EP2676722A1 - Vorrichtung zur Vermischung von Fluidströmen - Google Patents

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Publication number
EP2676722A1
EP2676722A1 EP13172233.2A EP13172233A EP2676722A1 EP 2676722 A1 EP2676722 A1 EP 2676722A1 EP 13172233 A EP13172233 A EP 13172233A EP 2676722 A1 EP2676722 A1 EP 2676722A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing zone
cross
flow
supply channel
mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13172233.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Dipl.-Ing. Makulla
Franz Weck
Robert Busse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caverion Deutschland GmbH
Original Assignee
Yit Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yit Germany GmbH filed Critical Yit Germany GmbH
Publication of EP2676722A1 publication Critical patent/EP2676722A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/04—Air-mixing units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10—Mixing gases with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction

Definitions

  • the present invention relates to a device for mixing initially separate, in particular gaseous fluid streams, typically for mixing two separate air streams, comprising a clenched mixing zone and at least two feed channels opening into this mixing zone for each fluid stream, the fluid streams starting from the respective feed channel via a respective associated overflow cross-section into the mixing zone and are then mixed in the mixing zone, wherein adjoining the mixing zone at least one discharge channel through which a mixed stream formed from the previously separate fluid streams from the mixing zone can be discharged, wherein the overflow cross section of a first supply channel starting from one of this pierced wall a maximum of 30%, a distance between the pierced wall and the mixing zone bounding opposite wall protrudes into the mixing zone.
  • Devices of the type described above are typically used to mix separate air streams in a first step and then deliver them as a mixed air stream to a room or other input or device.
  • mixing of liquid fluid streams is also conceivable.
  • a typical application is the ventilation of rooms that require a particularly high supply air volume flow, such as operating theaters. Due to the high amounts for the supply air volume flow of several thousand m 3 / h, the complete supply air volume flow will hardly ever be covered by fresh air or conditioned outside air for economic reasons alone. Instead, there is a desire to cover a significant proportion of the supply air volume flow through circulating air. On In this way, line cross-sections and the dimensioning of an air treatment plant can be kept relatively low.
  • the recirculated air and the outside air portion are mixed so that, for example, the operating room, a uniform mixed air flow can be supplied.
  • Achieving "good consistency" is one of the central problems of such a device.
  • the homogeneity of the later mixed flow is of central importance. If, for example, there is a temperature stratification within the mixed flow, that is to say the volumetric flow that is discharged into the space to be ventilated, a sensitive disturbance of the desired flow conditions may occur due to the local density differences within the mixed flow, which must be avoided.
  • a disadvantage here is certainly to be considered that the described lines of the individual streams of the first fluid flow process-intruding protrude into the second fluid flow and thus block it or at least influence flow.
  • the lines form an adverse flow resistance.
  • the protruding into the second fluid flow lines strongly tend to successive pollution.
  • the mixing chamber is part of a ventilation system.
  • the mixing chamber forms an intersection between two perpendicular to each other feed channels.
  • the overflow cross sections are arranged in the form of nozzle-like elements.
  • Another device for mixing volume flows is in the DD 2005 796 described, in which case the volume flows are formed by air flow rates.
  • the device contains swirl elements by means of which a helical swirl can be impressed on an air volume flow flowing into the mixing chamber.
  • the present invention is accordingly an object of the invention to improve a device of the type described above in that the said disadvantages of the known device are avoided and at the same time a good mixing of the initially separate fluid streams is achieved.
  • the underlying object is achieved, starting from a device of the type described above according to the invention that the device has at least one swirling device and at least one nozzle, wherein both the swirling device and the nozzle with a respective supply channel correspond and at least a portion of the respective fluid flow can be swirled by means of the swirling device and a flow speed of at least part of the respective fluid flow can be increased by means of the nozzle.
  • the swirling of the swirling device essentially ensures that the initially separate fluid streams (typically two air streams) of the two feed channels are effectively mixed and a homogeneous mixed stream is created.
  • the fluid flow can be imparted a turbulent flow characteristic by means of the swirling device. This turbulent flow of the swirled by the swirling fluid flow thereby effectively causes a "mixing" with the or the other fluid streams.
  • the device includes a nozzle which is arranged in an end region of a respective associated feed channel facing the mixing zone and by means of which a flow velocity of the respective fluid flow can be increased. Increased velocity of the respective fluid flow directed through the nozzle causes this fluid flow to penetrate "deep" into the mixing zone before being deflected and displaced by another fluid flow. In this way, a complete mixing of the separate fluid streams can be achieved.
  • a parallel connection and a series connection of the swirling device and the nozzle (s) are generally conceivable, and it is particularly advantageous if these are connected in series.
  • the respective fluid flow is thereby both partly by means of a swirling device, such as a swirl device, swirled and partly "accelerated" by means of at least one nozzle, preferably by means of a plurality of nozzles.
  • the sequence of the swirling device-nozzle and the sequence of the nozzle-swirling device are basically possible, although the sequence of the nozzle-swirling device is particularly advantageous.
  • the respective fluid flow is first accelerated by the nozzles and then vortexed.
  • the overflow cross section of the first supply channel starting from a pierced by this wall a maximum of 20%, preferably 10%, one Distance between the pierced wall and the mixing zone defining opposite wall projecting into the mixing zone.
  • protruding is meant that the overflow cross-section, defined to a certain extent by respective “ends” of the associated feed channel, projects into the mixing zone and thus potentially could interfere with the other fluid flow of the other feed channel.
  • the overflow cross section of the second supply channel starting from a pierced by this wall by a maximum of 30%, preferably 20%, more preferably 10%, of a distance between the pierced wall and an opposite wall bounding the mixing zone in the Projecting mixing zone into it.
  • At least one of the overcurrent cross sections preferably all overcurrent cross sections, lie in a plane with the respectively corresponding wall bounding the mixing zone.
  • the extent to which such an overflow cross section protrudes into the mixing zone is in this case equal to zero by definition.
  • the mixing zone is formed only as an area within a feed channel, wherein the mixing zone is formed where another feed channel opens into the first feed channel. Discrete delimitation of a flow region outside the mixing zone within the feed channel with respect to the mixing zone itself is hardly possible in this case, since the mixing zone in the longitudinal direction of the feed channel is in no way limited by internals and / or projections or the like.
  • the mixing zone is at least at the point or those points in the feed channel at which a further feed channel opens into the first, wherein the fluid streams of the respective converging feed channels are mixed together within the mixing zone. Both the cross section of the mixing zone containing the feed channel and the cross section of the mixing zone-containing discharge channel are identical to the cross section of the mixing zone.
  • a longitudinal axis of the mixing zone-containing feed channel should be parallel, preferably congruent, aligned to a longitudinal axis of the discharge channel and the longitudinal axis of the first supply channel perpendicular to the longitudinal axis of the second supply channel.
  • the swirling device should be designed as a swirl device, by means of which the fluid flow a helical flow pattern can be impressed about an axis parallel to the flow direction of the fluid flow axis.
  • the swirling device In order for a swirl effect or another swirling effect achieved by means of the respective swirling device to be as strong as possible in the mixing zone, the swirling device should be arranged in an end region of the feed channel facing the mixing zone, preferably directly adjoining the mixing zone. In this way, it is avoided that the "turbulence" of the respective fluid flow fades through a flow path downstream of the turbulizer through the respective supply air channel and finally can not work properly in the mixing zone.
  • a ratio of a cross-sectional area of the one feed channel to a cross-sectional area of the other feed channel opening into it is a maximum of 0.5, preferably a maximum of 0.4, more preferably a maximum of 0.3. This is due in particular to the sometimes very different volume flows, which are mixed together in such merged fluid streams.
  • a first embodiment which is in FIG. 1 is shown, shows a device 1 according to the invention, which has two supply channels 2, 3 and a mixing zone 4.
  • a first supply channel 2 is designed here as a rectangular cross-section of size 600 ⁇ 200 mm 2 .
  • the mixing zone 4 is enclosed in the circumferential direction by walls 5 and integrated into a second feed channel 3 such that a cross-sectional area of the second feed channel 3 is identical to that of the mixing zone 4.
  • two initially separate air streams are supplied, wherein it is in the air flow flowing through the second supply channel 3, a circulating air volume flow 6, while the other air flow is an outside air volume flow.
  • the circulating air volume flow 6 is typically filtered by means of one or more filters before it is mixed with the outside air volume flow.
  • the arrangement of a muffler, heat exchanger and / or a fan is conceivable.
  • the first supply channel 2 is designed so that it does not project into the mixing zone 4 with its associated overflow cross section 7. Rather, the overflow cross section 7 is flush with a corresponding wall 5a of the mixing zone 4. In this way, the first supply channel 2 does not provide an "attack surface" for the fluid flow, which flows from the second supply channel 3, the mixing zone 4. The first supply channel 2 therefore does not obstruct the flow of the fluid flow.
  • the overflow cross section 7 of the first supply channel 2 protrudes into the mixing zone 4 to a small extent, without limiting the fluid flow within the mixing zone 4 To influence mixing zone 4 hindering.
  • Such a hindrance is negligible at least as long as a measure by which the first supply channel 2 protrudes into the mixing zone 4 is less than 30% of a distance from the wall 5a pierced by the first supply channel 2 to a confronting wall 5b of the mixing zone 4 is.
  • a swirling device 10 is arranged in the form of a swirling device. This results in that the outside air volume flow, which flows over from the first supply channel 2 into the mixing zone 4, is swirled, in which case a helical flow pattern 11 is generated by means of the swirl device. As a result of this turbulence of the outside air volume flow, it is achieved that the circulating air volume flow and the outside air volume flow are mixed particularly effectively and a homogeneous mixed stream 12 is formed. This mixed stream 12 is finally discharged by means of a discharge channel 13, starting from the mixing zone 4 of the same.
  • longitudinal axes of the second supply channel 3 and the discharge channel 13 are congruent. This is particularly advantageous because a deflection of the mixed stream 12 is not necessary.
  • the discharge channel 13 and / or one or more supply channels 2, 3 have a curvature or the like.
  • Both a cross section of the second supply channel 3 and a cross section of the discharge channel 13 substantially correspond to a cross section of the mixing zone 4. This promotes a flow of the circulating air volume flow 6 in the mixing zone 4, since a "widening" or a distribution of the recirculating air volume flow in the mixing zone 4 is omitted because its flow shape always remains constant.
  • a clear distinction between the mixing zone 4 itself and lying outside this mixing zone 4 areas of the feed channel 2 is difficult to achieve, since a physical separation, which would be suitable for the definition of clear boundaries, not present.
  • a device 1 ' is substantially identical to the device 1, wherein the first supply channel 2, however, has no turbulizer 10.
  • the first supply passage 2 has a plurality of nozzles 14. These nozzles 14 artificially constrict a flow cross section of the outside air volume flow, causing a flow velocity thereof to increase. In this way it is achieved that the outside air volume flow completely "passes through" the transverse air volume flow 6 flowing transversely thereto, that is to say a distance 15 from the wall 5a, in which the overflow cross section 7 is arranged, to the opposite wall 5b. This leads to a particularly good mixing of the circulating air volume flow 6 with the outside air volume flow.
  • FIG. 3 3 shows the turbulizer 10 upstream of a nozzle 14 in the flow direction of the outside air flow, so that the outside air volume flow is first swirled in the sense of impressing a helical flow pattern and then the flow cross section of the feed duct 2 is constricted by means of the nozzle 14
  • the positive effects of both parts, namely the swirler 10 and the nozzle 14, can be combined in this way.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 1', 1") zur Vermischung zunächst separater insbesondere gasförmiger Fluidströme, typischerweise zur Vermischung zweier separater Luftströme, aufweisend eine Mischzone (4) und mindestens zwei an diese Mischzone (4) angeschlossene Zufuhrkanäle (2, 3) für jeweils einen Fluidstrom, wobei die Fluidströme ausgehend von dem jeweiligen Zufuhrkanal (2, 3) über einen jeweils zugehörigen Überstromquerschnitt (7, 8) in die Mischzone (4) überströmen und anschließend in der Mischzone (4) vermischbar sind, wobei an die Mischzone (4) mindestens ein Abfuhrkanal (13) angeschlossen ist, durch den ein aus den zunächst separaten Fluidströmen gebildeter Mischstrom (12) aus der Mischzone (4) abführbar ist, wobei mindestens einer der Überstromquerschnitte (7, 8), vorzugsweise sämtliche Überstromquerschnitte (7, 8), in einer Ebene mit der jeweils korrespondierenden Wandung (5) der Mischzone (4) liegen oder einen allenfalls geringen Überstand besitzen. Um eine solche Vorrichtung (1, 1', 1") dahingehend zu verbessern, dass die Nachteile der bekannten Vorrichtung vermieden werden und gleichzeitig eine gute Vermischung der zunächst separaten Fluidströme erreicht wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mindestens eine Verwirbelungseinrichtung (10) und mindestens eine Düse (14), wobei sowohl die Verwirbelungseinrichtung (10) als auch die Düse (14) mit einem jeweiligen Zufuhrkanal (2, 3) korrespondieren und mittels der Verwirbelungseinrichtung (10) zumindest ein Teil des jeweiligen Fluidstroms verwirbelbar und mittels der Düse (14) eine Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines Teils des jeweiligen Fluidstroms erhöhbar ist.

Description

    Einleitung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermischung zunächst separater, insbesondere gasförmiger Fluidströme, typischerweise zur Vermischung zweier separater Luftströme, aufweisend eine eingehauste Mischzone und mindestens zwei in diese Mischzone mündende Zufuhrkanäle für jeweils einen Fluidstrom, wobei die Fluidströme ausgehend von dem jeweiligen Zufuhrkanal über einen jeweils zugehörigen Überstromquerschnitt in die Mischzone überströmen und anschließend in der Mischzone vermischbar sind, wobei sich an die Mischzone mindestens ein Abfuhrkanal anschließt, durch den ein aus den zuvor separaten Fluidströmen gebildeter Mischstrom aus der Mischzone abführbar ist, wobei der Überstromquerschnitt eines ersten Zufuhrkanals ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung maximal um 30 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung und einer die Mischzone begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone hinein vorsteht.
    • Stand der Technik
  • Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art werden typischerweise verwendet, um separate Luftströme in einem ersten Schritt zu vermischen und anschließend als Mischluftstrom an einen Raum oder eine andere Ein- oder Vorrichtung abzugeben. Die Vermischung flüssiger Fluidströme ist jedoch ebenso denkbar.
  • Ein typischer Anwendungsfall ist die Belüftung von Räumen, die einen besonders hohen Zuluftvolumenstrom benötigen, beispielsweise Operationssäle. Aufgrund der hohen Beträge für den Zuluftvolumenstrom von einigen tausend m3/h wird schon allein aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten kaum jemals der komplette Zuluftvolumenstrom durch Frischluft beziehungsweise konditionierte Außenluft gedeckt werden. Stattdessen gibt es das Bestreben, einen erheblichen Anteil des Zuluftvolumenstroms durch Umluft abzudecken. Auf diese Weise können Leitungsquerschnitte und die Dimensionierung einer Luftaufbereitungsanlage verhältnismäßig gering gehalten werden.
  • Mittels einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art werden schließlich der Umluftanteil und der Außenluftanteil vermischt, so dass beispielsweise dem Operationssaal ein einheitlicher Mischluftvolumenstrom zugeführt werden kann. Das Erreichen einer "guten Einheitlichkeit" ist eines der zentralen Probleme einer solchen Vorrichtung. Die Homogenität des späteren Mischstroms ist jedoch von zentraler Bedeutung. Kommt es beispielsweise zu einer Temperaturschichtung innerhalb des Mischstroms, also desjenigen Volumenstroms, der in den zu belüftenden Raum abgegeben wird, kann aufgrund der lokalen Dichteunterschiede innerhalb des Mischstroms eine empfindliche Störung der gewünschten Strömungsverhältnisse auftreten, die es zu vermeiden gilt.
  • Einen Lösungsansatz für diese Problematik liefert beispielsweise die EP 0 504 550 A1 . Diese zeigt eine Mischkammer mit zwei Zufuhrkanälen, die jeweils einen Fluidstrom in die Mischkammer leiten. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein erster der beiden Fluidströme in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt wird, die jeweils durch einzelne Leitungen verhältnismäßig geringen Querschnitts unterschiedlich "tief" in die Mischkammer geleitet werden. Die Einzelteile werden demgemäß gewissermaßen in den senkrecht zu diesem strömenden zweiten Fluidstrom auf unterschiedlichen Höhenniveaus "injiziert". Auf diese Weise kann eine gegenseitige Verdrängung der beiden Fluidströme bei ausbleibender Mischung nicht länger auftreten.
  • Als nachteilig ist hier sicherlich anzusehen, dass die beschriebenen Leitungen der Einzelströme des ersten Fluidstroms verfahrensbedingt in den zweiten Fluidstrom hineinragen und diesen somit blockieren beziehungsweise zumindest strömungsmäßig beeinflussen. Die Leitungen bilden dabei einen nachteiligen Strömungswiderstand. Außerdem neigen die in den zweiten Fluidstrom ragenden Leitungen stark zur sukzessiven Verschmutzung.
  • Ein weiterer Lösungsansatz wird in der WO 94/25805 beschrieben. Auch in diesem Fall findet wieder eine Vermischung zweier separater Luftvolumenströme statt, wobei diese von einem Frischluft- und einem Umluftvolumenstrom gebildet sind. Die Mischkammer ist Teil einer raumlufttechnischen Anlage. Die Mischkammer bildet einen Kreuzungsbereich zwischen zwei senkrecht zueinander verlaufenden Zufuhrkanälen. An den Stellen, an denen die einzelnen Zufuhrkanäle in diesen Kreuzungsbereich übergehen, sind die Überströmungsquerschnitte in Form von düsenartigen Elementen angeordnet.
  • In der DE 87 97 483 U1 wird eine weitere Mischkammer für raumlufttechnische Anlagen dargestellt, bei der zwei zunächst separate Luftvolumenströme zu einem Mischluftvolumenstrom vermischt werden. An die Mischkammer sind zwei Zufuhrkanäle angeschlossen, wobei in Überströmquerschnitten, die einen Übergang von dem jeweiligen Zufuhrkanal in die Mischkammer bilden, schwenkbare Klaffen ("Jalousieklappen") angeordnet sind. Diese dienen dazu, die Luftvolumenströme vor deren Eintritt in die Mischkammer abzulenken. Auf diese Weise soll eine bessere Durchmischung der zunächst separaten Luftströme erfolgen.
  • Eine weitere Vorrichtung zum Mischen von Volumenströmen wird in der DD 2005 796 beschrieben, wobei auch in diesem Fall die Volumenströme von Luftvolumenströmen gebildet werden. Die Vorrichtung enthält Drallelemente mittels denen einem in die Mischkammer einströmenden Luftvolumenstrom ein wendelförmiger Drall aufprägbar ist.
  • Die Vermischung der Fluidströme mittels der vorher beschriebenen Vorrichtungen ist allerdings nicht ausreichend und führt dementsprechend zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis bei der Belüftung von Räumen.
    • Aufgabe
  • Der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtung vermieden werden und gleichzeitig eine gute Vermischung der zunächst separaten Fluidströme erreicht wird.
    • Lösung
  • Die zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens eine Verwirbelungseinrichtung und mindestens eine Düse aufweist, wobei sowohl die Verwirbelungseinrichtung als auch die Düse mit einem jeweiligen Zufuhrkanal korrespondieren und mittels der Verwirbelungseinrichtung zumindest ein Teil des jeweiligen Fluidstroms verwirbelbar und mittels der Düse eine Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines Teils des jeweiligen Fluidstroms erhöhbar ist.
  • Durch die Verwirbelung der Verwirbelungseinrichtung wird im Wesentlichen sichergestellt, dass die zunächst separaten Fluidströme (typischerweise zwei Luftströme) der beiden Zufuhrkanälen effektiv vermischt werden und ein homogener Mischstrom geschaffen wird. Dem Fluidstrom kann mittels der Verwirbelungseinrichtung eine turbulente Strömungscharakteristik aufgeprägt werden. Diese turbulente Strömung des durch die Verwirbelungseinrichtung verwirbelten Fluidstroms bewirkt dabei gewissermaßen ein "Vermixen" mit dem beziehungsweise den übrigen Fluidströmen.
  • Zusätzlich zu der beschriebenen Verwirbelungseinrichtung enthält die Vorrichtung eine Düse, die in einem der Mischzone zugewandten Endbereich eines jeweilig zugehörigen Zufuhrkanals angeordnet ist und mittels derer eine Strömungsgeschwindigkeit des jeweiligen Fluidstroms erhöhbar ist. Eine erhöhte Geschwindigkeit des jeweilig durch die Düse geleiteten Fluidstroms führt dazu, dass dieser Fluidstroms besonders "tief" in die Mischzone eindringen kann, bevor er von einem anderen Fluidstrom abgelenkt und verdrängt wird. Auf diese Weise kann eine vollständige Vermischung der separaten Fluidströme erreicht werden.
  • Bei der Anordnung der Kombination der Verwirbelungseinrichtung und der Düse sind generell eine Parallelschaltung und eine Reihenschaltung der Verwirbelungseinrichtung und der Düse(n) denkbar, wobei es besonders von Vorteil ist, wenn diese in Reihe geschaltet sind. Der jeweilige Fluidstrom wird dabei sowohl zum Teil mittels einer Verwirbelungseinrichtung, beispielsweise einer Dralleinrichtung, verwirbelt als auch zum Teil mittels mindestens einer Düse, vorzugsweise mittels mehrerer Düsen, "beschleunigt".
  • Im Fall einer Reihenschaltung sind sowohl die Reihenfolge Verwirbelungseinrichtung - Düse als auch die Reihenfolge Düse - Verwirbelungseinrichtung grundsätzlich möglich, allerdings ist die Reihenfolge Düse - Verwirbelungseinrichtung besonders vorteilhaft. Der jeweilige Fluidstrom wird dabei zunächst von den Düsen beschleunigt und anschließend verwirbelt.
  • Es ist von Vorteil wenn der Überstromquerschnitt des ersten Zufuhrkanals ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung maximal um 20 %, vorzugsweise 10 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung und einer die Mischzone begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone hinein vorsteht.
  • Unter "Vorstehen" ist hier zu verstehen, dass der Überstromquerschnitt, der gewissermaßen durch jeweilige "Enden" des zugehörigen Zufuhrkanals definiert ist, in die Mischzone hinein ragt und somit potentiell dem anderen Fluidstrom des anderen Zufuhrkanals hinderlich im Weg sein könnten. Durch die Begrenzung dieses Vorstandsmaßes des Zufuhrkanals beziehungsweise Überstromquerschnitts auf den genannten Wert wird ebendies unterbunden oder zumindest auf einem vernachlässigbaren Maß gehalten.
  • Aus demselben Grund ist es vorteilhaft, wenn außerdem der Überstromquerschnitt des zweiten Zufuhrkanals ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung maximal um 30 %, vorzugsweise 20 %, weiter vorzugsweise 10 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung und einer die Mischzone begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone hinein vorsteht.
  • Besonders von Vorteil ist eine solche Ausführung, bei der mindestens einer der Überstromquerschnitte, vorzugsweise sämtliche Überstromquerschnitte, in einer Ebene mit der jeweils korrespondierenden, die Mischzone begrenzenden Wandung liegen. Das Maß, um das ein solcher Überstromquerschnitt in die Mischzone vorsteht, ist in diesem Fall definitionsgemäß gleich Null.
  • Während unter dem Begriff der "Ebene" im mathematischen Sinn stets eine plane Fläche zu verstehen ist, kann hier gleichermaßen gemeint sein, dass - sofern die Mischzone einen kreisförmigen Querschnitt aufweist - der/die Überstromquerschnitt(e) in der gekrümmten Mantelfläche der Mischzone angeordnet ist/sind und somit nicht in den Zufuhrkanal hinein vorsteht/vorstehen.
  • Es ist denkbar, dass die Mischzone lediglich als ein Bereich innerhalb eines Zufuhrkanals ausgebildet ist, wobei die Mischzone dort ausgebildet ist, wo ein weiterer Zufuhrkanal in den ersten Zufuhrkanal mündet. Eine diskrete Abgrenzung eines außerhalb der Mischzone vorliegenden Strömungsbereichs innerhalb des Zufuhrkanals gegenüber der Mischzone selbst ist in diesem Fall kaum möglich, da die Mischzone in Längsrichtung des Zufuhrkanals in keiner Weise durch Einbauten und/oder Vorsprünge oder dergleichen begrenzt ist. Definitionsgemäß ist die Mischzone zumindest an derjenigen Stelle beziehungsweise an denjenigen Stellen in dem Zufuhrkanal, an denen ein weiterer Zufuhrkanal in ersteren mündet, wobei die Fluidströme der jeweilig zusammenlaufenden Zufuhrkanäle innerhalb der Mischzone miteinander vermischt werden. Sowohl der Querschnitt des die Mischzone beinhaltenden Zufuhrkanals als auch der Querschnitt des die Mischzone beinhaltenden Abführkanals sind dabei identisch zum Querschnitt der Mischzone.
  • Dabei sollte vorzugsweise eine Längsachse des die Mischzone beinhaltenden Zufuhrkanals parallel, vorzugsweise deckungsgleich, zu einer Längsachse des Abfuhrkanals ausgerichtet sein und die Längsachse des ersten Zufuhrkanals senkrecht zu der Längsachse des zweiten Zufuhrkanals stehen. Von besonderem Vorteil ist ferner eine solche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Verwirbelungseinrichtung als Dralleinrichtung ausgeführt sein sollte, mittels derer dem Fluidstrom ein wendelförmiges Strömungsmuster um eine zur Strömungsrichtung des Fluidstroms parallele Achse aufprägbar ist. In Versuchen konnte herausgestellt werden, dass insbesondere ein solcher Drall mindestens eines der Fluidströme zu einer besonders guten Durchmischung der verschiedenen Fluidströme führt.
  • Damit ein Dralleffekt beziehungsweise ein sonstiger mittels der jeweiligen Verwirbelungseinrichtung erreichter Verwirbelungseffekt möglichst stark in der Mischzone wirkt, sollte die Verwirbelungseinrichtung in einem der Mischzone zugewandten Endbereich des Zufuhrkanals angeordnet sein, vorzugsweise direkt an die Mischzone angrenzen. Auf diese Weise wird vermieden, dass durch eine der Verwirbelungseinrichtung nachgeschaltete Strömungsstrecke durch den jeweiligen Zuluftkanal die "Verwirbelung" des jeweiligen Fluidstroms verblasst und schließlich in der Mischzone nicht richtig wirken kann.
  • Typischerweise beträgt ein Verhältnis einer Querschnittsfläche des einen Zufuhrkanals zu einer Querschnittsfläche des jeweils darin mündenden anderen Zufuhrkanals maximal 0,5, vorzugsweise maximal 0,4, weiter vorzugsweise maximal 0,3. Dies ist insbesondere den zum Teil stark unterschiedlichen Volumenströmen geschuldet, die bei derartigen zusammengeführten Fluidströmen miteinander vermischt werden.
    • Ausführungsbeispiele
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1:
    Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
    Fig. 2:
    Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung und
    Fig. 3:
    Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel, das in Figur 1 dargestellt ist, zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die zwei Zufuhrkanäle 2, 3 sowie eine Mischzone 4 aufweist. Ein erster Zufuhrkanal 2 ist hier als Rechteckquerschnitt der Größe 600 x 200 mm2 ausgeführt. Die Mischzone 4 ist in Umfangsrichtung von Wandungen 5 eingefasst und in einen zweiten Zufuhrkanal 3 derart integriert, dass eine Cluerschnittsfläche des zweiten Zufuhrkanals 3 identisch zu derjenigen der Mischzone 4 ausgebildet ist. Durch die Zufuhrkanäle 2, 3 werden der Mischzone 4 zwei zunächst separate Luftströme zugeführt, wobei es sich bei dem Luftstrom, der durch den zweiten Zufuhrkanal 3 strömt, um einen Umluftvolumenstrom 6 handelt, während der andere Luftstrom ein Außenluftvolumenstrom ist. Der Umluftvolumenstrom 6 wird vor dessen Mischung mit dem Außenluftvolumenstrom typischerweise mittels eines oder mehrerer Filter gefiltert. Gleichfalls ist die Anordnung eines Schalldämpfers, Wärmetauschers und/oder eines Ventilators denkbar.
  • Der erste Zufuhrkanal 2 ist so ausgeführt, dass er mit dessen zugehörigen Überstromquerschnitt 7 nicht in die Mischzone 4 hinein ragt. Vielmehr schließt der Überstromquerschnitt 7 bündig mit einer korrespondierenden Wandung 5a der Mischzone 4 ab. Auf diese Weise bietet der erste Zufuhrkanal 2 keine "Angriffsfläche" für den Fluidstrom, der ausgehend von dem zweiten Zufuhrkanal 3 die Mischzone 4 durchströmt. Der erste Zufuhrkanal 2 behindert die Strömung des Fluidstroms folglich nicht.
  • Es ist gleichermaßen denkbar, dass der Überstromquerschnitt 7 des ersten Zufuhrkanals 2 in geringem Maß in die Mischzone 4 hinein vorsteht, ohne dabei den Fluidstrom innerhalb der Mischzone 4 hindernd zu beeinflussen. Eine solche Behinderung ist zumindest so lang vernachlässigbar, wie ein Maß, um das der erste Zufuhrkanal 2 in die Mischzone 4 hinein ragt, weniger als 30 % eines Abstandes von der von dem ersten Zufuhrkanal 2 durchstoßenen Wandung 5a bis zu einer gegenüberliebenden Wandung 5b der Mischzone 4 beträgt.
  • In einem Endbereich 9 des ersten Zufuhrkanals 2 ist eine Verwirbelungseinrichtung 10 in Form einer Dralleinrichtung angeordnet. Diese führt dazu, dass der Außenluftvolumenstrom, der ausgehend von dem ersten Zufuhrkanal 2 in die Mischzone 4 überströmt, verwirbelt wird, wobei hier mittels der Dralleinrichtung ein wendelförmiges Strömungsmuster 11 erzeugt wird. Durch diese Verwirbelung des Außenluftvolumenstroms wird erreicht, dass der Umluftvolumenstrom und der Außenluftvolumenstrom besonders effektiv vermischt werden und sich ein homogener Mischstrom 12 bildet. Dieser Mischstrom 12 wird schließlich mittels eines Abfuhrkanals 13 ausgehend von der Mischzone 4 aus selbiger abgeführt.
  • Im gezeigten Beispiel verlaufen Längsachsen des zweiten Zufuhrkanals 3 und des Abfuhrkanals 13 deckungsgleich. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine Umlenkung des Mischstroms 12 nicht notwendig ist. Allerdings ist ebenso denkbar, dass der Abfuhrkanal 13 und/oder einer oder mehrere Zufuhrkanäle 2, 3 eine Krümmung oder dergleichen aufweisen.
  • Sowohl ein Querschnitt des zweiten Zufuhrkanals 3 als auch ein Querschnitt des Abfuhrkanals 13 entsprechen im Wesentlichen einem Querschnitt der Mischzone 4. Dies begünstigt eine Strömung des Umluftvolumenstroms 6 in die Mischzone 4, da eine "Aufweitung" beziehungsweise eine Verteilung des Umluftvolumenstroms in der Mischzone 4 entfällt, da dessen Strömungsform stets konstant bleibt. Eine klare Unterscheidung zwischen der Mischzone 4 selbst und außerhalb dieser Mischzone 4 liegenden Bereichen des Zufuhrkanals 2 ist dabei nur schwerlich möglich, da eine physische Abtrennung, die zur Definition klarer Grenzen geeignet wäre, nicht vorliegt. Definitionsgemäß liegt zumindest an den Stellen jeweils eine Mischzone 4 vor, an denen zwei oder mehrere Zufuhrkanäle zusammengeführt werden und darin strömende separate Fluidströme vereint werden. Diese Vereinigung findet stets in der Mischzone 4 statt.
  • Gleiches gilt für den Übergang von der Mischzone 4 in den Abfuhrkanal 13, bei dem auf diese Weise eine Einschnürung des Mischstroms 12 unterbleiben kann.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel, dass in Figur 2 dargestellt ist, ist eine Vorrichtung 1' im Wesentlichen identisch zur Vorrichtung 1, wobei der erste Zufuhrkanal 2 jedoch keine Verwirbelungseinrichtung 10 aufweist. Allerdings verfügt der erste Zufuhrkanal 2 über eine Mehrzahl von Düsen 14. Diese Düsen 14 bewirken eine künstliche Einschnürung eines Strömungsquerschnitts des Außenluftvolumenstroms, die bewirkt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit desselben ansteigt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Außenluftvolumenstrom den quer zu diesem strömenden Umluftvolumenstrom 6 vollständig "durchsetzt", also gewissermaßen einen Abstand 15 ausgehend von der Wandung 5a, in der der Überstromquerschnitt 7 angeordnet ist, bis zu der gegenüberliegenden Wandung 5b überwindet. Dies führt zu einer besonders guten Durchmischung des Umluftvolumenstroms 6 mit dem Außenluftvolumenstrom.
  • Alternativ ist ebenso eine Kombination einer Verwirbelungseinrichtung 10 - beispielsweise auch eine solche in Form eines Drallauslasses - mit einer oder mehreren Düsen 14 denkbar, wobei sowohl eine parallele Schaltung beider Teile, als auch eine Reihenschaltung in beliebiger Reihenfolge grundsätzlich möglich ist. Ein solches Beispiel ist in Figur 3 verdeutlicht, die eine Vorrichtung 1" zeigt. Hier ist die Verwirbelungseinrichtung 10 in Strömungsrichtung des Außenluftstroms einer Düse 14 vorgeschaltet, so dass der Außenluftvolumenstrom zuerst verwirbelt wird im Sinne der Aufprägung eines wendelförmigen Strömungsmusters und anschließend der Strömungsquerschnitt des Zufuhrkanals 2 mittels der Düse 14 eingeschnürt wird, wobei der Außenluftvolumenstrom beschleunigt wird. Die vorteilhaften Wirkungen beider Teile, nämlich der Verwirbelungseinrichtung 10 und der Düse 14, können auf diese Weise kombiniert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 1', 1"
    Vorrichtung
    2
    Zufuhrkanal
    3
    Zufuhrkanal
    4
    Mischzone
    5a, 5b
    Wandung
    6
    Umluftvolumenstrom
    7
    Überstromquerschnitt
    8
    Überstromquerschnitt
    9
    Endbereich
    10
    Verwirbelungseinrichtung
    11
    wendelförmiges Strömungsmuster
    12
    Mischstrom
    13
    Abfuhrkanal
    14
    Düse
    15
    Abstand

Claims (13)

  1. Vorrichtung (1, 1', 1") zur Vermischung zunächst separater, insbesondere gasförmiger Fluidströme, typischerweise zur Vermischung zweier separater Luftströme, aufweisend eine eingehauste Mischzone (4) und mindestens zwei in diese Mischzone (4) mündende Zufuhrkanäle (2, 3) für jeweils einen Fluidstrom, wobei die Fluidströme ausgehend von dem jeweiligen Zufuhrkanal (2, 3) über einen jeweils zugehörigen Überstromquerschnitt (7, 8) in die Mischzone (4) überströmen und anschließend in der Mischzone (4) vermischbar sind, wobei sich an die Mischzone (4) mindestens ein Abfuhrkanal (13) anschließt, durch den ein aus den zuvor separaten Fluidströmen gebildeter Mischstrom (12) aus der Mischzone (4) abführbar ist, wobei der Überstromquerschnitt (7) eines ersten Zufuhrkanals (2) ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung (5) maximal um 30 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung (5) und einer die Mischzone (4) begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone (4) hinein vorsteht, gekennzeichnet durch mindestens eine Verwirbelungseinrichtung (10) und mindestens eine Düse (14), wobei sowohl die Verwirbelungseinrichtung (10) als auch die Düse (14) mit einem jeweiligen Zufuhrkanal (2, 3) korrespondieren und mittels der Verwirbelungseinrichtung (10) zumindest ein Teil des jeweiligen Fluidstroms verwirbelbar und mittels der Düse (14) eine Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines Teils des jeweiligen Fluidstroms erhöhbar ist.
  2. Vorrichtung (1, 1', 1") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstromquerschnitt (8) des ersten Zufuhrkanals (3) ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung (5) maximal um 20 %, vorzugsweise 10 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung (5) und einer die Mischzone (4) begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone (4) hinein vorsteht.
  3. Vorrichtung (1, 1', 1") nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstromquerschnitt (8) eines zweiten Zufuhrkanals (3) ausgehend von einer von diesem durchstoßenen Wandung (5) maximal um 30 %, vorzugsweise 20 %, weiter vorzugsweise 10 %, eines Abstands zwischen der durchstoßenen Wandung (5) und einer die Mischzone (4) begrenzenden gegenüberliegenden Wandung in die Mischzone (4) hinein vorsteht.
  4. Vorrichtung (1, 1', 1") nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Überstromquerschnitte (7, 8), vorzugsweise sämtliche Überstromquerschnitte (7, 8), in einer Ebene mit der jeweils korrespondierenden Wandung (5) der Mischzone (4) liegen.
  5. Vorrichtung (1, 1', 1 ") nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verwirbelungseinrichtung (10) und die Düse (14) vorzugsweise in Reihe geschaltet sind.
  6. Vorrichtung (1, 1', 1") nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom vorzugsweise zuerst die Verwirbelungseinrichtung (10) und anschließend die Düse (14) durchströmt.
  7. Vorrichtung (1, 1") nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungseinrichtung (10) als Dralleinrichtung ausgeführt ist, mittels derer dem Fluidstrom ein wendelförmiges Strömungsmuster (11) um eine zur Strömungsrichtung des Fluidstroms parallele Achse aufprägbar ist.
  8. Vorrichtung (1, 1") nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungseinrichtung (10) in einem der Mischzone (4) zugewandten Endbereich (9) des ersten Zufuhrkanals (2) angeordnet ist, vorzugsweise direkt an die Mischzone (4) grenzt.
  9. Vorrichtung (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des zweiten Zufuhrkanals (3) im Wesentlichen, vorzugsweise genau, einer Querschnittsfläche der Mischzone (4) entspricht.
  10. Vorrichtung (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Abfuhrkanals (13) im Wesentlichen, vorzugsweise genau, einer Querschnittsfläche der Mischzone (4) entspricht.
  11. Vorrichtung (1, 1', 1 ") nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse des ersten Zufuhrkanals (2) senkrecht zu einer Längsachse des zweiten Zufuhrkanals (3) ausgerichtet ist.
  12. Vorrichtung (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Querschnittsfläche des ersten Zufuhrkanals (2) zu einer Querschnittsfläche des zweiten Zufuhrkanals (3) maximal 0,5, vorzugsweise maximal 0,4, weiter vorzugsweise maximal 0,3, beträgt.
  13. Vorrichtung (1, 1', 1 ") nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse einer der Zufuhrkanäle (2, 3) parallel, vorzugsweise deckungsgleich, zu einer Längsachse des Abfuhrkanals (13) ausgerichtet ist.
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