VORRICHTUNG ZUM MISCHEN ZWEIER FLUIDE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] "Fluide" im Sinne der Erfindung sind Flüssigkeiten und Gase. Die Vorrichtung kann für das Mischen einer Flüssigkeit mit einem Gas oder zum Mischen zweier ineinander nicht löslicher Flüssigkeiten oder zum Mischen bzw. Homogenisieren von zwei ineinander löslichen Flüssigkeiten verwendet werden. Die folgenden Ausführungen gelten, stellvertretend auch für die beiden anderen Möglichkeiten, für das Mischen einer Flüssigkeit mit einem Gas.

[0003] Ein solches "Mischen" wird beispielsweise bei der Abwasserreinigung durchgeführt, wenn möglichst viel Sauerstoff in das Wasser eingebracht werden soll, der in Wasser schlecht löslich ist. Hierzu ist es ebenso wie bei chemischen Reaktionen sowie bei Absorptions- und Desorptionsvorgängen zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit erforderlich, eine große Stoffaustauschfläche zwischen den beiden Fluiden bei hoher Turbulenz zu erzeugen. Der Stoffaustausch zwischen dem Gas und der Flüssigkeit wird dadurch intensiviert.

[0004] Mit der bekannten Vorrichtung nach der DE 38 18 991 C1 wird der Stoffaustausch beim Mischen der Fluide weiter verbessert. Durch das Scherfeld der Flüssigkeit im unmittelbaren Bereich hinter den Öffnungen der Düsen wird das Gas beim Austritt aus den Düsen in sehr kleine Blasen zerteilt. Gleichzeitig saugt jeder aus den Düsen austretende Flüssigkeitsstrahl vom Inneren des Gefäßes Flüssigkeit oder ein Gas-Flüssigkeitsgemisch an. Es bilden sich dadurch hinter den Düsen homogene Zweiphasenströmungen aus. Die beiden Zweiphasenströmungen werden so gelenkt, daß sie in der Prallzone innerhalb des Gefäßes zusammenprallen. Dort werden die Gasblasen weiter zerteilt und die kinetische Energie des strömenden Gas-Flüssigkeitsgemisches dissipiert. Dadurch werden eine hohe Turbulenz und eine große Stoffaustauschfläche in der Prallzone sowie in den übrigen Teilen des Gefäßes oberhalb und unterhalb der Prallzone erzeugt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs geschilderte Vorrichtung einen konstruktiv einfachen Aufbau anzugeben.

[0006] Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Diese Vorrichtung ist mit Rohr und Leitkanal einteilig ausgeführt. Sie kann in kompakter Bauweise hergestellt werden und ist daher einfach zu handhaben. Dadurch kann die Vorrichtung neben ihrer direkten Verwendung als Mischvorrichtung beispielsweise auch als Tauchaggregat für großvolumige Flüssigkeitsbehälter eingesetzt werden.

[0008] Der Leitkanal ist einfach gestaltet, da für seinen Aufbau die ohnehin vorhandene Wandung des Rohres ausgenutzt wird. Es brauchen daher nur die jeweils zweiten Wände des Leitkanals außerhalb oder innerhalb des Rohres positioniert und fest mit dem Rohr verbunden zu werden.

[0009] Dabei kann für jede in der Vorrichtung eingesetzte Düse eine Art eigenes Leitrohr angebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, einen ringförmigen Leitkanal mit entsprechend hoher Anzahl von Düsen vorzusehen.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0011] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

[0012] Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung.

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig. 5 eine in der Vorrichtung verwendbare Düse in vergrößerter Darstellung.

Fig. 6 einen Anwendungsfall für die Vorrichtung.

[0013] In der folgenden Beschreibung wird die Vorrichtung nach der Erfindung weiter für das Mischen einer Flüssigkeit mit einen Gas beschrieben. In gleicher Weise kann die Vorrichtung aber auch für das Mischen zweier ineinander nicht löslicher Flüssigkeiten oder für das Homogenisieren zweier ineinander löslicher Flüssigkeiten verwendet werden.

[0014] In einem an beiden axialen Enden offenen Rohr 1, das vorzugsweise als langgestreckter Zylinder ausgebildet ist, sollen ein Gas GS und eine Flüssigkeit FL miteinander gemischt werden. Dabei soll beispielweise eine möglichst große Menge von Sauerstoff in die FL eingebracht werden. An einem Ende des Rohres 1 - im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es das untere - sind zwei Düsen 2 und 3 angeordnet, denen einerseits die FL und andererseits das GS zugeführt werden. Die Düsen 2 und 3 sind dabei so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Strahlen aus Flüssigkeit und Gas in Leitkanäle 4 und 5 einer Leitvorrichtung gelangen, die ihrerseits an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in das Rohr 1 einmünden. Das Rohr 1 ist einschließlich der Leitkanäle 4 und 5 sowie der Düsen 2 und 3 in einen großvolumigen Behälter 6 eingesetzt, in dem sich als Flüssigkeit beispielsweise Abwasser befindet.

[0015] Die Vorrichtung kann beispielweise entsprechend den Fig. 2 und 3 aufgebaut sein. Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung sind an dem Rohr 1 außen zwei gebogene, geschlossene Wände 7 und 8 angebracht, die jeweils unter Bildung eines axial verlaufenden Hohlraums an beiden axialen Kanten fest mit der Wandung des Rohres 1 verbunden sind. Die Wände 7 und 8 sind gemäß Fig. 3 an den Stirnseiten ihrer Enden 9 und 10 verschlossen. An den anderen, offenen Enden ragen die Düsen 2 und 3 in die von den Wänden 7 und 8 sowie der Wandung des Rohres 1 umschlossenen Hohlräume hinein. Die Wände 7 und 8 bilden zusammen mit der Wandung des Rohres 1 die Leitvorrichtung, die hier aus den bei Fig. 1 erläuterten Leitkanälen 4 und 5 besteht. Im Bereich der Enden 9 und 10 der Wände 7 und 8 ist die Wandung des Rohres 1 jeweils durchbrochen. Die entsprechenden Löcher 11 und 12 in der Wandung des Rohres 1 sind in Fig. 3 jeweils durch je zwei Striche angedeutet. Rohr 1 und Wände 7 und 8 bestehen beispielweise aus Kunststoff oder Metall.

[0016] Die Wände 7 und 8 können gemäß Fig. 2 halbkreisförmig gebogen sein. Sie bestehen dann zweckmäßig aus Halbrohren. Für die Wände 7 und 8 können gemäß Fig. 4 aber auch U-förmig gebogene Hohlprofile eingesetzt werden.

[0017] Die Leitkanäle 4 und 5 verlaufen im wesentlichen parallel zum Gefäß 1. Die beiden in den Leitkanälen 4 und 5 getrennt geführten Strahlen aus Flüssigkeit und Gas treffen im Rohr 1 in einer gestrichelt umrandeten Prallzone PZ aufeinander. Die Düsen 2 und 3 saugen Flüssigkeit oder ein Gas-Flüssigkeitsgemisch aus dem Bereich des unteren Endes des Rohres 1 an und sorgen dadurch für einen durch die in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile angedeuteten internen Kreislauf. Die FL wird dem Rohr 1 von oben oder im externen Umlauf, beispielsweise mittels einer Pumpe 13 zugeführt. Nach Entmischung kann die Flüssigkeit aus einem Überlauf 14 aus dem Behälter 6 ablaufen. Das überschüssige Gas kann aus der Vorrichtung teilweise durch das Rohr 1 und teilweise durch den Behälter 6 austreten.

[0018] In Fig. 1 sind zwei Düsen 2 und 3 dargestellt. Es können aber auch mehr als zwei jeweils voneinander getrennte Düsen eingesetzt werden. Die Düsen 2 und 3 sind vorzugsweise als Zweistoffdüsen aus zwei konzentrischen Rohren ausgeführt. Sie sind bezüglich Geometrie und Abmessungen vorzugsweise identisch aufgebaut, so daß dem Rohr 1 zwei oder mehr gleichmäßige Ströme aus Flüssigkeit und Gas zugeführt werden. Wenn mehr als zwei Düsen verwendet werden, dann werden die Einmündungsstellen der entsprechenden Leitkanäle zweckmäßig gleichmäßig am Umfang des Rohres 1 versetzt angeordnet. Bei drei Düsen liegt zwischen den Einmündungsstellen also beispielsweise jeweils ein Winkel von 120°.

[0019] Die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 arbeitet grundsätzlich wie folgt:

[0020] Mittels der Düsen 2 und 3 werden eine FL und ein GS getrennt zugeführt. Infolge des Scherfeldes der FL an den Austrittsöffnungen der Düsen 2 und 3 wird das Gas GS dispergiert. Die Gasblasen werden von der FL mitgenommen und das so entstandene Zweistoffgemisch prallt in zwei Strömen in der Prallzone PZ aufeinander. Die Gasblasen werden dadurch weiter dispergiert, so daß ein erhöhter Stoffaustausch stattfindet. Ein großer Teil der Gasblasen bleibt in der Prallzone PZ in der Schwebe und wird dadurch ständig weiter dispergiert. Das führt zu einer weiteren Erhöhung des Stoffaustausches. Die Prallzone PZ befindet sich aus diesem Grunde möglichst zentral im Gefäß 1, also etwa in dessen Mitte.

[0021] In einer gegenüber den Ausführungsformen nach den Fig. 2 bis 4 anderen Ausführungsform der Vorrichtung kann der untere Teil des Rohres 1 auch von einem mit Abstand konzentrisch zu demselben verlaufenden Rohrstück umgeben sein. Die Düsen 2 und 3 münden dann in einen Ringraum. Die entsprechende Leitvorrichtung wird von außen durch das Rohrstück und innen wieder durch die Wandung des Rohres 1 begrenzt. Da die Durchbrechung des Rohres 1 in Höhe der Prallzone PZ dann auch umlaufend ist, wird der untere Teil des Rohres 1 zweckmäßig mit dem konzentrischen Rohrstück verbunden. Dazu können beispielsweise schematisch angedeutete Stege 15 verwendet werden, die fest mit dem unteren Teil des Rohres 1 und dem Rohrstück verbunden sind. Das Rohrstück ist seinerseits fest und umlaufend dicht mit dem oberen Teil des Rohres 1 verbunden. Die Leitvorrichtung ist in diesem Fall also ringförmig ausgebildet. Sie wird durch das Rohr 1 einerseits und das Rohrstück andererseits begrenzt, welche die Wände der Leitvorrichtung darstellen. Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung werden zweckmäßig mehr als zwei Düsen eingesetzt. Vorzugsweise werden vier um jeweils 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Düsen verwendet. Die Anzahl der Düsen ist aber auch hier beliebig.

[0022] Die Düsen können gemäß Fig. 1 so angeordnet sein, daß ihre Körper in radialer Richtung in die Leitvorrichtung hineinragen. Der Aufbau einer derartigen Düse geht in vergrößerter Darstellung beispielweise aus Fig. 5 hervor. Sie besteht aus einem Rohr 16, das in seiner Umfangsfläche eine Düsenöffnung 17 aufweist. Die durch das Rohr 16 zugeführte FL wird auf diese Weise um etwa 90° umgelenkt, so daß sie in die Leitvorrichtung des Rohres 1 eintreten kann, welche durch die in Fig. 5 angedeuteten Wände 1 und 7 begrenzt wird. Für die Zuführung des GS ist in dem Rohr 16 der Düse ein dünneres Rohr 18 integriert, dessen Austrittsöffnung 19 an der Düsenöffnung 17 liegt. Die Düsenkörper der Düsen können aber auch in axialer Richtung in die Leitvorrichtung hineinragen.

[0023] Die im Vorangehenden beschriebene Vorrichtung kann als solche direkt beispielweise zur Abwasserbehandlung eingesetzt werden. Sie kann aber auch, wie schon für Fig. 1 beschrieben, in einem großvolumigen Behälter 6 als Tauchaggregat verwendet werden. Dabei bietet sich die Möglichkeit, mehrere solcher Vorrichtungen gleichzeitig einzusetzen, so wie es für drei Vorrichtungen A, B und C aus Fig. 6 hervorgeht. Das hat den Vorteil, daß die Vorrichtung mit optimalen kompakten Abmessungen hergestellt werden kann, ohne Rücksicht auf den Anwendungsfall. Es wird lediglich die jeweils benötigte Anzahl von Vorrichtungen als Tauchaggregate eingesetzt.

Ansprüche

1. Tauchvorrichtung zum Mischen zweier Fluide, von denen mindestens eines eine Flüssigkeit ist, die ein an beiden axialen Enden offenes Rohr (1) zur Aufnahme der Fluide, mindestens zwei Düsen (2, 3) zur Zuführung der Fluide und einen von Wänden begrenzten Leitkanal (4, 5) aufweist, in welchen die Düsen (2, 3) an seinem einen Ende hineinragen und welcher mit seinem anderen Ende in das Rohr (1) einmündet, und bei der das Rohr (1) in Höhe der Einmündung im mittleren Bereich des Leitkanals (4, 5) eine Prallzone (PZ) umschließt, in der aus dem Leitkanal (4, 5) austretende, von den Düsen (2, 3) injizierte Fluidströme aufeinanderprallen,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Wand des Leitkanals (4, 5) von einem Teil der Wandung des Rohres (1) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterkanal mindestens zwei Hohlräume aufweist, die jeweils durch außerhalb des Rohres (1) angeordnete und mit dessen Wandung verbundene Halbrohre begrenzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkanal mindestens zwei Hohlräume aufweist, die jeweils durch außerhalb des Rohres (1) angeordnete und mit dessen Wandung verbundene U-förmige Hohlprofile begrenzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkanal ein zu dem Rohr (1) konzentrisches und an demselben abgestütztes Rohrstück aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Düsen (2,3) ein Rohr (18) zur Zuführung eines Gases als eines der Fluide integriert ist.

6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Tauchaggregat für einen großvolumigen Flüssigkeitsbehälter (6).

Claims

1. A plunged device for mixing two fluids, of which at least one is a liquid, comprising a tube (1) open on both axial ends for holding the fluids, at least two nozzles (2, 3) for supplying the fluids and a guide channel (4, 5) which is limited by walls, into which nozzles (2, 3) on its one end project and which ports with its other end into the tube (1), and in which the tube (1) at the level of the porting in the central area of said guide channel (4, 5) surrounds an impact zone (PZ) in which the fluid streams injected by the nozzles (2,3) and emerging from said guide channel (4, 5) impact against one another,
characterized in that
at least one wall of said guide channel (4, 5) is formed by a part of the wall of said tube (1).

2. A device according to claim 1, characterized in that said guide channel comprises at least two hollow spaces limited by semi-tubes which are disposed outside of the tube (1) and connected to its wall.

3. A device according to claim 1, characterized in that the guide channel comprises at least two hollow spaces, each of which is limited by U-shaped hollow profiles being disposed outside of said tube (1) and connected to its wall.

4. A device according to claim 1, characterized in that the guide channel comprises a piece of tube concentric to said tube and supported thereon.

5. A device according to one claim 1 to 4, characterized in that in the nozzles (2, 3) a tube (18) for supplying a gas as one of the fluids is integrated.

6. Use of a device according to one of the claims 1 to 5 as an immersion aggregate for a liquid container (6) of large volume.

Revendications

1. Dispositif plongeur pour le mélange de deux fluides, dont au moins l'un est un liquide, et présentant un tube (1) ouvert aux deux extrémités axiales, pour recevoir les fluides, au moins deux lances (2, 3) pour amener les fluides, et un conduit de guidage (4, 5) délimité par des parois, dans lequel les lances s'engagent, à l'une de ses extrémités, et qui débouche dans le tube (1) par son autre extrémité, dispositif dans lequel le tube (1) entoure, à hauteur du débouché dans la zone médiane du conduit de guidage (4, 5), une zone de collision (PZ) dans laquelle entrent en collision des flux de fluides sortant du conduit de guidage (4, 5) et injectés par les lances (2, 3), dispositif caractérisé en ce qu'au moins une paroi du conduit de guidage (4, 5) est formée par une partie de la paroi du tube (1).

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de guidage présente au moins deux espaces vides, qui sont délimités chacun par des demi-tubes placés à l'extérieur du tube (1) et raccordés à la paroi de ce dernier.

3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de guidage présente au moins deux espaces vides, qui sont délimités chacun par des profilés creux en forme de U placés à l'extérieur du tube (1) et raccordés à la paroi de ce dernier.

4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de guidage présente un tronçon de tube concentrique avec le tube (1) et en appui sur ce dernier.

5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un tube (18) servant à amener un gaz en tant que l'un des fluides est intégré aux lances (2, 3).

6. Utilisation d'un dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, comme groupe plongeur pour un récipient à liquides (6) de gros volume.

Zeichnung