-
Vorrichtung zum Mischen eines gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen
Stoffes oder Stoffgemisches in einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Mischen eines gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Stoffes oder Stoffgemisches
in einer Flüssigkeit, bestehend aus einer zylindrischen Wirbelkammer mit im wesentlichen
waagerechter Achse und mit zwei die Stoffe in gleicher Drehrichtung zuführenden
Tangentialleitungen, von welchen eine lotrecht von oben in die Wirbelkammer einmündet
und die die Flüssigkeit unter Druck zuführende Leitung düsenförmig ausgebildet ist,
wobei eine Austragsöffnung in einer der Stirnwände der Kammer vorgesehen ist.
-
Es ist eine Vorrichtung zum Fördern eines oder mehrerer fester, flüssiger
oder gasförmiger Zusatzmedien in ein unter Druck stehendes, flüssiges oder gasförmiges
strömendes Hauptmedium bekannt. Dabei wird das Hauptmedium nacheinander durch zwei
konzentrisch angeordnete, von Rotationsflächen begrenzte Hohlräume geführt, welche
in der Mitte durch einen ebenfalls konzentrischen Kanal verbunden sind.
-
Die Zuführung des Zusatzmediums geht dabei in der Nähe der konzentrischen
Achse vor sich. Bei der bekannten Anordnung dient die große kinetische Energie des
durchströmenden Hauptmediums dazu, eine Senkenströmung zu erzeugen, wodurch das
Zusatzmedium eingesaugt werden kann. Es ist auch eine Anordnung zu einem ähnlichen
Zweck bekannt, bei der jedoch - im Gegensatz zu der eben beschriebenen bekannten
Anordnung - nur ein im wesentlichen ringförmiger Kanal für das Hauptmedium vorgesehen
ist. Dabei findet der Austrag konzentrisch zur Achse statt.
-
Eine ähnliche Einrichtung ist auch zum Herstellen von lagerbeständigen
Bitumenemulsionen bekanntgeworden, wobei wieder - wie bei den oben beschriebenen
bekannten Anordnungen - eine Senkenströmung in der Vorrichtung erzeugt wird.
-
Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen hat sich die Erfindung
eine andere Aufgabe gestellt als die dort jeweils gelöste, nämlich eine ganz besonders
innige Mischung herzustellen, wobei das Problem, daß ein Hauptströmungsmittel unter
großem Druck steht und ein anderes Strömungsmittel in diese eingebracht werden soll,
gar nicht besteht. Vielmehr will die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung schaffen,
die eine besonders innige Mischung oder Belüftung der Komponenten, insbesondere
bei sehr kleinen Durchflußmengen, gestattet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung und besteht darin, daß die Flüssigkeitszuleitung
unterhalb der Öffnung der die Stoffe nur durch Schwerkraft zuführenden lotrechten
Tangentialleitung
in die Wirbelkammer einmündet, daß die obere Innenwand der Kammer
mit einer in Bewegungsrichtung des Gutes spiralenförmig verlaufenden, die Wirbelkammer
zunehmend verengenden Ablenkfläche versehen ist und daß die Austragsöffnung sich
an der tiefsten Stelle der Wirbelkammer befindet und mit einem Teil ihres Öffnungsquerschnittes
in der zylindrischen Wand liegt.
-
In einer praktischen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die lotrechte Tangentialzuleitung mit dem Ausgang einer trichterförmig ausgebildeten
Vormischeinrichtung verbunden ist, wobei ein Teil der Zumischflüssigkeit in einem
Strahl der Trichterwand etwa tangential zugeführt wird.
-
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt F i g. 1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Mischers nach der Erfindung nach Abnahme
einer Seitenwand des Mischers, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i
g. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, F i g. 4 eine Draufsicht
auf den Trichter und Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2.
-
Die Einrichtung gemäß F i g. 1 weist ein zylindrisches Gehäuse auf,
welches im ganzen mit H bezeichnet ist, und dessen Wand 10 mit einer inneren, gebogen
verlaufenden Oberfläche 11 von spiralförmiger Gestalt ausgebildet ist, welche die
Begrenzung der inneren Wirbelkammer 12 bildet. Die gebogen verlaufende Oberfläche
verleiht der Begrenzung der Wirbelkammer 12 eine im allgemeinen spiralförmige Gestalt,
obwohl es natürlich nicht erforderlich ist, daß die innere Oberfläche der Wand 10
eine geometrisch
exakte Spirale darstellt. Ganz allgemein gesagt,
ist die gebogen verlaufende Ablenkfläche 11 durch eine solche Anderung des Krümmungsradius
gekennzeichnet, daß an einem Ende 11 a der kleinste Radius ist und am anderen oder
Einlaßendellb der größte Radius ist, wobei die Radiusveränderung entweder kontinuierlich
oder schrittweise vor sich geht. Auf Grund des sich verändernden Krümmungsradius
der Oberfläche der Wand 10 liegen die beiden Enden bei 11 a und 11 b radial zueinander
mit Abstand.
-
Bei der bevorzugten Ausführung nach F i g. 1 werden die wesentlichen
Teile des Mischers übereinander angeordnet, so daß die Wand 10 in einer senkrecht
stehenden Ebene gebogen verläuft. Die Wand erstreckt sich gemäß F i g. 1 im wesentlichen
über 3600 um eine mittlere, waagerecht angeordnete Achse, welche senkrecht zur Ebene
der Zeichnung steht.
-
Die Wirbelkammer 12 wird von zwei ebenen parallelen Stirnwänden 14
und 15 abgeschlossen, wobei die Stirnwand 14 abnehmbar ausgebildet ist damit die
Wirbelkammer für erforderliche Reinigungen zugänglich ist. Vorzugsweise, jedoch
nicht notwendigerweise, haben die Stirnwände 14 und 15 im wesentlichen ebene Innenoberflächen.
Ein Dichtring 17 steht mit der Innenfläche der Stirnwand 14 im Eingriff, um eine
flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Stirnwand 14 und der Wand 10 des Gehäuses
zu bilden.
-
Die Stiruwand 14 wird durch zwei Bolzenl8 mit Flügelmuttern 19 festgehalten,
wobei die Flügelmuttern von Hand betätigt werden können, wodurch es nicht erforderlich
ist, irgendwelche Spezialwerkzeuge od. dgl. zum Auseinandernehmen bzw. Zusammensetzen
des Mischers vorzusehen.
-
Die Bolzenl8 können auch zur Befestigung des Mischers an einem Halteteil
verwendet werden, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. Dabei ist ein Ende des Bolzens
18 mit der Halterung 20 verbunden.
-
Zum Eingeben einer Masse, welche mit Flüssigkeit gemischt werden
soll in die Wirbelkammer 12 ist eine Einlaßvorrichtung vorgesehen. Dieser Einlaß
weist einen Trichter 21 von vorzugsweise kegelstumpfförmiger Gestalt auf und ist
mit senkrechter Achse 22 angeordnet. Der Trichter 21 steht über eine als Einfaßöffnung
ausgebildete Tangentialzuleitung 23 mit der Wirbelkammer 12 in Verbindung, welche
an einer Seite der Wirbelkammer an der Endwandung 11 b der Oberfläche 11 anliegend
vorgesehen ist, damit das in die Wirbelkammer eintretende Material im wesentlichen
tangential zur Oberfläche 11 eingeführt wird.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel gelangt das Material aus dem Trichter
in die Mischkammer durch die Wirkung der Schwerkraft.
-
Um ein Beispiel zu geben sei angenommen, daß der in den Mischer einzugebende
Stoff ein trockenes Pulver, z. B. Kakao oder Schokolade, sei, und daß die abgemessene
Menge dieses Pulvers in den Trichter 21 mittels eines Einlaufrohres 25 od. dgl.
eingegeben wird. Zum Einlaß gehört eine Wasserdüse 26, welche derart ausgebildet
und angeordnet ist, daß sie einen Wasserstrom mehr oder minder tangential über die
innere kegelförmige Oberfläche des Trichters 21 führt, um das Pulver ganz oder teilweise
zu lösen oder es wenigstens in Form einer Suspension zu halten, wenn das Wasser
durch Wirkung der Schwerkraft durch die Einlaßöffnung 23 in die Wirbelkammer 22
fließt. Der Trichter 21 kann eine oder mehrere innere ringförmige Schultern 21 a
aufweisen, welche die abwärts gerichtete Bewegung des. Wassers verlangsamen
und es
somit länger im Trichter halten und damit eine größere Auflösung des Pulvers bewirken.
-
Auf diese Weise stellt der Trichter 21 eine Vormischkammer dar, in
welcher eine Charge trockenen Pulvers derart mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser,
gemischt werden kann, daß die in die Wirbelkammer 12 eintretende Masse flüssig ist.
Das beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung
wurde besonders zur Herstellung von Getränken aus leicht löslichen Pulvern, wie
z. B.
-
Kaffee, Tee, Milch, Kakao u. ä., ausgelegt. Es wird darauf hingewiesen,
daß die in den Trichter 21 gelangende Masse auch eine Flüssigkeit sein kann wie
z. B. ein Sirup- oder ein Flüssigkeitskonzentrat. Unter diesen Umständen kann die
Wasserdüse 26 dazu vorgesehen sein, das ganze Material aus dem Trichter in die Wirbelkammer
zu spülen. Selbstverständlich ist es auch möglich, feste oder flüssige Materialien
unmittelbar durch die Einlaßöffnung 23 ohne Berührung mit dem Trichter 21 in die
Wirbelkammer einzuführen.
-
Das normalerweise in Form einer Flüssigkeit in die Wirbelkammer 10
durch die Tangentialzuleitung 23 eintretende Material prallt auf einen Flüssigkeitsstrahl,
welcher durch die öffnung 28 in die Wirbelkammer 12 eintritt. Dieser zweite Flüssigkeitsstrom
hat eine relativ hohe Geschwindigkeit, um die zwei Flüssigkeiten innerhalb der Wirbelkammer
herumzutreiben, wodurch ein Wirbel der zwei Flüssigkeiten gebildet wird, welcher
diese beiden gründlich mischt und belüftet. Durch die Strahlwirkung des bei 28 eintretenden
Flüssigkeitsstrahles wird Luft in die Flüssigkeit eingebracht, welche in den Wirbel
gefördert wird. Für diesen Zweck ist Luft verfügbar, welche durch die Tangentialzuleitung23
in die Wirbelkammer eintritt. Weitere Luft für diesen Zweck ist diejenige, welche
von dem Wasser gelöst ist, welches durch die Öffnung 28 eintritt. Der niedrige Druck
in der Düse bei 28 a gibt die gelöste Luft frei. Eine dritte Quelle für Luft kann
in einigen Fällen das trockene und damit lufthaltige Pulver selbst sein.
-
Der durch die Öffnung 28 eintretende Flüssigkeitsstrom fließt durch
eine als Bohrung ausgebildete Düse 29, welche mit einer Wasserquelle über eine Rohrleitung
30 in Verbindung steht. Diese Rohrleitung ist mit dem Gehäuse des Mischers verbunden,
wie z. B. bei 31 dargestellt ist. Die Düse 29 ist vorzugsweise mit einer Abzweigung
32 versehen, welche mittels einer Rohrleitung 34 mit dem Düsenkopf 26 verbunden
ist. Auf diese Weise werden die aus der Öffnung 28 und dem Düsenkopf 26 austretenden
Flüssigkeiten einer gemeinsamen Quelle entnommen. Dies ist die übliche Anordnung
bei der Herstellung von Getränken, wenn man einen pulverförmigen Extrakt in heißem
Wasser lösen will. Selbstverständlich kann man den Düsenkopf 26 und die Düse 29
mit verschiedenen Flüssigkeitsbehältern verbinden, was z. B. erforderlich sein kann,
wenn man zwei verschiedene Flüssigkeiten in die Wirbelkammer einspritzen will.
-
Die Düse 29 ist derart angeordnet, daß sie den durch die Öffnung
28 eintretenden Strahl im wesentlichen tangential zur spiralförmig gekrümmten Oberfläche
einspritzt. Dieser stromabwärts der Tangentialzuleitung23 vorgesehene Strahl tritt
mit dem von dort kommenden Produkt in Wechselwirkung. Die aus der Düse herausströmende
Flüssigkeit trägt die durch die Tangentialzuleitung 23 kommende Masse nach oben
entlang der spiralförmigen Ablenkfläche
11 in Richtung auf den Teil
mit kleinerem Krümmungsradius. Am Ende 11 a der Ablenkfläche wird die Masse nach
unten gerichtet, um wieder aufgenommen zu werden. Vermöge der Zentrifugalkraft wird
die Flüssigkeit in Form einer Schicht über die gebogen verlaufende Ablenkfläche
11 verteilt. Ein Teil der Flüssigkeit kann mehrere Male auf einem geschlossenen
Weg innerhalb der Wirbelkammer 12 herumgeführt werden, bevor sie aus der Wirbelkammer
abgelassen wird. Wenn die sich über die gebogen verlaufende Ablenkfläche 11 bewegende
Schicht der Flüssigkeit das Ende 11 a der Ablenkfläche verläßt, wird sie anfangs
nach unten gerichtet aber einige Flüssigkeit steht noch unter mehr oder weniger
starker Wirkung der radialen Komponente der wirbelnden Bewegung. Durch diese radiale
Komponente wird die Flüssigkeit, welche nunmehr die Form eines frei fallenden Vorhanges
hat gegen die Düse 28 abgelenkt.
-
Diese Ablenkung wird stärker, wenn die Flüssigkeitslage dicker wird.
Der Strahl 28 a aus Wasser oder einer anderen durch die Öffnung 28 eintretenden
Flüssigkeit zerschlägt diesen Vorhang herabfallender Flüssigkeit und erzeugt dadurch
Turbulenz, welche ihrerseits Luft einzieht und gleichzeitig die Flüssigkeiten gründlich
mischt. Auf Grund der Kraftwirkung der Düse wird die Mischung entlang der mit der
Ablenkfläche versehenen Zwischenwand 10 wieder herumgewirbelt.
-
Man ersieht insbesondere aus F i g. 1, daß die Wand 10 einen Fortsatz
10 a trägt, welcher nicht nur der Teil kleinsten Kurvenradiuses bei 11 a der Ablenkfläche
11 ist, sondern auch eine Trennvorrichtung ist, welcher den Wirbel von der einkommenden
Masse aus der lotrechten Tangentialzuleitung 23 trennt. Auf der anderen Seite der
Ablenkfläche 11 a wird das zugeführte Gut durch diesen in Richtung auf den Strahl
bei der Öffnung 28 geleitet und wird dann durch den Strahl in den Wirbel geführt,
und zwar in im wesentlichen tangentialer Richtung bezüglich des Wirbels.
-
Während die Flüssigkeit in der Wirbelkammer 12 herumgewirbelt wird,
wird durch die Auslaßvorrichtung in Form der Leitung 36 ein Teil der Flüssigkeit
abgelassen. Die Leitung 36 öffnet sich zur Wirbelkammerl2 bei der Auslaßöffnung
37 am unteren Teil der Kammer. Die Öffnung 37 liegt zum Teil in der Stirnwand 15,
kann jedoch vorzugsweise sich auch etwas in die Wand 10 erstrecken, wie dies bei
37 a in den F i g. 2 und 5 dargestellt ist. Die Flüssigkeit fließt durch die Öffnung
37 in der Stirnwand 15 im wesentlichen unter der Wirkung der Schwerkraft aber durch
den Teil der Öffnung 37, welcher im Umfangsteil der Wirbelkammer liegt, wird dieser
Flüssigkeitsfluß im wesentlichen durch Zentrifugalkraft bewirkt. Da die Öffnung37
auf einer Seite der Wirbelkammer angeordnet ist, wie z. B. in Fig. 2 zu sehen ist,
und bezüglich der Öffnung 28 und des Strahles 28 a exzentrisch angeordnet ist, entsteht
ein seitlich gerichteter Fluß von einem Teil der Flüssigkeit in der Wirbelkammer,
um die Auslaßöffnung zu erreichen.
-
Durch diese Anordnung der Öffnungen erreicht man, daß ein Teil der
gemischten Flüssigkeit graduell durch
die Auslaßöffnung 36 während eines Großteiles
des Mischvorganges herausgelassen wird, wenn zusätzliches Material in die Wirbelkammer
eingeführt wird.
-
Das Volumen der gemischten Flüssigkeit und die Verweilzeit derselben
in der Wirbelkammer als auch die Entladegeschwindigkeit durch die Öffnung 36 können
dadurch beeinflußt werden, daß man die Abmessungen der Entladeöffnung 37 entsprechend
auslegt und die Gesamtfläche der Öffnung in entsprechender Weise auf die Stirnwand
15 und die Wand 10 verteilt.
-
Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Öffnung 37 ist darin zu sehen,
daß der Querschnitt der Leitung 36 größer gemacht werden kann als notwendig ist,
um die Geschwindigkeit der Strömung in der Leitung auf einen erwünschten Wert zu
reduzieren, ohne daß man dadurch notwendigerweise die Gesamtquerschnittsfläche der
Öffnung 37 unter einen erwünschten Wert verringern müßte. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, daß ein unmittelbarer Fluß auf Grund der Schwerkraft durch die ganze
Mischanordnung von oben nach unten ohne Hemmung stattfindet, wodurch man insbesondere
die Selbstreinigungseigenschaften des Mischers erreicht.