Vorrichtung und Verfahren zum Mischen eines Fluidstroms in einem Strömungskanal

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, aufweisend einen Strömungskanal und eine Mehrzahl von Mischerscheiben, die in einem, den Strömungskanal in einer Hauptströmungsrichtung durchströmenden, Fluid Vorderkantenwirbel erzeugen. Die Mischerscheiben sind entlang von im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Reihenachsen in Mischerscheibenreihen angeordnet und die Mischerscheiben der jeweiligen Mischerscheibenreihe sind gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Fluids gleichsinnig angewinkelt.

[0002] Zudem betrifft die Erfindung ein Mischverfahren zum Mischen eines in einer Hauptströmungsrichtung durch einen Strömungskanal strömenden Fluids, bei dem die Strömung des Fluids durch ein Vorderkantenwirbelsystem durchmischt wird.

[0003] Derartige Mischvorrichtungen und Mischverfahren kommen in Industrieanlagen, Kraftwerken, chemischen Anlagen, Röstereien und ähnlichen Anlagen in Einsatz, um die dort auftretenden Fluidströme zu durchmischen oder zu vermischen. So muss zum Beispiel zur Rauchgasreinigung eine Durchmischung der Rauchgase vorgenommen werden, um eine gleichmäßige Auslastung und effektive Arbeitsweise der Reinigungsanlagen zu erzielen.

[0004] Eine in diesem Zusammenhang von der Anmelderin entwickelte und in der DE 4325968 A1 offenbarte Mischvorrichtung ist der sogenannte statische Mischer bei dem dünne Mischerscheiben frei umströmbar in einem Strömungskanal angeordnet sind. Die Mischerscheiben sind dabei in einem spitzen, auch als Anströmwinkel bezeichneten, Winkel gegen die Strömung geneigt. Auf der der Strömung abgewandten Rückseite dieser Mischerscheiben entsteht dann ein besonders stabiles Vorderkantenwirbelsystem. Es besteht im Wesentlichen aus zwei sich gegenläufig von den frei umströmten Vorder- und Seitenkanten nach innen drehenden und sich in Hauptströmungsrichtung konusförmig aufweitenden Wirbeln. Diese in der Luftfahrttechnik auch als Wirbelschleppen bezeichneten tütenförmigen Wirbelpaare sind sehr kräftig und erzeugen bei der nur sehr geringen Neigung der Mischerscheibe gegen die Hauptströmungsrichtung bereits eine gute Durchmischung innerhalb einer kurzen Mischstrecke stromabwärts der, auch als Wirbelinduktionsscheiben oder Einbauflächen bezeichneten, Mischerscheibe. Aufgrund des, im Vergleich zu anderen Mischvorrichtungen, besonders spitzen Anströmwinkels der Mischerscheibe stellt sich nur eine äußerst geringe Erhöhung des Strömungswiderstandes ein. Die Druckverluste in dieser Mischvorrichtung sind daher gegenüber anderen bekannten Systemen besonders gering.

[0005] In den oft sehr breiten Strömungskanälen der oben genanten Anlagen werden sogenannte Quermischer verwendet, die, auf dem Wirkungsprinzip der statischen Mischer basierend, die Temperaturverteilung, die chemische Zusammensetzung in den Rauchgasen und auch die Staubverteilung z.B. der Flugasche vergleichmäßigen. Bei diesen Quermischern sind mehrere Wirbelinduktionsscheiben entlang einer Reihenachse in einer Mischerscheibenreihe angeordnet. Die Reihenachse dieser Mischerscheibenreihe verläuft im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung.

[0006] Zur weiteren Vergleichmäßigung der Strömung sind von der Anmelderin bereits in der EP 1170054 A1 Mischer vorgeschlagen worden, bei denen mehrere solcher Mischerscheibenreihen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die zweite Reihe hat einen Mindestabstand von der ersten Mischerscheibenreihe, der sich nach der Wirbelformation der ersten Reihe richtet. Die zweite Mischerscheibenreihe wird also bislang hinter der ersten Reihe so angeordnet, dass die Mischwirbel der zweiten Mischerscheibenreihe die Wirbel der ersten Mischerscheibenreihe ergänzen und diese verstärken.

[0007] Sollen weitere Zusatzstoffe wie etwa Ammoniak oder Ammoniakwasser in Entstickungsanlagen, sogenannten DeNOx-Anlagen, SO₃ bei Elektrofiltern, Kalk in Kohlekesseln und ähnliches in das durch den Strömungskanal strömende, auch als Primärfluid bezeichnete, erste Fluid eingemischt werden, wird hinter den oder die Quermischer eine Zumischvorrichtung eingebaut. Diese Zumischvorrichtung fördert das beizumischende Gut, im Folgenden Sekundärfluid genannt, unmittelbar in das Wirbelsystem, dass das Gut erfasst und intensiv mit dem Hauptstrom vermischt. Das beizumischende Gut kann gasförmig, nebelförmig (Aerosol) oder ein pulverisierter Feststoff sein. Bei den bekannten Zumischvorrichtungen kann es sich um enge Eindüsungsgitter mit zahlreichen Düsen handeln, mit denen die Zusatzstoffe fein verteilt dem Primärfluid beigemischt werden. Diese Düsengitter werden vor etwaigen Mischern in einem Mindestabstand eingebaut. Der Mindestabstand wird dabei so groß gewählt, dass das eingedüste Sekundärfluid im heißen Primärfluid möglichst vollständig verdampft bis es auf den Mischer trifft, da ansonsten Korrosions- und Erosionserscheinungen an den Mischern auftreten.

[0008] Diese bekannten Mischvorrichtungen werden bereits seit längerem erfolgreich genutzt. Dennoch besteht vor dem Hintergrund der weiter wachsenden Anforderungen an die Wirkungsgrade von Industrieanlagen ein Bedarf an nochmals in ihrer Effizienz gesteigerten Mischvorrichtungen.

[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Mischvorrichtung und ein Mischverfahren zu schaffen, aufweisend einen weiter optimierten Wirkungsgrad.

[0010] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Mischer gemäß Anspruchs 1 dadurch, dass die Mischerscheibenreihen in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt angeordnet sind, dessen Länge der maximalen Längenausdehnung der größten Mischerscheibenreihe in der Hauptströmungsrichtung entspricht und die Mischerscheibenreihen bezogen auf die Hauptströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mischerscheiben benachbarter Mischerscheibenreihen abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Anstellwinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung angewinkelt sind, und bei einem Mischverfahren gemäß Anspruch 29 dadurch, dass wenigstens zwei gegensinnig ausgerichtete Vorderkantenwirbelsysteme von einem dergestalten Mischer in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt erzeugt werden. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0011] Es handelt sich also um eine Mischvorrichtung, die in einem Strömungskanal angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mischerscheiben aufweist. Diese Mischerscheiben erzeugen in einem, den Strömungskanal in einer Hauptströmungsrichtung durchströmenden, Fluid die eingangs beschriebenen Vorderkantenwirbel und sind entlang von Reihenachsen in Mischerscheibenreihen angeordnet, wobei die Mischerscheibenreihen im Wesentlich quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufen. Die Mischerscheiben der jeweiligen Mischerscheibenreihe sind wiederum gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Fluids gleichsinnig angeordnet. Sie erstrecken sich also im Wesentlichen in die gleiche Richtung, wobei sie aber nicht zwingend parallel zueinander ausgerichtet sein müssen, sondern leichte Abweichungen oder Unterschiede in ihren Anstellwinkeln aufweisen können.

[0012] Erfindungsgemäß sind diese Mischerscheibenreihen in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt nebeneinander angeordnet. Die Mischerscheibenreihen werden also nicht wie bisher üblich in Hauptströmungsrichtung hintereinander in einem Mindestabstand, sondern entgegen allen gängigen Anordnungsregeln in ein und demselben Strömungskanalabschnitt montiert. Die Mischerscheibenreihen erstrecken sich also vor allem über eine in Hauptströmungsrichtung verlaufende Abschnittslänge des Strömungskanals, die sich aus der maximalen Längenausdehnung der größten Mischerscheibenreihe ergibt. Die anderen benachbarten Mischerscheibenreihen erstrecken sich dann also entweder über dieselbe oder eine geringere Länge und liegen zumindest im Wesentlichen innerhalb dieses von der längsten Mischerscheibenreihe definierten Strömungskanalabschnitts. Unter der maximalen Längenausdehnung ist in diesem Zusammenhang die Länge zu verstehen, die sich in Hauptströmungsrichtung aus der vordersten Kante des vordersten Teils und der hintersten Kante des hintersten Teil der Mischvorrichtung ergibt. Die vorderste Kante ist also meistens die Vorderkante der vordersten Mischerscheibe und die hinterste Kante meist die auch als Abrisskante bezeichnete Hinterkante der letzten Mischerscheibe.

[0013] Die Mischerscheiben benachbarter Mischerscheibenreihen sind erfindungsgemäß abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Anstellwinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung angewinkelt. Diese Anordnung der Mischerscheibenreihen teilt die Strömung abwechselnd in einen, bezogen auf die Hauptströmungsrichtung, in positiver und in negativer Richtung abgelenkten Strömungsanteil. In der Draufsicht auf eine solche Mischvorrichtung ergibt sich daher ein überkreuzendes Strömungsbild. Zudem erzeugen die Mischerscheiben nicht nur eine wirbelbehaftete Querströmung durch die Vorderkantenwirbelsysteme auf ihren Rückseiten sondern durch die gleichzeitige Umlenkung der Strömung an Ihren Vorderseiten, auch eine rotierende Globalströmung quer zur Hauptströmungsrichtung, Der gesamte Fluidstrom wird über die gesamte Querschnittsbreite des Kanals in Drehung um die Kanallängsachse versetzt. Es entsteht also ein globaler Drall in der Strömung, der eine besonders effektive Durchmischung des Fluids ermöglicht. Die Erfindung hat den Vorteil, dass auch Temperatursträhnen und Temperaturschieflagen vermischt werden.

[0014] Die Durchmischung des Fluids erfolgt aufgrund dieser speziellen Staffelung bzw. Schichtung der Strömung wesentlich effizienter als bei der Hintereinanderkettung der bekannten Quermischern. Es hat sich gezeigt, dass die sich durchdringenden Vorderkantenwirbelsysteme der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sich nicht in negativer Weise behindern. Zudem benötigt die erfindungsgemäße Mischvorrichtung sehr wenig Platz, da die einzelnen Mischerscheibenreihen nicht hintereinander in einem Mindestabstand zueinander angeordnet sind, um die spezifischen Wirksamkeiten der einzelnen Mischerscheibenreihen zu gewährleisten. Wegen der häufig engen Platzverhältnisse besonders in den meist sehr stark verbauten Großanlagen, ist diese kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ein weiterer Vorteil.

[0015] In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sind die Mischerscheibenreihen übereinander angeordnet. Die Mischerscheibenreihen verlaufen also weiterhin nebeneinander, sind jedoch um 90° gedreht ausgerichtet und erstrecken sich mit anderen Worten beide in horizontaler Richtung. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Reihenachsen benachbarter Mischerscheibenreihen in voneinander beabstandeten und sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung erstreckenden Ebenen verlaufen. Dann sind die Reihenachsen also so angeordnet, dass sie sich nicht schneiden, aber in der Draufsicht kreuzweise zueinander verlaufen.

[0016] Von Vorteil ist es auch, wenn die Reihenachsen benachbarter Mischerscheibenreihen abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Ausrichtungswinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung angewinkelt sind. Unter Ausrichtungswinkeln ist der Winkel zu verstehen, der zwischen der Reihenachse und der Hauptströmungsrichtung gemeint. Die Hauptströmungsrichtung ergibt sich dabei in bekannter Weise im Wesentlichen aus dem Verlauf der Kanalwände vor, in und hinter der Mischvorrichtung. Sie liegt in der Regel in der sich in Längsrichtung erstreckenden Schwerpunktlinie des Kanalquerschnitts.

[0017] Die Reihenachsen sind jeweils in voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet, die sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung erstrecken. Sie verlaufen zweckmäßiger Weise durch die Schwerpunkte der einzelnen Mischerscheiben. Alternativ kann eine Reihenachse aber auch den in Strömungsrichtung vordersten Punkt der jeweiligen Mischerscheibenreihe oder andere zur gleichmäßigen Ausrichtung mehrerer verschiedener Mischerscheiben geeigneter Punkte verbinden. So können zum Beispiel unterschiedlich lange Mischerscheiben alle an ihren Vorderkanten ausgerichtet werden, dann verläuft die Reihenachse durch die jeweiligen Vorderkanten.

[0018] Bevorzugt sind die Reihenachsen in ihren Ebenen gegenüber der Hauptströmungsrichtung in einem Ausrichtungswinkel von 75° bis 90° und/oder von -75° bis -90° geneigt angeordnet. Es können also beide Reihenachsen einen negativen oder positiven Ausrichtungswinkel oder abwechselnd einen positiven und einen negativen Winkel aufweisen.

[0019] In einer Weiterbildung verlaufen die Reihenachsen parallel zueinander. Dann ergibt sich ein besonders gleichmäßiger Strömungsverlauf insbesondere stromabwärts der Mischerscheibenreihen. Entsprechendes gilt auch, wenn die Mischerscheibenreihen symmetrisch zueinander angeordnet sind. Dabei kann es sich um Punkt- oder auch Achsensymmetrie bezüglich des Strömungskanalschwerpunktes oder der Hauptströmungsrichtung handeln.

[0020] In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung weist wenigstens eine Mischerscheibenreihe eine gekrümmte Reihenachse auf. Diese ist bei komplizierten Kanalgeometrien des Strömungskanals vorteilhaft, wenn die Strömung des Fluids in bestimmte Bereiche des Strömungskanals geleitet werden soll oder Teile der Strömung stärker oder schwächer durchmischt werden sollen. Die gekrümmte Reihenachse kann zum Beispiel einen konstanten Krümmungsradius im Fall eines Kreisbogenabschnittes aufweisen. Zweckmäßig kann auch ein variabler Krümmungsverlauf sein, der insbesondere parabelförmig ist. Bei einem solchen Krümmungsverlauf verläuft ein Teil der Mischerscheibenreihenachse nahezu parallel zur Hauptströmungsrichtung, während sich der Großteil quer zur Hauptströmungsrichtung erstreckt. Verbindet man Anfangs- und Endpunkt einer solchen Mischerscheibenreihenachse, so erstreckt diese sich im Sinne dieser Erfindung im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung. Bevorzugt werden die Anstellwinkel der Mischerscheiben mit abnehmender Krümmung der Reihenachse größer gewählt.

[0021] Besonders zweckmäßig ist es, wenn alle Mischerscheibenreihen den gleichen Krümmungsverlauf haben. Auch hier ergibt sich eine gleichmäßige Durchmischung der Strömung, die insbesondere bei geraden Kanalabschnitten zweckmäßig ist.

[0022] Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Mischvorrichtung eine erste Reihenachse mit einem ersten Krümmungsverlauf und eine zweite Reihenachse mit einem Krümmungsverlauf auf, wobei der zweite Krümmungsverlauf der Spiegelung der ersten Krümmungsverlaufs entspricht. Dabei ist der Krümmungsverlauf an der Schwereachse des Strömungskanals gespiegelt.

[0023] Bevorzugt weisen die Mischerscheibenreihen jeweils die gleiche Anzahl an Mischerscheiben auf. Auch ist es von Vorteil, wenn alle Mischerscheiben einer Mischerscheibenreihe die gleiche Formgebung haben. So kann man die Mischerscheiben in Massenherstellung günstig produzieren. Auch ist die Ausrichtung der Mischerscheiben vor Ort sehr leicht, da gleiche Mischerscheiben gleich ausgerichtet und montiert werden können.

[0024] In Abhängigkeit der Kanalgeometrie kann es wünschenswert sein, wenn die Mischerscheiben einer Mischerscheibenreihe gegenüber der Hauptströmungsrichtung teilweise überlappend angeordnet sind. Mit Blick in Hauptströmungsrichtung überdecken sich dann die Mischerscheiben einer solchen überlappenden Mischerscheibenreihe. Im Bereich der Überlappung steht somit die hintere Mischerscheibe im Strömungsschatten der vor ihr angeordneten Mischerscheibe. Bei besonders komplexen Kanalgeometrien variiert die Überlappung der einzelnen Mischerscheiben in einer Mischerscheibenreihe. Zweckmäßig ist es hier, wenn die Überlappung der einzelnen Mischerscheiben mit geringerer Krümmung oder Neigung der Reihenachse gegen die Hauptströmungsrichtung zunimmt.

[0025] Bevorzugt hat wenigstens eine Mischerscheibe eine dreieckige Form. Unter dreieckiger Form wird hier vor Allem eine dünne Scheibe mit dreieckiger Grundfläche verstanden. Zudem oder alternativ kann wenigstens eine Mischerscheibe eine rundlich, insbesondere eine kreisförmige, elliptische oder ovale Form haben. Für einen optimalen Strömungsabriss ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine rundliche Mischerscheibe auf ihrer der Hauptströmungsrichtung abgewandten Seite abgeflacht ist. Auch weist eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung wenigstens eine Mischerscheibe auf, die eine Trapezform hat. Dann ist die schmalere Seite die der Strömung zugewandte Seite der Mischerscheibe. Die Vorderkantenwirbel erzeugende Vorderkante ist dann ein eckiges "U" mit sich aufweitenden Schenkeln, während sie bei einer dreieckigen Scheibe ein "V" und bei einer Kreisscheibe ein Kreisbogenabschnitt ist.

[0026] Um die Bildung von Vorderkantenwirbel weiter zu unterstützen und den Strömungswiderstand zu reduzieren, ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine Mischerscheibe wenigstens einen Knick in ihrer angeströmten Oberflächen aufweist. Dieser Knick sollte nicht zu stark ausgeprägt sein, so dass auch mit Knick immer noch eine relativ ebene angeströmte Oberfläche der Mischerscheibe erhalten bleibt. Die Oberfläche ist dann zweckmäßig in Strömungsrichtung nach hinten geknickt. Die spitze Seite des Knicks ist also der Strömung zugewandt. Auch können in diesem Sinne mehrer Knicke die Oberfläche in Strömungsrichtung abwinkeln.

[0027] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist eine Zumischvorrichtung mit wenigstens einer Austrittsöffnung für ein Sekundärfluid in demselben Strömungsabschnitt des Strömungskanals angeordnet, in dem sich die Mischerscheibenreihen erstrecken. Anders als bislang im Stand der Technik, wird also eine Kombination mehrerer Quermischer mit einer Zumischvorrichtungen in ein und demselben Kanalabschnitt vorgenommen. Dabei hat sich gezeigt, dass der Strömungswiderstand der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung geringer ist als die Summe der einzelnen Strömungswiderstände der jeweiligen Mischerreihen und der Zumischvorrichtung. Zur weiteren Reduzierung des Strömungswiderstandes kann die Zumischvorrichtung auch zur Befestigung der Mischerscheiben genutzt werden.

[0028] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Mischvorrichtung mit Zumischvorrichtung ist zwischen zwei benachbarten Mischerscheibenreihen wenigstens ein Austrittsrohr angeordnet, in dem sich die wenigstens eine Austrittsöffnung befindet. Durch dieses Austrittsrohr strömt das Sekundärfluid und wird über die wenigstens eine Austrittsöffnung in das Primärfluid eingespritzt. Das Austrittsrohr der Zumischvorrichtung sollte genau an die Geometrie der Mischerscheibenreihe angepasst sein und zweckmäßigerweise im Bereich der Vorderkanten der Mischerscheiben möglichst parallel zu den Reihenachsen verlaufen. Insbesondere hat diese Weiterbildung den Vorteil, dass sich das in das Primärfluid zugemischte Sekundärfluid durch die Vorderkantenwirbel der einzelnen Mischerscheiben besonders fein und gleichmäßig stromabwärts verteilt. Zudem entfällt bei dieser Anordnung die eingangs beschriebene Korrosions- und Erosionsproblematik, insbesondere dann, wenn die Eindüsung auf der Leeseite der Mischerscheiben erfolgt.

[0029] Zur weiteren Homogenisierung des mit dem zugemischten Sekundärfluids angereicherten Primärfluids ist jeder Mischerscheibe wenigstens eine Austrittöffnung der Zumischvorrichtung zugeordnet. Das bedeutet, dass zumindest eine Austrittsöffnung der Zumischvorrichtung im Bereich jeder einzelnen Mischerscheibe und dort möglichst weit vorne im Bereich der Vorderkante angeordnet ist. Damit ergibt sich eine besonders feine Verteilung des Sekundärfluids in der Strömung des ersten Fluids.

[0030] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jeder Mischerscheibe ein eigenes Austrittsrohr der Zumischvorrichtung zugeordnet. Dann kann auf besonders einfache Weise jede Mischerscheibe im Strömungskanal befestigt werden. Dazu wird die Mischerscheibe an dem jeweiligen Austrittsrohr angeschraubt, geschweißt oder in anderer geeigneter Weise befestigt.

[0031] Das erfindungsgemäße Mischverfahren zeichnet sich also dadurch aus, dass wenigstens zwei gegensinnig ausgerichtete Vorderkantenwirbelsysteme in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt erzeugt werden. Die jeweils aus, sich paarweise gegeneinander und nach innen verdrehenden, Vorderkantenwirbeln bestehenden Vorderkantenwirbelsysteme sind also abwechselnd, einmal im positiven und einmal im negativen Winkel, zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Dies hat den Vorteil, dass sich auf besonders kurzer Mischstrecke eine effektive Durchmischung des Fluids ergibt.

[0032] In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Mischverfahrens wird in demselben Strömungskanalabschnitt, in dem die Vorderkantenwirbelsysteme erzeugt werden, zusammen mit den beiden gegenläufigen Vorderkantenwirbelsystemen eine in Hauptströmungsrichtung rotierende Globalströmung erzeugt. Durch Überlagerung der Vorderkantenwirbelsysteme mit der Globalströmung, ergibt sich eine nochmals gesteigerte Durchmischung der Fluidströme. In Anwendungen, wie etwa der Rauchgasentstickung, bei denen ein weiterer Fluidstrom in den Hauptstrom eingedüst werden soll, wird bei der Erzeugung der gegenläufigen Vorderkantenwirbelsysteme dem ersten Fluid wenigstens ein weiteres Sekundärfluid zugemischt. Anders als bislang üblich erfolgt somit die Durchmischung des Fluids gleichzeitig zusammen mit der Einmischung des Sekundärfluids. Dies führt, wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Mischvorrichtung erläutert, zu einer weiteren Steigerung der Effizienz des erfindungsgemäßen Mischverfahrens.

[0033] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1

die räumliche Darstellung eines Strömungskanals in dem ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung angeordnet ist;

Fig. 2

die zweidimensionale Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Strömungskanals mit Blick in Richtung der Kanallängsachse;

Fig. 3

die zweidimensionale Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Strömungskanals;

Fig. 4

die zweidimensionale Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Strömungskanal;

Fig. 5

die räumliche Darstellung eines Strömungskanals in dem ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung angeordnet ist;

Fig. 6

die zweidimensionale Ansicht des in Fig. 5 gezeigten Strömungskanals mit Blick in Richtung der Kanallängsachse mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung;

Fig. 7

die zweidimensionale Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Strömungskanals mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung;

Fig. 8

die zweidimensionale Draufsicht auf den in Fig. 5 gezeigten Strömungskanal mit dem zweiten Ausführungsbeispiels der Mischvorrichtung;

Fig. 9

eine zweidimensionale Draufsicht auf einen Strömungskanal mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung;

Fig. 10

eine Mischerscheibe mit kreisförmiger Grundfläche;

Fig. 11

eine Mischerscheibe mit ellipsenförmiger Grundfläche;

Fig. 12

eine Mischerscheibe mit kreisabschnittsförmiger Grundfläche;

Fig. 13

eine Mischerscheibe mit trapezförmiger Grundfläche;

Fig. 14

eine Mischerscheibe mit trapezförmiger Grundfläche und einem Knick;

Fig. 15

den in Fig. 14 angedeuteten Schnitt A-A;

Fig. 16

eine Mischerscheibe mit dreieckiger Grundfläche und zwei Knicken;

Fig. 17

den in Fig. 16 angedeuteten Schnitt B-B; und

Fig. 18

eine räumliche Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Mischervorrichtung.

[0034] Die in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 1 ist in einem rechteckigen Strömungskanal 2 angeordnet und weist acht Mischerscheiben 3 mit dreieckiger Grundfläche auf. Der Strömungskanal 2 wird von einem Fluid P in Hauptströmungsrichtung 4 durchströmt. Bei dem hier gezeigten Kanal 2 verläuft die Hauptströmungsrichtung in Richtung der Kanallängsachse in x-Richtung und quer dazu die Kanalbreite in Richtung der y-Achse und die Kanalhöhe in z-Richtung.

[0035] Die Mischerscheiben 3 sind gegenüber der Hauptströmungsrichtung 4 in einem Winkel ±α angewinkelt. So erzeugen sie auf ihrer der Strömung abgewandten Leeseite Vorderkantenwirbel 5, die sich konusförmig aufweitend quer zur Hauptströmungsrichtung 4 stromabwärts ausbreiten. Dabei bilden die Vorderkantenwirbel 5 hinter jeder Mischerscheibe 3 ein Vorderkantenwirbelsystem 14, bei dem es sich um zwei gegenläufig zur Mitte der Mischerscheiben 3 hin rotierende Wirbel 5 handelt, die sehr stabil und kräftig sind.

[0036] Die Mischerscheiben 3 sind entlang von zwei Reihenachsen 6, 7 übereinander liegend in Mischerscheibenreihen 8, 9 angeordnet. Die Mischerscheibenreihen 8, 9 befinden sich also in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt 10, wobei beide Mischerscheibenreihen 8, 9 gleich lang sind.

[0037] Wie man der Draufsicht auf die erfindungsgemäße Mischvorrichtung 1 in Fig. 4 entnehmen kann, sind die Mischerscheiben 3 der unter der Mischerscheibenreihe 9 liegenden Mischerscheibenreihe 8 in einem gegenüber der Hauptströmungsrichtung 4 positiven Winkel α angewinkelt. Mit dem positiven Winkel α ist ein im mathematischen Sinne positiver Winkel gemeint, also ein gegen den Uhrzeigersinn drehender Winkel. Die Mischerscheiben 3 der darüber liegenden Mischerscheibenreihe 9 sind dementsprechend in einem negativen Winkel α gegenüber der Hauptströmungsrichtung 4 angeordnet.

[0038] Die Reihenachsen 6, 7 der benachbarten Mischerscheibenreihen 8, 9 verlaufen wiederum parallel zueinander und quer zur Hauptströmungsrichtung 4. Daher ist in Fig. 4 die Reihenachse 6 der unteren Mischerscheibenreihe 8 von der Reihenachse 7 der oberen Mischerscheibenreihe 9 verdeckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Ausrichtungswinkel β der beiden Reihenachsen 6, 7 jeweils exakt 90°. Die Reihenachsen 6, 7 liegen daher in zwei in x- und in y-Richtung aufgespannten Ebenen mit unterschiedlichen z-Koordinaten, die sich parallel zur Hauptströmungsrichtung 4 erstrecken, wobei die Reihenachsen 6, 7 lediglich in y-Richtung verlaufen, also beide dieselbe x-Koordinate haben.

[0039] Die Mischerscheiben 3 sind jeweils an einem Befestigungsrohr 11 drehfest so angebracht, dass sie sich gegenüber der Hauptströmungsrichtung 4 überlappen. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weisen die Mischerscheiben 3 alle die gleiche Form auf und überlappen sich jeweils in y-Richtung um ein gleich großes Maß ü_y. Dabei sind die Überlappungen ü_y in der unteren Mischerscheibenreihe 8 genauso groß wie die Überlappungen in der Mischerscheibenreihe 9.

[0040] Das Mischen des in der Hauptströmungsrichtung 4 durch den Strömungskanal 2 strömenden Fluids P erfolgt nun so, dass die Mischerscheiben 3 das strömende Fluid von ihrer Spitze 25 hin zur breiten Hinterkante 26 quer zur Hauptströmungsrichtung 4 in Richtung der Kanalwand 13 umlenken. Auf der der Strömung abgewandten Leeseite der Mischerscheiben 3 bilden sich gleichzeitig Vorderkantenwirbelsysteme 14. Diese Vorderkantenwirbelsysteme 14 finden sich hinter jeder Mischerscheibe 3. Sie sind in den Fig. 1 bis Fig. 9 nur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht hinter jeder Mischerscheibe 3 dargestellt.

[0041] Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, breiten sich die Vorderkantenwirbelsysteme 14 der unteren Mischerscheibenreihe 8, in der Zeichnung nach links und der oberen Mischerscheibenreihe 9 jeweils nach rechts aus. Bezogen auf das in Fig. 2 dargestellte lokale Koordinatensystem verlaufen die unteren Vorderkantenwirbelsysteme 14 in negativer y-Richtung, während die oberen Vorderkantenwirbelsysteme 14 der Mischerscheibenreihe 9 in positiver y-Richtung verlaufen. Die Mischerscheiben 3 lenken also mit ihrer der Strömung zugewandten Vorderseite die Strömung um und erzeugen zugleich an ihrer der Strömung abgewandten Seite Wirbel. Sie weisen also eine umlenkende- und wirbelerzeugende Wirkung auf. Aufgrund dieser spezifischen Anordnung der beiden Mischerscheibenreihen 8 und 9 wird in der gesamten Strömung ein rechtsdrehender Drall um die Kanallängsachse erzeugt, der hier als rotierende Globalströmung 12 bezeichnet wird. Diese Globalströmung 12 sorgt für eine gute Durchmischung des Fluids P von einer zur anderen Kanalseite.

[0042] In den Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 1 gezeigt. Dieses unterscheidet sich vor allem in der Ausrichtung der Mischerscheibenreihen 8, 9 vom ersten Ausführungsbeispiel. Hier verlaufen die Mischerscheibenachsen 6, 7 abwechselnd in einem positiven bzw. negativen Ausrichtungswinkel β, so dass sich in der Draufsicht gemäß Fig. 8 eine kreuzungsweise Anordnung der Mischerscheibenreihen 8, 9 ergibt. Die beiden Mischerscheibenreihen 8, 9 sind symmetrisch zur Kanallängsachse angeordnet, so dass sich die Reihenachsen 6, 7 in der Kanalmitte schneiden. Die Winkel β betragen dabei im vorliegenden Fall etwa 80°.

[0043] Wie man ferner in Fig. 5 erkennt, bilden die Befestigungsrohre 11 der Mischerscheiben 3 die Zumischvorrichtung 29 für das Sekundärfluid S. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform die Befestigungsrohre 11 von dem Sekundärfluid S durchströmt werden. Die kanalseitigen Enden der Befestigungsrohre 11 bilden somit die Austrittsöffnungen 30 der Zumischvorrichtung 29. Gleichzeitig sind die Befestigungsrohre 11 auch die Austrittsrohre 31 der Zumischvorrichtung 29. Diese Zumischvorrichtung 29 weist somit genauso viele Austrittsrohre 31 und Austrittsöffnungen 30 wie Mischerscheiben 3 auf. Die Befestigungsrohre 11 dienen somit sowohl der Befestigung der einzelnen Mischerscheiben 3 im Strömungskanal 2 wie auch der Führung und Zumischung eines Sekundärfluids S in den Strom des ersten Fluids P.

[0044] Bei dem in Fig. 9 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 1, sind die Reihenachsen 6, 7 parabelförmig gekrümmt. Die obere Reihenachse 7 hat ihren stärker gekrümmten Teil auf der linken Seite des Strömungskanals 2 und die untere Reihenachse 6 hat ihren stärker gekrümmten Teil auf der rechten Seite des Strömungskanals2. Die Mischerscheiben 3 sind entlang jeder Reihenachse 6, 7 so angeordnet, dass die Anstellwinkel α vom stärker gekrümmten Teil hin zum schwächer gekrümmten Teil einer Reihenachse 6, 7 zunehmen.

[0045] In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand der einzelnen Mischerscheiben in jeder Mischerscheibenreihe 6, 7 so gewählt, dass die Überlappung Ü_y mit zunehmender Krümmung der Reihenachse 6, 7 abnimmt. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind auch in diesem Ausführungsbeispiel die Mischerscheiben 3 entlang der Reihenachsen 6, 7 symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung 4, die im Kanalmittelpunkt in x-Richtung verläuft, angeordnet. Die übereinanderliegenden Reihenachsen 6, 7 schneiden sich also in der Draufsicht der Fig. 9 in der Mitte des Strömungskanals 2.

[0046] In den Fig. 10 bis Fig. 17 sind verschiedene Ausführungsformen von Mischerscheiben 3 gezeigt. Bei der in Fig. 10 gezeigten Mischerscheibe 3 handelt es sich um eine Scheibe mit kreisförmiger Grundfläche. Die in Fig. 11 gezeigte Scheibe hat eine elliptische Grundfläche. Die in Fig. 12 gezeigte Scheibe ist ebenfalls eine rundliche Mischerscheibe, die allerdings eine abgeflachte Hinterkante 17 aufweist. Die Mischerscheibe 3 ist so in der Strömung anzuordnen, dass die rundliche Vorderkante 18 der Strömung entgegen gerichtet ist und die abgeflachte Hinterkante 17 der Strömung abgewandt ist. Die in Fig. 13 gezeigte Mischerscheibe 3 hat eine trapezförmige Grundfläche, wobei die schmalere Vorderseite 19 der Strömung entgegen gerichtet ist und die breitere Hinterkante 20 der Strömung abgewandt ist. Die in Fig. 13 gezeigte Mischerscheibe 3 wird also ebenso wie die in Fig. 12 gezeigte Mischerscheibe 3 von links nach rechts umströmt.

[0047] Eine weitere Ausführungsform einer trapezförmigen Mischerscheibe 3 ist in Fig. 14 und Fig. 15 gezeigt. Hier weist die Mischerscheibe 3 einen Knick 21 auf, der sich in Strömungsrichtung in der Mitte der Grundfläche der Mischerscheibe 3 erstreckt. Der Knick 21 verläuft, wie man in Fig. 15 erkennen kann, so, dass die der Strömung zugewandte Seite 22 der Mischerscheibe 3 in Strömungsrichtung etwas nach hinten abfällt, während die der Strömung abgewandte Oberseite der Mischerscheibe 3 hohl geformt ist. Diese Formgebung führt zu einer Verstärkung der Vorderkantenwirbel und zu einer mechanischen Stabilisierung der Mischerscheibe 3.

[0048] In Fig. 16 und Fig. 17 ist eine weitere Ausführungsform einer Mischerscheibe 3 gezeigt, die eine in der Draufsicht dreieckige Grundfläche aufweist, zudem aber zwei Knicke 21 und 24 hat, die von der Spitze 25 radial zur Hinterkante 26 verlaufen, so dass sich die Breiten der abgefalzten Seiten 27 und 28 in Strömungsrichtung vergrößern. In Fig. 17 ist der in Fig. 16 angedeutete Schnitt B-B gezeigt, in der man die beiden abgewinkelte Stellung der Seiten 27 und 28 erkennt. Die in Fig. 16 und 17 gezeigte Mischerscheibe 3 wird genau wie die in Fig. 14 und 15 gezeigte Mischerscheibe in der Strömung ausgerichtet. Die angeströmte Oberfläche 22 der Mischerscheibe 3 ist also an ihren Seitenrändern gegenüber der Strömung abgewinkelt, während die Mitte gerade ist. Die der Strömung abgewandte Oberseite 23 der Mischerscheibe 3 ist also wiederum hohl ausgeformt.

[0049] Das in Fig. 18 veranschaulichte vierten Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Mischerscheiben 3' eine elliptische Grundfläche aufweisen, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Im Übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel

Ansprüche

1. Mischvorrichtung (1), aufweisend einen Strömungskanal (2) und eine Mehrzahl von Mischerscheiben (3), die in einem den Strömungskanal (2) in einer Hauptströmungsrichtung (4) durchströmenden Fluid (P) Vorderkantenwirbel (5) erzeugen, wobei die Mischerscheiben (3) entlang von im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung (4) verlaufenden Reihenachsen (6, 7) in Mischerscheibenreihen (8, 9) angeordnet, und die Mischerscheiben (3) der jeweiligen Mischerscheibenreihe (8, 9) gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) des Fluids gleichsinnig angewinkelt und gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) teilweise überlappend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischerscheibenreihen (8, 9) in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt (10) angeordnet sind, dessen Länge der maximalen Längenausdehnung der größten Mischerscheibenreihe (8, 9) in der Hauptströmungsrichtung entspricht und die Mischerscheibenreihen (8, 9) bezogen auf die Hauptströmungsrichtung (4) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mischerscheiben (3) benachbarter Mischerscheibenreihen (8, 9) abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Anstellwinkel (α) gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) angewinkelt sind.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischerscheibenreihen (8, 9) übereinander angeordnet sind.

3. Mischvorrichtung einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reihenachsen (6, 7) benachbarter Mischerscheibenreihen (8, 9) abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Ausrichtungswinkel (β) gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) angewinkelt sind.

4. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reihenachsen (6, 7) benachbarter Mischerscheibenreihen (8, 9) in voneinander beabstandeten und sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung (4) erstreckenden Ebenen angeordnet sind.

5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reihenachsen (6, 7) in ihren Ebenen gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) in einem Ausrichtungswinkel (β) von 75° bis 90° und/oder von -75° bis -90°geneigt angeordnet sind.

6. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reihenachsen (6, 7) benachbarter Mischerscheibenreihen (8, 9) parallel zu einander verlaufen.

7. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischerscheibenreihen (8, 9) symmetrisch zu einander angeordnet sind.

8. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibenreihe (8, 9) eine gekrümmte Reihenachse (6, 7) aufweist.

9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibenreihe (8, 9) eine gekrümmte Reihenachse mit einem variablen Krümmungsverlauf aufweist.

10. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Krümmungsverlauf parabelförmig ist.

11. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Größe der Anstellwinkel (α) der Mischerscheiben (3) mit abnehmender Krümmung der Reihenachse (6, 7) ansteigt.

12. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle Mischerscheibenreihen (8, 9) den gleichen Krümmungsverlauf haben.

13. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Reihenachse (6) einen ersten Krümmungsverlauf und eine zweite Reihenachse (7) einen zweiten Krümmungsverlauf aufweist, wobei der zweite Krümmungsverlauf der Spiegelung des ersten Krümmungsverlaufs entspricht.

14. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischerscheibenreihen (6, 7) jeweils die gleiche Anzahl an Mischerscheiben (3) aufweisen.

15. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle Mischerscheiben (3) einer Mischerscheibenreihe (8, 9) die gleiche Formgebung aufweisen.

16. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überlappung (ü_y) der einzelnen Mischerscheiben (3) in einer Mischerscheibenreihe (8, 9) variiert.

17. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überlappung (ü_y) der einzelnen Mischerscheiben (3) mit abnehmender Krümmung oder Neigung der Reihenachse (6, 7) gegen die Hauptströmungsrichtung (4) zunimmt.

18. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibe (3) eine dreieckige Form hat.

19. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibe (3) eine rundliche, insbesondere eine kreisförmige, elliptische oder ovale, Form hat.

20. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine rundliche Mischerscheibe (3) auf ihrer der Hauptströmungsrichtung (4) abgewandten Seite (17) abgeflacht ist.

21. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibe (3) eine Trapezform hat.

22. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Mischerscheibe (3) wenigstens einen Knick (21, 24) in ihrer angeströmten Oberfläche (22) aufweist.

23. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zumischvorrichtung (29) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (30) für ein Sekundärfluid (S) in demselben Strömungsabschnitt (10) des Strömungskanals (2) angeordnet ist, in dem sich die Mischerscheibenreihen (8, 9) erstrecken.

24. Mischvorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischerscheiben (3) an der Zumischvorrichtung (29) angebracht sind.

25. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei benachbarten Mischerscheibenreihen (8, 9) wenigstens ein Austrittsrohr (31) angeordnet ist, in dem sich wenigstens eine Austrittsöffnung (30) für das Sekundärfluid (S) befindet.

26. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Austrittsrohr (31), in dem sich wenigstens eine Austrittsöffnung (30) für das Sekundärfluid (S) befindet, parallel zu jeder Mischerscheibenreihe (8, 9) angeordnet ist.

27. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Mischerscheibe (3) wenigstens eine Austrittsöffnung (30) der Zumischvorrichtung (29) zugeordnet ist.

28. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Mischerscheibe (3) ein eigenes Austrittrohr (31) der Zumischvorrichtung (29) zugeordnet ist.

29. Mischverfahren zum Mischen eines in einer Hauptströmungsrichtung (4) durch einen Strömungskanal (2) strömenden Fluids (P), bei dem die Strömung des Fluids (P) durch mehrere Vorderkantenwirbelsysteme (14) durchmischt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens zwei gegensinnig ausgerichtete Vorderkantenwirbelsysteme (14) von einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt (10) erzeugt werden.

30. Mischverfahren nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Strömung des Fluids (P) in dem Strömungskanalabschnitt (10) durch beiden gegenläufigen Vorderkantenwirbelsystemen (14) ein Drall, der eine um die Hauptströmungsrichtung (4) rotierende Globalströmung (12) erzeugt.

31. Mischverfahren nach Anspruch 29 oder 30,
dadurch gekennzeichnet,
dass gleichzeitig mit der Erzeugung der gegenläufigen Vorderkantenwirbelsysteme (14) dem Fluid (P) im Bereich der Mischerscheibenreihen (8, 9) wenigstens ein weiteres Sekundärfluid (S) zugemischt wird.

Claims

1. A mixing device (1) having a flow channel (2) and multiple mixer plates (3), which generate front edge swirls (5) in a fluid (P) flowing through the flow channel (2) in a main flow direction (4), the mixer plates (3) being situated in mixer plate rows (8, 9) along row axes (6, 7), running essentially transversely to the main flow direction (4), and the mixer plates (3) of each mixer plate row (8, 9) being angled in the same direction in relation to the main flow direction (4) of the fluid and being situated partially overlapping in relation to the main flow direction (4),
characterized in that the mixer plates rows (8, 9) are situated in a shared flow channel section (10), whose length corresponds to the maximum longitudinal dimension of the largest mixer plate row (8, 9) in the main flow direction in the mixer plates rows (8, 9) are situated neighboring one another in relation to the main flow direction (4), the mixer plates (3) of neighboring mixer plate rows (8, 9) being angled alternately at a positive and a negative attack angle (α) in relation to the main flow direction (4).

2. The mixing device according to claim 1,
characterized in that the mixer plate rows (8, 9) are situated one above another.

3. The mixing device according to one of Claims 1 or 2,
characterized in that the row axes (6, 7) of neighboring mixer plate rows (8, 9) are alternately angled in a positive and a negative orientation angle (β) in relation to the main flow direction (4).

4. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the row axes (6, 7) of neighboring mixer plate rows (8, 9) are situated in planes which are distal from one another and extend essentially parallel to the main flow direction (4).

5. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the row axes (6, 7) are situated in their planes inclined at an orientation angle (β) of 75° to 90° and/or of -75° to -90° in relation to the main flow direction (4).

6. The mixing device according to one of preceding Claims 1 to 4,
characterized in that the row axes (6, 7) of neighboring mixer plate rows (8, 9) run parallel to one another.

7. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the mixer plate rows (8, 9) are situated symmetrically to one another.

8. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one mixer plate row (8, 9) has a curved row axis (6, 7).

9. The mixing device according to Claim 8,
characterized in that at least one mixer plate row (8, 9) has a curved row axis having a variable curve shape.

10. The mixing device according to one of Claims 8 or 9,
characterized in that the curve shape is paraboloid.

11. The mixing device according to one of Claims 8 through 10,
characterized in that the size of the attack angle (α) of the mixer plates (3) increases with decreasing curvature of the row axis (6, 7).

12. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that all mixer plate rows (8, 9) have the same curve shape.

13. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that a first row axis (6) has a first curve shape and a second row axis (7) has a second curve shape, the second curve shape corresponding to the reflection of the first curve shape.

14. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the mixer plate rows (6, 7) each have the same number of mixer plates (3).

15. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that all mixer plates (3) of a mixer plate row (8, 9) have the same shaping.

16. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the overlap (ü_y) of the individual mixer plates (3) in a mixer plate row (8, 9) varies.

17. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that the overlap (ü_y) of the individual mixer plates (3) increases with decreasing curvature or inclination of the row axis (6, 7) toward the main flow direction (4).

18. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one mixer plate (3) has a triangular shape.

19. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one mixer plate (3) has a rounded, in particular a circular, elliptical, or oval shape.

20. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one rounded mixer plate (3) is flattened on its side (17) facing away from the main flow direction (4).

21. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one mixer plate (3) is trapezoidal.

22. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one mixer plate (3) has at least one fold (21, 24) in its surface (22) which has flow against it.

23. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that an admixing device (29), having at least one outlet opening (30) for a secondary fluid (S), is situated in the same flow section (10) of the flow channel (2) in which the mixer plate rows (8, 9) extend.

24. The mixing device according to Claim 23,
characterized in that the mixer plates (3) are attached to the admixing device (29).

25. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one outlet pipe (31) is situated between two neighboring mixer plate rows (8, 9), in which at least one outlet opening (30) for the secondary fluid (S) is located.

26. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one outlet pipe (31), in which at least one outlet opening (30) for the secondary fluid (S) is located, is situated parallel to every mixer plate row (8, 9).

27. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one outlet opening (30) of the admixing device (29) is assigned to every mixer plate (3).

28. The mixing device according to one of the preceding claims,
characterized in that a separate outlet pipe (31) of the admixing device (29) is assigned to every mixer plate (3).

29. A mixing method for mixing a fluid (P) flowing through a flow channel (2) in a main flow direction (4), in which the flow of the fluid (P) is thoroughly mixed by multiple front edge swirling systems (14),
characterized in that at least two front edge swirl systems (14) oriented in opposite directions are generated by a device according to one of the preceding claims in a shared flow channel section (10).

30. The mixing method according to Claim 29,
characterized in that there is a spin, which generates a global flow (12) rotating around the main flow direction (4), in the flow of the fluid (P) in the flow channel section (10) due to both opposing front edge swirl systems (14).

31. The mixing method according to Claim 29 or 30,
characterized in that at least one further secondary fluid (S) is admixed to the fluid (P) in the area of the mixer plate rows (8, 9) simultaneously with the generation of the opposing front edge swirl systems (14).

Revendications

1. Dispositif de mélange (1), comportant un canal d'écoulement (2) et une pluralité de disques mélangeurs (3) qui produisent dans un fluide (P) circulant dans le canal d'écoulement (2) dans un sens d'écoulement principal (4) un tourbillon (5) sur le bord d'attaque, les disques mélangeurs (3) étant disposés en rangées (8, 9) de disques mélangeurs le long d'axes (6, 7) de rangées orientés sensiblement transversalement par rapport au sens d'écoulement principal (4), et les disques mélangeurs (3) de la rangée (8, 9) de disques mélangeurs respective étant inclinés dans le même sens par rapport au sens d'écoulement principal (4) du fluide et se chevauchant en partie par rapport au sens d'écoulement principal (4),
caractérisé en ce
que les rangées (8, 9) de disques mélangeurs sont disposées dans un même tronçon (10) du canal d'écoulement dont la longueur est égale à la longueur maximale de la rangée (8, 9) de disques mélangeurs la plus longue dans lé sens d'écoulement principal et que les rangées (8, 9) de disques mélangeurs sont disposées côte à côte par rapport au sens d'écoulement principal (4), les disques mélangeurs (3) de rangées (8, 9) de disques mélangeurs voisines étant inclinés en alternance selon un angle d'incidence positif et selon un angle d'incidence négatif (α) par rapport au sens d'écoulement principal (4).

2. Dispositif de mélange selon la revendication 1,
caractérisé en ce
que les rangées (8, 9) de disques mélangeurs sont superposées.

3. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce
que les axes (6, 7) des rangées (8, 9) de disques mélangeurs voisines sont inclinés en alternance selon un angle d'incidence positif et selon un angle d'incidence négatif (β) par rapport au sens d'écoulement principal (4).

4. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que les axes (6, 7) des rangées (8, 9) de disques mélangeurs voisines sont disposés dans des plans distants les uns des autres et s'étendant sensiblement parallèlement au sens d'écoulement principal (4).

5. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que, dans leurs plans, les axes (6, 7) des rangées sont inclinés selon un angle d'orientation (β) compris entre 75° et 90° et/ou entre -75° et -90° par rapport au sens d'écoulement principal (4).

6. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4,
caractérisé en ce
que les axes (6, 7) des rangées (8, 9) de disques mélangeurs voisines s'étendent parallèlement entre eux.

7. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que les rangées (8, 9) de disques mélangeurs sont disposées symétriquement entre elles.

8. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins une rangée (8, 9) de disques mélangeurs comporte un axe (6, 7) de rangée incurvé.

9. Dispositif de mélange selon la revendication 8,
caractérisé en ce
qu'au moins une rangée (8, 9) de disques mélangeurs comporte un axe de rangée incurvé à courbure variable.

10. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9,
caractérisé en ce
que la courbure est parabolique.

11. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications 8 à 10,
caractérisé en ce
que l'angle d'incidence (α) des disques mélangeurs (3) augmente à mesure que diminue la courbure de l'axe (6, 7) de rangée.

12. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que toutes les rangées (8, 9) de disques mélangeurs ont la même courbure.

13. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'un premier axe (6) de rangée comporte une première courbure et qu'un deuxième axe (7) de rangée comporte une deuxième courbure, la deuxième courbure étant le miroir de la première courbure.

14. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que les rangées (8, 9) de disques mélangeurs comportent chacune le même nombre de disques mélangeurs (3).

15. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que tous les disques mélangeurs (3) d'une rangée (8, 9) de disques mélangeurs ont la même forme.

16. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que le chevauchement (ü_y) des différents disques mélangeurs (3) dans une rangée (8, 9) de disques mélangeurs varie.

17. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que le chevauchement (ü_y) des différents disques mélangeurs (3) augmente à mesure que diminue la courbure ou l'inclinaison de l'axe (6, 7) de rangée par rapport au sens d'écoulement principal (4).

18. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un disque mélangeur (3) a la forme d'un triangle.

19. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un disque mélangeur (3) a une forme arrondie, notamment une forme circulaire, elliptique ou ovale.

20. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un disque mélangeur (3) arrondi est aplati sur sa face (17) détournée du sens d'écoulement principal (4).

21. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un disque mélangeur (3) a la forme d'un trapèze.

22. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un disque mélangeur (3) comporte un coude (21, 24) dans sa surface d'attaque (22).

23. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'un dispositif d'alimentation (29) avec au moins une ouverture de sortie (30) d'un fluide secondaire (S) est disposé dans le même tronçon (10) d'écoulement du canal d'écoulement (2) dans lequel s'étendent les rangées (8, 9) de disques mélangeurs.

24. Dispositif de mélange selon la revendication 23,
caractérisé en ce
que les disques mélangeurs (3) sont montés sur le dispositif d'alimentation (29).

25. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un tube de sortie (31) comportant au moins une ouverture de sortie (30) du fluide secondaire (S) est interposé entre deux rangées (8, 9) de disques mélangeurs voisines.

26. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'au moins un tube de sortie (31) comportant au moins une ouverture de sortie (30) du fluide secondaire (S) est disposé parallèlement à chaque rangée (8, 9) de disques mélangeurs.

27. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'à chaque disque mélangeur (3) est associée au moins une ouverture de sortie (30) du dispositif d'alimentation (29).

28. Dispositif de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce
qu'à chaque disque mélangeur (3) est associé un tube de sortie (31) du dispositif d'alimentation (29) qui lui est propre.

29. Procédé de mélangeage d'un fluide (P) circulant dans un canal d'écoulement (2) dans un sens d'écoulement principal (4) dans lequel le flux de fluide (P) est mélangé par plusieurs systèmes de formation de tourbillons sur les bords d'attaque (14)
caractérisé en ce
qu'au moins deux systèmes de formation de tourbillons sur les bords d'attaque (14) orientés dans des sens contraires sont produits dans un même tronçon de canal d'écoulement (10) par un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.

30. Procédé de mélangeage selon la revendication 29,
caractérisé en ce
que, dans le flux du fluide (P) dans le tronçon de canal d'écoulement (10), une turbulence est générée par les deux systèmes de formation de tourbillons sur les bords d'attaque (14) orientés dans des sens contraires, cette turbulence produisant un flux global (12) tournant autour du sens d'écoulement principal (4).

31. Procédé de mélangeage selon la revendication 29 ou 30,
caractérisé en ce
que, en même temps que les systèmes de formation de tourbillons sur les bords d'attaque (14) sont réalisés, on rajoute au fluide (P) au moins un autre fluide secondaire (S) à la hauteur des rangées (8, 9) de disques

Zeichnung