Mit anderen Worten, die "Spitze" eines jeden
Kegelstumpfes bzw. einer jeden Halbkugel ist dem durch
die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestrom
zugewandt, während die Basis eines jeden Kegelstumpfes
bzw. einer jeden Halbkugel der Ausgangsöffnung 3 des
Gehäuses am nächsten liegt.In the case of truncated cones or hemispheres means
this is that these are arranged one behind the other
are that the surface or the outer circumference of their
Cross section that is perpendicular to the central axis of the
Im vorhergehenden Absatz beschriebenen Beispiel
können die Kegelstümpfe oder Halbkugeln auch - in
Richtung entgegen der Strömungsrichtung gesehen (von
ihrer Basis her) - ausgehöhlt sein, also die Form von
hohlen Kegelstümpfen oder hohlen Halbkugeln besitzen.
Dies gilt auch allgemein, d.h. die Teilbereiche 80 oder
Teilkörper 10 können ebenfalls alle oder teilweise in
Richtung entgegen der Strömungsrichtung gesehen
ausgehöhlt sein.Example described in the previous paragraph
the truncated cones or hemispheres can also - in
Direction seen against the flow direction (from
base) - be hollowed out, i.e. the shape of
have hollow truncated cones or hollow hemispheres.
This also applies in general, i.e. the subareas 80 or
Es hat sich als vorteilhaft für die Erzeugung der
Kavitationsfelder erwiesen, wenn der äußerste Rand eines
Teilbereichs 80 bzw. eines Teilkörpers 10, d.h. der
Randbereich, der von der Mittelachse der Durchflußkammer
4 den größten Abstand besitzt und so das Ausmaß der
Strömungseinengung bestimmt, jeweils in Richtung
senkrecht zu der Mittelachse der Durchflußkammer 4 etwas
weiter in den hindurchströmenden Massestrom hineinreicht
als der äußerste Rand eines in Strömungsrichtung gesehen
davor befindlichen Teilbereiches 80 bzw. Teilkörpers 10.
Die Figuren 1 bis 2 zeigen entsprechende Teilbereiche 80
bzw. Teilkörper 10, auf die dies zutrifft. Es versteht
sich jedoch, daß dies nicht allgemein auf jeden oder alle
Teilbereiche 80 bzw. Teilkörper 10 eines schwer
umströmbaren Körpers 8 zutreffen muß, sofern der schwer
umströmbare Körper 8 in seiner Gesamtform immer noch - in
Verbindung mit der entsprechend gestalteten
Durchflußkammer 4 - das erfindungsgemäße Superkavitationsfeld
erzeugen kann.It has proven to be beneficial for generating the
Cavitation fields proved when the outermost edge of a
Um die Bildung der Kavitationsfelder und deren Mischwirkung
zu optimieren, kann ein schwer umströmbarer
Teilbereich 80 oder Teilkörper 10 auch so ausgestaltet
sein, daß er auf einem Teil seiner Oberfläche eine
Vielzahl von Erhebungen 88 aufweist. Diese Erhebungen 88
können beispielsweise die Form von kleinen Kegelspitzen
oder eine damit verwandte Form besitzen.About the formation of the cavitation fields and their mixing effect
Optimizing can be a difficult flow
Hat der Teilbereich 80 bzw. Teilkörper 10 die Form
eines hohlen oder vollen Kegelstumpfes, wie in Fig. 3a
schematisch im Querschnitt gezeigt, und besitzen die
Erhebungen 88 wiederum die Form von kleinen Kegelspitzen,
so ist es vorteilhaft, wenn diese Kegelspitzen so
orientiert werden, daß ihre Symmetrieachsen alle parallel
zueinander und zu der Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes
orientiert sind und daß jede Kegelspitze dem durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestrom zugewandt
ist, wie in Fig. 3a gezeigt (in Fig. 3a entspricht die
Strömungsrichtung der Richtung von links nach rechts).The
Abweichend von Fig. 3a können die kleinen Erhebungen
88 natürlich auch anders orientiert und/oder ausgestaltet
sein, auch in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der
Teilbereiche 80 bzw. Teilkörper 10. Vorteilhaft sind
beispielsweise auch konzentrisch angeordnete, ringartig
verlaufende Erhebungen 88 mit einer scharfen oberen
Kante, die dem durch die Durchflußkammer 4
hindurchströmenden Massestrom jeweils ganz oder teilweise
zugewandt ist.Deviating from Fig. 3a, the
Obwohl in den Ausführungsformen nach den Figuren 1a
und 1b die Durchflußkammer 4 an ihrem Anfang, das heißt
an dem Ende, das der Eingangsöffnung 2 des Gehäuses 1 am
nächsten liegt, einen sich in Strömungsrichtung
verengenden Durchflußkammerabschnitt 42 aufweist, um die
Bildung der Kavitationsfelder im nachfolgenden Bereich
der Durchflußkammer 4 mittels des darin angeordneten
schwer umströmbaren Körpers 8 zu unterstützen, ist es
klar, daß dies nicht unbedingt der Fall sein muß. So kann
dieser Abschnitt der Durchflußkammer 4 auch zylindrisch
sein oder eine andere Form, beispielsweise mit konstantem
Querschnitt, besitzen.Although in the embodiments according to FIGS. 1a
and 1b the
Wie schon in Verbindung mit der ersten und zweiten
Ausführungsform beschrieben, hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, das Ende des schwer umströmbaren Körpers 8, das
heißt die zwei schwer umströmbaren Teilbereiche 80 (plus
dem zugehörigen dazwischenliegenden durchströmbaren
Zwischenraum 87) bzw. den Teilkörper 10, die bzw. der von
allen Teilbereichen bzw. Teilkörpern der Ausgangsöffnung
3 des Gehäuses 1 am nächsten liegt, so auszugestalten,
daß sein Querschnitt, der senkrecht zu der Mittelachse
der Durchflußkammer 4 genommen wird, in Strömungsrichtung
des durch die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden
Massestromes gesehen erst größer und dann kleiner und
dann wieder größer wird.As in connection with the first and second
Described embodiment, it has proven to be advantageous
proven the end of the
Beispiele für diese Ausgestaltung sind in den Figuren
3b bis 3f gezeigt, die schematische Querschnittsansichten
entlang der Längsrichtung bzw. Symmetrieachse eines
rotationssymmetrischen Endteilbereiches bzw.
Endteilkörpers eines schwer umströmbaren Körpers 8
darstellen. Wie in den Figuren 3b bis 3f zu sehen ist,
nimmt bei dieser Ausgestaltung des schwer umströmbaren
Körpers 8 die Fläche bzw. die äußere Umfangslinie des
zugehörigen Querschnitts in den Figuren von links nach
rechts - was in den Figuren 1 bis 3 gleich der Strömungsrichtung
des durch die Durchflußkammer 4 hindurchströmenden
Masseströmes ist - von einem Anfangswert
(lokalen Minimalwert) startend erst stetig - nicht unbedingt
linear - bis zu einem ersten lokalen Maximalwert
zu, und dann stetig ab bis zu einem lokalen minimalen
Querschnittswert und von da an wiederum stetig zu bis
einem globalen Maximalwert ganz am Ende des letzten
Teilbereiches bzw. Teilkörpers. Es versteht sich, daß
dieses Querschnittsverhalten unabhängig davon ist, ob der
schwer umströmbare Körper voll massiv ist oder eine
hindurchgehende Bohrung 82 besitzt, wie in Figuren 3c, 3e
und 3f bzw. in den Figuren 3b und 3d gezeigt.Examples of this configuration are in the figures
3b to 3f show the schematic cross-sectional views
along the longitudinal direction or axis of symmetry of a
rotationally symmetrical end portion or
End part body of a
Allgemein kann das Ende des schwer umströmbaren
Körpers 8 massiv bzw. eben sein - wie beispielsweise in
Fig. 3e - oder kann allgemein einen hohlen Endbereich 84
aufweisen, der der Ausgangsöffnung 3 des Gehäuses 1
zugewandt ist, wobei der Querschnitt dieses Hohlraumes,
der senkrecht zu der Mittelachse der Durchflußkammer
genommen wird, in Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes stetig
größer wird, wie beispielsweise in den Figuren 3b, 3c, 3d
und 3f gezeigt. Bei dem in den Figuren 3b, 3c, 3d und 3f
jeweils gezeigten rotationssymmetrischen Ende des schwer
umströmbaren Körpers 8 bedeutet dies, daß der Querschnitt
des Hohlraumes 84, der senkrecht zu der Mittelachse der
Durchflußkammer genommen wird, die Form eines Kreises
besitzt, und daß die Fläche dieser Querschnittskreise in
Strömungsrichtung stetig größer wird.In general, the end of the
Wie in Fig. 3b und 3c gezeigt kann dabei der hohle
Endbereich 84 so ausgestaltet sein, daß jede seiner Querschnittsflächen,
die in Längsrichtung genommen wird und
seine Symmetrieachse vollständig enthält, eine Randlinie
besitzt, die in Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchströmenden Massestromes gesehen
im mathematischen Sinne konvex verläuft. Analog, und wie
in Fig. 3d und 3f gezeigt, kann diese Randlinie im
mathematischen Sinne konkav verlaufen.As shown in Fig. 3b and 3c, the
Bei der Ausgestaltung des Endes des schwer
umströmbaren Körpers nach Fig. 3f beachte man auch, daß
hier auf einem Teil seiner Oberfläche eine Vielzahl der
Erhebungen 88 angeordnet sind, entweder in der Form von
kleinen Kegelspitzen oder in der Form von konzentrisch
angeordneten, ringartig verlaufende Erhebungen mit einer
scharfen oberen Kante.When designing the end of the hard
flowable body according to Fig. 3f also note that
here a part of its surface on part of its
Unabhängig von allen bisher diskutierten
Ausgestaltungen und Modifikationen in Bezug auf den
schwer umströmbaren Körper 8 sollte beachtet werden, daß
ein schwer umströmbarer Teilbereich 80 bzw. schwer
umströmbarer Teilkörper 10 weder rotationssymmetrisch,
noch symmetrisch in einem anderen Sinne, noch durchgehend
sein muß. Ähnlich wie in EP-A-644271 kann so ein schwer
umströmbarer Teilbereich 80 bzw. Teilkörper 10 in
Strömungsrichtung gesehen hindurchgehende Aussparungen
aufweisen. So zeigen die Figuren 4a und 4b Beispiele für
schwer umströmbare Teilbereiche 80 bzw. Teilkörper 10, in
Strömungsrichtung gesehen, deren Querschnitt, senkrecht
zu der Mittelachse der Durchflußkammer 4 genommen, die
Fläche eines Kreises besitzt, minus mehrerer Segmente
bzw. Kreisabschnitte 11 und/oder minus mehrerer Sektoren
bzw. Kreisausschnitte, genauer gesagt Kreisringe, 12.Regardless of all previously discussed
Refinements and modifications in relation to the
difficult to flow around
Damit der schwer umströmbare Körper 8 durch die Einwirkung der Kavitationsfelder nicht selbst beschädigt wird, ist es vorteilhaft, wenn er mindestens teilweise aus einem elastischen nichtmetallischen Material besteht oder mindestens teilweise einen elastischen nichtmetallischen Überzug aufweist, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff.So that the body around 8 difficult to flow through The action of the cavitation fields is not itself damaged it is advantageous if it is at least partially consists of an elastic non-metallic material or at least partially an elastic one has non-metallic coating, for example a suitable plastic.
Der schwer umströmbare Körper 8 und die Halterung 6
können allgemein massiv ausgebildet sein. Sie können aber
auch allgemein jeweils mit einem hindurchgehenden
Hohlraum 83 bzw. 63 ausgestaltet und über entsprechende
Öffnungen 82 bzw. 81 miteinander verbunden sein, so daß
ein Teil des zu vermischenden Massestromes nicht über die
Eingangsöffnung 2 des Gehäuses 1, sondern über eine
entsprechende Einlaßöffnung 61 der Halterung 6 und eine
entsprechende Auslaßendöffnung 82 des schwer umströmbaren
Körpers 8 direkt in die Durchflußkammer eingeführt werden
kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der so direkt
in die Durchflußkammer einzuführende Teil des zu
vermischenden Massestromes gasförmig ist und der andere
Teil, der über die Eingangsöffnung 2 des Gehäuses 1
eingeführt wird, flüssig ist. The
Zu diesem Zweck kann der schwer umströmbare Körper 8
natürlich mehr als eine Auslaßöffnung 82 aufweisen, die
in Abhängigkeit von der erwünschten Mischwirkung und
Kavitationswirkung des entsprechenden erfindungsgemäßen
Superkavitationsmischers 100 auf entsprechende Weise über
den gesamten schwer umströmbaren Körper 8 verteilt
angeordnet werden.For this purpose, the
So ist beispielsweise in Fig. 2c ein schwer umströmbarer
Körper 8 gezeigt, der zwar von der äußeren
Gesamtform her dem der ersten bzw. zweiten
Ausführungsform gleicht, der aber zudem einen
hindurchgehenden Hohlraum 83 mit mehreren Auslaßöffnungen
besitzt. Eine dieser Auslaßöffnungen ist die schon in den
Figuren 1a und 1b gezeigte zentrale Auslaßendöffnung 82.For example, in Fig. 2c is a
Weiterhin besitzt der in Fig. 2c gezeigte schwer umströmbare
Körper 8, der im Prinzip eine Weiterbildung des
in Fig. 2b gezeigten schwer umströmbaren Körpers 8 ist,
einen hindurchgehenden Hohlraum 83 mit Auslaßzwischen-Öffnungen
85, die sich jeweils in einem Oberflächenteilbereich
des schwer umströmbaren Körpers 8 befinden, der
der Innenwand der Durchflußkammer 4 mindestens teilweise
zugewandt ist und der sich zwischen zwei benachbarten
schwer umströmbaren Teilbereichen 80 bzw. schwer
umströmbaren Teilkörpern 10 des schwer umströmbaren
Körpers 8 befindet.Furthermore, the one shown in FIG. 2c has a
Weiter besitzt der in Fig. 2c gezeigte schwer
umströmbare Körper 8 einen hindurchgehenden Hohlraum 83
mit Auslaßseitenöffnungen 86, die sich jeweils in einem
Oberflächenteilbereich des schwer umströmbaren Körpers 8
befinden, der der Innenwand der Durchflußkammer 4
mindestens teilweise zugewandt ist und der sich im
Bereich eines schwer umströmbaren Teilbereiches 80 bzw.
schwer umströmbaren Teilkörpers 10 des schwer
umströmbaren Körpers 8 befindet.Furthermore, the one shown in Fig. 2c is
Es versteht sich, daß weder die
Auslaßzwischenöffnungen 85 noch die Auslaßseitenöffnungen
86 so symmetrisch, wie in Fig. 2c gezeigt, angeordnet
werden müssen. Ebenso kann der durch den schwer
umströmbaren Körper 8 hindurchgehende Hohlraum 83 nur
eine Auslaßendöffnung 82 oder nur eine oder mehrerer
Auslaßzwischenöffnungen 85 oder nur eine oder mehrerer
Auslaßseitenöffnungen 86 aufweisen. Oder der hindurchgehende
Hohlraum 83 weist nur eine oder mehrere Auslaßzwischenöffnungen
85 oder nur eine oder mehrere
Auslaßseitenöffnungen 86 auf. Auch kann in jedem Fall, wo
eine Auslaßendöffnung 82 vorhanden ist, diese auch durch
entsprechend angeordnete mehrere Auslaßendöffnungen 82,
die sich am Ende des schwer umströmbaren Körpers 8
befinden und der Ausgangsöffnung 3 des Gehäuses 1
zugewandt sind, ersetzt werden.It is understood that neither
Outlet
Unabhängig von allen bisher beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen davon kann der erfindungsgemäße Superkavitationsmischer des weiteren eine Ultraschallvorrichtung und/oder Laservorrichtung umfassen, um die Mischwirkung und/oder Kavitationsbildung der gesamten Vorrichtung zu optimieren.Regardless of all previously described Embodiments and modifications thereof can be the supercavitation mixer according to the invention further an ultrasound device and / or laser device include the mixing action and / or cavitation optimize the entire device.
Zu diesem Zweck kann der schwer umströmbare Körper 8
als ganzes oder teilweise direkt mit Ultraschall beaufschlagt
werden. Dies versetzt den schwer umströmbaren
Körper 8 als ganzes und/oder in entsprechenden
Teilbereichen in Schwingungen. Unabhängig davon kann man
auch den hindurchströmenden Massestrom an einer
geeigneten Stelle in der Durchflußkammer 4 - oder auch an
mehreren Stellen oder auch in der gesamten
Durchflußkammer 4 - mit Ultraschall beaufschlagen, um
beispielsweise Verwirbelungen, Druckwellen, Ultraschallkavitation
oder verwandte Effekte zu erzeugen, die die
hydrodynamische Kavitationsbildung unterstützen oder
ergänzen und/oder weitere positive Einwirkung auf die
Mischwirkung der gesamten Vorrichtung besitzen. Des
weiteren kann eine Ultraschallvorrichtung den schwer umströmbaren
Körper oder Teile davon auch direkt in Ultraschallschwingungen
versetzen, ebenso wie einen geeigneten
Teil der Durchflußkammer 4 bzw. die gesamte
Durchflußkammer 4, um die gerade beschriebenen Effekte
und positive Einwirkungen oder ähnliche zu erzielen.For this purpose, the
Analog kann eine Laservorrichtung den Massestrom bzw.
einen Teil davon in der Durchflußkammer 4 mit Laserlicht
beaufschlagen, um so beispielsweise ebenfalls Kavitation
zu erzeugen oder zu unterstützen, beispielsweise auch
durch lokale Erwärmung, die unter anderem auch auf die
Strömungsrichtung und Wirbelbildung Einfluß haben kann.Analogously, a laser device can measure the mass flow or
part of it in the
Bei allen bisher diskutierten Ausführungsformen und
Modifikationen davon kann des weiteren, um die
Mischwirkung der gesamten Vorrichtung zu unterstützen, am
Anfang und/oder Ende der Durchflußkammer 4, das heißt, an
dem Ende, das der Eingangsöffnung 2 des Gehäuses 1 am
nächsten liegt, und/oder an dem Ende, das der
Ausgangsöffnung 3 des Gehäuses 1 am nächsten liegt,
jeweils eine Wendelvorrichtung 90 bereitgestellt sein,
wie sie in Fig. 5 schematisch in einer perspektivischen
Ansicht skizziert ist.In all the previously discussed embodiments and
Modifications thereof can also be made to the
To support the mixing effect of the entire device
Start and / or end of the
Eine Wendelvorrichtung 90 besteht im wesentlichen aus
einer Vielzahl von wendelartig ausgebildeten Elementen 92
und aus einer Außenwandung 94, die so ausgebildet ist,
daß die Wendelvorrichtung 90 am entsprechenden Ende der
Durchlaßkammer 4 angeordnet und befestigt werden kann,
beispielsweise mittels eines Dichtungsgummis 96. Die
Außenwandung 94 umschließt einen hindurchgehenden
Hohlraum, in dem die Vielzahl von wendelartigen Elementen
92 angeordnet sind. Die wendelartigen Elemente 92 haben
dabei eine längliche, im wesentlichen flache bzw.
zweidimensionale Form und verlaufen im wesentlichen in
Richtung der Strömungsrichtung des durch die
Durchflußkammer 4 hindurchstömenden Massestromes, sind
dabei aber entlang dieser Richtung so schraubenförmig
bzw. wendelartig oder spiralig verdrillt oder verbogen,
wobei sie beispielsweise mit einem Teil ihrer Längskante
an der Innenwand der Außenwandung 94 befestigt sind, daß
der hindurchströmende Massestrom in mehrere Teilströme
aufgeteilt wird, die zudem durch die wendelartige
Ausbildung der Elemente 92 jeweils in Rotation versetzt
werden. Dieses Prinzip der Vermischung von Strömen
mittels wendelartiger Vorrichtungen ist im Fachgebiet
allgemein bekannt.A
Mehrere erfindungsgemäße Superkavitationsmischer 100,
jeweils gemäß einer der bisher beschriebenen Ausführungsformen
und Modifikationen davon, können miteinander
kombiniert bzw. gekoppelt werden, derart, daß das von
jedem einzelnen erfindungsgemäßen Superkavitationsmischer
100 erzeugte Superkavitationsfeld mit dem von allen
anderen Superkavitationsmischern 100 erzeugten
Superkavitationsfeldern überlagert wird. In solch einer
Einrichtung 200, wie sie schematisch in Fig. 6 in einer
Querschnittsansicht anhand von zwei gekoppelten
Superkavitationsmischern 100 veranschaulicht wird, kann
durch die Überlagerung der mehreren
Superkavitationsfelder deren Kavitationswirkung und
Mischwirkung insgesamt nochmals potenziert werden.
Außerdem hat solch eine Einrichtung 200 den Vorteil,
daß ein Gesamtmassestrom nicht durch eine einzelne
Vorrichtung hindurch mittels einer entsprechend
dimensionierten Pumpe gepreßt werden muß, sondern daß
dieser zu vermischende Gesamtstrom auf die einzelnen, zu
der Einrichtung 200 gehörenden Superkavitationsmischer
100 aufgeteilt werden kann, so daß jeweils pro
Superkavitationsmischer 100 nur eine wesentlich kleiner
dimensionierte Pumpe erforderlich ist. Dies erhöht die
Effektivität bzw. Energieausnutzung der Einrichtung.In addition, such a
In der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung 200 sind die
einzelnen Superkavitationsmischer 100 so miteinander verbunden
und gekoppelt, daß ihre einzelnen Durchflußkammern
4 nahtlos in eine nachfolgende gemeinsame Durchflußkammer
40 übergehen. Mit anderen Worten, die Ausgangsöffnungen 3
der Gehäuse 1 der Superkavitationsmischer 100 sind zu
einer einzigen gemeinsamen Öffnung 30 verbunden bzw.
überlagert, die die Eingangsöffnung der gemeinsamen
nachfolgenden Durchflußkammer 40 darstellt. Im Bereich
der Eingangsöffnung 30, das heißt, im Eingangsbereich der
gemeinsamen Durchflußkammer 40, überlagern sich dann die
von jedem Superkavitationsmischer 100 erzeugten
Superkavitationsfelder. Nach der Beaufschlagung mit den
überlagerten Superkavitationsfeldern wird der gesamte
durch die Einrichtung 200 hindurchströmende Massestrom
durch die Ausgangsöffnung 50 der Durchflußkammer 40
entnommen.In the
Man beachte auch, daß in der Einrichtung 200 die einzelnen
Superkavitationsfelder vorteilhafterweise symmetrisch
einander überlagert werden, das heißt, einander
äquivalente räumliche Bereiche der jeweiligen
Superkavitationsfelder werden miteinander überlagert.
Sind dies die Bereiche der stärksten bzw. optimalen
Kavitationswirkung eines jeden Superkavitationsfeldes, so
potenziert sich in der Überlagerung deren Wirkung
optimal. Allerdings kann diese symmetrische Art der
Überlagerung auch aufgegeben werden, wenn dadurch eine
bessere Mischwirkung oder andere erwünschte Effekte
erreicht werden können bzw. sollen.It should also be noted that in
Eine zur obigen Einrichtung 200 analoge Einrichtung,
in der mehrere Superkavitationsfelder überlagert werden,
ist auch mit den in DE-A-4433744 offenbarten
Superkavitationsmischern möglich.A device analogous to
Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen und
Modifikationen davon sollte beachtet werden, daß der
durch einen erfindungsgemäßen Superkavitationsmischer 100
hindurchgeleitete Massestrom nach seiner Entnahme aus der
Ausgangsöffnung 3 des Gehäuses 1 (bzw. der
Ausgangsöffnung 50 der Durchflußkammer 40) teilweise oder
ganz rückgeführt werden kann - über die Eingangsöffnung 2
des Gehäuses 1 und/oder die entsprechende Einlaßöffnung
61 der Halterung 6 -, um so nochmals teilweise oder als
ganzes behandelt zu werden. Dies gilt selbstverständlich
analog auch für die Einrichtung 200, in der mehrere
Superkavitationsmischer gekoppelt sind.In all the embodiments and described so far
Modifications of it should be noted that the
by a
Abschließend sei nochmals betont, daß alle Ausgestaltungen
des schwer umströmbaren Körpers 8, in denen dieser
aus mehreren Einzelteilen besteht, auch auf entsprechende
Weise so realisiert werden können, daß der schwer
umströmbare Körper aus einem Stück besteht. Dabei geht
nur eine gegebenenfalls vorhandene unabhängige relative
Beweglichkeit entsprechender Einzelteile verloren.Finally, it should be emphasized again that all configurations
of the
Zusammengefaßt stellt eine erfindungsgemäße
Vorrichtung 100 zum Vermischen der Komponenten eines
hindurchströmenden Massestromes eine besonders homogene
und extrem bzw. beliebig lange stabile Mischung bereit,
auch wenn nach dem Stand der Technik nicht oder nur
schwerst mischbare Komponenten gemischt werden, und auch
ohne die Verwendung von Zusatzstoffen (Additiven,
Emulgatoren u.ä) zur Unterstützung der Mischwirkung. Die
Vorrichtung 100 weist einen in einer Durchflußkammer 4
angeordneten schwer umströmbaren Körper 8 auf, der
mindestens teilweise in einem sich in Strömungsrichtung
aufweitenden Teil der Durchflußkammer 4 angeordnet ist,
so daß die Kavitationswirkung und Mischwirkung des von
dem schwer umströmbaren Körper 8 erzeugten Superkavitationsfeldes
wesentlich verstärkt und optimiert wird.In summary, an
Claims (29)
- Device (100) for mixing the components of a mass flow flowing through it, in which the components may in particular be in solid, liquid or gas form, by means of a hydrodynamic supercavitation field, in order to generate a mixture, in particular an emulsion or suspension, having
a housing (1), which has an entry opening (2) for supplying at least part of the mass flow which is to be mixed and an exit opening (3), for removing the mass flow;
the housing (1) having a through-flow chamber (4) with a body (8), which it is difficult for medium to flow around, arranged therein by means of a holder (6), and
the body (8) which it is difficult for medium to flow around having at least two subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around and which are each responsible for local constriction of the flow, characterized in that the through-flow chamber (4), at its start, has a through-flow chamber section (42) which narrows in the direction of flow, and
in that the internal diameter of the through-flow chamber (4), following the narrowing through-flow chamber section (42), at least in the region which surrounds the body (8) which it is difficult for medium to flow around, increases in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4). - The device (100) as claimed in claim 1, characterized in that the body (8) which it is difficult for medium to flow around can be displaced along the direction of the center axis of the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the subregions (80; 10), which it is difficult for medium to flow around, of the body (8) which it is difficult for medium to flow around are produced by means of a plurality of part-bodies (10) which it is difficult for medium to flow around.
- The device (100) as claimed in claim 3, characterized in that at least one of the part-bodies (10) can be displaced, independently of all the others (10), along the direction of the center axis of the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around is designed in such a way that its cross section, taken perpendicular to the center axis of the through-flow chamber (4) is smaller at the end of the part-body which lies closest to the entry opening (2) than at the end which lies closest to the exit opening (3).
- The device (100) as claimed in claim 5, characterized in that at least one of the subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around, is designed as a truncated cone or as a hemisphere.
- The device (100) as claimed in claim 5, characterized in that at least one of the subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around, is designed as a hollow truncated cone or as a hollow hemisphere.
- The device (100) as claimed in claim 5, characterized in that at least one of the subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around, is designed in such a way that it has a multiplicity of small elevations (88) at least in a surface subregion.
- The device (100) as claimed in claim 8, characterized in that at least one of the subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around is designed as a truncated cone with a multiplicity of small elevations (88), the small elevations each being in the form of a cone point, and the surface subregion and the arrangement of the small cone points being characterized in that the axes of symmetry of the cone points are all parallel to one another and to the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4), and in that each cone point faces the mass flow flowing through the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in one of claims 3 to 9, characterized in that the subregion (80; 10) which it is difficult for medium to flow around lying closest of all the subregions (80; 10) to the exit opening (3) is designed in such a way that its cross section, taken perpendicular to the center axis of the through-flow chamber (4), as seen in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4), initially increases in size and then becomes smaller and then larger again.
- The device (100) as claimed in claim 10, characterized in that the subregion (80; 10) which it is difficult for medium to flow around lying closest of all the subregions (80; 10) to the exit opening (3) has a hollow end region (84) which faces the exit opening (3), the cross section of this hollow space (84), taken perpendicular to the center axis of the through-flow chamber (4), increasing in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in claim 11, characterized in that the hollow end region (84) is rotationally symmetrical, and its axis of symmetry lies parallel to the center axis of the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in claim 12, characterized in that each cross-sectional area of the hollow end region (84) which completely includes the axis of symmetry of this region has an edge line which runs convexly, as seen in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in claim 12, characterized in that each cross-sectional area of the hollow end region (84) which completely includes the axis of symmetry of this region has an edge line which runs concavely, as seen in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the through-flow chamber (4) is at least partially rotationally symmetrical, its center axis being the axis of symmetry, and
the body (8) which it is difficult for medium to flow around is arranged in such a way that its center axis coincides with the center axis of the through-flow chamber (4). - The device (100) as claimed in claim 15, characterized in that the through-flow chamber (4), in its rotationally symmetrical part, has at least one bulge (20) in its wall along its circumference.
- The device (100) as claimed in claim 16, characterized in that the body (8) which it is difficult for medium to flow around is arranged in such a way that at least one bulge (20) lies at least partially in the region of the body (8) which it is difficult for medium to flow around.
- The device (100) as claimed in claim 16, characterized in that the body (8) which it is difficult for medium to flow around is arranged in such a way that at least one bulge (20), as seen in the direction of flow of the mass flow flowing through the through-flow chamber (4), lies immediately behind the body (8) which it is difficult for medium to flow around.
- The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the body (8) which it is difficult for medium to flow around at least partially comprises an elastic, nonmetallic material.
- The device (100) as claimed in one of claims 1 to 18, characterized in that the body (8) which it is difficult for medium to flow around at least in part has an elastic, nonmetallic covering.
- The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
the body (8) which it is difficult for medium to flow around has a hollow space (83) which passes all the way through it and has an inlet opening (81), which is located at that end of the body (8) which it is difficult for medium to flow around which lies closest to the entry opening (2) of the housing (1), the hollow space (83) which passes all the way through the body (8) which it is difficult for medium to flow around having at least one outlet opening (82, 85, 86),
the holder (6) having a hollow space (63) which passes all the way through it and has an inlet opening (61) and an outlet opening (62), the latter being connected to the inlet opening (81) of the body (8) which it is difficult for medium to flow around; and
the holder (6) and the body (8) which it is difficult for medium to flow around being connected to one another and arranged in the housing (1) in such a way that, by means of an opening (5) in the housing (1) and via the inlet opening (61) of the holder (6), part of the mass flow which is to be mixed can be introduced into the through-flow chamber (4) via the at least one outlet opening (82, 85, 86) of the body (8) which it is difficult for medium to flow around. - The device (100) as claimed in claim 21, characterized in that the holder (6) comprises a hollow bar which projects through the opening (5) in the housing (1), along the center axis of the through-flow chamber (4) and into the latter.
- The device (100) as claimed in claim 21 or 22, characterized in that the hollow space which passes all the way through the body (8) which it is difficult for medium to flow around is designed in such a way that it has an outlet opening (82) which is located at that end of the body (8) which it is difficult for medium to flow around which lies closest to the exit opening (3) of the housing (1).
- The device (100) as claimed in one of claims 21, 22 or 23, characterized in that the hollow space which passes all the way through the body (8) which it is difficult for medium to flow around is designed in such a way that it has at least one outlet opening (85) ,
which is located in a surface subregion of the body (8) which it is difficult for medium to flow around which at least partially faces the inner wall of the through-flow chamber (4), and
which is located between two adjacent subregions (80; 10) which it is difficult for medium to flow around. - The device (100) as claimed in one of claims 21, 22, 23 or 24, characterized in that the hollow space which passes all the way through the body (8) which it is difficult for medium to flow around is designed in such a way that it has at least one outlet opening (86),
which is located in a surface subregion of the body (8) which it is difficult for medium to flow around which at least partially faces the inner wall of the through-flow chamber (4), and
which is located in the region of a subregion (80; 10) which it is difficult for medium to flow around. - The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that furthermore there is a means for applying ultrasound to the body (8) which it is difficult for medium to flow around and/or to the mass flow at at least one location in the through-flow chamber (4).
- The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that furthermore there is a means for setting the body (8) which it is difficult for medium to flow around and/or part of the through-flow chamber (4) in ultrasonic vibration.
- The device (100) as claimed in one of the preceding claims, characterized in that furthermore there is a means for applying laser light to the mass flow in the through-flow chamber (4).
- Means (200) for mixing the components of a mass flow flowing through it, in which the components may in particular be in solid, liquid or gas form, by superimposing at least two hydrodynamic supercavitation fields, in order to generate a mixture, in particular an emulsion or suspension,
characterized in that
the means (200) has at least two devices (100) as claimed in one of claims 1 to 28, and a subsequent common through-flow chamber (40),
the devices (100) being arranged and designed in such a way that their exit openings (3) all connect to the entry opening (30) of the subsequent common through-flow chamber (40), in such a manner that the supercavitation fields generated by the bodies (8) which it is difficult for medium to flow around spatially overlap in the entry region of the common through-flow chamber (40).
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