JPH10503968A - 二つの流体を混合するための装置 - Google Patents

二つの流体を混合するための装置

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Abstract

(57)【要約】 少なくとも一方が液体である2つの流体を混合する装置が提案されている。装置は両端が開いた液体を保持する管状容器(1)と、液体内に供給するための少なくとも2つの空間的に離間されたノズル(3、4)と、一方の端部内にノズル(3、4)が突出している供給装置とを有する。供給装置の他方の端部は、管状容器(1)の略中間にある開口部に結合され、そこには衝撃領域(PZ)がこの点で配設されていて、液体の流れは供給装置から出てきた時にこの領域において相互にぶつかり合いながらノズル(3、4)により噴射される。管状容器(1)に固く連結された供給装置は間に空間を形成する少なくとも2つの壁を有し、それらは、両端で開いている。供給装置の壁の内の一つは管状容器(1)の壁である。

Description

【発明の詳細な説明】 二つの流体を混合するための装置 本発明は、液体を受けるために両方の軸方向端部が開いている管状容器と、液 体を供給するための少なくとも2つの互いに空間的に離間されたノズルと、壁部 で区画され、一端において内部にノズルが突出し、他端においてこの地点におい て開口している容器に排出するガイド装置とを具備し、容器が排出のレベルにお いてガイド通路の中間部分において、ノズルから噴射され、ガイド通路から出て くる液体の流線が互いに衝突する衝撃領域を周囲している少なくとも一方が液体 である2つの流体を混合する装置に関する(ドイツ連邦共和国特許DE−PS3 818991)。 本発明の目的における”流体”とは液体、またはガスである。この装置は液体 をガスと混合するため、あるいは2つの互いに溶け合わない流体を混合するため 、あるいは2つの互いに溶け合う流体を混合または均質化するために用いること ができる。以下の詳細は、代表的に、液体をガスと混合するためのその他の2つ の可能性にも適用される。 この様な”混合”は、例えば、汚水処理において、酸素は水に溶け難いが、水 の中にできるだけ多くの酸素が導入されるべきである場合におこなわれる。これ を実行するために、二つの液体の間での化学反応およびガスと液体の間での吸収 、脱離として、二つの液体の間に強い乱れを持った大質量の交換表面を形成する ことが必要である。ガスと液体の間の質量の交換はこの様にして強化される。 ドイツの雑誌「Chemie−Ingenieur−Technik」52、 1980、No.12の950頁〜965頁にガスと 液体を混合することのできる多数の方法と装置が記載されている。長い間にわた って知られ、多くの場合効率の低い装置は、例えば、機械的な攪拌機または気泡 柱(bubble column)である。より良い結果は噴流ノズルループ形反応器により 得られる。 上述のドイツ連邦共和国特許DE3818991による公知の装置では、質量 の交換はさらに液体の混合の間でも改善される。ノズルの開口部の後のすぐ接し た領域の液体の剪断場によってノズルから出てくるのにつれてガスは非常に小さ な泡に分散される。同時に、ノズルから出た各液体の噴流は容器の内側から液体 またはガス−液体混合物を吸い込む。この様にして、ノズルの後ろに均質な2相 の流れが現れる。2つの2相流は容器内の衝撃ゾーンにぶつかる様に送られる。 そこで、ガスの泡は、さらに分散されガス−液体混合物の流れの運動エネルギは 消費される。この様にして、衝撃ゾーンにおける強い乱れと大質量の交換表面が 他の部分と同様に衝撃領域の上側と下側に形成される。装置は操作によってそれ 自体が明らかにされる。正確な構造の詳細については発明の明細書には含まれな い。 発明の課題は上述の装置のための簡単な構造を提供することである。 この課題は以下の発明により解決される。 --容器にしっかり結合されたガイド装置が少なくとも、それらの間の空間を閉じ る2つの閉じた壁を有し、2つの面の端部において開いていて、ガイド装置の壁 の一つが容器の壁である。-- この装置は管とガイド装置により一体に作られる。それは小形の構造に作るこ とができ、それ故、操作が簡単である。この様な理由から、この装置は、例えば 、混合装置として直接使用するのに加えて、大容量の液体タンクの沈潜組み立て 体として使用される。 ガイド装置は簡単に作られる、というのは、いずれにせよ存在する管の壁は構 造のために使用されるからである。したがって、ガイド通路の内の第2の壁のみ がそれぞれ管の内側または外側に配置されること、および管に確実に結合される ことが要求される。 この場合に、装置内に使用される各ノズルに対してそれ固有のガイド管のタイ プを装着されることができる。しかしながら、対応的に多数のノズルを有する環 状のガイド通路を提供することもできる。 本発明のその他の有利な実施の形態は従属請求項から導かれる。 本発明の主題の実施の形態は図面に記載されている。 図1は本発明による装置の原理図を示す。 図2は装置の側面図を示す。 図3、4は図2の装置を2通りに切った側面図である。 図5は図2〜4に比較して変形された装置の実施の形態を示す。 図6は装置内で使用されるノズルを拡大して示した図である。 図7は装置の一つの適用例である。 以下の説明では本発明の装置は、液体をガスと混合するためにさらに述べられ る。同様に、しかし、装置は二つの互いに溶け合わない液体の混合、あるいは、 互いに溶け合う二つの液体の均質化に使うこともできる。 好ましくは長手方向に延伸する円筒として形成される容器1内で、ガスGSと 液体FLが互いに混合されようとしている。その様にする中で、例えば、できる だけ多量の酸素が液体FL内に導入されなければならない。 容器1は2つのノズル3、4が配置されている拡大部2の一方の軸方向端部で 排出をおこない、それの、一方には液体FLが供給され、他方にはガスGSが供 給される。ノズル3、4は液体の噴流と そこから出てくるガスが、互いに直径方向で反対側にある2つの点において容器 1内に、それらの部分のために、排出をするガイド管5、6に入るように配設さ れる。ノズル3、4と同様にガイド管5、6を含む容器1は、例えば、汚水が液 体として存在する大容量のタンク7内に挿入される。 ガイド管5、6は、図1に明らかな様に、基本的には容器1に平行に延伸し、 90°曲がってから容器1に結合されている。ガイド管5、6内を別々にたどる 液体とガスの2つの噴流は破線で示される容器1内の衝撃領域PZ内で衝突する 。ノズル3、4は液体、またはガス−液体混合物を拡大部2の領域から吸い込み 、図1において矢印で示される内部流路が提供される。液体FLは上方から容器 内に、あるいは、例えば、ポンプ8によって外部回路内に送達される。分離の後 、液体はタンク7のオーバフロー9から流れ去ることができる。余剰のガスは一 部は容器1を通って、一部はタンク7を通って装置から出てくることができる。 図1は2つのノズル3、4を示している。しかしながら、互いに離間された2 つ以上のノズルを使用することも可能である。ノズル3、4は、好ましくは2つ の共中心パイプの2要素ノズルから形成される。形状寸法、大きさについては、 好ましくは、同じとされ、2つまたはそれ以上の、等しい形の液体およびガスの 流れが容器1に送られる。2つ以上のノズルが使用される場合には、対応するガ イド管の排出サイトは好ましくは容器1の周面上に均一にずらして配設される。 したがって、3個のノズルの場合には各排出サイトの間には120度の角度があ る。 図1の装置は基本的に以下のように作用する。 液体FLとガスGSはノズル3、4を介して別々に供給される。ノズル3、4 の出口開口部の液体の剪断場によってガスGSは分散 される。ガスの泡は液体FLにより連続され、結果として生じた2要素の混合物 は衝撃領域PZにおいて2つの流れに衝突する。ガスの泡はこの様に、さらに分 散され、質量変換が増加する。ガスの泡の大部分は、衝撃領域PZに散布された 状態にとどまり、この様にして連続的にさらに分散される。これは質量変換のさ らなる増加をもたらす。この理由のために、衝撃領域PZは容器1内において、 できるだけ中央に、すなわち略中心に配設される。 装置は、例えば、図2〜4にしたがって構築することができる。装置のこの実 施の形態においては、2つの曲がった、閉じた壁10および11が、容器1の外 側へ、両方の軸方向の縁に取り付けられていて、それは各々軸方向に延伸する空 間を形成しながら容器1の壁にしっかりと結合されている。壁10、11は端部 12、13の面において閉じている。他方の開いた端部ではノズル3、4が閉じ た空間内に突き出ている。壁10、11は容器1の壁と共にここでは、図1を使 って説明されたガイド管を形成する。壁10、11の端部12、13の領域にお いては容器1の壁はそれぞれ破断されている。容器1は、例えば、プラスチック または金属から成る。 壁10、11は、例えば、図3にしたがって半円の形に曲げることができる。 それらは、したがって、好ましくは、半管14、15から成る。しかし、壁10 、11に図4にしたがって、U字形の中空断面16、17の曲げを用いることも できる。 図2〜4の実施の形態以外の実施の形態が図5に示される。この装置における 容器1は衝撃領域PZの高さで円形であって直角に転位して拡がっている。容器 1の拡大部分では、環状の通路は開いたままで、通路に共中心な、概略図示され ている十文字部品19により容器1にしっかり取り付けられているパイプ片18 が取り付けられている。ガイド装置は、この場合には、環状に作られる。それは 、一方は容器1により、また、共にガイド装置の壁を表すパイプ片18によって も規制されている。この実施の形態においては便宜上2つ以上のノズルが使用さ れている。好ましくは、円周上で互いに90°ずつずらした4つのノズルが使用 される。しかしながら、ノズルの数は任意である。 図5は2つのノズル3、4だけ示している。それらは、半径方向に容器1内に 挿入することができる。この様なノズルの一つの構造は、例えば、拡大して示さ れている図6にならっている。それは周面上にノズル開口部21を有するパイプ 20から成る。パイプ20により供給された液体FLは、この様に、図6におい て示される壁1、18で区画される容器1のガイド装置に入るように約90°偏 向される。ノズルのパイプ20内のガスGSの送達のために、薄いパイプ22が ノズル開口部23の上に位置する出口開口部17と一体化されている。 上述の装置は、例えば、汚水処理に直接使用することができる。しかし、また 、図1について述べた様に、大容量のタンク6の内部で、沈潜組み立て体として 使用することもできる。この場合には、装置A,B,Cに対する図6から明らか な様に、幾つかのこの様な装置を同時に使用できる可能性がある。これは装置を 適用を考えずに最適な小さな寸法で作ることができるという利点を有する。それ ぞれ必要とされるだけのの数の装置が沈潜組み立て体として使用される。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年3月13日 【補正内容】 【図1】 【図2】 【図3】 【図4】 【図5】 【図6】 【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年5月24日 【補正内容】 明細書 二つの流体を混合するための装置 本発明は請求項1の前置部分による装置に関する。 本発明の目的における”流体”とは液体、またはガスである。この装置は液体 をガスと混合するため、あるいは2つの互いに溶け合わない流体を混合するため 、あるいは2つの互いに溶け合う流体を混合または均質化するために用いること ができる。以下の詳細は、代表的に、液体をガスと混合するためのその他の2つ の可能性にも適用される。 この様な”混合”は、例えば、汚水処理において、酸素は水に溶け難いが、水 の中にできるだけ多くの酸素が導入されるべきである場合におこなわれる。これ を実行するために、二つの液体の間での化学反応およびガスと液体の間での吸収 、脱離として、二つの液体の間に強い乱れを持った大質量の交換表面を形成する ことが必要である。ガスと液体の間の質量の交換はこの様にして強化される。 ドイツ連邦共和国特許DE3818991C1による公知の装置では、質量の 交換はさらに液体の混合の間でも改善される。ノズルの開口部の後のすぐ接した 領域の液体の剪断場によってノズルから出てくるのにつれてガスは非常に小さな 泡に分散される。同時に、ノズルから出た各液体の噴流は容器の内側から液体ま たはガス−液体混合物を吸い込む。この様にして、ノズルの後ろに均質な2相の 流れが現れる。2つの2相流は容器内の衝撃領域にぶつかる様に送られる。そこ で、ガスの泡は、さらに分散されガス−液体混合物の流れの運動エネルギは消費 される。この様にして、衝撃領域における強い乱れと大質量の交換表面が他の部 分と同様に衝撃領域の上側 と下側に形成される。 発明の課題は上述の装置のための簡単な構造を提供することである。 この課題は発明の請求項1において特性をあらわしている特徴により解決され る。 この装置は管とガイド通路により一体に作られる。それは小形の構造に作るこ とができ、それ故、操作が簡単である。この様な理由から、この装置は、例えば 、混合装置として直接使用するのに加えて、大容量の液体タンクの沈潜組み立て 体として使用される。 ガイド通路は簡単に作られる、というのは、いずれにせよ存在する管の壁は構 造のために使用されるからである。したがって、ガイド通路の内の第2の壁のみ がそれぞれ管の内側または外側に配置されること、および管に確実に結合される ことが要求される。 この場合に、装置内に使用される各ノズルに対してそれ固有のガイド管のタイ プを装着されることができる。しかしながら、対応的に多数のノズルを有する環 状のガイド通路を提供することもできる。 本発明のその他の有利な実施の形態は従属請求項から導かれる。 本発明の主題の実施の形態は図面に記載されている。 図1は本発明による装置の概略図である。 図2は装置の上面図である。 図3は装置の側面図である。 図4は図2に比較して変形された装置の実施の形態を示す。 図5は装置内で使用されるノズルを拡大して示した図である。 図6は装置の一つの適用例である。 以下の説明では本発明の装置は、液体をガスと混合するためにさらに述べられ る。同様に、しかし、装置は二つの互いに溶け合わな い液体の混合、あるいは、互いに溶け合う二つの液体の均質化に使うこともでき る。 軸方向の両方の端部が開口し、好ましくは長手方向に延伸する円筒として形成 される管状の容器1内で、ガスGSと液体FLが互いに混合されようとしている 。その様にする中で、例えば、できるだけ多量の酸素が液体FL内に導入されな ければならない。 容器1の一方の端部、図示される実施の形態においては下端部、に2つのノズ ル2、3が配置されていて、それの、一方には液体FLが供給され、他方にはガ スGSが供給される。ノズル2、3は液体の噴流とそこから出てくるガスが、互 いに直径方向で反対側にある2つの点において容器1内に、それらのために、放 出をするガイド装置のガイド管4、5に入るように配設される。ノズル2、3と 同様にガイド管4、5を含む容器1は、例えば、汚水が液体として存在する大容 量のタンク6内に挿入される。 装置は、例えば、図2、3にしたがって構築することができる。装置のこの実 施の形態においては、2つの曲かった、閉じた壁7および8が、容器1の外側へ 、両方の軸方向の縁に取り付けられていて、それは各々軸方向に延伸する空間を 形成しながら容器1の壁にしっかりと結合されている。図3によれば壁7、8は 端部9、10の面において閉じている。他方の開いた端部ではノズル2、3が壁 7、8並びに容器1の壁で周囲される空間内に突き出ている。壁7、8は容器1 の壁と共にここでは、図1に関して説明されたガイド管4、5から成るガイド手 段を形成する。壁7、8の端部9、10の領域においては容器1の壁はそれぞれ 破断されている。容器1内の対応する穴11、12が図3において2重の線で示 されている。容器1は、例えば、プラスチックまたは金属から成る。 壁7、8は、例えば、図2の半円の形に曲げることかできる。そ れらは、便宜的に、半管から成る。しかし、壁7、8に図4のU字形の中空断面 の曲げを用いることもできる。 ガイド管4、5は基本的には容器1に平行に延伸する。ガイド管4、5内を別 々にたどる液体とガスの2つの噴流は破線で示される容器1内の衝撃領域PZ内 で衝突する。ノズル2、3は液体、またはガス−液体混合物を容器の下端の領域 から吸い込み、図1において矢印で示される内部流路が提供される。液体FLは 上方から容器内に、あるいは、例えば、ポンプ13によって外部回路内に送達さ れる。分離の後、液体はタンク6のオーバフロー14から流れ去ることができる 。余剰のガスは一部は容器1を通って、一部はタンク6を通って装置から出てく ることができる。 図1は2つのノズル2、3を示している。しかしながら、互いに離間された2 つ以上のノズルを使用することも可能である。ノズル2、3は、好ましくは2つ の共中心パイプの2要素ノズルから形成される。形状寸法、大きさについては、 好ましくは、同じとされ、2つまたはそれ以上の、等しい形の液体およびガスの 流れが容器1に送られる。2つ以上のノズルが使用される場合には、対応するガ イド管の排出サイトは好ましくは容器1の周面上に均一にずらして配設される。 したがって、3個のノズルの場合には各排出サイトの間には120度の角度があ る。 図1〜4の装置は基本的に以下のように作用する。 液体FLとガスGSはノズル2、3を介して別々に供給される。ノズル2、3 の出口開口部の液体の剪断場によってガスGSは分散される。ガスの泡は液体F Lにより連続され、結果として生じた2要素の混合物は衝撃領域PZにおいて2 つの流れに衝突する。ガスの泡はこの様に、さらに分散され、質量変換が増加す る。ガスの泡の大部分は、衝撃領域PZに散布された状態にとどまり、この様に して連続的にさらに分散される。これは質量変換のさらなる増加をもたらす。こ の理由のために、衝撃領域PZは容器1内において、できるだけ中央に、すなわ ち略中心に配設される。 図2〜4の実施の形態以外の実施の形態においては、容器1の下側部分も、共 中心な空間と共に延伸する管片により周囲することができる。したがって、ノズ ル2、3は環状の空間に排出する。対応するガイド装置は管片により外方向に規 制され、容器1の壁により内方向に規制される。容器1の破断部が衝撃領域PZ の高さで円形に拡がっているので、容器1の下側部分は便宜上共中心の管片に結 合されている。この目的のために例えば概略表示された十文字部品を使うことが でき、それは容器1と管片の下側部分にしっかり結合されている管片そのものは しっかりと円周状に容器1の上側部分に緊密に結合されている。ガイド手段は、 この場合には、この様に環状に構築される。それは、ガイド手段の壁を成す、容 器1と管片によって、一方および他方が規制されている。この実施の形態におい ては便宜上2つ以上のノズルが使用されている。好ましくは、円周上で互いに9 0°ずつずらした4つのノズルが使用される。しかしながら、ノズルの数は任意 である。 ノズルは図1にしたがってノズルのボディがガイド手段の内部に向かって半径 方向に延伸する様に配設することができる。この様なノズルの内の一つのものの 構造は、例えば、拡大表示されている図5にならっている。それは周面上にノズ ル開口部17を有するパイプ16から成る。パイプ16により供給された液体F Lは、この様に、図5において示される壁1、7で区画される容器1のガイド装 置に入るように約90°偏向される。ノズルのパイプ16内のガスGSの送達の ために、薄いパイプ18がノズル開口部17の上に位置する出口開口部19と一 体化されている。ノズルのボディは、し かしながら、ガイド手段の中に半径方向に突出することができる。 上述の装置は、例えば、汚水処理に直接使用することができる。しかし、また 、図1について述べた様に、大容量のタンク6の内部で、沈潜組み立て体として 使用することもできる。この場合には、装置A,B,Cに対する図6から明らか な様に、幾つかのこの様な装置を同時に使用できる可能性がある。これは装置を 適用を考えずに最適な小さな寸法で作ることができるという利点を有する。それ ぞれ必要とされるだけのの数の装置が沈潜組み立て体として使用される。 請求の範囲 1.少なくとも一方が液体である2つの流体を混合する沈潜可能な装置であっ て、液体を受けるために両方の軸方向端部が開いている管(1)と、液体を供給 するための少なくとも2つのノズル(2,3)と、壁部で区画されるガイド通路 (4,5)であって、一端において内部にノズル(2,3)が突出し、他端にお いて管(1)に排出するガイド通路(4,5)とを具備し、 管(1)が排出のレベルにおいてガイド通路(4,5)の中間部分において、 ノズル(2,3)から噴射され、ガイド通路(4,5)から出てくる液体の流線 が互いに衝突する衝撃領域(PZ)を周囲していて、 ガイド通路(4,5)の少なくとも一つの壁が管(1)の壁の一部で形成され ていることを特徴とする沈潜可能な装置。 2.ガイド通路が、それぞれ管(1)の外側の配設され、それの壁に連結され ている半割り管で区画され、少なくとも二つの空間を有することを特徴とする請 求項1に記載の装置。 3.ガイド通路が、それぞれ管(1)の外側の配設され、それの壁に連結され ているU字形の中空断面で区画され、少なくとも二つの空間を有することを特徴 とする請求項1に記載の装置。 4.ガイド通路が、管(1)に共中心であって、管(1)の上に支持されるパ イプ片を具備することを特徴とする請求項1に記載の装置。 5.流体の一つとしてのガスを供給するためのパイプ(18)がノズル(2, 3)内に一体化されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記 載も装置。 6.大容量の液体タンク(6)用の沈潜組み立て体として請求項 1から5のいずれかの装置を使用する方法。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも一方が液体である2つの流体を混合する装置であって、 液体を受けるために両方の軸方向端部が開いている管と、液体を供給するため の少なくとも2つの空間的に離間されたノズルと、壁部で区画され、一端におい て内部にノズルが突出し、他端においてこの地点において開口している容器に排 出するガイド装置とを具備し、容器が排出のレベルにおいてガイド通路の中間部 分において、ノズルから噴射され、ガイド通路から出てくる液体の流線が互いに 衝突する衝撃領域を周囲していて、 容器(1)にしっかり取り付けられたガイド装置が少なくとも2つの、それら の間の空間を周囲する、壁を有し、2つの面の端部において開かれ、ガイド装置 の壁の一つが容器(1)の壁であることを特徴とする装置。 2.ガイド通路が、それぞれ管(1)の外側の配設され、それの壁に連結され ている半割り管(14、15)で区画され、少なくとも二つの空間を有すること を特徴とする請求項1に記載の装置。 3.ガイド通路が、それぞれ管(1)の外側の配設され、それの壁に連結され ているU字形の中空断面(16、17)で区画され、少なくとも二つの空間を有 することを特徴とする請求項1に記載の装置。 4.ガイド通路が、管(1)に共中心であって、管(1)の上に支持されるパ イプ片(18)を具備することを特徴とする請求項1に記載の装置。 5.ノズル(3、4)がガイド装置内に半径方向に排出をすることを特徴とす る請求項1から5のいずれか1項に記載も装置。 6.流体の一つとしてのガスを供給するためのパイプ(22)がノズル(3、 4)内に一体化されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記 載も装置。 7.大容量の液体タンク(7)用の沈潜組み立て体として請求項1から6のい ずれかの装置を使用する方法。
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