DE3114195A1

DE3114195A1 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE3114195A1
Application number: DE19813114195
Authority: DE
Inventors: Karl 14170 Huddinge Hällgren
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1982-01-28
Also published as: DE3114195C2; NO811261L; GB2073604B; JPS56158134A; JPH025448B2; SE432059B; SE8002770L; GB2073604A; FI811119L; FR2480135A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für Vermischung von strömenden Mitteln, wie von Gasen oder Flüssigkeiten, bei der die Mittel voneinander getrennt in die Mischvorrichtung eingespeist und beim Austritt aus ihr miteinander vermischt werden.

Bei vielen industriellen Anwendungen ist eine Vermischung von verschiedener Mitteln, wie von Gasen und/oder Flüssigkeiten miteinander notwendig, um beispielsweise einen Ausgleich von Temperaturen oder Konzentrationen o.dgl.

zu erzielen. So ist es bei chemischen Prozessindustrien bekannt, Mischer ohne bewegliche Teile zum Einsatz zu bringen, um die Konzentrationen verschiedener Mittel auszugleichen. Bei Belüftungsanlagen, bei denen beispielsweise ein Heizkörper mit kalter Aussenluft und auszulassender warmer Raumluft gespeist wird, kann beispielsweise ein derartiger Mischer zur Anwendung kommen, um die Luftströme vor dem Eintritt in den Heizkörper miteinander zu vermischen und einen Temperaturausgleich herbeizuführen, der eine ungleichförmige Belastung und auch eine Beschädi- gung oder sogar Zerstörung des Heizkörpers durch Gefrieren verhindert.

Die gewöhnlichste bekannte Mischvorrichtung für die vorgenannten Zwecke besteht aus einem Apparat, dem die miteinander zu vermischenden Mittel getrennt für sich zugeführt und deren Vermischung im Apparat selbst stattfindet. Der Hauptnachteil derartiger Mischapparate besteht darin, dass der Druckabfall in ihnen verhältnismässig gross wird, und dass sie ausserdem einen grossen Raumgehalt haben müssen, damit die Mittel in ausreichendem Ausmass miteinander vermischt werden, bevor sie den Apparat verlassen.

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Bekannt ist auch, beispielsweise von Brennern für z.B. öl, dass die eigentliche Vermischung der Mittel bei deren Austritt aus dem Körper des Brenners erfolgt, in dem die Mittel in verschiedenartiger Weise in Turbulenz versetzt worden sind, beispielsweise durch sich schraubenförmig durch den Brennerkörper erstreckende Leitflächen. Derartige Einrichtungen sind jedoch in ihrem Aufbau verhältnismässig verwickelt, und dadurch stellt sich ihre Herste!1ung teuer.

Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einfachen und bill'igen Mischvorrichtung, bei der einerseits die Mittel effektiv und innig miteinander vermischt werden, während andererseits der Druckabfall in ihr niedrig ist, und die ausserdem geringen Raum- inhalt hat und daher wenig Platz beansprucht.

Dies wird gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch erzielt, dass das Mischgerät mindestens zwei Systeme voneinander getrennter Kanäle umfasst, die von je einer zugehörigen Einlass-Seite her zu einer gemeinsamen Auslass-Seite des M i sehgerät ·; führen und dort; münden, wobei die Kanäle in einem Winkel zueinander derart verlaufen, dass die Flüsse der Mittel von den zwei Einlass-Seiten her eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung über die Oberfläche der Auslass-Seite erhalten. Vorzugsweise umfasst das Mischgerät mindestens zwei Lagen von Einzelwel1-Einheiten, d.h. Einheiten aus in Kontakt miteinander angeordneten ebenen und gewellten Schichten. Zweckmässig sind hierbei die Lagen von Einzelwel1-Einheiten mit den Wellungen der gewellten Schichten in einem Winkel zu den Wellungen in den nächst benachbarten Einzelwel1-Einheiten angeordnet.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform hat das Mischgerät in Draufsicht dreiseitige Kontur, vorzugsweise die eines Dreiecks, wobei zwei Seiten des Körper's die Einlass-Seiten sind, während dir? dritte Seite die Aus-

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Mischgeräts an ungleich grosse Zuflüsse der miteinander zu vermischenden Mittel können die Kanäle des dreiseitigen Mischgeräts verschieden hohe Wellen von der Einlass-Seite her aufweisen. Diese Anpassung kann auch dadurch erfolgen, dass die Kurzseiten des dreiseitigen Mischgeräts verschieden lang ausgeführt werden. Um den Fluss von Mitteln, vorzugsweise ungleichartiger Luft, über den Körper des Mischgeräts auszugleichen oder auszubalanzieren, können an denjenigen Ecken des in Draufsicht dreiseitigen oder dreieckigen Mischgeräts Drosselglieder vorgesehen sein, die sich an die gemeinsame Auslass-Seite anschliessen. Wenn eineweniger genaue Ausgleichung oder Ausbalanzierung erforderlich ist, können als Drosselglieder Streifen dienen, die eine bestimmte Anzahl von Kanalmündungen auf den Einlass-Seiten des Mischgeräts abdecken, wobei die Abdeckfläche der Leisten in Richtung zu der jeweiligen Ecke des Mischgeräts zunimmt. Wenn dagegen eine genauere Anpassung gewünscht wird, erhalten die Drosselglieder vorteilhaft die Form von gelöcherten Blechen, die über den Einlass-Seiten des Mischgeräts angebracht sind, wobei deren LÖcheriing in der Richtung zu der jeweiligen Ecke-des Mischgeräts spärlicher ist. Eine noch genauer arbeitende Lösung zur Erzielung einer gleichförmigen Mischung der Mittel an der Ausgangsseite des Mischgeräts besteht in Ausgleicheinrichtungen, die mit geraden, parallelen Kanälen ausgebildet und an die Einlass-Seiten des Geräts angeschlossen sind, wobei diese Einrichtungen eine solche Ausformung haben, dass ihre Kanäle zusammen mit den Kanälen des Mischgeräts Durchströmdurchlässe mit im wesentlichen demselben Druckabfall unabhängig von der Lage der Durchlässe zu dem Mischgerät bilden.

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Einen wesentlich anderen Weg zur Erzielung einer möglichst gleichförmigen Verteilung der Ströme der miteinander zu vermischenden Mittel über die Auslass-Seite des Mischgeräts stellt die Ausführung dar, bei der das Mischgerät mehrere Systeme von Kanälen enthält, die eine solche Form aufweisen, dass die Kanäle in jeder der aufeinander gestapelten Einzelwel1 einheiten gleich lang sind. Statt dessen kann gemäss einer anderen vorteilhaften Ausführungsform das Mischgerät an seinen beiden Aussenf 1 ächen Kanäle mit kleinerer Durchströnif 1 äche , beispielsweise geringerer Höhe, aufweisen. Das Gerät kann aber auch Systeme von kegeligen Kanälen enthalten, die in der Strömungsrichtung der Mittel eine zunehmende Durchströmfläche ergeben. In anderen Fällen kann es zur Herbeiführung einer gleichmässigen Verteilung der Ströme der miteinander zu vermischenden Mittel und insbesondere zur Ermöglichung einer Änderung des Verhältnisses zwischen ihnen vorteilhaft sein, das Mischgerät mit Reguliereinrichtungen vor den Einlass-Seiten des Geräts zu versehen.

Um die Vermischung von mehr als zwei Mitteln zu ermöglichen, ist eine besondere Ausführung der Erfindung besonders zweckmässig, bei der mindestens zwei Mischgeräte hintereinander geschaltet sind und das eine Gerät um mindestens eine Kanalbreite gegenüber dem anderen verschiebbar ist, derart, dass die Einmischung von mindestens zwei Mitteln in mindestens ein drittes Mittel veränderlich ist.

Ausführungsformen der Mischvorrichtung gemäss der Erfindung sollen nachstehend anhand der mitfolgenden Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen dabei:

Fig. 1 schematisch und schaubildlich eine Mischvorrichtung oder ein Mischgerät gemäss der Erfindung in ein Rohrleitungssystem eingesetzt.

Fig. 2 das Gerät der Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnelnde Draufsicht einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 schaubildlich ein Mischgerät mit Drosseleinrichtungen für Regelung des Flusses durch das Gerät,

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Fig. 5 in Draufsicht ein mit einer Druckausgleicheinrichtung versehenes Mischgerät,

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform eines dem in der Fig. 5 gezeigten ähnlichen Geräts, Fig. 7a - 7c eine abgeänderte Ausf ührungsfo'rm des Mischgeräts mit gleich langen Kanälen oder Spalten,

Fig. 8a und 8b ein Mischgerät für Vermischung von drei Mitteln,

Fig. 9 eine Draufsicht einer Schicht mit im Querschnitt kegeligen Wellungen für Anwendung in einem Mischgerät gemäss der Erfindung,

Fig. 10 und 11 Schnitt längs den Linien X-X bzw. XI-XI in der Fig. 9,

Fig. 12 in Ansicht von oben ein aus Schichten gemäss der Fig. 9 zusammengesetztes Mischgerät,

Fig. 13 schaubildlich mit einer Regeleinrichtung für die Mittel ausgerüstetes Mischgerät, und

Fig. 14a und 14b Mischgeräte für Regelung der Einmischanteile von drei Mitteln.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform des Mischgeräts 10 nach der Erfindung umfasst eine Anzahl von Grundeinheiten, die jeweils aus einer gewellten Schicht 12,. besteht, die fest an einer ebenen Schicht 14 anliegt und mit dieser eine sog. Einzelwelleinheit bildet. Jede zweite derartige Grundeinheit oder Einzelwel1 einheit 12, 14 nimmt eine solche Lage gegenüber der benachbarten Grundeinheit 12, 14 oder Einzelwel!einheit ein, dass die Wellungen in einem Winkel zueinander verlaufen, beispielsweise in einem rechten, wie in der Fig. 1 gezeigt ist. Die von den Wellungen der Schichten 12 gebildeten geraden Kanäle verlaufen somit abwechselnd in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch die ganze Höhe des Körpers des Mischgeräts 10, wie durch die Pfeile 16, 18 in den. Fig. 1 und 2 angegeben ist. Dadurch, dass die Grundeinheiten des Geräts 10 eine dreiseitige, vorzugsweise rechtwinklig dreieckige Form erhalten haben, wie am besten aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wobei die Kurzseiten des Dreiecks rechtwinklig zu den Wellungen der gewellten Schicht 12 verlaufen, sind zwei Systeme mit geraden, durchgehenden Kanälen entstanden, bei dem sich

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die Kanäle in dem jeweiligen System von jeder ihrer gesonderten Einlass-Seite Λ bzw. B getrennt von den Kanälen des anderen Systems an diesen vorbei zu einer Auslass-Seite C des Mischgeräts erstrecken, wo die Kanäle gemeinsam und mit gleichförmiger Verteilung der Kanalmündungen der beiden Systeme entlang der Überfläche der Auslass-Seite C münden.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform

sind an die Einlass-Seiten A und B des Mischgeräts 10 zwei voneinander getrennte Zuleitungen 20, 22 für Zuführung von zwei Strömen der miteinander zu vermischenden Mittel angeschlossen, sowie eine Leitung 24, die den Strom der miteinander vermischten Mittel weiterleitet. Die Strömungsrichtung der Mittel ist mit Pfeilen in den Figuren schematisch angezeigt. Wenn das Mischgerät 10 auch für Vermischung aller strömenden Mittel, wie beispielsweise von Flüssigkeiten, Gasen usw., anwendbar ist, gilt die Beschreibung fortan der Vermischung verschiedener Luftströme beispielsweise zwecks Temperaturausgleichung in Verbindung mit Belüftungsanlagen.

Die durch die beiden Kanalsysteme des Mischgeräts 10 hindurchgehenden, in Fig. 1 veranschaulichten Luftströme 16, 18 werden, weil die Kanäle beider Systeme gemeinsam an der längeren Seite des dreieckförmigen Körpers münden, beim Austreten aus dem Gerät 10 miteinander vermischt, wie durch die Pfeile 16, 18 in der Fig. 2 angegeben ist. Da, wie bereits erwähnt, die Kanalmünduriqen gl eichmässi g über die ganze Auslass-Seite des Geräts 10 sowohl in der Breitenais auch in der Höhenrichtung verteilt sind, leuchtet ein, dass die Vermischung der Mittel, hier also der Luftströme, sehr vollständig und effektiv wird, vor allem infolge der grossen Anzahl von kleinen Kanälen, wodurch jedes der beiden Mittel, wie die Luftströme, über die ganze Auslassfläche verteilt wird.

Der Grundkörper des Mischers 10 besteht aus sogenannten Einzelwel1einheiten , die ihrerseits aus miteinander fest verbundenen abwechselnd ebenen Bögen oder Schichten 14 und gewellten Bögen oder Schichten 12 zusammengesetzt sind.

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Die vernaltnismässig dünnen Bögen oder Schichten sind hierbei zweckmässig aus Kunststoff, Mineral faserstoff, beispielsweise Glasfasermaterial, metallischem Werkstoff wie Aluminium, rostfreiem Stahl oder anderen ähnlichen Werkstoffen je nach der Umgebung, in der das Mischgerät 10 zur Anwendung kommen soll_s gefertigt. Die Wellenhöhe wird hierbei verhältnismä'ssig gross bemessen, um einen kleinen Reibungsdruckfall zu gewährleisten. Das Gerät 10 wird zweckmässig dadurch hergestellt, dass rechteckige oder quadratische Einzelwell-Grundeinheiten zu gewünschter Höhe aufeinander gestapelt und durch Verleimung, Schweissung o. dgl. miteinander verbunden werden. Danach wird die ge¹-/ wünschte dreieckige Form durch diagonale Teilung des quadratischen oder rechteckigen Körpers gewonnen, derart, dass mindestens zwei Mischgeräte erhalten werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Mischkörper eine von der rein dreiseitigen Form mit ebenen Seitenflächen abweichende Gestalt hat, und dass Körper mit sowohl dreiseitigem Umriss als auch anderer Gestalt durch gesonderten Zuschnitt jeder einzelnen Einzelwel1-Einheit, aus der

der Körper zusammengesetzt ist, hergestellt werden können. Bei der in der Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsform eines Mischgeräts 10a ist dieses an zwei Zuführleitungen 26, 28 ungleicher Weite angeschlossen, wobei die dreieckige Form des Geräts 10a nicht mehr symmetrisch ist, vielmehr die Kurzseiten zwecks Anpassung an die ungleichen Zuleitungsweiten verschiedene Länge aufweisen.

Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, dass die geraden Kanäle von der Einlass-Seite A bzw. B zur Auslass-Seite C ungleich lang sind, je nachdem,ob der Kanal bei der rechtwinkligen Ecke des Mischgeräts 10 bzw. 10a beginnt oder näher bei dessen spitzwinkliger Ecke gelegen ist. Dieser Längenunterschied kann einen gewissen Unterschied im Druckabfall über die verschiedenen Partien des Mischgeräts 10 bzw.. 10a verursachen, was seinerseits eine

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ungleichförmige Verteilung der Intensität des an der Auslass-Seite des Geräts austretenden gemischten Luftstroms zur Folge haben kann.

Diese Schwierigkeit lässt sich nun erfindungsgemäss auf mehreren Wegen ausräumen. Gemäss .der auf der linken Seite der Fig. 4 veranschaulichten Ausführung sind an dem spitzen Ende des Mischgeräts 10 Streifen 30, 32, 34 vorgesehen, die einen Teil der Mündungen der Kanäle auf der Einlass-Seite B abdecken. Auf diese Weise wird eine Drosselung der Luftmenge erzielt, did an den spitzen Enden des Geräts einströmt, d.h. dort, wo die Kanäle am kürzesten sind, derart, dass ein Ausgleich in der durch den Mischkörper hindurchgehenden Luftmenge erreicht wird. Demzufolge tritt ungefähr dieselbe Menge Luft in gleichmässiger Verteilung

T5 über die Auslassfläche C des Geräts aus. Wie aus der Fig 4 ersichtlich, ist der Streifen 34, der der Aussenkante des Geräts am nächsten liegt, breiter als die weiter von

dieser Kante entfernt liegenden Streifen 32 und 30. Durch zweckgeeignete Breite und Verteilung der Streifen lässt sich ein verhältnismässig guter Ausgleich der Luftverteilung über das Gerät 10 erhalten.

Die Drosselung des Luftstroms an den spitzen Enden des Mischgeräts 10 lässt sich aber auch, wie im rechten Teil der Fig. 4 veranschaulicht, durch gelöcherte Bleche mit ungleichem Gehalt, an Löcherungen herbeiführen. Wie dort ersichtlich, hat das Blech 36 eine geringere Anzahl von Löchern als das Blech 38, das näher zur Mitte des Geräts gelegen ist, d.h. Kanäle mit grösserer Länge abdeckt, während die Kanäle, die noch mehr zur Mitte des Geräts hin münden, ganz ohne Drosseleinrichtungen sind. Mit Hilfe der gelöcherten Bleche 36, 38 lässt sich eine sehr genaue Regelung und Ausgleichung der durch das Mischgerät 10 hindurchgehenden Luftströme erzielen.

Ein anderer Ausweg zum Ausgleich der Intensität des durch das Mischgerät hindurchgehenden Luftflusses besteht darin, es mit Druckausgleicheinrichtungen der in den Fig. und 6 veranschaulichten Art auszurüsten. Die in der Fig.

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gezeigte Druckausgleicheinrichtung 40 ist aus demselben Werkstoff hergestellt wie der Körper des Mischgeräts 10 und besteht demgemäss aus aufeinander gestapelten Lagen von Einzelwel1-Einheiten , vorzugsweise mit sämtlichen Lagen der WeI1-Einheiten parallel zueinander. Die Druckausgleicheinrichtung 40 hat hierbei gerade Kanäle, die von seiner einen Kurzseite D parallel zu der anderen Kurzseite E zu einer schrägen Seite F verlaufen, die ihrerseits an eine der Einlass-Seiten des Mischgeräts angeschlossen ist, derart, dass die Kanäle in der Druckausgleicheinrichtung 40 mit den Kanälen im Mischgerät 10 kommunizieren. Die Wellenhöhe und die Kantenl änge .AL der Druckausgleicheinrichtung 40 werden dabei so bemessen, dass der Druckabfall beim Durchgang der Luft durch die längsten Kanäle in der Druckausgießeinrichtung bzw. dem Mischgerät annähernd gleich gross wird. Die in der Fig.5 gezeigten Druckausgleicheinrichtungen lassen sich in ähnlicher Weise wie die Mischgeräte aus einem quadratischen oder rechteckigen Körper durch diagonale Teilung herstellen. In der Fig. 6 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der die Anpassung an die Druckabfälle im Mischgerät zu einer unregelmässigen Form der Druckausgleicheinrichtung 40a geführt hat.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Druckausgleicheinrichtungen 40, 40a schaffen einen gleichmässig verteilten Zufluss zu jedem Kanal in den Mischgeräten 10, 10a und können daher 'vorteilhaft bei hohen Ansprüchen auf genaue Vermischung zur Anwendung kommen, während die Ausführung mit den Drossel streifen 30, 32, 34 oder -blechen 36, 38 gemäss der Fig. 4 zweckmässigerweise dann angewendet werden, wenn die Ansprüche an die Gleichmässigkeit des Gemischs verhältnismässiq gering sind.

Noch ein weiterer Weg zum Ausgleich der Intensität der Ströme von Mitteln über die Auslassfläche des Mischgeräts besteht darin, das Gerät mit gleich langen Kanälen auszuführen. Eine derartige Ausführung ist in den Figuren 7a - 7c veranschaulicht, wo das Mischgerät 10b in üblicher Weise an die zwei Zuleitungen 20, 22 für die beiden miteinander zu vermischenden Ströme von Mitteln angeschlossen

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ist sowie an eine Auslassleitung 24 zum Weiterleiten des Stroms der miteinander vermischten Mittel, wie durch die Richtungspfeile auf sowohl der Einlass- als auch auf der Auslass-Seite angedeutet ist. Hierbei hat das Mischgerät 10b in der Fig. 7a gerade, parallele Kanäle 44, die sich von den an die Zuleitungen 20, 22 angeschlossenen Einlass-Seiten des Mischgeräts parallel zu der zugehörigen Aussen-Seite des Geräts zu dessen in die Ausflussleitung 24 angeschlossene Auslass-Seite erstrecken. Da das Mischgerät 10b in gleicher Weise wie die zuvor beschriebenen Geräte aus aufeinander aufgeschichteten Einzelwel1-Einheiten aufgebaut ist, von denen jede zweite abwechselnd an die Zuleitung 20 bzw. 22 angeschlossen ist, aus denen das Mittel somit nur in jeden zweiten Kanal, in der Höhenerstreckung des Kanals gesehen, einströmt, muss der Einlass zu der dazwischen liegenden Einheit geschlossen sein, wie bei in der Fig. 7b gezeigt ist. Der Verschluss 46 kann während der Fertigung durch entsprechende Ausformung der Einzelwell-Einheiten oder aber nachträglich mittels Aufschweissens oder Aufleimens eines gesonderten Streifens geschaffen werden.

Das Mischgerät kann selbstverständlich sowohl bei dieser als auch den zuvorbeschriebenen Ausführungsform zum Anschluss an im Querschnitt runde Leitungen ausgestaltet sein, wobei es eine runde Querschnittsform erhält, wie

beispielsweise das in der Fig. 7c dargestellte Mischgerät. Mischgeräte gemäss der Erfindung können auch für die Vermischung von drei oder mehr Mitteln gefertigt werden, wie beispielsweise die in den Fig. 8a und 8b veranschaulichte AusfUhrungsform. Zusätzlich zu den Zuleitungen 20 und 22 ist das in der Fig. 8a gezeigte Mischgerät 1Od auch eine dazwischen gelegene Zuleitung 48 angeschlossen. Das in der Fig. 8a in Ansicht von oben gezeigte Mischgerät 1Od enthält somit mindestens drei Lager von aufeinander gestapelten Einzelwel1einheiten, wobei die mittlere Lage oder Einheit, die zu der Auslassleitung 24 führt, rechteckige Form hat, bei der die Kanäle parallel zu den Längsseiten

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verlaufen, während die Lagen oder Einheiten, die von den Zuleitungen 20 bzw. 22 zu der gemeinsamen Auslassleitung 24 führen, zu den schrägen Aussenseiten des Mischgeräts parallele Kanäle aufweisen. Da die Mittel aus den jeweiligen Zuleitungen 20, 22 und 48 nur durch die Kanäle jeder dritte Lage zu der gemeinsamen Auslassleitung 24 hindurchgehen sollen, muss der Einlass zu den beiden dazwischen gelegenen Lagen oder Einheiten verschlossen sein, wie bei 46 in der Fig. 8b in derselben Weise gezeigt ist, wie sie für die Fig. 7a und 7b beschrieben wurde. Die in den Fig. 7a - 7c und 8a, 8b gezeigten Mischgeräte 10b, 10c, 1Od sind somit aus aufeinander gestapelten Lagen aus Einzelwell-Einheiten aufgebaut, wobei vorzugsweise sämtliche Einzel well-Einheiten für den einen Strom von Mittel in einem Winkel gegenüber den Einheiten für den anderen Strom von Mittel stehen. Beim Ausfluss zu der gemeinsamen Auslassleitung '24 wird der eine Strom von Mittel innig mit dem anderen vermischt. Es ist dabei wichtig, dass die Flüsse in allen Kanälen die richtigen sind. Wenn die erste und die letzte WeI1einheitlage mit derselben Wellenhöhe wie die übrigen ausgeführt wird,

erhält man eine allzu starke Strömung in diesen Lagen und eine ungleichmässige Vermischung an diesen beiden Seiten. Um diesem Fehler abzuhelfen, erhalten zweckmässig die erste und die letzte WeI1einheiti age eine niedrigere Wellenhöhe, vorzugsweise die halbe oder eine etwas grössere Wellenhöhe, wie für die Kanäle 50 im Vergleich zu den zwischenliegenden Lagen mit den Kanälen 44 in den Figuren 7b und 8b gezeigt ist.

Bei den in den Figuren Za - 7c und 8a, 8b veranschaulichten Ausfü'hrungsformen von Mischgeräten ist die Strömungsgeschwindigkeit des Mittelgemischs in der Auslassleitung 2-4 unmittelbar hinter dem Mischgerät grosser als in den Zuleitungen 20, 22, 48 vor dem Mischgerät, Beispielsweise ist bei der Ausführungsform des Mischgeräts 10b in der Fig. 7a die Strömungsgeschwindigkeit in der Auslassleitung 24 der Summe der Geschwindigkeiten der beiden Flüsse in den beiden Zuleitungen 20, 22 proportional, was in vielen Fällen von Nachteil ist.

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Ein Ausweg zur Behebung dieses Nachteils besteht in * der Ausformung der Wellungen mit zunehmender Wellenhöhe und/oder Teilung zwischen den Wellenkämmen in der Richtung von der Einlass-Seite zur Auslass-Seite oder wahlweise mit zunehmender Teilung aber mit gleichbleibender Wellenhöhe ebenfalls in Richtung zur Auslass-Seite hin. Derartig gewellte Bogen oder Schichten können zwischen mehr oder weniger kegeligen Walzen, die gewellte Schichten oder Bogen mit sowohl zunehmender Wellenhöhe als auch Teilung formen können, hergestellt werden. Durch Verschiebung der einen kegeligen Wellwalze in zweckgeeigneter Weise gegenüber der anderen Walze lassen sich auch Wellbogen oder -schichten mit gleichbleibender Wellenhöhe, aber zunehmender Teilung zwischen den Wellenkämmen erhalten. Ein anderes Verfahren zur Herstellung derartigen Bogen oder Schichten besteht darin, nach Fertigung des Bogens mit zunehmender Wellenhöhe und Teilung zwischen den Wellenkämmen zwischen kegel igen Wellwalzen diese Bogen einer nachfolgenden Pressung auszu- * setzen, durch die die Wellenhöhe auf ein gewünschtes Mass erniedrigt wird. In den Figuren 9-11 ist ein Beispiel mit einem Bogen 52 mit kegeligen Wellen gezeigt, die, wie aus den Figuren 10 bzw. 11 ersichtlich, eine kleinere Teilung D zwischen den Wellenkämmen an dem einen Ende des Bogens als an dessen anderen Ende haben, während die Wellenhöhe H gleichbleibend ist. Das Ende des Bogens 52 mit der kleineren Teilung ist dabei an die eine Zuleitung 20 bzw. 22 für die miteinander zu vermischenden Mittel angeschlossen, während das Ende mit der grösseren Teilung an die Auslassleitung 24 angeschlossen ist, wie aus der Fig. 12 ersichtlich ist. In dieser Figur ist ein Ausführungsbeispiel für ein Mischgerät 1Oe gezeigt, das aus Lagen 52 aus kegeligen Einzelwell-Einheiten der in der Figur 9 veranschaulichten Art zusammengesetzt ist.

Um den Einmischanteil des einen Mittels in das andere zu regeln, können in den Zuleitungen 20, 22 vor dem Mischgerät 1.0 Reguliereinrichtungen vorgesehen sein, wie in der Figur 13 gezeigt ist. Diese Reguliereinrichtungen haben bei der veranschaulichten Ausführungsform die Gestalt beweg-

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licher Bleche 54 mit Schlitzen 56 in einer der Form des Einlasses zu jeder Einzelwel1einheit in dem Mischgerät 10 entsprechenden Ausformung. Indem die Schlitze 56 zu mehr oder weniger vollständigen Deckung mit den offenen Kanälen 44 des Mischgeräts gebracht werden, lässt sich der Einmischanteil des Mittels aus der für dieses Mittel vorgesehenen Zuleitung 20 bzw. 22 regeln, wie aus der Figur 13 hervorgeht. Die Reguliereinrichtungen können auch die Form von Drosselklappen oder ähnlichen Gliedern der Bauart aufweisen, wie sie bei der Vermischung von Gasen zur Anwendung kommen, oder auch dieselbe oder eine ähnlicher Ausgestaltung aufweisen wie Regulierventile für Flüssigkeiten.

Ein anderes Verfahren zur Regelung des Einmischanteils besteht darin, zwei Mischgeräte, beispielsweise der in der Fig. 7a gezeigten Bauart, hintereinander zu schalten und das eine Mischgerät beweglich gegenüber dem anderen anzuordnen, wie in der Figur 14a veranschaulicht ist, wo das obere Mischgerät 10b gegenüber dem unteren Mischgerät 10b verschiebbar ist. Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise zweckmässig bei der Vermischung von drei Mitteln, wenn dies durch Einmischung von zwei Mitteln in ein drittes erfolgt und man die Einmischung der zwei Mittel in das dritte variieren will. Die Bewegung des beweglichen Mischgeräts muss rechtwinklig zur Ebene der Kanäle in den Einzelwelleinheiten verlaufen. In der in der Figur 14a veranschaulichten einen Endlage des beweglichen Mischgeräts sind dessen Kanäle offen für Durchfluss des Mittels aus der Zuleitung 20 durch die hintereinander geschalteten Geräte. Dabei werden die Mittel aus der Zuleitung 20 und aus der direkt an das unbewegliche untere Mischgerät 10b angeschlossene Zuleitung 22 beim Ausströmen in die gemeinsame Abflussleitung 24 miteinander vermischt, während die Zuleitung 48 für das dritte Mittel abgesperrt ist. Wenn die Verschiebung des.oberen Mischgeräts lOb inganggesetzt wird, die in der Höhenrichtung des Mischgeräts, d.h. senkrecht zur Ebene der Zeichnungsfigur 14b stattfindet, wie in der Figur durch den eingezeichneten Pfeil angedeutet ist, werden die Kanäle immer mehr von dem aus der Zuleitung 20 einströmenden Mittel

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abgesperrt, während sie immer mehr für das Mittel aus der bisher abgesperrten Zuleitung 48 geöffnet werden, weswegen eine Vermischung der Mittel aus allen drei Zuleitungen 20, 48 und 22 erfolgt. Das bewegliche Mischgerät 10b wirkt dabei grundsätzlich in derselben Weise wie die in der Figur 13 gezeigten beweglichen geschlitzten Bleche 54, abgesehen davon, das das verschiebbare Mischgerät der Figuren 14a und 14b zusätzlich zur mehr oder weniger vollständigen Absperrung der Zufuhr von Mittel aus der einen oder anderen Zuleitung 20 oder 48

auch die Zufuhr aus der anderen Zuleitung 48 oder 20 öffnet.

Wenn dann das verschiebbare Mischgerät seine andere Endlage erreicht hat, sind seine Kanäle für das Mittel aus der Zuleitung 48 ganz geöffnet, aber für das Mittel aus der Zuleitung 20 verschlossen, weswegen die Vermischung nunmehr zwischen dem Mittel aus der Zuleitung 48 und dem Mittel aus der Zuleitung 22 stattfindet. Bei der soeben beschriebenen Ausführungsform ist somit stets das in der Zuleitung 22 strömende Mittel in dem fertigen Gemisch in der Auslassleitung 24 enthalten, während die Einmischung von Mittel aus den Zuleitungen 20 bzw. 48 zwischen null und 100 % variiert werden kann.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass mit der Erfindung ein Mischgerät geschaffen ist, in dem der Druckabfall über das Gerät erheblich niedriger ist als bei bisher verwendeten Mischern. Es beansprucht auch wesentlieh weniger Platz als die bisher vorkommenden Vorrichtungen. Auch in Bezug auf den Werkstoff für den Aufbau des Geräts ist eine geringere Menge erforderlich, wobei ausserdem dünne Werkstoffschichten verwendet werden können, weil die einzelnen Schichten oder Lagen einander wirkungsvoll abstützen. Um eine bessere Handhabung des Mischgeräts zu ermöglichen, kann ein schützendes Gehäuse (nicht dargestellt) um das Gerät herum vorgesehen sein, und ferner kann es in das Kanalsystem mit Hilfe von Eckleisten 42, wie sie in den Figuren gezeigt sind, eingeschoben und darin festgehalten werden.

Für Temperaturausgleichung erzielt das Gerät eine sehr gute Mischwirkung und Homogenität bei der Vermischung von zwei Mitteln von verschiedener Temperatur. Das Mischgerät

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gemäss der Erfindung ist auch sehr gut anwendbar bei chemischen kontinuierlichen Prozessen, bei denen Vermischungs- und/oder Reaktionsstufen vorkommen. Bei Vermischungsstufen liefert das Gerät eine Vermischung in sehr kurzer Zeit. Eine gute Vermischung bedeutet einen kürzeren Diffusionsweg für die Stoffe, die miteinander reagieren sollen, und demzufolge verläuft die ganze Reaktion schneller, was eine grössere Erzeugung je Zeiteinheit ermöglicht. Bei augenblicklicher Reaktion in der Reaktionsstufe ist die Vermischungsgeschwindigkeit allein entscheidend für den Produktenfluss. Die schnelle und innige Vermischung, die mit dem Mischgerät gemäss der Erfindung erhalten wird, ermöglicht eine grosse fortlaufende Erzeugung bei geringem Reaktionsvolumen. Bei schnellen

.15 Reaktionen geht die Vermischung und Reaktion gleichzeitig mit der Temperatursteigerung und -Senkung vonstatten. Das gute Gemisch ergibt eine gl eichmässige Temperatur ohne strichweise Bereiche mit Über- oder Untertemperatur.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die veranschaulichten Ausführungsbeispiele begrenzt, vielmehr können diese innerhalb des Rahmens der beigefügten Patentansprüche geändert und abgewandelt werden. So braucht das Mischgerät 10, 10a nicht die in den verschiedenen Figuren gezeigte Lage einzunehmen, sondern kann ebenso gut so angeordnet sein, dass die Schichten der Einzelwel!-Einheiten lotrecht stehen oder andere Lagen gegenüber der waagerechten Ebene einnehmen. Ebenso wenig braucht der Winkel zwischen den Kanälen in den benachbarten Lagen von Einzelwell -Ei nheiten ein rechter zu sein, sondern kann entsprechend der Form des Mischgeräts ein anderer sein. Ferner kann es u.a. mit Hinblick auf zugängliche Druckabfälle und vorkommende Ungleichmässigkeiten in den Zuflüssen vorteilhaft sein, eine andere Wellenhöhe für die in der einen Richtung verlaufenden Kanäle als für die in der anderen Richtung verlaufenden Kanäle vorzusehen.

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Claims

Patentanwälte

DIpI-. Ing. H. Η-suck

Dipl..PIxys-.-νν. Schmitz

Dipl. itig- E. Graälf^

Dipl. Ing. W. Wehnert O 1 1 / 1 Q K

AB CARLAS °^1^Z'

Industrievägen 2 8000 München 2

S-191 47 Sollentuna München, 6.April 1981

Anwaltsakte: M-5440

Mischvorrichtung
Patentansprüche

Mischvorrichtung für Vermischung von strömenden Mitteln, wie Gasen, Flüssigkeiten u.dgl., bei der die zu vermischenden Mittel einzeln in ein Mischgerät eingeführt und beim Austritt aus diesem miteinander vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgerät (10, 10a) mindestens zwei Systeme voneinander getrennter Kanäle umfasst, die von je einer zugehörigen Einlass-Seite (A, B) her zu einer gemeinsamen Auslass-Seite (C) des Mischgeräts führen und dort münden, wobei die Kanäle in einem Winkel zueinander derart verlaufen, dass die Flüsse der Mittel von den zwei Einlass-Seiten (A, B) eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung über die Oberfläche der Auslass-Seite (C) erhalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch g e kennzeichnet, dass das Mischgerät (10, 10a) mindestens zwei Lagen von Einzelwel1-Einheiten, d.h. Einheiten aus in Kontakt miteinander angeordneten ebenen (14) und gewellten (12) Schichten, umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, dass die Lagen von Einzelwell-Einheiten mit den Wellungen der gewellten Schichten (12) in einem Winkel zu den Wellungen in den nächst benachbarten Einzel well-Einheiten angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -

durch gekennzeichnet, dass das Mischgerät (10, 10a) in Draufsicht dreiseitige Kontur, vorzugsweise die eines Dreiecks hat, wobei zwei der Seiten des Dreiecks die Einlass-Seiten (A, B) sind, während seine dritte Seite die Auslass-Seite (C) des Mischkörpers bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e kennzei chnet, dass die Kanäle des dreiseitigen Mischgeräts (10a) zwecks Anpassung an ungleich grosse

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Zuflüsse verschieden hohe Wellen von der Einlass-Seite (A und B) her aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzseiten des dreiseitigen Mischgeräts (10a) zwecks Anpassung an ungleich grosse Zuflüsse verschieden lang sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Drosselglieder (30, 32, 34; 36, 38) an denjenigen Ecken des dreiseitigen oder dreieckigen Mischgeräts (10, 10a), die sich an die gemeinsame Auslass-Seite anschliessen, vorgesehen sind, um den Fluss von Mittel, vorzugsweise Luft, über den Körper des Mischgeräts auszugleichen oder zu baianzieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e kennzeichnet, dass die Drossel gl ieder die Form von Streifen (30, 32, 34) haben, die eine bestimmte Anzahl von Kanalmündungen auf den Einlass-Seiten (A, B) des Mischgeräts abdecken und dass die Abdeckfläche der Leisten in Richtung zu der jeweiligen Ecke des Mischgeräts zunimmt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselglieder die Form von gelöcherten Blechen (36, 38) haben, die über den Einlass-Seiten (A₅ B) des Mischgeräts (10) angebracht sind, und dass die Löcherung der Bleche in Richtung zu der genannten Ecke des Mischgeräts spärlicher ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder ^,dadurch gekennzeichnet, dassmit geraden, zueinander parallelen Kanälen ausgebildete Ausgleicheinrichtungen (40, 40a) an die Einlass-Seiten (A, B) des Mischgeräts (10, 10a) angeschlossen sind, und dass diese Einrichtungen eine solche Ausformung haben, dass ihre Kanäle zusammen mit den Kanälen des Mischgeräts Durchströmdurchlässe mit im wesentlichen demselben Druckabfall unabhängig von der Lage der Durchlässe zu dem Mischgerät bilden.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet,dassdas Mischgerät (10b, 10c, lOd) mehrere Systeme von Kanälen enthält, die eine solche Form aufweisen, dass die Kanäle in jeder der aufeinander gestapelten Einzelwel1einheiten gleich lang sind (Fig. 7, 8).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet,dassdas Mischgerät (10b, 10c, lOd) an seinen beiden Aussenf1ächen Kanäle mit kleinerer DurchströmfIäche, beispielsweise geringerer Höhe, aufweist (Fig. 7, 8).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-- 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgerät (10c) Systeme (52) von kegeligen Kanälen aufweist, die eine in der Strömungsrichtung zunehmende Durchströmfläche ergeben (Fig. 9-12).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet.dassdas Mischgerät (10) mit Reguliereinrichtungen vor den Einlass-Seiten (A, B) des Geräts zur Regelung der Menge der in das Gerät einströmenden Flüsse von Mitteln versehen ist (Fig. 13).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dassmindestens zwei Mischgeräte (10b) hintereinander geschaltet sind-und dass das eine Gerät um mindestens eine Kanalbreite gegenüber dem anderen verschiebbar ist, derart, dass die Einmischung von mindestens zwei Mitteln in mindestens ein drittes Mittel veränderlich ist (Fig. 14).

Beschreibung

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