EP3278868B1 - Vorrichtung zur gesteuerten kavitation - Google Patents

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EP3278868B1
EP3278868B1 EP16182624.3A EP16182624A EP3278868B1 EP 3278868 B1 EP3278868 B1 EP 3278868B1 EP 16182624 A EP16182624 A EP 16182624A EP 3278868 B1 EP3278868 B1 EP 3278868B1
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
    • B01F27/2722—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces provided with ribs, ridges or grooves on one surface
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    • B01F27/2723—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces the surfaces having a conical shape

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Claims (13)

  1. Kavitationsvorrichtung (10), umfassend:
    - eine Welle (11), die konfiguriert ist, mit Motormitteln (1) gekoppelt zu sein, wobei sich die Welle (11) entlang einer Achsenrichtung (X-X) erstreckt,
    - ein Gehäuse (20), das eine zylindrische Kammer (21) mit einer inneren zylindrischen Oberfläche (21a) definiert, wobei das Gehäuse eine Fluideinlassöffnung (22) und eine Fluidauslassöffnung (23) aufweist,
    - einen Rotor (30), der innerhalb der zylindrischen Kammer (21) des Gehäuses (20) angeordnet und auf der Welle (11) montiert ist, um rund um eine Rotorachse (X) zu rotieren, die sich entlang der Achsenrichtung (X-X) erstreckt, wobei der Rotor (30) eine erste Seitenfläche (31) und eine zweite Seitenfläche (32) umfasst, die axial von der ersten Seitenfläche (31) beabstandet ist, wobei der Rotor (30) eine Umfangsfläche (33) umfasst, die sich zwischen der ersten und der zweiten Seitenfläche (31, 32) erstreckt und die erste und die zweite Seitenfläche (31, 32) verbindet,
    - eine Fluideinlassleitung (24), die zum Zuführen von Fluid in die zylindrische Kammer (21) mit der Fluideinlassöffnung (22) gekoppelt ist, wobei die Fluideinlassleitung (24) eine Einlassachse (B) aufweist, die sich entlang einer Einlassrichtung (B-B) erstreckt,
    - eine Fluidauslassleitung (25), die zum Empfangen von Fluid aus der zylindrischen Kammer (21) mit der Fluidauslassöffnung (23) gekoppelt ist, wobei die Fluidauslassleitung (23) eine Auslassachse (C) aufweist, die sich entlang einer Auslassrichtung (C-C) erstreckt,
    wobei:
    - das Gehäuse (20) Folgendes umfasst:
    - erste Seitenwand (26a) und eine zweite Seitenwand (26b), die axial von der ersten Seitenwand (26a) beabstandet ist,
    - einen zylindrischen Körper (27), der sich axial zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand (26a, 26b) erstreckt und die erste und die zweite Seitenwand (26a, 26b) verbindet,
    - die zylindrische Kammer (21) eine zylindrische Einlasskammer (28a), die zwischen der ersten Seitenfläche (31) und der ersten Seitenwand (26a) gebildet ist, und eine zylindrische Auslasskammer (28b) umfasst, die zwischen der zweiten Seitenfläche (32) und der zweiten Seitenwand (26b) gebildet ist,
    - die Einlassrichtung (B-B) der Einlassachse (B) lotrecht zu der Achsenrichtung (X-X) der Rotorachse (X) ist,
    - die Auslassrichtung (C-C) der Auslassachse (C) lotrecht zu der Achsenrichtung (X-X) der Rotorachse (X) ist,
    - die Einlassöffnung (22) in dem Gehäuse (20) positioniert ist, um Fluid in die zylindrische Einlasskammer (28a) an einer Achsenposition einzuführen, die von der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30) beabstandet ist,
    - die Auslassöffnung (23) in dem Gehäuse (20) positioniert ist, um Fluid aus der zylindrischen Auslasskammer (28b) an einer Achsenposition zu empfangen, die von der zweiten Seitenfläche (32) des Rotors (30) beabstandet ist,
    wobei
    - der Rotor (30) als Kegelstumpf geformt ist und die Umfangsfläche (33) als Kegelfläche geformt ist, die sich verjüngend zwischen der ersten und der zweiten Seitenfläche (31, 32) erstreckt,
    - zumindest zwei Anordnungen von Bohrungen (34), die in der Umfangsfläche (33) gebildet sind, wobei die Bohrungen (34) aus jeder Anordnung von Bohrungen in einer Reihe angeordnet sind, die sich rund um die Umfangsfläche (33) erstreckt, wobei sich jede Bohrung (33) ausgehend von der Umfangsfläche (33) radial in den Rotor (30) erstreckt,
    - ein Kavitationsbereich (35) ist in den Bohrungen 34 definiert,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    - der Radius (R) des kegelstumpfförmigen Rotors (30) entlang der Achsenrichtung (X-X) der Rotorachse (X) von der ersten Seitenfläche (31) zu der zweiten Seitenfläche (32) allmählich abnimmt,
    - die Bohrungen der mindestens zwei Anordnungen von Bohrungen (34) sich radial in den Rotor (30) von der Umfangsfläche (33) über eine Tiefe (Db) erstrecken, die in benachbarten Anordnungen von Bohrungen 34 entlang der Achsenrichtung (X-X) von der ersten Seitenfläche (31) zu der zweiten Seitenfläche (32) abnimmt.
  2. Kavitationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei:
    - der kegelstumpfförmige Rotor (30) einen Öffnungswinkel (α) im Bereich von 4° bis 60° aufweist.
  3. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Bohrungen (34) einer jeden Anordnung von Bohrungen einen kreisförmigen Umfangsrand aufweisen, der auf der Umfangsfläche (33) gebildet ist, die mindestens teilweise rund ist.
  4. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Einlassöffnung (22) in dem Gehäuse (20) positioniert ist, um Fluid in die zylindrische Einlasskammer (28a) an einer Achsenposition einzuführen, die benachbart zu der ersten Seitenwand (26a) des Gehäuses (20) ist,
    - die Auslassöffnung (23) in dem Gehäuse (23) positioniert ist, um Fluid aus der zylindrischen Auslasskammer (28b) an einer Achsenposition zu empfangen, die benachbart zu der zweiten Seitenwand (26b) des Gehäuses (20) ist.
  5. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Fluideinlassleitung (24) und die Fluidauslassleitung (25) so auf dem Stator (20) angeordnet sind, dass das Fluid, das durch die Fluideinlassöffnung (22) zugeführt und durch die Fluidauslassöffnung (23) abgeführt wird, innerhalb der zylindrischen Kammer (21) einem spiralförmigen Pfad folgt.
  6. Kavitationsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei:
    - die Einlassachse (B) und die Auslassachse (C) im Wesentlichen tangential zu dem spiralförmigen Pfad sind.
  7. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Fluideinlassleitung (24) und die Fluidauslassleitung (25) so positioniert sind, dass die Einlassachse (B) und die Auslassachse (C) parallel zu entsprechenden Tangentenrichtungen zu der Umfangsfläche (33) des Rotors (30) sind und sich diesen annähern.
  8. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Fluideinlassleitung (24) und die Fluidauslassleitung (25) so positioniert sind, dass die Einlassachse (B) und die Auslassachse (C) parallel zu entsprechenden Tangentenrichtungen zu der inneren zylindrischen Oberfläche (21a) der zylindrischen Kammer (21) des Gehäuses (20) sind und sich diesen annähern.
  9. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Fluideinlassleitung (24) und die Fluidauslassleitung (25) entsprechende erste Abschnitte (24a, 25 a), die einer entsprechenden Ebene zugewandt sind, die durch die Rotorachse (X) und parallel zu der entsprechenden Einlassachse (B) und Auslassachse (C) verläuft, und gegenüberliegende zweite Abschnitte (24b, 25b) aufweisen,
    - wobei die zweiten Abschnitte (24b, 25b) der Fluideinlassleitung (24) und der Fluidauslassleitung (25) im Wesentlichen tangential zu der inneren zylindrischen Oberfläche (21a) der zylindrischen Kammer (21) des Stators (20) auf den Stator (20) treffen.
  10. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Distanz (D) zwischen der Auslassachse (C) und der Rotorachse (X) entlang einer Richtung (Y-Y), lotrecht zu der Auslassachse (C) und der Rotorachse (X), im Bereich von zwischen 70 % und 100 % der maximalen Radialdistanz (Rmax) zwischen der Rotorachse (X) und der Umfangsfläche (33), gemessen auf der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30), liegt,
    - die Distanz (D) zwischen der Einlassachse (B) und der Rotorachse (X) entlang einer Richtung (Y-Y), lotrecht zu der Einlassachse (B) und der Rotorachse (X), im Bereich von zwischen 70 % und 100 % der maximalen Radialdistanz (Rmax) zwischen der Rotorachse (X) und der Umfangsfläche (33), gemessen auf der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30), liegt.
  11. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Einlassachse (B) eine Ebene (P), die durch die Rotorachse (X) und lotrecht zu der Einlass- und Auslassachse (B, C) verläuft, in einer Distanz (D) von der Rotorachse (X) von zwischen 70 % und 100 % der maximalen Radialdistanz (Rmax) zwischen der Rotorachse (X) und der Umfangsfläche (33), gemessen auf der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30), schneidet,
    - die Auslassachse (C) eine Ebene (P), die durch die Rotorachse (X) und lotrecht zu der Einlass- und Auslassachse (B, C) verläuft, in einer Distanz (D) von der Rotorachse (X) von zwischen 70 % und 100 % der maximalen Radialdistanz (Rmax) zwischen der Rotorachse (X) und der Umfangsfläche (33), gemessen auf der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30) schneidet.
  12. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Achsendistanz zwischen der Fluideinlassöffnung (22) und der ersten Seitenfläche (31) des Rotors (30) größer oder gleich der Achsendistanz zwischen der ersten Seitenfläche (31) und der zweiten Seitenfläche (32) des Rotors (30) ist.
  13. Kavitationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei:
    - die Achsendistanz zwischen der Fluidauslassöffnung (23) und der zweiten Seitenfläche (32) des Rotors (30) größer oder gleich der Achsendistanz zwischen der ersten Seitenfläche (31) und der zweiten Seitenfläche (32) des Rotors (30) ist.
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