EP1681090A1

EP1681090A1 - Apparatus and method for mixing of a fluid flow in a flow channel

Info

Publication number: EP1681090A1
Application number: EP05000811A
Authority: EP
Inventors: Hans Prof. Dr. Ruscheweyh; Stefan Leser; Michael Kaatz
Original assignee: Balcke Duerr GmbH
Current assignee: Balcke Duerr GmbH
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: CN1806903A; CA2532609A1; TW200626225A; JP2006198615A; KR20060083902A; CA2711423A1; RU2347605C2; CN100479908C; US20060158961A1; PL1681090T3; HK1088270A1; DE502005000780D1; RU2006101280A; KR100739523B1; CA2532609C; US8066424B2; TWI315215B; ATE363335T1; EP1681090B1; ES2285577T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung (1), die in einem Strömungskanal (2) angeordnet ist und ein Mischverfahren zum Mischen eines in einer Hauptströmungsrichtung (4) durch den Strömungskanal strömenden Fluids (P). Die Mischvorrichtung weist eine Mehrzahl von Mischerscheiben (3) auf, die in einem den Strömungskanal in einer Hauptströmungsrichtung durchströmenden Fluid Vorderkantenwirbel (5) erzeugen. Die Mischerscheiben sind entlang von im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Reihenachsen (6,7) in Mischerscheibenreihen (8,9) angeordnet. Dabei sind die Mischerscheibenreihen in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt (10) in Hauptströmungsrichtung nebeneinander angeordnet, wobei die Mischerscheiben benachbarter Mischerscheibenreihen abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Anstellwinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung angewinkelt sind.
Verfahrensgemäß wird das durch den Strömungskanal strömende Fluid durch ein Vorderkantenwirbelsystem durchmischt, wobei bei dem hier vorgestellten Mischverfahren wenigstens zwei gegensinnig ausgerichtete Vorderkantenwirbelsysteme in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt erzeugt werden.

The invention relates to a mixing device (1) which is arranged in a flow channel (2) and a mixing method for mixing a fluid (P) flowing in a main flow direction (4) through the flow channel. The mixing device has a plurality of mixer disks (3) which generate leading edge vortices (5) in a fluid flowing through the flow channel in a main flow direction. The mixer disks are arranged in rows of mixer disks (8, 9) along series axes (6, 7) running essentially transversely to the main flow direction. In this case, the mixer disk rows are arranged side by side in a common flow channel section (10) in the main flow direction, the mixer disks of adjacent mixer disk rows being angled alternately in a positive and in a negative angle of attack relative to the main flow direction.
According to the method, the fluid flowing through the flow channel is mixed through a front edge vortex system, wherein in the mixing method presented here, at least two oppositely directed front edge vortex systems are produced in a common flow channel section.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, die in einem Strömungskanal angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mischerscheiben aufweist, 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.The invention relates to a mixing device which is arranged in a flow channel and has a plurality of mixer disks, which generate in a, the flow channel in a main flow direction flowing through the fluid leading edge vortex. The mixer disks are arranged in rows of mixer disks along row axes extending essentially transversely to the main flow direction, and the mixer disks of the respective mixer disk row are angled in the same direction with respect to the main flow direction of the fluid.

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.In addition, the invention relates to a mixing method for mixing a fluid flowing in a main flow direction through a flow channel, in which the flow of the fluid is mixed by a leading edge vortex system.

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.Such mixing devices and mixing methods are used in industrial plants, power plants, chemical plants, roasting plants and similar plants in order to mix or mix the fluid streams occurring there. For example, for flue gas cleaning, mixing of the flue gases must be carried out in order to achieve uniform utilization and effective operation of the cleaning systems.

Eine in diesem Zusammenhang von der Anmelderin entwickelte 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.A mixing device developed in this context by the Applicant is the so-called static mixer in which thin mixer disks are arranged freely to flow around in a flow channel. The mixer discs are inclined in an acute, also referred to as angle of attack, angle to the flow. On the back side facing away from the flow of these mixer disks then creates a particularly stable leading edge vortex system. It consists essentially of two oppositely directed from the freely flowing around the front and side edges inwardly rotating and in the main flow direction conically widening vertebrae. These bag-shaped vortex pairs, which are also referred to in aviation technology as wake vortices, are very powerful and generate energy the very slight inclination of the mixer disk against the main flow direction already a good mixing within a short mixing section downstream of, also referred to as vortex induction disks or installation surfaces, mixer disk. Due to the, in comparison to other mixing devices, particularly acute angle of attack of the mixer disk, only an extremely small increase in the flow resistance occurs. The pressure losses in this mixing device are therefore particularly low compared to other known systems.

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.In the often very wide flow channels of the above-mentioned plants so-called transverse mixers are used, which, based on the principle of action of the static mixer, the temperature distribution, the chemical composition in the flue gases and also the dust distribution, e.g. equalize the fly ash. In these transverse mixers, a plurality of vortex induction disks are arranged along a row axis in a mixer disk row. The row axis of this mixer disk row runs essentially transversely to the main flow direction.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Strömung sind von der Anmelderin bereits 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.To further homogenization of the flow mixers have already been proposed by the applicant, in which a plurality of such mixer disk rows are arranged one behind the other in the flow direction. The second row has a minimum distance from the first row of mixer discs, which aligns with the vortex formation of the first row. So far, the second row of mixer disks has been arranged behind the first row in such a way that the mixing vortices of the second series of mixer disks supplement and amplify the vortices of the first mixer disk row.

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.If other additives such as ammonia or ammonia water in Entstickungsanlagen, so-called DeNOx systems, SO ₃ in electrostatic precipitators, lime in coal boilers and the like in the flowing through the flow channel, also referred to as primary fluid, first fluid are mixed behind the or the transverse mixer Admixing device installed. This admixing device conveys the material to be mixed, referred to below as secondary fluid, directly into the vortex system that captures the material and mixes it intensively with the main stream. The material to be mixed may be gaseous, mist-like (aerosol) or a pulverized solid. The known admixing devices can be narrow injection gratings with numerous nozzles, with which the additives are finely distributed to the primary fluid. These nozzle grilles are installed in front of any mixers at a minimum distance. The minimum distance is chosen so large that the injected secondary fluid in the hot primary fluid evaporates as completely as possible until it hits the mixer, otherwise corrosion and erosion phenomena occur on the mixers.

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.These known mixing devices have already been used successfully for a long time. Nevertheless, against the backdrop of the ever-increasing demands on the efficiencies of industrial plants, there is a need for mixing devices that have once again increased their efficiency.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Mischvorrichtung zu schaffen, die einen weiter optimierten Wirkungsgrad hat.The invention is therefore based on the object to provide a mixing device which has a further optimized efficiency.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Mischer der eingangs genannten Art, dadurch dass die Mischerscheibenreihen in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt bezogen auf die Hauptströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mischerscheiben benachbarter Mischerscheibenreihen abwechselnd in einem positiven und in einem negativen Anstellwinkel der Hauptströmungsrichtung angewinkelt sind und bei einem Mischverfahren dadurch, dass wenigstens zwei gegensinnig ausgerichtete Vorderkantenwirbelsysteme in einem gemeinsamen Strömungskanalabschnitt erzeugt werden. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution of this object is achieved in a mixer of the type mentioned, characterized in that the mixer disk rows are arranged side by side in a common flow channel section relative to the main flow direction, wherein the mixer discs adjacent mixer rows are alternately angled in a positive and a negative angle of attack of the main flow direction and at Mixing process characterized in that at least two oppositely directed leading edge vortex systems are generated in a common flow channel section. Preferred developments are described in the subclaims.

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.It is therefore a mixing device which is arranged in a flow channel and has a plurality of mixer disks. These mixer disks produce in a fluid flowing through the flow channel in a main flow direction the leading edge vortices described above and are arranged along row axes in rows of mixer disks, the mixer disk rows extending essentially transversely to the main flow direction. The mixer disks of the respective mixer disk row are in turn arranged in the same direction with respect to the main flow direction of the fluid. They thus extend substantially in the same direction, but they need not necessarily be aligned parallel to each other, but may have slight deviations or differences in their angles of attack.

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.According to the invention, these mixer disk rows are arranged next to one another in a common flow channel section. The mixer disk rows are therefore not mounted as usual in the main flow direction one behind the other in a minimum distance, but contrary to all common arrangement rules in one and the same flow channel section. The mixer disk rows thus extend, in particular, over a section length of the flow channel extending in the main flow direction, which results from the maximum length expansion of the largest mixer disk row. The other adjacent rows of mixer disks then extend either over the same or a smaller length and lie at least substantially within this flow channel section defined by the longest row of mixer disks. In this context, the maximum longitudinal extent is to be understood as the length which, in the main flow direction, consists of the foremost edge of the foremost part and the rearmost edge of the rearmost part of the mixing device results. The leading edge is thus usually the leading edge of the frontmost mixer disc and the rearmost edge usually referred to as the trailing edge trailing edge of the last mixer disc.

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.According to the invention, the mixer disks of adjacent mixer disk rows are angled alternately in a positive and in a negative angle of attack relative to the main flow direction. This arrangement of the mixer disk rows divides the flow alternately into a, with respect to the main flow direction, in a positive and negative direction deflected flow component. In the plan view of such a mixing device therefore results in a cross-flow pattern. In addition, the mixer discs create not only a vortexed crossflow through the leading edge vortex systems on their backs but also the simultaneous deflection of the flow at their front sides, also a rotating global flow transverse to the main flow direction. The entire fluid flow is rotated over the entire cross sectional width of the channel in rotation about the channel longitudinal axis , So there is a global spin in the flow, which allows a particularly effective mixing of the fluid. The invention has the advantage that even temperature strands and temperature imbalances are mixed.

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.The mixing of the fluid is due to this special staggering or stratification of the flow much more efficient than in the rear single chain of the known transverse mixers. It has been found that the interpenetrating leading edge vortex systems of the mixing device according to the invention do not interfere in a negative way. In addition, the mixing device according to the invention requires very little space, since the individual mixer disk rows are not arranged one behind the other in a minimum distance from each other to ensure the specific efficiencies of the individual mixer disk rows. Because of the often tight space, especially in the mostly very heavily installed large systems, this compact design of the mixing device according to the invention is a further advantage.

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.In a preferred embodiment of the mixing device according to the invention, the mixer disk rows are arranged one above the other. The mixer disk rows thus continue to run side by side, but are aligned rotated by 90 ° and in other words extend both in the horizontal direction. Furthermore, it is expedient if the series axes of adjacent mixer disk rows extend in spaced-apart planes extending essentially parallel to the main flow direction. Then, the series axes are so arranged that they do not intersect, but cross in the plan view to each other.

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.It is also advantageous if the series axes of adjacent mixer disk rows alternately in a positive and in a negative orientation angle relative to the main flow direction are angled. By orientation angles is meant the angle meant between the series axis and the main flow direction. The main flow direction results in a known manner essentially from the course of the channel walls before, in and behind the mixing device. It is usually in the longitudinally extending centroid of the channel cross-section.

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.The series axes are each arranged in spaced-apart planes which extend substantially parallel to the main flow direction. They expediently pass through the centers of gravity of the individual mixer disks. Alternatively, however, a row axis can also connect the forwardmost point of the respective mixer disk row in the flow direction or other points suitable for the uniform alignment of a plurality of different mixer disks. For example, different lengths of mixer discs can all be aligned at their leading edges, then the row axis passes through the respective leading edges.

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.Preferably, the series axes are arranged inclined in their planes with respect to the main flow direction at an orientation angle of 75 ° to 90 ° and / or from -75 ° to -90 °. Thus, both series axes can have a negative or positive orientation angle or alternatively a positive and a negative angle.

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.In a development, the series axes run parallel to each other. This results in a particularly uniform flow course, in particular downstream of the mixer disk rows. The same applies if the mixer disk rows are arranged symmetrically to each other. This may be point or axis symmetry with respect to the flow channel center of gravity or the main flow direction.

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.In a preferred development of the mixing device according to the invention, at least one row of mixer disks has a curved row axis. This is advantageous in the case of complicated channel geometries of the flow channel if the flow of the fluid is to be conducted into specific regions of the flow channel or parts of the flow are to be mixed more or less vigorously. For example, the curved row axis may have a constant radius of curvature in the case of a circular arc portion. It can also be expedient to have a variable curvature profile, which is parabolic in particular. In such a course of curvature, a part of the mixer disk row axis runs almost parallel to the main flow direction, while the majority extends transversely to the main flow direction. If one connects the beginning and end point of such a mixer disk row axis, this extends in the sense of this invention essentially transversely to the main flow direction. Preferably, the angle of attack of the mixer discs are selected to be larger with decreasing curvature of the row axis.

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.It is particularly useful if all mixer disk rows have the same curvature. Again, there is a uniform mixing of the flow, which is particularly useful in straight channel sections.

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.The mixing device according to the invention preferably has a first row axis with a first curvature profile and a second row axis with a curvature profile, the second curvature profile corresponding to the mirroring of the first curvature profile. The curvature course is mirrored on the gravity axis of the flow channel.

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.The mixer disk rows preferably each have the same number of mixer disks. It is also advantageous if all mixer disks of a mixer disk series have the same shape. So you can produce the mixer disks in mass production low. Also, the alignment of the mixer discs on site is very easy, since the same mixer discs can be aligned and mounted the same.

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.Depending on the channel geometry, it may be desirable if the mixer disks of a mixer disk row are arranged partially overlapping with respect to the main flow direction. When viewed in the main flow direction, the mixer disks of such an overlapping row of mixer disks then overlap. In the region of the overlap, the rear mixer disk thus stands in the flow shadow of the mixer disk arranged in front of it. For particularly complex channel geometries, the overlap of the individual mixer disks varies in a mixer disk row. It is expedient here if the overlap of the individual mixer disks increases with less curvature or inclination of the row axis relative to the main flow direction.

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.Preferably, at least one mixer disk has a triangular shape. A triangular shape is understood to mean, above all, a thin disk with a triangular base. In addition or alternatively, at least one mixer disk can have a roundish, in particular a circular, elliptical or oval shape. For an optimal stall, it is expedient if at least one roundish mixer disk is flattened on its side facing away from the main flow direction. Also, a mixing device according to the invention has at least one mixer disk which has a trapezoidal shape. Then the narrower side is the side of the mixer disk facing the flow. The leading edge vortex generating leading edge is then an angular "U" with flared legs, while it is a "V" in a triangular disk and a circular arc portion in a disk.

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.In order to further support the formation of leading edge vortices and to reduce the flow resistance, it is expedient if at least one mixer disk has at least one bend in its surfaces which have been flown on. This kink should not be too pronounced, so that even with kink still a relatively flat surface of the mixer disk is maintained. The surface is then suitably kinked in the flow direction to the rear. The pointed side of the bend is thus facing the flow. Also, in this sense, several kinks can bend the surface in the direction of flow.

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.In a particularly preferred embodiment of the mixing device according to the invention, an admixing device with at least one outlet opening for a secondary fluid is arranged in the same flow section of the flow channel in which the mixer disk rows extend. Unlike in the prior art so far, therefore, a combination of several transverse mixers is made with a Zumischvorrichtungen in the same channel section. It has been shown that the flow resistance of the mixing device according to the invention is less than the sum of the individual flow resistance of the respective mixer rows and the admixing device. To further reduce the flow resistance, the admixing device can also be used for fastening the mixer discs.

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.In an advantageous development of the mixing device with admixing device, at least one outlet pipe is arranged between two adjacent rows of mixer disks in which the at least one outlet opening is located. The secondary fluid flows through this outlet tube and is injected into the primary fluid via the at least one outlet opening. The outlet pipe of the admixing device should be exactly adapted to the geometry of the mixer disk row and expediently run as parallel as possible to the row axes in the region of the front edges of the mixer disks. In particular, this development has the advantage that the secondary fluid mixed into the primary fluid is distributed particularly finely and evenly downstream through the leading edge vortices of the individual mixer disks. In addition, this arrangement eliminates the problems of corrosion and erosion described in the introduction, in particular when the injection takes place on the leeward side of the mixer disks.

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.For further homogenization of the primary fluid enriched with the admixed secondary fluid, each mixer disk is assigned at least one outlet opening of the admixing device. This means that at least one outlet opening of the admixing device in the area of each individual Mixer disk and there is arranged as far forward in the area of the leading edge. This results in a particularly fine distribution of the secondary fluid in the flow of the first fluid.

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.In a particularly preferred embodiment, each mixer disk is assigned its own outlet pipe of the admixing device. Then, each mixer disk can be fastened in the flow channel in a particularly simple manner. For this purpose, the mixer disk is screwed to the respective outlet pipe, welded or fastened in another suitable manner.

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.Thus, the mixing method according to the invention is characterized in that at least two oppositely directed front edge vortex systems are generated in a common flow channel section. The leading edge vortex systems, which in each case consist of pairs of opposing and inwardly twisting leading edge vertebrae, are thus aligned alternately, once in the positive and in the negative angle, to the main flow direction. This has the advantage that results on an especially short mixing section effective mixing of the fluid.

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.In a preferred development of the mixing method according to the invention, a global flow rotating in the main flow direction is generated in the same flow channel section in which the leading edge vortex systems are produced together with the two opposing leading edge vortex systems. By superposition of the leading edge vortex systems with the global flow, a further increased mixing of the fluid flows results. In applications such as flue gas denitration, where another fluid stream is to be injected into the main stream, at least one additional secondary fluid is added to the first fluid in the generation of the opposing leading edge vortex systems. Unlike previously customary, the mixing of the fluid thus takes place simultaneously with the admixing of the secondary fluid. This leads, as already explained above in connection with the mixing device, to a further increase in the efficiency of the mixing process according to the invention.

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.

The invention will be further explained with reference to embodiments shown in the drawing. They show schematically:

Fig. 1: the spatial representation of a flow channel in which a first embodiment of a mixing device is arranged;
Fig. 2: the two-dimensional view of the flow channel shown in Figure 1 looking in the direction of the channel longitudinal axis.
Fig. 3: the two-dimensional side view of the flow channel shown in Figure 1;
Fig. 4: the two-dimensional plan view of the flow channel shown in Figure 1;
Fig. 5: the spatial representation of a flow channel in which a second embodiment of the mixing device according to the invention is arranged;
Fig. 6: the two-dimensional view of the flow channel shown in Figure 5 looking in the direction of the channel longitudinal axis with a second embodiment of a mixing device.
Fig. 7: the two-dimensional side view of the flow channel shown in Figure 5 with the second embodiment of the mixing device.
Fig. 8: the two-dimensional plan view of the flow channel shown in Figure 5 with the second embodiment of the mixing device.
Fig. 9: a two-dimensional plan view of a flow channel with a third embodiment of the mixing device;
Fig. 10: a mixer disk with a circular base;
Fig. 11: a mixer disk with an elliptical base;
Fig. 12: a mixer disk with a circular section-shaped base surface;
Fig. 13: a mixer disk with a trapezoidal base;
Fig. 14: a mixer disc with a trapezoidal base and a kink;
Fig. 15: the indicated in Fig. 14 section AA;
Fig. 16: a mixer disk with a triangular base and two kinks;
Fig. 17: the indicated in Figure 16 section BB; and
Fig. 18: a spatial representation of a fourth embodiment of a mixer device.

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.The first embodiment of the mixing device 1 according to the invention shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4 is arranged in a rectangular flow channel 2 and has eight mixer disks 3 with a triangular base surface. The flow channel 2 is flowed through by a fluid P in the main flow direction 4. In the channel 2 shown here, the main flow direction runs in the direction of the channel longitudinal axis in the x direction and transversely thereto, the channel width in the direction of the y-axis and the channel height in the z-direction.

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.The mixer disks 3 are angled relative to the main flow direction 4 at an angle ± α. Thus, on their leeward side facing away from the flow, they produce leading edge vortices 5, which spread out in a cone shape widening transversely to the main flow direction 4 downstream. In this case, the leading edge vertebrae 5 behind each mixer disc 3 form a leading edge eddy system 14, which is two eddies 5 rotating counter to the center of the mixer discs 3, which are very stable and strong.

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.The mixer disks 3 are arranged one above the other along two rows of axles 6, 7 in mixer disk rows 8, 9. The mixer disk rows 8, 9 are thus located in a common flow channel section 10, wherein both mixer disk rows 8, 9 are the same length.

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.As can be seen from the top view of the mixing device 1 according to the invention in FIG. 4, the mixer disks 3 of the mixer disk row 8 located below the mixer disk row 9 are angled in a positive angle α relative to the main flow direction 4. With the positive angle α is meant a positive angle in the mathematical sense, ie an angle rotating counter-clockwise. The mixer disks 3 of the mixer disk row 9 lying above are accordingly arranged at a negative angle α with respect to the main flow direction 4.

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.The row axes 6, 7 of the adjacent mixer disk rows 8, 9 again run parallel to one another and transversely to the main flow direction 4. Therefore, in FIG. 4, the row axis 6 of the lower mixer disk row 8 is covered by the row axis 7 of the upper mixer disk row 9. In the present embodiment, the orientation angle β of the two series axes 6, 7 is exactly 90 °. The series axes 6, 7 therefore lie in two planes spanned in the x and y directions with different z coordinates which extend parallel to the main flow direction 4, the series axes 6, 7 extending only in the y direction, ie both the same x Have coordinate.

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.The mixer disks 3 are each attached in a rotationally fixed manner to a mounting tube 11 in such a way that they overlap with respect to the main flow direction 4. As can be seen in FIG. 2, the mixer disks 3 all have the same shape and each overlap in the y-direction by an equal dimension _y . The overlaps ü _y in the lower mixer disk row 8 are the same size as the overlaps in the mixer disk row 9.

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.The mixing of the fluid P flowing in the main flow direction 4 through the flow channel 2 now takes place so that the mixer disks 3 deflect the flowing fluid from its tip 25 to the broad trailing edge 26 transversely to the main flow direction 4 in the direction of the channel wall 13. Leading edge vortex systems 14 are simultaneously formed on the leeward side of the mixer disks 3 remote from the flow. These leading edge vortex systems 14 are located behind each mixer disk 3. They are not shown behind each mixer disk 3 in FIGS. 1 to 9 merely for reasons of clarity.

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.As can be seen in Fig. 2, the leading edge vortex systems 14 of the lower mixer disk row 8, in the drawing to the left and the upper mixer disk row 9 each extend to the right. Based on the local coordinate system shown in Fig. 2, the lower leading edge vortex systems 14 extend in the negative y direction, while the upper leading edge vortex systems 14 of the mixer disc row 9 extend in the positive y direction. The mixer disks 3 thus deflect the flow with their front side facing the flow and at the same time generate swirls on their side facing away from the flow. So they have a deflecting and vortex generating effect. Due to this specific arrangement of the two mixer disk rows 8 and 9, a right-handed twist is generated around the channel longitudinal axis in the entire flow, which is referred to here as rotating global flow 12. This global flow 12 ensures good mixing of the fluid P from one side of the channel to the other.

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°.FIGS. 5, 6, 7 and 8 show a second exemplary embodiment of the mixing device 1 according to the invention. This differs mainly in the orientation of the mixer disk rows 8, 9 of the first embodiment. Here, the mixer disk axes 6, 7 run alternately in a positive or negative orientation angle β, so that in the plan view of FIG. 8, a crossing arrangement of the mixer disk rows 8, 9 results. The two mixer disk rows 8, 9 are arranged symmetrically to the channel longitudinal axis, so that the row axes 6, 7 intersect in the middle of the channel. The angles β are in the present case about 80 °.

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.As can further be seen in FIG. 5, the fastening tubes 11 of the mixer disks 3 form the admixing device 29 for the secondary fluid S. This means that in this embodiment the fastening pipes 11 are traversed by the secondary fluid S. The channel-side ends of the fastening tubes 11 thus form the outlet openings 30 of the admixing device 29. At the same time, the fastening tubes 11 are also the outlet tubes 31 of the admixing device 29. This admixing device 29 thus has as many outlet tubes 31 and outlet apertures 30 as mixer discs 3. The mounting tubes 11 thus serve both the attachment of the individual mixer discs 3 in Flow channel 2 as well as the guidance and admixture of a secondary fluid S in the flow of the first fluid P.

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.In the third exemplary embodiment of the mixing device 1 according to the invention shown in FIG. 9, the row axes 6, 7 are parabolically curved. The upper row axis 7 has its more curved portion on the left side of the flow channel 2 and the lower row axis 6 has its more curved portion on the right side of the flow channel 2. The mixer disks 3 are arranged along each row axis 6, 7 such that the angle of attack α increases from the more curved portion to the less curved portion of a row axis 6, 7.

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.In this embodiment, the distance between the individual mixer disks in each mixer disk row 6, 7 is selected so that the overlap _y decreases with increasing curvature of the row axis 6, 7. As in the previous embodiments, the mixer disks 3 are arranged along the row axes 6, 7 symmetrical to the main flow direction 4, which runs in the channel center in the x direction in this embodiment. The superimposed row axes 6, 7 thus intersect in the plan view of FIG. 9 in the middle of the flow channel 2.

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.Various embodiments of mixer disks 3 are shown in FIGS. 10 to 17. The mixer disk 3 shown in FIG. 10 is a disk with a circular base area. The disk shown in Fig. 11 has an elliptical base. The disk shown in FIG. 12 is likewise a roundish mixer disk, which, however, has a flattened trailing edge 17. The mixer disk 3 is to be arranged in the flow such that the rounded front edge 18 is directed counter to the flow and the flattened trailing edge 17 faces away from the flow. The mixer disk 3 shown in Fig. 13 has a trapezoidal base surface, wherein the narrower front side 19 of the flow is directed against and the wider trailing edge 20 faces away from the flow. The mixer disk 3 shown in FIG. 13 is thus flowed around from left to right just like the mixer disk 3 shown in FIG.

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.Another embodiment of a trapezoidal mixer disk 3 is shown in FIGS. 14 and 15. Here, the mixer disk 3 has a kink 21 which extends in the flow direction in the middle of the base surface of the mixer disk 3. The kink 21 extends, as can be seen in Fig. 15, so that the flow-facing side 22 of the mixer disk 3 drops slightly in the flow direction to the rear, while the top of the mixer disk 3 facing away from the flow is hollow. This shaping leads to a reinforcement of the leading edge vortices and to a mechanical stabilization of the mixer disk 3.

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.FIGS. 16 and 17 show a further embodiment of a mixer disk 3, which has a triangular base surface in plan view, but also has two creases 21 and 24, which extend radially from the tip 25 to the trailing edge 26, so that the Increase widths of the folded sides 27 and 28 in the flow direction. In Fig. 17 the indicated in Fig. 16 section B-B is shown, in which one recognizes the two angled position of the sides 27 and 28. The mixer disk 3 shown in Figs. 16 and 17 is aligned in the flow just like the mixer disk shown in Figs. The flowed surface 22 of the mixer disk 3 is thus angled at its side edges relative to the flow, while the center is straight. The upstream side facing away from the flow 23 of the mixer disk 3 is thus again formed hollow.

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.The fourth exemplary embodiment of a mixing device illustrated in FIG. 18 differs from the first exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in that the mixer disks 3 'have an elliptical base surface, as illustrated in FIG. 11. Incidentally, the structure corresponds to the example shown in FIG.

Claims

Mixing device (1) which is arranged in a flow channel (2) and has a plurality of mixer disks (3) which generate leading edge vortices (5) in a fluid (P) flowing through the flow channel (2) in a main flow direction (4) the mixer disks (3) are arranged in rows of mixer disks (8, 9) along series axes (6, 7) extending essentially transversely to the main flow direction (4), and the mixer disks (3) of the respective mixer disk row (8, 9) opposite to the main flow direction (4 ) of the fluid are angled in the same direction,
characterized,
in that the mixer disk rows (8, 9) are arranged side by side in a common flow channel section (10) relative to the main flow direction (4), the mixer disks (3) of adjacent mixer disk rows (8, 9) being alternately in a positive and a negative angle of attack (α ) are angled relative to the main flow direction (4).

Mixing device according to claim 1,
characterized,
that the mixer disk rows (8, 9) are arranged one above the other.

Mixing device according to one of claims 1 or 2,
characterized,
in that the row axes (6, 7) of adjacent rows of mixer disks (8, 9) are angled alternately in a positive and in a negative orientation angle (β) with respect to the main flow direction (4).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the row axes (6, 7) of adjacent mixer disk rows (8, 9) are arranged in planes spaced apart from one another and extending substantially parallel to the main flow direction (4).

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

Mixing device according to one of the preceding claims 1 to 4,
characterized,
in that the row axes (6, 7) of adjacent mixer disk rows (8, 9) run parallel to one another.

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that the mixer disk rows (8, 9) are arranged symmetrically to one another.

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

Mixing device according to claim 8,
characterized,
in that at least one row of mixer disks (8, 9) has a curved row axis with a variable curvature profile.

Mixing device according to one of claims 8 or 9,
characterized,
that the curvature is parabolic.

Mixing device according to one of claims 8 to 10,
characterized,
that the size of the angle of attack (α) of the mixer disks (3) increases with decreasing curvature of the row axis (6, 7).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that all mixer disk rows (8, 9) have the same curvature.

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that a first row axis (6) having a first curvature and a second row axis (7) has a second curvature, the second curvature of the reflection of the first curve corresponds to curve.

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

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that all mixer disks (3) of a mixer disk row (8, 9) have the same shape.

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that the mixer plates (3) of a mixer plate row (8, 9) are arranged opposite to the main flow direction (4) partially overlapping.

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that the overlap (ü _y) of the individual mixer plates (3) varies in a mixer plate row (8, 9).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
that the overlap (ü _y ) of the individual mixer disks (3) increases with lesser curvature or inclination of the row axis (6, 7) relative to the main flow direction (4).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that at least one mixer disk (3) has a triangular shape.

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

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

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that at least one mixer disk (3) has a trapezoidal shape.

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that at least one mixer disk (3) has at least one bend (21, 24) in its streamlined surface (22).

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

Mixing device according to claim 24,
characterized,
in that the mixer disks (3) are attached to the admixing device (29).

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

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 arranged parallel to each row of mixer disks (8, 9).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that each mixer disk (3) has at least one outlet opening (30) associated with the admixing device (29).

Mixing device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that each mixer disk (3) has its own outlet pipe (31) associated with the admixing device (29).

A mixing method for mixing a fluid (P) flowing in a main flow direction (4) through a flow channel (2), in which the flow of the fluid (P) is mixed by a leading edge vortex system (14),
characterized,
in that at least two oppositely oriented front edge vortex systems (14) are produced in a common flow channel section (10).

Mixing method according to claim 30,
characterized,
in that a global flow (12) rotating in the main flow direction (4) is produced in the flow channel section (10) together with the two counter-rotating leading edge vortex systems (14).

Mixing method according to claim 30 or 31,
characterized,
in that at least one further secondary fluid (S) is admixed with the fluid (P) during the production of the opposing leading edge vortex systems (14).