DE19539923C1 - Static mixer for e.g. fuel and ammonia-air mixt. - Google Patents

Abstract

The static mixer is located in a channel, with a prim. fluid passing its swirl-promoting surfaces (3,4), which have a leading edge facing into the flow. The leading edge (2) is transverse to the direction of prim. flow (S). Lines (7,8) connecting leading and trailing (5, 6) edges of the surfaces, extend perpendicular to the leading edge, and subtend angles ( alpha , beta ) with the plane (E) which includes the leading edge itself.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einem ein Fluid führenden Kanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device in a fluid leading channel according to the preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind ausgehend von einer gemeinsamen, quer zur Strömungsrichtung stehenden Vorderkante ebene, wirbelerzeugende Flächen abwechselnd einander entgegengesetzt bezüglich der Anströmrichtung geneigt angeordnet (DE-AS 11 88 563). Hierbei heben sich von den einzelnen Flächen erzeugte Wirbel nicht gegeneinander auf, so daß merkliche Druckverluste entstehen.In a known device of this type are based on a common, transverse to the flow direction Front edge of flat, swirling surfaces alternating opposite to each other with respect to the direction of flow arranged (DE-AS 11 88 563). Here stand out from the individual vortices are not generated against each other, so that noticeable pressure drops occur.

In vielen Bereichen der Verfahrenstechnik ist ein Sekundär­ fluid in ein Primärfluid einzumischen. Das Primärfluid kann z. B. Rauchgas aus einem Verbrennungsprozeß sein, dem zum Zweck der Entstickung in einem Katalysator Ammoniak bzw. Ammoniak-/Luftgemisch als Sekundärfluid zugemischt werden soll. Um eine möglichst vollständige Umsetzung des Ammoniaks mit dem Stick­ stoffoxid zu erreichen, werden hohe Anforderungen an die Homo­ genität der Verteilung des Ammoniaks als Se­ kundärgas im stickstoffoxidhaltigen Primärgas gestellt. Wäh­ rend die geforderte Homogenität der Ammoniak-Konzentra­ tionsverteilung von z. B. ± 5% mit Mischerelementen, die ei­ nen hohen Druckverlust verursachen, problemlos zu verwirkli­ chen ist, stellt sich insbesondere in der Kraftwerkstechnik häufig die Aufgabe, das gesteckte Ziel bei möglichst gerin­ gem Druckverlust zu erreichen. Vielfach ist der für die Ver­ mischung verfügbare Strömungsweg kurz im Bezug auf den hy­ draulischen Durchmesser des das Primärgas führenden Kanals. Ferner wird in vielen Fällen gefordert, insbesondere auch für einen Katalysator, daß die Zuströmung unmittelbar vor der ersten Katalysatorlage nach Betrag und Richtung nur eine geringe Variationsbreite aufweist. Demnach muß der Ver­ mischungsprozeß in einem ausreichenden Abstand vor der er­ sten Katalysatorlage zum Abschluß gebracht werden.There is a secondary in many areas of process engineering to mix fluid into a primary fluid. The primary fluid can e.g. B. Be flue gas from a combustion process, the purpose denitrification in a catalyst ammonia or ammonia / air mixture should be added as a secondary fluid. To one complete implementation of the ammonia with the stick Reaching material oxide places high demands on homo distribution of ammonia as Se  secondary gas in the primary gas containing nitrogen oxide. Wuh the required homogeneity of the ammonia concentration tion distribution of z. B. ± 5% with mixer elements, the egg cause high pressure loss, without problems chen, arises in particular in power plant technology often the task of keeping the goal set as low as possible to achieve according to pressure loss. Often it is for the Ver mix available flow path briefly in relation to the hy draulic diameter of the channel carrying the primary gas. Furthermore, in many cases there is demand, in particular also for a catalyst that the inflow immediately before the first catalytic converter position only one in amount and direction has a small range of variation. Accordingly, the Ver mixing process at a sufficient distance before the most catalyst layer are brought to completion.

Neben der Einmischung eines Sekundärgases in ein Primärgas wird häufig lediglich eine Homogenisierung der Zustandsgrö­ ßen wie der Temperatur und der Geschwindigkeit, oder der Inhaltsstoffkonzentrationen in einer Strömung aus einem ein­ zigen Fluid gefordert.In addition to mixing a secondary gas into a primary gas is often just a homogenization of the state size like the temperature and the speed, or the Ingredient concentrations in a flow from one fluid required.

Zum Homogenisieren einer Strömung aus einem Gas, wie Kühl- oder Heizluft, oder zum Mischen zweier Luftströme unter­ schiedlichen Zustandes sind in der DE 29 11 873 C2 und in dem DE-GM 82 19 260.5 Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die einen oder mehrere Mischflügel mit frei umströmten, spitzwinklig gegen die Strömung gerichteten Vorderkanten aufweisen, deren Verlauf sowohl eine in Strömungsrichtung der Primärgasströmung als auch eine quer hierzu verlaufende Komponente aufweist. Durch die spitzwinklige Anstellung ei­ nes solchen Mischflügels gegen die Hauptrichtung der Gass­ trömung bilden sich an dem Mischflügel eine Druck- und eine Saugseite ähnlich wie an einem Flugzeugtragflügel aus. In­ folge der Druckdifferenz entstehen Ausgleichsströmungen, die sich zu Randwirbelzöpfen "aufwickeln". Die Randwirbel weisen in der Nachbarschaft ihres Entstehungsortes eine hohe Ener­ giedichte und einen geringen Durchmesser auf. Mit zunehmen­ dem Strömungsweg expandieren diese Wirbel, indem sie ihre Rotationsenergie über die Strömungsreibung auf benachbarte Strömungszonen übertragen.For homogenizing a flow from a gas, such as cooling or heating air, or for mixing two air flows under different condition are in DE 29 11 873 C2 and in DE-GM 82 19 260.5 devices have been proposed that flow freely around one or more mixing blades, Front edges directed at an acute angle against the flow have, the course of both in the direction of flow the primary gas flow as well as a transverse to it Has component. Due to the acute angle employment such a mixing wing against the main direction of the gas flow form a pressure and a on the mixing wing Suction side similar to that of an aircraft wing. In as a result of the pressure difference, equalizing flows occur  "curl up" into vertebrae. The vertebrae point in the neighborhood of their place of origin a high energy density and a small diameter. Take with you These vortices expand the flow path by their Rotational energy via flow friction to neighboring Transfer flow zones.

Bei der DE 29 11 873 C2 wird das Sekundärgas aufgrund einer geeigneten Plazierung des Mischflügels an der Quelle des Wirbels mit der Wirbelexpansion in die Primärgasströmung eingemischt. Bei einer derartigen Einmischung muß zwangsläu­ fig ein erhöhter Druckverlust bzw. Eigenenergiebedarf der Anlage in Kauf genommen werden.In DE 29 11 873 C2, the secondary gas is due to a appropriate placement of the mixing blade at the source of the Vortex with the vortex expansion into the primary gas flow mixed in. Such interference must inevitably fig an increased pressure loss or own energy requirement of the Plant to be accepted.

In der DE-Zeitschrift "VGB-Kraftwerkstechnik" Jg. 73 (1993), Heft 5, S. 450-455 ist ein Mischer beschrieben, mit dem eine hohe Vermischungsgüte bei geringem Druckverlust erreicht werden soll. Der bauliche Aufwand ist jedoch wesentlich hö­ her als bei den oben beschriebenen Mischflügelkonzepten.In the DE magazine "VGB-Kraftwerkstechnik" vol. 73 (1993), Issue 5, pp. 450-455 describes a mixer with which one high mixing quality achieved with low pressure loss shall be. The construction effort is much higher forth than with the mixing blade concepts described above.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Homogenisierung einer Fluidströmung und zur Einmischung einer Sekundärfluidströmung in eine Primärfluid­ strömung zu schaffen, die gleichzeitig folgenden Anforderun­ gen genügt:The invention is based on the technical problem Device for homogenizing a fluid flow and Interference of a secondary fluid flow in a primary fluid to create flow, the following following requirements it is enough:

• - hohe Homogenisierungs- und/oder Vermischungsgüte bereits nach kurzem Strömungsweg,- high homogenization and / or mixing quality already after a short flow path,
• - geringer Druckverlust,- low pressure drop,
• - kurze Einbaulänge,- short installation length,
• - niedrige Herstellungskosten,- low manufacturing costs,
• - unanfällig gegen Störungen, z. B. durch Belagsbildung,- not susceptible to interference, e.g. B. by deposit formation,
• - geringe Separation von Grob- und Feinstäuben.- low separation of coarse and fine dust.

Dieses Problem ist erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. According to the invention, this problem is solved by claim 1.  

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind wenigstens zwei wirbelerzeugende Flächen, deren parallele Vorderkanten orthogonal zur Richtung der Primärfluidströmung gerichtet sind, im Kanal derart angeordnet, daß eine gegenläufige Ver­ drallung und damit eine gute Homogenisierung bzw. Durchmi­ schung der Fluidströmung erzwungen wird.In a device according to the invention, at least two vortex-generating surfaces, their parallel leading edges directed orthogonal to the direction of the primary fluid flow are arranged in the channel such that an opposing Ver swirl and thus good homogenization or mixing fluid flow is forced.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist jede Flä­ che durch einen auf der Anströmseite in Strömungsrichtung des Primärfluids ausgerichteten dünnwandigen Körper, wie ein Blech oder eine Kunststoffplatte materialisiert, die vor­ teilhaft ausgehend von der Vorderkante ausgebogen ist.According to a first embodiment of the invention, each area is che by one on the upstream side in the flow direction of the primary fluid aligned thin-walled body, such as a Sheet metal or a plastic sheet that materialized before is partially bent out from the front edge.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die paarweise gegensinnig angeordneten Flächen durch ein Zwickelblech verbunden sein. Das Zwickelblech dient sowohl zur aerodynamischen als auch zur mechanischen Stabilisie­ rung.In an advantageous development of the invention the areas arranged in pairs in opposite directions by a Gusset plate to be connected. The gusset plate serves both for aerodynamic and mechanical stabilization tion.

Die Vorderkante kann von einem Rohr mit Düsen gebildet sein, über welche Sekundärfluid in das Primärfluid eingeblasen wird. Das Sekundärfluid wird dank der Erfindung gleichmäßig mit dem Primärfluid durchmischt.The front edge can be formed by a tube with nozzles, through which secondary fluid is blown into the primary fluid becomes. The secondary fluid becomes uniform thanks to the invention mixed with the primary fluid.

Im Gegensatz zu den Gegebenheiten bei Mischflügelkonzepten gemäß DE 29 11 873 C2 weist der erzeugte Wirbel gemäß der Erfindung von Anfang an eine geringe Energiedichte auf; der Wirbel kann demzufolge auch mit einem niedrigen Druckverlust generiert werden. In contrast to the circumstances with mixed wing concepts According to DE 29 11 873 C2, the generated vortex according to the Invention from the beginning on a low energy density; of the As a result, vortex can also have a low pressure drop to be generated.  

Infolge des geringen Druckverlustes reduzieren sich die an den wirbelerzeugenden Flächen angreifenden Kräfte, so daß eine Aufhängevorrichtung für die Fläche(n) oder Teilflächen mit geringerem Materialaufwand ausgeführt werden kann.As a result of the low pressure drop, they decrease forces acting on the vortex generating surfaces, so that a suspension device for the surface (s) or partial surfaces can be carried out with less material.

Für Vermischungsprozesse ist es vorteilhaft, die wirbeler­ zeugenden Flächen derart anzuordnen, daß sich kleinere, gleichsinnig drehende Wirbelgebiete, in denen eine kleinräu­ mige Vorvermischung abläuft, zu größeren Wirbelgebieten überlagern, in denen die großräumige Homogenisierung bewirkt wird.For mixing processes it is advantageous to use the vortex arranging surfaces so that smaller, swirling areas rotating in the same direction, in which a small-rough moderate premixing takes place, to larger vortex areas superimpose in which the large-scale homogenization causes becomes.

In einer besonders interessanten Ausgestaltung der Erfindung sind die wirbelerzeugenden Flächen derart angeordnet, daß die Addition der Teilwirbel in dem einen Kanalabschnitt ei­ nen rechtsdrehenden und in dem anderen Kanalabschnitt einen linksdrehenden Wirbel ergibt. Eine derartige symmetrische Konfiguration von zwei Teilwirbeln ist bei entsprechenden Kanalabmessungen strömungstechnisch stabil und bewirkt eine sehr gute Homogenisierung oder Durchmischung in den jeweili­ gen Kanalabschnitten.In a particularly interesting embodiment of the invention the vortex-generating surfaces are arranged such that the addition of the partial vertebrae in one channel section NEN clockwise and one in the other channel section left-turning vortex results. Such a symmetrical Configuration of two partial vertebrae is appropriate Duct dimensions fluidically stable and causes a very good homogenization or mixing in the respective channel sections.

Diese Konfiguration ist dann besonders vorteilhaft, wenn auf den Vermischungsabschnitt ein Krümmer folgt. Aus der Strö­ mungslehre ist bekannt, daß eine Krümmerdurchströmung ein gegensinnig drehendes Wirbelpaar induziert.This configuration is particularly advantageous when on a bend follows the mixing section. From the stream mungslehre is known that a flow through a manifold oppositely rotating pair of vertebrae induced.

Werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schon vor Erreichen des Krümmers zwei gegenläufige Wirbel erzeugt, deren Drehrichtungen mit jenem des natürlicherweise in Krümmern entstehenden Wirbelpaares übereinstimmt, pas­ siert die Strömung besagten Krümmer ohne Strömungsablösung bzw. mit stark reduzierten Abmessungen der Strömungsablöse­ gebiete. Dadurch werden aufwendige Krümmerleitbleche über­ flüssig. Dies mindert die Kosten erheblich wobei zu berücksichtigen ist, daß die Kosten für die Krüm­ merleitbleche meist höher liegen als die Kosten für die wir­ belerzeugenden und die Homogenisierung bzw. Vermischung be­ wirkenden Einbauten selbst.According to a further embodiment of the invention two opposing vortices before reaching the manifold generated whose directions of rotation with that of the natural vertebrae arising in manifolds matches, pas the flow of said bend without flow separation or with greatly reduced dimensions of the flow separation areas. As a result, elaborate manifold baffles are over liquid. This significantly reduces the costs  taking into account that the cost of the crumb merleitbleche are usually higher than the cost for which we generating and homogenizing or mixing be acting internals themselves.

Eine geringe Neigung der gegenläufigen Wirbel zur Aus­ löschung durch Überlagerung ist insofern vorteilhaft, als ein nachfolgender Kanalkrümmer dann auch ohne Leitbleche ablösefrei durchströmt wird. Ist jedoch eine weitergehende Homogenisierung der Konzentrationsfelder durch Vermischung der gegenläufigen Wirbel miteinander erwünscht, werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in das Strömungs­ feld der gegenläufigen Wirbel zwei sich berührungslos kreu­ zende Leitbleche eingebaut, die in der Konfiguration einer Achterbahn angeordnet sind. Mittels dieser Leitblechanord­ nung werden die beiden gegenläufigen Wirbel so überlagert, daß es zu einer Teilvermischung kommt, ohne daß die Wirbel sich gegenseitig auslöschen.A slight tendency of the opposing vertebrae to go out deletion by overlay is advantageous in that a subsequent duct bend also without baffles is flowed free of transfer. However, it is a more extensive one Homogenization of the concentration fields by mixing the opposite vortices are desired with each other, according to a further embodiment of the invention in the flow field of opposing vortexes two cross without contact built-in baffles that are configured in the configuration of a Roller coaster are arranged. By means of this baffleord the two opposite vortices are superimposed so that there is a partial mixing without the vortex wipe each other out.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the schematic drawing Solutions to exemplary embodiments with further details explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elementaren Bau­ gruppe einer Vorrichtung nach der Erfindung, die in einen ein Primärfluid führenden Kanal eingebaut ist; Figure 1 is a perspective view of an elementary construction group of a device according to the invention, which is installed in a channel leading a primary fluid.

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Baugruppe nach Fig. 1; Figure 2a is a plan view of an assembly according to Fig. 1.

Fig. 2b eine Draufsicht auf eine Abwandlung der elementaren Baugruppe nach Fig. 1; Figure 2b is a plan view of a modification of the elementary module of Fig. 1.

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1 von vorn auf eine weiter abgewandelte Baugruppe; Figure 3 is a view in the direction of the arrow III in Figure 1 from the front of a further modified assembly..;

Fig. 4 eine andere elementare Baugruppe einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Dar­ stellung wie Fig. 1; Fig. 4 shows another elementary assembly of a device according to the invention in a perspective Dar position as Fig. 1;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Kanals, in den eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit mehre­ ren Baugruppen gemäß den Fig. 1 und 2a eingebaut ist und der oberhalb dieser Vorrichtung einen 90°-Krüm­ mer aufweist; Fig. 5 is a perspective view of a channel in which a device according to the invention with several ren assemblies according to Figures 1 and 2a is installed and above this device has a 90 ° elbow mer.

Fig. 6a, 6b und 6c Schnittansichten in Ebenen A, B und C in Fig. 5; FIG. 6a, 6b and 6c are sectional views of planes A, B and C in FIG. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Vorrichtung nach der Erfindung, bei der nach dem Prinzip von Fig. 4 gestaltete Baugruppen eingesetzt sind; Fig. 7 is a plan view of a modified apparatus according to the invention are used in the designed according to the principle of Figure 4 modules.

Fig. 8a eine Seitenansicht von oberhalb einer Vorrichtung nach der Erfindung eingebauten Leitblechen; und 8a is a side view from above of a device according to the invention built-in baffles. and

Fig. 8b eine Draufsicht auf die Leitblechanordnung nach Fig. 8a. Fig. 8b is a plan view of the baffle arrangement according to Fig. 8a.

In den Fig. 1 bis 3 sind der Einfachheit halber gleiche Be­ zugszeichen für gleiche oder gleichwirkende Teile verwendet.In Figs. 1 to 3 for simplicity, the same reference numbers are Be for the same or equivalent parts.

Die in Fig. 1 und Fig. 2a gezeigte Baugruppe ist in einen Kanal eingebaut, in dem ein Primärfluid in Richtung des Pfeiles s strömt. Die Baugruppe weist ein quer zur Hauptströmungsrichtung s sich erstreckendes Rohr 1 auf, an dessen Abstromseite die Vorderkanten 2 von zwei in Längs­ richtung des Rohres 1 aneinander anschließenden, gegensinnig gewölbten dünnwandigen Platten 3, 4 anschließen. Die Platten 3, 4 können von Metallblechen oder von dünnwandigen Kunst­ stoffplatten gebildet sein. Die Hinterkanten 5, 6 der dünn­ wandigen Platten verlaufen wie gezeigt gegensinnig schräg. Die Tangenten t an den Vorderkanten 2 der Platten 3, 4 ver­ laufen parallel zur Strömungsrichtung s und spannen eine Ebene E auf, die eine Symmetrieebene zwischen den beiden Platten 3, 4 bildet und die Vorderkanten 2 enthält. Senk­ recht auf den Vorderkanten 2 stehende Verbindungslinien 7, 8 zwischen den Vorderkanten 2 und den Hinterkanten 5, 6 sind unter verschiedenen Anstellwinkeln α, β bezüglich der Ebene E geneigt. The assembly shown in Fig. 1 and Fig. 2a is installed in a channel in which a primary fluid flows in the direction of arrow s. The assembly has a transverse to the main flow direction s extending tube 1 , on the downstream side of the front edges 2 of two in the longitudinal direction of the tube 1 adjoining, oppositely curved thin-walled plates 3 , 4 connect. The plates 3 , 4 can be formed from metal sheets or thin-walled plastic plates. The rear edges 5 , 6 of the thin-walled plates run in opposite directions as shown. The tangents t on the front edges 2 of the plates 3 , 4 ver run parallel to the flow direction s and span a plane E, which forms a plane of symmetry between the two plates 3 , 4 and contains the front edges 2 . Connection lines 7 , 8 standing vertically on the leading edges 2 between the leading edges 2 and the trailing edges 5 , 6 are inclined at different angles α, β with respect to the plane E.

Das Rohr 1 enthält längs den Vorderkanten 2 angeordnete Loch- oder Schlitzdüsen (nicht dargestellt), über welche ein Primärfluid in den Richtungen der Pfeile u, v ausgeblasen wird, und zwar auf die gewölbten Unterseiten der Platten 3, 4.The pipe 1 contains perforated or slotted nozzles (not shown) arranged along the front edges 2 , via which a primary fluid is blown out in the directions of the arrows u, v, on the curved undersides of the plates 3 , 4 .

Anstatt gewölbt könnten die Platten auch eben sein, wobei dann die Verbindungslinien 7, 8 einen gleich großen Anstell­ winkel einschließen würden. Bevorzugt ist jedoch die in den Figuren gezeigte gewölbte Ausführung, weil hierdurch eine bessere Verwirbelung und damit Homogenisierung des Primär­ fluids und eine bessere Einmischung des über das Rohr 1 ein­ geblasenen Sekundärfluids erzielbar ist.Instead of curved, the plates could also be flat, in which case the connecting lines 7 , 8 would include an equally large angle of attack. However, the curved version shown in the figures is preferred, because this enables better turbulence and thus homogenization of the primary fluid and better mixing of the secondary fluid blown via the tube 1 .

Die Platten 3, 4 sind zur mechanischen Stabilisierung und zur Bildung eines Plattenpaares mittels eines Zwickelbleches 9 verbunden, das sich bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2a in einer Ebene senkrecht zur Ebene E erstreckt.The plates 3 , 4 are connected for mechanical stabilization and to form a pair of plates by means of a gusset plate 9 which extends in the plane according to FIGS. 1 and 2a in a plane perpendicular to the plane E.

Bei der Variante nach der Fig. 2b sind die Platten 3, 4 in zwei Richtungen gewölbt.In the variant according to FIG. 2b, the plates 3 , 4 are curved in two directions.

Bei der Variante gemäß Fig. 3 sind die Platten im an die Vorderkante 2 anschließenden Bereich "überwölbt", d. h. haben einen negativen Tangentenwinkel. Obgleich sie ebenso wie in der Fig. 1 gleichsinnig weiter ausgewölbt sein könnten (ge­ strichelte Kontur 3′′ links außen in Fig. 3), können sie nach einem Wendepunkt W auch zurückgewölbt sein (durchgezogene Kontur in Fig. 3), so daß sich insgesamt ähnliche Neigungs­ winkel α, β ergeben wie bei der Ausführung nach Fig. 1.In the variant according to FIG. 3, the plates are "arched" in the area adjoining the front edge 2 , ie they have a negative tangent angle. Although they could be curved in the same direction as in Fig. 1 (ge dashed contour 3 '' left outside in Fig. 3), they can also be arched back after a turning point W (solid contour in Fig. 3), so that altogether similar inclination angles α, β result as in the embodiment according to FIG. 1.

Auch in diesem Fall können die Platten 3, 4 durch ein Zwic­ kelblech 9 verbunden sein. Dieses Zwickelblech 9 dient bei den bisher beschriebenen Ausführungen durch die kreuzförmige Verbindung der Platten 3, 4 zur Verhinderung von Schwingun­ gen der von den Wirbeln des Primärfluids und gegebenenfalls des Sekundärfluids beaufschlagten Platten 3, 4. Außerdem trägt das Zwickelblech dazu bei, daß der durch die gegensin­ nig gekrümmten Platten 3, 4 erzeugte Drall der Strömung ver­ stärkt wird. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Enden des Zwickelbleches 9 derart auszubiegen, daß im Kern des Strömungsfeldes ein zum primären Wirbelfeld gegenläufiges sekundäres Wirbelfeld erzeugt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß sich die Wirbel im Fernfeld durch Überlagerung gegenseitig auslöschen, so daß eine drallfreie Abströmung aus dem Mischungsabschnitt erzielbar ist. Dies kann für die Zuströmung zu nachfolgenden Komponenten, wie einem Wabenka­ talysator, bedeutsam sein.In this case, the plates 3 , 4 can be connected by an intermediate plate 9 . This gusset plate 9 is used in the embodiments described so far by the cross-shaped connection of the plates 3 , 4 to prevent vibrations conditions of the plates 3 , 4 acted upon by the vortices of the primary fluid and possibly the secondary fluid. In addition, the gusset plate helps to ensure that the swirl of the flow generated by the oppositely curved plates 3 , 4 is strengthened ver. However, it can also be advantageous to bend the ends of the gusset plate 9 in such a way that a secondary vortex field that is opposite to the primary vortex field is generated in the core of the flow field. In this way it can be achieved that the vortices in the far field cancel each other out by superimposition, so that a swirl-free outflow from the mixing section can be achieved. This can be important for the inflow to subsequent components, such as a honeycomb catalyst.

Soll die Vorrichtung gemäß der Erfindung ausschließlich zur Homogenisierung eines Primärfluids eingesetzt werden, also keine Zumischung von einem Sekundärfluid erfolgen, so er­ übrigt sich ein Rohr 2. Statt dessen kann dann ein Stab längs der Vorderkanten 2 vorgesehen sein, oder die Vorderkanten 2 selbst können die Platten 3, 4 auf ihren der Primärströmung zugewandten Seiten begrenzen.If the device according to the invention is to be used exclusively for the homogenization of a primary fluid, that is to say no secondary fluid is added, a tube 2 is left over . Instead, a rod can then be provided along the front edges 2 , or the front edges 2 themselves can limit the plates 3 , 4 on their sides facing the primary flow.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung gemäß der Er­ findung, bei der wirbelerzeugende Flächen 3′, 4′ allein durch Ausblasen aus dem Rohr 1 in verschiedenen Richtungen gegebenenfalls mit verschiedener Intensität aerodynamisch erzeugt werden. Dabei können diese "virtuellen" Flächen auf­ grund der Anströmung des durch das Primärfluid sogar gewölbt sein. Die Wölbung wird mit zunehmender Intensität der Sekun­ därfluid-Einblasung (Druck, Menge) geringer. Fig. 4 shows an embodiment of the device according to the invention, in which vortex-generating surfaces 3 ', 4 ' aerodynamically generated by blowing out of the tube 1 in different directions, if necessary, with different intensities. These "virtual" surfaces can even be curved due to the flow of the primary fluid. The curvature decreases with increasing intensity of the secondary fluid injection (pressure, amount).

Fig. 5 zeigt einen insgesamt mit der Bezugszahl 20 bezeich­ neten vertikalen Strömungskanal, der an seinem Kopfende ei­ nen 90°-Krümmer 21 aufweist. Dieser Kanal ist in insgesamt vier parallele Abschnitte durch Schottwände 22, 23, 24 un­ terteilt, wobei in jedem Kanalabschnitt eine Baugruppe gemäß den Fig. 1 und 2a angeordnet ist. Dabei stoßen die äußeren Seitenkanten 10 der Platten 3, 4 an die seitlichen Kanalwän­ de (nicht bezeichnet) an. Fig. 5 shows an overall designated by the reference numeral 20 vertical flow channel having a 90 ° elbow 21 at its head end. This channel is subdivided into a total of four parallel sections by bulkheads 22 , 23 , 24 un, an assembly according to FIGS. 1 and 2a being arranged in each channel section. The outer side edges 10 of the plates 3 , 4 abut the lateral channel walls (not designated).

Mit A, B, C und D sind vier Querschnittsebenen des Kanals 20 bezeichnet, wobei die Ebene C etwa in der Mitte des Krümmers 21 liegt. Die Ebenen A, B, C sind zusammen mit einer durch die Erfindung bewirkten Wirbelkonfiguration in den Fig. 6a, 6b und 6c dargestellt. In der Fig. 6a ist in der Draufsicht auf die Ebene A gezeigt, daß die in der linken Kanalhälfte angeordneten Baugruppen und die in der rechten Kanalhälfte entgegengesetzt angeordneten Baugruppen, wie sie anhand der Fig. 1 und 2a im einzelnen beschrieben sind, gegenläufige Kreis-Wirbelpaare erzeugen, wobei die Wirbelpaare in der linken Kanalhälfte rechtsdrehend und in der rechten Kanal­ hälfte linksdrehend sind. Die kreisförmigen Wirbel ergänzen sich oberhalb der Schottwände 22 und 24 in den jeweiligen beiden Kanalhälften zu elliptischen, gegensinnig drehenden Wirbeln gemäß Fig. 6b, die wegen der höher als die Schott­ wände 22, 24 aufragenden Schottwand 23 getrennt sind.A, B, C and D designate four cross-sectional planes of the channel 20 , the plane C lying approximately in the middle of the elbow 21 . The levels A, B, C are shown together with a vortex configuration brought about by the invention in FIGS . 6a, 6b and 6c. In Fig. 6a is shown in the top view of the plane A, that arranged in the left channel half assemblies, and in the right channel half oppositely disposed components, such as with reference to FIGS. 1 and 2a are described in detail in opposite circular Create vortex pairs, the vortex pairs being clockwise in the left half of the channel and counterclockwise in the right half of the channel. The circular vertebrae complement each other above the bulkheads 22 and 24 in the respective two channel halves to form elliptical, counter-rotating vortices according to FIG. 6b, which are separated because of the higher than the bulkhead walls 22 , 24 bulkhead 23 .

In der in Fig. 6c dargestellten Ebene C sind dann die ellip­ tischen Wirbel nicht mehr getrennt und überlagern die "na­ türlichen" Wirbel im Krümmer 21.In the plane C shown in Fig. 6c, the elliptical vertebrae are then no longer separated and overlay the "natural" vertebrae in the manifold 21st

Es ist ein aus der Strömungslehre bekanntes Phänomen, daß eine Krümmerdurchströmung mit einer homogenen Strömung ein gegensinnig drehendes Wirbelpaar erzeugt, wie es in der Ebe­ ne D in Fig. 5 dargestellt ist. Erfindungsgemäß werden durch die in der Ebene X eingebaute Vorrichtung gemäß Fig. 5 be­ reits in der Ebene B gegensinnig drehende Wirbel erzeugt, die gleiche Drehrichtungen wie die "natürlichen" in dem Krümmer 21 erzeugten Wirbel haben. Dies sorgt dafür, daß die Strömung in dem Kanal den Krümmer 21 ohne Strömungsablösung, mindestens jedoch mit stark reduzierten Abmessungen von Strömungsablösungsgebieten, passiert. Dadurch werden aufwen­ dige Krümmerleitbleche überflüssig, die man normalerweise in Krümmern vorsieht. Die Kosten solcher Leitbleche liegen hö­ her als die Kosten für die Vorrichtung nach der Erfindung.It is a phenomenon known from fluid mechanics that a flow through a manifold with a homogeneous flow produces a pair of vortices rotating in opposite directions, as is shown in plane E D in FIG. 5. According to the invention, in the plane X built-in device according to FIG. 5, counter-rotating vortices are already generated in the plane B, which have the same directions of rotation as the "natural" vortices generated in the manifold 21 . This ensures that the flow in the channel passes the manifold 21 without flow separation, but at least with greatly reduced dimensions of flow separation areas. This eliminates the need for elbow baffles, which are normally provided in manifolds. The cost of such baffles is higher than the cost of the device according to the invention.

Die Länge der Schottwände 22, 23, 24 kann das 0,5- bis 2,5- fache des hydraulischen Durchmessers jedes Kanalabschnitts betragen. Aus den oben angegebenen strömungstechnischen Gründen ist eine Konfiguration bevorzugt, bei der die mitt­ lere Schottwand 23 länger ist als die Schottwände 22, 24. Die Hinterkanten der Schottwände können gegensinnige Ausbie­ gungen 25, 26 in Richtungen haben, welche mit den Drehrich­ tungen der von jeder Baugruppe erzeugten Wirbeln überein­ stimmen. Dies ist der Einfachheit halber nur für die Schott­ wand 22 in Fig. 5 dargestellt.The length of the bulkheads 22 , 23 , 24 can be 0.5 to 2.5 times the hydraulic diameter of each channel section. For the fluidic reasons given above, a configuration is preferred in which the middle bulkhead 23 is longer than the bulkheads 22 , 24 . The trailing edges of the bulkheads can have opposite bends 25 , 26 in directions which correspond to the directions of rotation of the vortices generated by each assembly. For the sake of simplicity, this is only shown for the bulkhead wall 22 in FIG. 5.

Fig. 7 zeigt eine Alternative zu der Vorrichtung, wie sie in Fig. 5 und Fig. 6a dargestellt ist. Bei dieser Ausführung sind Rohre 1′ mit Düsen ohne Platten, das heißt mit rein aerodynamisch erzeugten Wirbelflächen 3′, 4′ eingesetzt, wie sie prinzipiell in Fig. 4 dargestellt sind, wobei jedoch Druck und/oder aus tretende Strömungsmenge in Richtung zur Rohrmitte hin abnimmt. Solche Rohre 1′ sind jeweils in den einzelnen Kanalabschnitten in dem Querschnitt X (Fig. 5) kreuzweise diagonal angeordnet. Selbstverständlich kann die Anordnung nach Fig. 7 auch mit "materialisierten" Flächen, wie Platten gemäß Fig. 1 bis 3 ausgeführt werden. Fig. 7 shows an alternative to the device as shown in Fig. 5 and Fig. 6a. In this embodiment, tubes 1 'with nozzles without plates, that is, with purely aerodynamically generated swirl surfaces 3 ', 4 'are used, as they are shown in principle in Fig. 4, but pressure and / or outgoing flow towards the center of the tube decreases. Such pipes 1 'are each arranged diagonally crosswise in the individual channel sections in the cross section X ( Fig. 5). Of course, the arrangement according to FIG. 7 can also be implemented with "materialized" surfaces, such as plates according to FIGS. 1 to 3.

Bei den in Fig. 5 bis 7 gezeigten Konfigurationen strömen die durch die Flächen 3, 4; 3′, 4′ erzeugten Wirbel spiralig nach oben. Aufgrund der gegensinnigen Anordnung der Flächen in der rechten Kanalhälfte bezüglich der linken Kanalhälfte werden gegenläufige Wirbel oberhalb der Vorrichtung erzeugt, welche ein ablösefreies Durchströmen des Krümmers 21 ohne Einsatz von Leitblechen ermöglichen.In the configurations shown in FIGS. 5 to 7, the flow through the surfaces 3 , 4 ; 3 ', 4 ' generated vortex spirally upwards. Due to the opposing arrangement of the surfaces in the right half of the channel with respect to the left half of the channel, opposing vortices are generated above the device, which enable a free flow through the elbow 21 without the use of baffles.

Es kann jedoch auch eine weitergehende Homogenisierung der Wirbelkonzentrationsfelder durch Vermischen der gegenläufi­ gen Wirbel miteinander erwünscht sein. Für diesen Fall ist die Ausgestaltung nach Fig. 8 vorgesehen. Dort sind Leitble­ che 30, 31 in der aus Fig. 8 ersichtlichen achterbahnartigen Konfiguration in dem Kanalabschnitt stromabwärts von der Vorrichtung nach der Erfindung angeordnet. Diese Leitbleche 30, 31 sind an die Spiralgeometrie der gegensinnig aufstei­ genden Wirbel angepaßt und kreuzen sich in der insbesondere aus Fig. 8b ersichtlichen Weise berührungslos.However, it may also be desirable to further homogenize the vortex concentration fields by mixing the opposite vortices together. In this case, the configuration according to FIG. 8 is provided. There are guide plates 30 , 31 arranged in the roller coaster-like configuration shown in FIG. 8 in the channel section downstream of the device according to the invention. These baffles 30 , 31 are adapted to the spiral geometry of the oppositely rising vertebrae and cross without contact in the manner shown in FIG. 8b in particular.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Anordnungen der in den verschiedenen Beispielen (Fig. 5, 6a, 7) gezeigten Art in Strömungsrichtung hintereinander in dem Kanal angeordnet.In a further embodiment of the invention, two arrangements of the type shown in the various examples ( FIGS. 5, 6a, 7) are arranged one behind the other in the flow direction in the channel.

In der ersten Anordnung wird Brenngas in das Primärfluid, wie Rauchgas, eingedüst und gezündet, um die Primärströmung aufzuheizen. In der zweiten Anordnung wird das eigentliche Sekundärfluid, wie Ammoniak, zur katalytischen Entstickung des Primärfluids eingeblasen.In the first arrangement, fuel gas is injected into the primary fluid, like flue gas, injected and ignited to the primary flow to heat up. In the second arrangement, the actual Secondary fluid, such as ammonia, for catalytic denitrification of the primary fluid.

Claims (14)

1. Vorrichtung in einem ein Fluid führenden Kanal mit zur Strömungsrichtung abwechselnd geneigten, wirbelerzeugen­ den Flächen, die der Fluidströmung zugewandte Vorderkan­ ten aufweisen, wobei die Vorderkanten quer zur Strömungs­ richtung der Fluidströmung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei wirbel­ erzeugende Flächen (3, 4; 3′, 4′) ausgehend von paralle­ len Vorderkanten (2) so in einem gemeinsamen Strömungs­ querschnitt des Kanals angeordnet sind, daß sie in einem Bereich des Kanals stromabwärts der Vorrichtung ein Paar von gegenläufig drehenden Wirbeln erzeugen.1.Device in a fluid-conducting channel with an alternating inclination to the flow direction, produce the surfaces which have front edges facing the fluid flow, the front edges being oriented transversely to the flow direction of the fluid flow, characterized in that at least two vortex-generating surfaces ( 3 , 4 ; 3 ', 4 ') starting from parallel len leading edges ( 2 ) are arranged in a common flow cross-section of the channel so that they generate a pair of counter-rotating vortices in a region of the channel downstream of the device. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wirbelerzeugenden Flächen (3, 4) an den Vorderkanten (2) in Strömungsrichtung (s) verlau­ fende Tangenten (t) aufweisen und von der Vorderkante (2) weggewölbt sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the vortex-generating surfaces ( 3 , 4 ) on the front edges ( 2 ) in the flow direction (s) have duri fende tangents (t) and are arched away from the front edge ( 2 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Verbindungslinien (7, 8) zwischen Vorderkanten (2) und Hinterkanten (5, 6) der Flächen (3, 4), die senkrecht auf der Vorderkante stehen, unter ver­ schiedenen Anstellwinkeln (α, β) zu einer in Anströmrich­ tung (s) verlaufenden, die Vorderkante (2) enthaltenden Ebene (E) geneigt sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that connecting lines ( 7 , 8 ) between the front edges ( 2 ) and rear edges ( 5 , 6 ) of the surfaces ( 3 , 4 ), which are perpendicular to the front edge, at different angles of attack ( α, β) to an upstream direction (s), the front edge ( 2 ) containing plane (E) are inclined. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirbelerzeugenden Flächen wenigstens zwei Teilflächen (3, 4) aufweisen, die von der gemeinsamen Vorderkante (2) in Richtung der Vor­ derkante aufeinander folgend gegensinnig nach außen von der Ebene (E) weggebogen sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the vortex-generating surfaces have at least two partial surfaces ( 3 , 4 ) which from the common front edge ( 2 ) in the direction of the leading edge successively in opposite directions outwards from the plane ( E) are bent away. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (2) an einem Rohr (1) mit Düsen ausgebildet ist, über welche ein Sekundärfluid in das Primärfluid eingeblasen wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the front edge ( 2 ) on a tube ( 1 ) is formed with nozzles through which a secondary fluid is blown into the primary fluid. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zwei Teilflächen (3, 4) von dünnwandigen Körpern, insbesondere aus Blech oder Kunststoff, gebildet und vorzugsweise miteinander paar­ weise mittels einer quer zur Vorderkante (2) und in Strö­ mungsrichtung (s) angeordneten Zwickelplatte (9) verbun­ den sind.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the two partial surfaces ( 3 , 4 ) of thin-walled bodies, in particular made of sheet metal or plastic, and preferably together in pairs by means of a transverse to the front edge ( 2 ) and in the flow direction (S) arranged gusset plate ( 9 ) are the verbun. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wirbelerzeugenden Flächen (3, 4) mit Öffnungen versehen sind, welche die Saugseite mit der Druckseite verbinden.7. The device according to claim 6, characterized in that the vortex-generating surfaces ( 3 , 4 ) are provided with openings which connect the suction side with the pressure side. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare wirbelerzeu­ gende Flächen so angeordnet sind, daß die erzeugten ge­ genläufigen Wirbel Drehrichtungen aufweisen, wie sie bei der Durchströmung eines nachfolgenden Krümmers (21) von selbst erzeugt würden.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that two pairs of vortex-generating surfaces are arranged so that the generated ge opposing vortexes have directions of rotation as they would be generated by the flow through a subsequent elbow ( 21 ) by itself. 9. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in durch Schottwände (22, 23, 24) getrennte, zu den Enden hin of­ fene Kanalabschnitte unterteilt ist, in deren jedem min­ destens ein Paar der wirbelerzeugenden Flächen (3, 4) an­ geordnet ist, wobei die Schottwände in den Ebenen (E) liegen.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the channel is divided into by bulkheads ( 22 , 23 , 24 ), towards the ends of open channel sections, in each of which at least a pair of the vortex-generating surfaces ( 3 , 4 ) is arranged on, with the bulkheads in the levels (E). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Schottwände (10, 11, 12) das 0,5- bis 2,5fache des hydraulischen Durchmessers jedes Kanalabschnitts beträgt.10. The device according to claim 9, characterized in that the length of the bulkheads ( 10 , 11 , 12 ) is 0.5 to 2.5 times the hydraulic diameter of each channel section. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hinterkanten der Schott­ wände (22) gegensinnige Ausbiegungen (25, 26) in Richtun­ gen haben, welche mit den Drehrichtungen der erzeugten Wirbel übereinstimmen.11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the rear edges of the bulkhead walls ( 22 ) opposing bends ( 25 , 26 ) gene in direction, which correspond to the directions of rotation of the generated vertebrae. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (2′) der wirbelerzeugenden Flächen kreuzweise auf Diagonalen in einem gemeinsamen Strömungsquerschnitt des das Primär­ fluid führenden Kanals angeordnet sind.12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the front edges ( 2 ') of the vortex-generating surfaces are arranged crosswise on diagonals in a common flow cross section of the primary fluid-carrying channel. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungsfeld der gegenläufig drehenden Wirbel zwei sich berührungslos kreuzende Leitbleche (30, 31) in Konfiguration einer Ach­ terbahn angeordnet sind.13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that in the flow field of the counter-rotating vortices two non-contact crossing guide plates ( 30 , 31 ) are arranged in the configuration of an Ach tram. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine zweite Vorrich­ tung gleicher Art in Strömungsrichtung gesehen vorge­ schaltet ist, über welche ein Brenngas in das Primärfluid eingeblasen wird.14. Device according to one of claims 5 to 13, characterized characterized that you a second Vorrich device of the same type seen in the direction of flow is switched, via which a fuel gas in the primary fluid is blown in.