DE7234116U - Vorrichtung zur unterstuetzung der entstehung von turbulenz - Google Patents

Description

Patentanwalt· 3r.-!ng. R. Döring -Phya O. ...

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The A.P.V. Company. Ltd. Kaiior Royal, Crawley, Sussex, England

Vorrichtung zur Unterstützung der Entstehung von Turbulenz

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterstützen des Entstehens von Turbulenz in einem Strömungsmittel mit einer Kehrzahl von die Turbulenz erzeugenden oder unterstützenden Elementen.

Während eine zur Unter Stützung der Entstehung von Turbulent dienende Vorrichtung gemäß der Erfindung besondere geeignet ist a. s :.'ii;C:.er zur;) tischen vcn z.vei oder iaehr Flüssigkeiten oaer zua ,..iocr,en eines cder mehrerer Gase und/oder einer oder mehrerer Γε^^οίΐί ;..it einer oder mehreren Flüssigkeiten wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daS die Vorrichtung ebenfalls cit Vorteil zum Erzeugen oder Unterstützen der Turbulenz in einem Strömungsmittel für andere Zwecke geeignet ist, beispielsweise zur Verbesserung des iv'ärL.eaustauscheB. Wenn die Vorrichtung als Mischer verwendet wird, läßt sich die Vorrichtung anwenden, unabhängig davon, ob chemische Reaktionen zwischen den Komponenten auftreten. ^:

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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung so weiterzubilden, daß die dabei verwendeten, die Turbulenz erzeugenden oder unterstützenden Elemente besonders einfach und billig ausgebildet und leicht anzuordnen sind, wobei gleichzeitig auf kurzem Wege eine starke und über den ganzen Querschnitt reichende und damit alle Plüsaigkeitsfasern erfassende Turbulenz in der Flüssigkeitsströmung erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einige oder alle der die Turbulenz unterstützenden Elemente Yielfach-Glieder-Elenente sind, die aus einer Mehrzahl von Gliedern befctehen, welche jeweils in der Form eines streifenförmigen Gliedes ausgebildet sind, das um eine in Längsrichtung verlaufende mittlere Linie gedreht oder tordiert ist, wobei die Kehra&kl von Gliedern Seite an Seite oder als Anhäufung angeordnet sind, wobei die genannten, in Längsrichtung verlaufenden Mittellinien im v. esentlichen parallel zueinander -verlaufen» Die Mehrzahl von EIeiisn-;en Bind dabei in Serie angeordnet, wobei benachbarte Abschnitte der angrenzenden Elemente verschieden orientiert sind.

In einer bevorzugten ^usführangsform sind die streifenförmig^ Glieder so angeordnet, dafä ihre Enden in der gleichen Ebene liegen und dai sie wenigstens ft.n einem, vorzugsweise an beiden Enden jedes streifenföriiigen Elementes radial verlaufen.

In einer solchen Anordnung ist es physikalisch nur nöglich, zwei, drei oder vier fctreifenföriaige Glieder anzuordnen.

Die streif enförrr.ijen Glieder in eines Ele..uj.t Ki,r,un die gleiche oder entgegengesetzte Drehrichtung aufv.eiüen«

Aneinander angrenzende Elemente in dar Vorrichtung könr.on ix ..batand oder kontinuierlich ungeordnet sein und können in ihrer Form beispielsweise bezüglich der Drehrichtung der Glieder variieren.

In einer besonderen Ausführungsform ßind die z'.-.ischeii p Gliedereleaenten angeordneten, alternierenden Elemente jeweils in Form eines einzigen streifenförnigen Gliedes, di-a uru eine in Längsrichtung verlaufende Mittellinie gedreht inz und dc.a vorzugsweise eine solche Breite aufweist, dau es quer durch das ganze Rohr, innerhalb dessen die Vorrichtung angeordnet ist, reicht.

Um wieder zurückkehrende oder konvergierende Zonen zu vermeiden, wenn die Vorrichtung in einem Rohr angeordnet ist, wird die Drehung jedes Gliedes in den vielfachen oder multiplen Gliederelecenten vorzugsweise auf 90° begrenzt.

Vorzugsweise haben die multiplen Gliederelemente zwei Elemente.

Aufeinanderfolgende Glieder können in ihrem Drehsinne wechseln, so daß den das einhüllende Rohr durchquerenden Substanzen im Uhrzeigersinne oder im Gegenuhrzeigersinne eine Drehung erteilt wird oder eie können auch alle im gleichen Drehsinne arbeiten, wenn dies erforderlich ist.

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Die paarweise vorgesehenen Elemente besitzen einen Dreiv,vi;.kei von 90°. Die Einzelelemente haben einen DrehvYinkel, der ^rö-er oder kleiner als 90° sein kann, beispielsweise 112,5° oder 67,5°, derart, daß zwei aufeinanderfolrende Schraubengän--,e weitergeführt oder verzögert sind um einen Winkel vo:i 22,5°·

Die individuellen, streifenförjnigen Glieder können durch Drehen oder Tordieren eines Streifens gebildet werden oder,falls erforderlich dadurch, da3 6ie aus festem Material gearbeitet oder gegossen oder geformt sind.

In der bevorzugten Anwendungsform wird die die Turbulenz fördernde Vorrichtung in einem Rohr von kreisförmigen Querschnitt

Um einen Kisohvorgang zur Erzielung einer Homogenität durchzuführen, können verhältnismäßig viele, z.B. 12 oder mehr Elemente, vorgesehen sein. Venn eine nicht homogene i'ischung erzielt werden soll, z.B. eine wellenförmige Verteilung in Eiskrem, können ein oder einige wenige Elemente ausreichen, während die Verwendung von iuehr Elementen in diesem Fall den gewünschten oder erforderlichen Effekt stören odei beeinträchtigen wurden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand öChematischen Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine die Turbulenz unterstützende Vorrichtung geciäß der Erfindung in rorm eines Mischers;

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die Fig. 2 bis 4 verschiedene AuafUhrungsformen für die die Turbulenz unterstützende Vorrichtung mit jeweils zwei zugehörigen \ Elementen und *

Fig. 5 einen Abschnitt einer öle Turbulenz fördernden Vorrichtung geiuäL einer bevorzugten Ausführungsforai der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Rohr 1 von gleichbleibendem, kreisförmigem Querschnitt mit einem Zuführungsende 2 vorgesehen, durch das Flüssigkeiten, die gemischt werden sollen, zugeführt werden. 1,'ach dem Durchqueren des Rohres 1 werden die Flüssigkeiten durch das Abgabeende 3 in gemischtem Sustande abgeführt. Innerhalb des Rohres 1 ist eine Anzahl von die Turbulenz erzeugenden oder unterstützenden Elementen vorgesehen, v/elche Paare von streifenförmigen Gliedern 4, 5 und 6, 7 aufweisen. Jedes dieser Glieder kann aus dünnem Blech hergestellt sein. Es kann aber auch in bestimmten Fallen aus solidem Material herausgearbeitet oder gegossen oder geformt sein. Wenn das Element aus Blech besteht, wird ein Streifen, dessen Breite gleich der Hälfte des inneren Durchmessers des Rohres ist, gedreht oder tordiert, &o daß die Enden des Streüens zueinander den gleichen Winkel einnehmen. Dieser Winkel kann 90° oder weniger oder 130° oder mehr betragen, wobei die Gröue des Winkels bestimmt werden kann durch die Viskosität und die Geschwindigkeit der Strömung der Flüssigkeiten, die gemischt werden sollen.

Die geometrische Form jedes Gliedes kann als eine flache Schraube betrachtet werden. In Fig. 1 werden die Glieder 4 und 5 zu einem Paar angeordnet, wobei jedes Glied dieaes Paares eine

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Linkedrehung aufweist, so daß Partikelchen, welche daa Rohr 1 durchqueren, in einer Richtung vom Zuführungaende 2 zua Abgabeende 3 im Gegenuhrzeigerainne gedreht wird. Die Glieder 4 und 5 besitzen jeweils eine Breite gleich der Hälfte des Durchmessers dee Rohres 1 und unterteilen daa Rohr, ao daß die Strömung ebenfalls unterteilt wird. Die Glieder 4 und 5 neigen weiterhin dazu, die bereits unterteilte Strömung durch axiale Scherwirkung weiter zu unterteilen. An die Glieder 4 und 5 sind ähnliche Paare von Gliedern 6 und 7 angebracht, die in Pig. 1 eine Rechtsdrehung, d.h. eine der Drehung der Glieder 4 and 5 entgegengesetzte Drehung aufweisen, wobei jedoch in bestimmten /.nwenöungsfällen die Glieder 6 und 7 auch den gleichen Drehsinn wie die Glieder 4 und 5 haben könnten.

Die Verbindung zwischen den Gliedern kann eine genaue Stoßverbindung, eine Überlappungaverbindung oder eine Verbindung mit Zwischenraum sein, je nachdem, wie dies die Fließkunde von den zu mischenden Flüssigkeiten erfordert.

Die Elemente, die durch die Paare 4,5 und 6,7 gebildet werden, sind so aneinander angebracht, daß ihre anstoßenden Kanten einen Winkel bilden, der etwa 90° beträgt, wenn man entlang der Rohrachse blickt. Dieser Versetzungsv.'inkel, baw. seine Größe hängt ab von der Zahl von Elementen entlang des Rohrlängenabschnittes.

Das Gliederpaar 6, 7 unterteilt die Strömungen, welche das Paar 4, 5 verlassen, in einer Tieiae ähnlich der anfänglichen Unterteilung der Strömung durch das Gliederpaar 4, 5. Auf diese 'ffeise wird die Gesamtströmung unterteilt und erneut in feinerer

Weiee unterteilt, wenn die Strömungiontlang der Länge der Mischzone fortschreitet. Der Wechsel dar Richtung, der durch die Elementenpaare veranlaßt wird, welche unterschiedliche oder entgegengesetzte Drehungen besitzen, verstärkt die Mischwirkung innerhalb der Flüssigkeiten. Die Krümmung der Elemente veranlaßt, daß die Partikelchen in radialer Richtung von der Außenseite zur Mitte und von der Mitte zur Außenseite wandern, und zwar so viele Male, wie die3 die besondere Anordnung der Elemente gestattet.

Bei dem gezeigten Auaführungsbeispiel besitzen die Elemente jedes Paares die gleiche Drehrichtung. Eine Modifikation dieser Anordnung besteht darin, daß Elemente von entgegengesetzter Drehrichtung in jedem Elementenpaar angeordnet sind.

Der Mischeffekt umfaßt dann eine vielfache Unterteilung fortschreitend in Längsrichtung, sowie eine Quermischung durch die Partikelchenbewegung in radialer Richtung nach innen und nach außen, sowie eine Scherwirkung an den Anstoßstellen der Elemente und im gewissen Umfange eine Rückmischung aufgrund der Turbulenz wobei diese abhuängig ist von der Viskosität.

Fig. 2 veranschaulicht ein Element mit 4 flachen Schrauben 8, 9» 10 und 11, welche entlang zweier Durchmesser das Rohr unter 90° durchqueren und die innerhalb des Rohres angeordnet sind. Jede der Schrauben weist eine Linksdrehung auf. Angeheftet iet ein ähnliches Element mit flachen Schraubansängen 12, 13, 14 und 15, wobei diese Schrauben jedoch eine Rechtsdrehung aufweisen. Eine solche Anordnung umfaßt zwei oder mehr Elemente, die verwendet werden, um Flüssigkeiten von niedriger Viskosität oder Flüssig-

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keiten und GaB zu mischen, wenn ein höherer Turbulenzgrud notwendig wird.

Pig. 3 veranschaulicht ein Elemont, das 3 flache Schr 16, 17, 13 aufweist, welche entlang von 3 Radien in eineia umhüllenden Rohr mit Unfang3abatänden von 120° angeordnet sind. An dieasa Sleiaent ist ein ähnlichea Slenent ait flachen Schraubengängen 19, 20, 21 von entgegengesetzter Drehung oder Steigung angeheftet. Eine solche Anordnung umfaßt zwei ocier mehr Eleirente, die verwendet werden, um flüssigkeiten mit mittlerer Viskosität zu mischen.

Die Pig. 4 veranschaulicht in ähnlicher V.'eise die Ausbildung von paarweise angeordneten Schraubengängen, wie in Fig.. 1, welche verwendet werden, um Flüssigkeiten von hoher Viskosität miteinander au mischen.

Die Mi suchvorrichtung, wie aiß beschrieben wurde, ist sehr einfach herzustellen, und swar praktisch aus allen verfügbaren Mr.-terialien, z.B. aus Metall, Kunststoff, Glaa. Ea ist weiterhin eine statische Vorrichtung, die keine beweglichen Teile aufweist, vorhanden, üie iat weiterhin sauber und leicht zu reinigen.

Die wiedergegeben© Vorrichtung iat besonders nützlich zum Mischen von auf Scherwirkung empfindliche Materialien wie Joghurt garben oder unterteilten Früchten.

Die zum tischen erforderliche Energie wird durch die Bewegung

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der Flüssigkeiten/Fe&tstoffe oder Gase gewonnen, die durch die \ Vorrichtung laufen. In Betrieb wird aas zugeführte Material fortlaufend gleichförmig in eine Vielzahl von Strömmngefäden unterteilt und entsprechend der besonderen Anordnung der Mischelemente. Die unterteilung schreitet fort in ebensoviel Stufen wie notwendig wird, uni den gewünschten Mischungsgrad zu erzielen. Zusätzlich zu der Unterteilung des zugeführten Materials wird dieses Material gezwungen, eich entlang eines Weges senkrecht zur Vorwärtsbewegung won der Mitte zur Peripherie urd zurück zu bewegen, und zwar viele Male während des Durchgangs durch die Vorrichtung, wobei die Anzahl dieser Bewegungen durch die Anzahl der individuellen Elemente in linearer Hichtung bestimmt wird. Die vorliegende Erfindung findet besondere Anwendung in Lebensmittel- und Getränkeindustrien und ist von besonders einfacher, rohrförmiger Konstruktion und leicht durch an Ort und Stalle anzuwendende Säuberungsmethoden zu reinigen und nachfolgend zu sterilisieren durch ieiße oder kalte SterilisationsflüseigJs-Siten. Beispielsweise läßt sich ein gesteuertes Mischen von Eiskrem zur Erzeugung der schlangen- oder wellenförmigen Verteilung, die Luft_J?eimischung bei Fermentationsmiterial:, die Sättigung mit Kohlensäure von Bier, Lagerbier oder Mineralwasser erreichen.

Die Verv.endung von Streifen mit einer Breite von nur der Hälfte des Durchmessers des Rohres bedeutet, daß eine Dehnung der Kanten der Streifen, wenn diese gedreht werden, nur gering ist, verglichen mit dem Drehen von Streifen mit einer Breite gleich dem Durchmesser, ao daß ein vorgegebener Drehzuetand erzielt werden kann mit einer Verminderung der Länge des Streifena.

Bei Verwendung ale Wärmetauscher kann das Rohr 1 mit einem Mantel auegerüatet werden, um die Flüssigkeit, welche durch das Rohr fließt, mit Hilfe irgendeines geeigneten Wärmeübertragungsmediums zu erhitzen oder zu kühlen.

Gemäß Fig. 5 sind zwei Glieder 21 und 22 vorgesehen, von denen ein jedes eine Linksdrehung aufweist und an ein einziges Gliedelement 23 angrenzt, welches den gleichen Drehungssinn besitzt.

Angrenzend an die stromabwärtsliegende Kante des Elementes 23, welche einen Drehungswinkel kleiner als 90° aufweist, sind zwei Elemente 24, 25 mit Rechtsdrehung vorgesehen. Ein weiteres ein-• zelnes Element 26, ebenfalls mit ßeehtsdrehung, schließt an die

etromabwärtsliegenden Xanten der Elemente 24, 25 an. Auf diese Weise setzen sich die Glieder 24, 25 und die nachfolgenden, paarweise angeordneten Schrauben im Winkelsinne fort, beispielsweise ura 22,5° und zwar im Uhrzeigersinne und nachfolgend der Richtung der Strömung, die durch den Pfeil A angedeutet ist.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß das aue· mehereren Teilen bestehende Glied mit der Sinlaßkante in radialer Anordnung innerhalb des Rohres vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine 5-Punkt« oder eine andere Häufungsanordnung verwendet werden.

Ansprüche

Claims (10)

Ape prüche

1. Vorrichtung zum Unterstützen oder Erzeugen von Turbulenz ait einer Mehrzahl von die Turbulenz unterstützenden Elementen, dadurch gekennzeichne t, daß einige oder alle der die Turbulenz unterstützenden Elemente multiple Gliedereleaente(4-»5) bzw. (6, 7) sind, welche aue einer Mehrzahl von Gliedern beatehen, die jeweils allgemein in Form eines streifenförmigen Gliedes ausgebildet sind, das um eine in Längsrichtung verlaufende Mittellinie gedreht oder tordiert ist, da.Q die mehrzahl von Gliedern Seite an Seite oäer in haufenförmiger Anordnung vorgesehen sind, wobei die Längsmittellinien im wesentlichen parallel zueinander verlaufen_y und daß die Eleaente in Keihs angeordnet sind, wobei benachbarte Abschnitte oder aneinander angrenzende Elemente unterschiedlich orientiert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dai? die streifenförmigen Elemente (4,5) mit ihren Enden in der gleichen Ebene liegend angeordnet sind, und daii aich das eine oder beide Enden jedes streifenförmigen Elemente*; im wesentlichen radial erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Glieder (4, 5) in einem Element die gleiche Drehrichtung aufweisen.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daii die aneinander angrenzenden Eleuente aich fortsetzen.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 "bis 4_f dadurch gekennzeichnet, da;3 die aneinander angrenzenden Elemente in ihrer Form wechseln.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierenden Elemente jeweils in Form von Ein-Htreifen-Elementen, die un eine Längemittellinie tordiert sind, auogehildet und zwischen Elementen rait mehrfachen Gliedern angeordnet yind (vgl. ?i£_*. 5).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ö.h.ß die Drehung der Glieder des henrgliederelanientes nicht größer als 90° ist.

5. Vorrichtung noch Anspruch 6 cder 7, dadurch g e kennsei ebne t , daß der Lrehv;inkel des Eingliedelsmentes hleiner tile 90° ist.

9. Verrichtung nach irgendeinen öer Ansprüche 1 hie 8, dadurch ge V einzeichnet, daL die Glieder und Elemente in tinem Rohr von kreiaföraigem Querschnitt angeordnet Bind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 im Zusammenhang mit Anspruch

6, dc.durch gekennzeichnet , dau die Breite der Eingliöderelenente 30 gewählt iat, daß das Eleaent das Rohr in Querrichtung durchragt.