DE19720528A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Vermischen eines ersten Fluids mit einem zweiten Fluid - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Vermischen eines ersten Fluids mit einem zweiten FluidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermischen eines
ersten Fluides mit einem zweiten Fluid, insbesondere einer
Flüssigkeit mit einem pulverförmigen Feststoff, mit einem
strömenden ersten Fluid und einem in das erste Fluid ein
mündenden, inneren Dosierkanal für das zweite Fluid, welches
unter einem höheren Druck steht, als das erste Fluid. Die
Erfindung ist weiter auf ein Verfahren zum Vermischen eines
ersten Fluides mit einem zweiten Fluid gerichtet, insbesondere
zum Vermischen einer Flüssigkeit mit einem pulverförmigen
Feststoff, bei der das strömende erste Fluid unter einem
geringeren Druck steht, als das zweite Fluid und dadurch dieses
zweite Fluid über einen Dosierkanal ansaugt und in das erste
Fluid eingemischt wird.
Es gibt viele industrielle Verfahren, bei denen es erforderlich
ist, pulverförmige Feststoffe in Flüssigkeiten einzubringen, um
so z. B. Lösungen oder Dispersionen herzustellen. Die
bekanntesten, hierzu verwendeten Vorrichtungen bestehen
üblicherweise im wesentlichen aus einem Rührwerksbehälter, in
dem die Flüssigkeit von einem Rührwerk umgerührt wird, während
der pulverförmige Feststoff durch eine Öffnung im Behälter
entweder von Hand oder mit Hilfe einer Zellenradschleuse aus
einer Pulvervorlage auf die Flüssigkeitsoberfläche gestreut und
dann mit Hilfe des Rührwerks in die Flüssigkeit eingerührt
wird. Solche bekannten Vorrichtungen haben den großen Nachteil,
daß sich beim Einstreuen des Pulvers dieses zum Teil an den
Innenwandbereichen des Behälters ablagert, an die keine
Flüssigkeit gelangt, so daß dieser Pulveranteil nicht mit in
die Flüssigkeit eingemischt wird und das gewünschte Mischungs
verhältnis bzw. die gewünschte Lösungskonzentration somit
verfälscht wird. Darüber hinaus hat die Zugabe des pulver
förmigen Feststoffes von Hand den Nachteil, daß aus Gründen des
Arbeitsschutzes üblicherweise eine Absaugvorrichtung vorgesehen
werden muß, über die das Pulver zusammen mit Lösungsmittel
dämpfen zum Teil wieder abgesaugt wird, was eine zusätzliche
Abluftreinigung erforderlich macht. Wenn das Pulver mit Hilfe
einer Zellenradschleuse aus einer Pulvervorlage zudosiert wird,
kann es dazu kommen, daß Flüssigkeitsdämpfe in die Pulver
vorlage eindringen und der dort bevorratete Feststoff feucht
wird und verklumpt und sich nicht mehr störungsfrei austragen
läßt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der DE-OS 42 08 442
eine als Saug-/Mischvorrichtung bezeichnete gattungsgemäße
Vorrichtung bekannt, bei der ein durch einen Hauptkanal
strömendes Fluid ein durch einen Nebenkanal strömendes
Sekundärfluid ansaugt und in einer schmalen Mündungsstelle
vermischt. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß es
bei instabilen Strömungszuständen des ersten Fluides bzw. der
Flüssigkeit, wie sie insbesondere beim An- und Abfahren der
Vorrichtung auftreten können, dazu kommt, daß Flüssigkeit in
den Dosierkanal für das zweite Fluid oder das Pulver eindringt
und dieses darin verklumpt und den Dosierkanal verstopft.
Störungen im Betrieb der Vorrichtung sind die unausweichliche
Folge.
Um diesen Nachteil zu beheben, ist mit der DE-OS 38 01 591 auch
bereits vorgeschlagen worden, in dem Mischbereich eine
weiteren Kanal mit kreisringförmigem Querschnitt koaxial
zwischen dem ersten Ringkanal und dem inneren Dosierkanal
vorzusehen und über diesen Luft in den Mischbereich einzu
blasen. Diese Lösung ist apparativ sehr aufwendig, denn sie
erfordert ein zusätzliches Gebläse für Druckluft mit allen für
dessen Betrieb erforderlichen Regeleinrichtungen. Darüber
hinaus kann es auch bei dieser Vorrichtung zu Verklumpungen des
pulverförmigen Feststoffes kommen, sobald die Anlage abgestellt
wird und die Mündung des Dosierkanals für den Feststoff nicht
länger mittels eingeblasener Druckluft von der über den ersten
Kanal zugeführten Flüssigkeit getrennt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein
Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein
unerwünschtes Vermischen der beiden Fluide im Dosierkanal
selbst und damit ein Verklumpung des zweiten Fluids bzw. des
Pulvers im Dosierkanal infolge eingetretener Flüssigkeit bzw.
Flüssigkeitsdämpfe zuverlässig vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch gelöst, daß der Dosierkanal mittels einer Ventil
einrichtung verschließbar ist. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, daß die Mündung des Dosierkanals beim Anfahrvorgang
von der Ventileinrichtung solange verschlossen gehalten werden
kann, bis das durch den ersten Kanal strömende Fluid im
Mischungsbereich an der Dosierkanalmündung einen so geringen,
statischen Druck hat,daß es nicht in den Dosierkanal eindringen
kann, sondern vielmehr nach Öffnen der Ventileinrichtung das
über den Dosierkanal zugeführte zweite Fluid ansaugt. Beim
Abfahrvorgang der Vorrichtung wird die Dosierkanalmündung mit
Hilfe der Ventileinrichtung wieder verschlossen, bevor der
Druck des ersten Fluides im Mischbereich auf einen Wert
ansteigen kann, der größer ist als der Druck des zuzu
mischenden, zweiten Fluides, wodurch auch beim Abfahren der
Vorrichtung ein Eintreten von Flüssigkeit in den Dosierkanal
sicher verhindert und Verklumpungen zuverlässig vermieden
werden.
Der erste Fluid strömt vorzugsweise durch ein Rohr, in dem die
Mischvorrichtung befestigt ist und das sich beispielsweise
saugseitig vor einer Pumpe befinden kann, die eine Strömung im
Rohr und die bei genügender Ansaughöhe oder durch Drosselung
vor der Mischvorrichtung einen Unterdruck im Mischungspunkt
erzeugt. Dadurch kann durch den höheren athmosphärischen
Umgebungsdruck im Dosierkanal das zweite Fluid in das erste
Fluid eingesaugt werden.
Der erste Kanal kann ein Ringkanal sein, in den die Dosier
kanalmündung zweckmäßig in Strömungsrichtung einmündet. Die
Ventileinrichtung besteht vorzugsweise im wesentlichen aus
einem von einem Schließelement in Richtung auf die Dosier
kanalmündung beaufschlagten Ventilkörper und einem vom
Fluidstrom entgegen der Wirkung des Schließelements beauf
schlagten Öffnungselement. Zusätzlich wirkt die auf den
Ventilkörper durch den im Dosierkanal herrschenden höheren
Druck resultierende Kraft als Öffnungselement. Bei dieser
besonders vorteilhaften Ausgestaltung drückt das zweckmäßig im
wesentlichen aus einer Feder bestehende Schließelement den
Ventilkörper solange gegen die Dosierkanalmündung und
verschließt diese dadurch zuverlässig, bis ein gewünschter
Zustand erreicht ist, bei dem das durch den ersten Fluidkanal
fließende Fluid und die durch den höheren Druck im Dosierkanal
wirkende Kraft auf den Ventilkörper so auf die Ventil
einrichtung wirken, daß der Ventilkörper entgegen der Wirkung
des Schließelements von der Dosierkanalmündung weggezogen und
diese dadurch freigegeben wird.
Das Öffnungselement durch die Fluidströmung kann dabei
vorzugsweise aus einem mit dem Ventilkörper verbundenen
Anströmkörper bestehen, auf den das strömende erste Fluid bzw.
das Fluidgemisch einen Impuls ausübt und bei Erreichen einer
bestimmten, voreingestellten Strömungsgeschwindigkeit den
Ventilkörper mit einer dem Schließelement entgegenwirkenden
Kraft beaufschlagen. Herrscht jetzt im Dosierkanal ein höheren
Druck, als in der Mischzone, so wirkt die dadurch auf den
Ventilkörper wirkende Druckkraft zusätzlich auf den
Ventilkörper, so daß die Ventileinrichtung geöffnet wird und
das zweite Fluid eingemischt wird. Wenn die vorgegebene
Strömungsgeschwindigkeit oder der vorgegebene Druck im
Dosierkanal unterschritten wird, schließt die Rückstellfeder
das Ventil wieder, bevor Flüssigkeit in den Dosierkanal
eindringen und das dort befindliche Pulver anfeuchten kann.
Der Anströmkörper kann über eine Betätigungsstange mit dem
Ventilkörper verbunden sein und ist zweckmäßig als hinter dem
Mischungspunkt in der Strömung liegende Prallplatte
ausgebildet. In diesem Fall befindet sich der Anströmkörper im
Fluidstrom des vom ersten und zweiten Fluid gebildeten
Fluidgemisches. Es ist aber auch möglich, den Anströmkörper im
Fluidstrom des ersten Fluides, also vor dem Mischungsraum,
anzuordnen.
Vorzugsweise bildet der Ventilkörper bei geöffnetem Ventil mit
der Dosierkanalmündung eine etwa ringförmige Dosieröffnung,
wobei die Weite der Öffnung über eine Stellschraube verändert
werden kann. Durch diese Ausgestaltung ist es besonders leicht
möglich, die Strömungsrichtung des zweiten Fluides im gesamten
Mischbereich unter einem Winkel zur Strömungsrichtung des
ersten Fluides zu halten und so eine besonders gute Vermischung
zu erzielen. Darüber hinaus ist diese Ausgestaltung baulich
besonders einfach und wenig verschleißanfällig.
Der Ventilkörper ist vorzugsweise als Doppelkegelkörper
ausgestaltet, dessen in Strömungsrichtung vorderer Kegel das
eigentliche Verschlußelement für die Dosierkanalmündung bildet
und dessen in Strömungsrichtung hinterer Kegel eine Leitfläche
für das Fluidgemisch darstellt. Die Schließkraft des Schließ-
elementes ist bevorzugt einstellbar, beispielsweise mittels
einer Einstellschraube, einer Einstellmutter oder dergleichen,
so daß die Bedingungen, bei der die Dosierkanalmündung öffnet
bzw. schließt, durch einfaches Verstellen der Schließkraft dem
Schließelementes verändert werden kann.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Dosierkanal in
Abhängigkeit je nach Anwendungsfall entweder von der von dem
ersten Fluid bzw. dem Fluidgemisch auf einen Anströmkörper im
Fluidstrom ausgeübten Impuls, oder durch die auf den Ventil
körper durch den Dosierkanal als Druck wirkende Kraft, oder
durch Kombination beider Kräfte geöffnet oder geschlossen. Es
ist daher ohne aufwendige Regelungs- bzw. Steuerungstechnik
für die Ventileinrichtung möglich, daß die Dosierkanalmündung
von dem Ventilkörper erst dann geöffnet wird, wenn der Druck
des ersten Fluides im Mischbereich nahe der Dosierkanalmündung
so stark abgesunken ist und die Strömung der Flüssigkeit so
groß ist, daß diese beiden Parameter vorgegebene Werte
erreichen, bei dem die Flüssigkeit nicht ungewollt in den
Dosierkanal zurückströmen kann, durch den das zweite Fluid,
insbesondere das Pulver mit höherem Druck als dem Druck des
ersten Fluides im Mischungsbereich diesem zugeführt wird. Der
Dosierkanal wird also in besonders vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung erst dann geöffnet, wenn der Druck des ersten
Fluides im Mischbereich so gering ist, daß es nicht in den
Dosierkanal eindringen kann, und der Dosierkanal wird wieder
verschlossen, bevor der Druck im ersten Fluid durch äußere
Einflüsse im Mischbereich soweit ansteigt, daß es in den
Dosierkanal eindringen könnte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen eines ersten
Fluides mit einem zweiten Fluid kann in der Saugleitung einer
Flüssigkeitspumpe angeordnet sein. Durch Drosselung der
angesaugten Flüssigkeit mittels eines Ventils, einer Klappe
oder dergleichen, kann der Druck in der zwischen Drosselorgan
und Pumpensaugstutzen eingebauten Vorrichtung, das heißt im
Kanal für das erste Fluid soweit abgesenkt werden, daß er unter
Umgebungsdruck fällt. Die strömende Flüssigkeit wirkt mit einem
Impuls auf den Anströmkörper und wirkt damit gegen die Schlief
kraft des Schließelementes. Zusätzlich wirkt der im Dosierkanal
herrschende Umgebungsdruck, der höher ist als der Druck im
ersten Kanal, auf den Ventilkörper. Beide Kräfte zusammen
öffnen den Ventilkörper und geben die ringförmige Dosierkanal
mündung frei durch die das zweite Fluid in das erste Fluid
eingesaugt und mit diesem vermischt wird. Steigt der Druck im
Mischungsraum an oder verlangsamt sich die Strömung unter eine
bestimmte Geschwindigkeit, so wird der Dosierkanal durch die
Ventileinrichtung wieder verschlossen, bevor das erste Fluid
dort eindringen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen eines ersten
mit einem zweiten Fluid kann auch mit einem höheren, als dem
Umgebungsdruck im ersten Kanal betrieben werden so z. B. in der
Druckleitung einer Pumpe. Dann muß der Druck in der Zuführung
des zweiten Fluides beispielsweise durch einen Verdichter so
weit angehoben werden, daß er über dem Druck des ersten Fluides
liegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, worin eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel
näher erläutert wird. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung in
Betriebsstellung mit geöffneter Dosierkanalmündung
Fig. 2 die erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit
verschlossenem Dosierkanal in einer Fig. 1
entsprechenden Darstellung
Fig. 3 die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 in ihrer
Einbaulage in der Saugseite einer Pumpe in stark
schematisierter Darstellung
Fig. 4 die Vorrichtung nach der Erfindung in einer
Einbaulage auf der Druckseite einer Pumpe in stark
schematisierer Darstellung.
In der Zeichnung bezeichnet 10 eine Mischvorrichtung zum
Vermischen einer ersten Fluides nämlich einer Flüssigkeit 11
mit einem zweiten Fluid, das bei der dargestellten Ausführungs
form ein pulverförmiger, fließfähiger bzw. fluidisierbarer
Feststoff 12, der mit der Flüssigkeit 11 zu einem Fluidgemisch
13 vermischt werden soll.
Die Mischvorrichtung 10 ist hier in ein Rohr 41 eingebaut, das
einen Kanal für das erste Fluid 11 und nach der Mischvor
richtung für das Fluidgemisch 13 bildet. In diesen mündet eine
innerer Einsatz 42, der im Inneren mit einem zentralen Dosier
kanal 22 für das fließfähige Pulver 12 versehen ist und der an
seinem in Strömungsrichtung 15 hinteren Ende eine in Strömungs
richtung sich konisch aufweitende Dosierkanalmündung 23 bildet.
Das Rohr 41 ist im in Strömungsrichtung 15 gesehenen hinteren
Teil mit vier sternförmigen Haltebügeln 25 versehen, die eine
Ventileinrichtung 26 für den Dosierkanal 22 halten. Die
Ventileinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Betäti
gungsstange 27, die in einem mit den Haltebügeln über ein
Gehäuse 34 verbundenen Axiallager 28 axial verschieblich
aufgenommen ist und die an ihrem in Strömungsrichtung 15
hinteren Ende einen Anströmkörper 29 und an ihrem vorderen Ende
einen Ventilkörper 30 trägt, der in dem dargestellten Aus
führungsbeispiel etwa doppelkegelförmig ausgestaltet ist und
eine Dichtfläche 31 hat, mit der er sich an die Dosierkanal
mündung 23 anlegen kann, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der
Ventilkörper wird mittels einer Schraubendruckfeder 32 in
Richtung auf die Dosierkanalmündung gedrückt, wozu sich die
unter Vorspannung stehende Schraubendruckfeder einerseits an
einem an der Betätigungsstange 27 angeordneten Anschlag 33 und
andererseits in einem an den Haltebügeln 25 fest angeordneten
Schraubenfedergehäuse 34 abstützt. In bevorzugter, nicht
dargestellter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Vorspannung der Feder 32 veränderbar, was einfach
dadurch geschehen kann, daß der Anschlag 33 auf der Betäti
gungsstange 27 mittels eines Gewindes in seiner axialen
Stellung einstellbar ist. Es ist auch möglich, am Federgehäuse
selbst eine Einstellschraube vorzusehen, die zur Einstellung
der Federvorspannung dient. Zweckmäßig kann das Federgehäuse 24
auch geöffnet und die verwendete Feder gegen eine solche mit
einer anderen Federkonstante ausgetauscht werden. Das Axial
lager 28 ist so in einem Gewinde verstellbar ausgeführt, daß
der Anschlag 33 in geöffneter Stellung des Ventilkörpers 30 an
diesem Axiallager 28 anschlägt. Dadurch läßt sich die Weite
der Dosierkanalöffnung 40 leicht einstellen.
Die beschriebene Vorrichtung 10 kann - wie in Fig. 3
dargestellt - auf der Saugseite einer Flüssigkeitspumpe 43
angeordnet sein, die die das erste Fluid 11 durch die
Vorrichtung 10 ansaugt und damit eine Strömung und entweder
durch eine entsprechende Saughöhe vor der Vorrichtung 10 oder
durch Drosselung der Strömung in einem Ventil 44 oder dgl.
einen Unterdruck in der Vorrichtung 10 erzeugt. Die Mischvor
richtung funktioniert wie folgt:
Im stationären, in Fig. 1 dargestellten Mischvorgang strömt die
Flüssigkeit 11 durch eine äußere Pumpe angetrieben mit einer
bestimmten Geschwindigkeit in das Rohr 41 ein. Durch die
Drosselung im Ventil 44 saugseitig vor der Vorrichtung 10 wird
der Flüssigkeitsdruck im Mischbereich 39 auf einen Wert
abgesenkt, der geringer ist als der im Dosierkanal herrschende
athmosphärischen Umgebungsdruck, so daß bei geöffneter
Ventileinrichtung - wie in Fig. 1 gezeigt - der gegebenenfalls
mit Luft fluidisierte Feststoff 12 in die Flüssigkeit 11 durch
den ringförmigen Spalt 40 eingesaugt wird, der bei geöffnetem
Ventil 30 zwischen dem Ventilkörper und der Dosierkanalmündung
entsteht. Das Pulver 12 wird dabei infolge des im Mischbereich
39 herrschenden Unterdrucks aus einem Vorlagebehälter 45 durch
den Dosierkanal 22 bis eben zu der Spaltöffnung 40 gefördert
und in das strömende Fluid 11 eingemischt. Die gewählte,
doppelkegel-förmige Ausgestaltung des Ventilkörpers trägt dabei
dazu bei, daß die gemischte Strömung nur mit geringer Turbulenz
an der Spaltöffnung 40 vorbeiströmt.
Das Fluidgemisch 13 strömt dann zumindest mit einem Teilstrom
gegen den Anströmkörper 29, wie dies in Fig. 1 durch die
Pfeile 41 angedeutet ist. Der durch die Strömungs
geschwindigkeit des Fluidgemisches 13 vor dem Anströmelement 29
auf dieses ausgeübte Impuls erzeugt eine Stellkraft, die
entgegen der von der Schraubendruckfeder 32 ausgeübten Schlief
kraft in Strömungsrichtung 15 über die Betätigungsstange 27 auf
den Anschlag 33 wirkt. Gleichzeitig wirkt der im Dosierkanal 22
herrschende Druck auf den Ventilkörper 30 und bewirkt ebenfalls
eine Kraft, die entgegen der von der Schraubendruckfeder 32
ausgeübte Schließkraft wirkt. Sobald also diese Kraft auf den
Ventilkörper und die Impulskraft auf den Anströmkörper
gemeinsam die Vorspannkraft der Feder 24 überwinden, wird der
Ventilkörper 30 von der Kanalmündung 23 abgehoben und bei
entsprechend großer Strömungsgeschwindigkeit und fortbe
stehendem Unterdruck im Mischungsbereich 39 in dem in Fig. 1
dargestellten Öffnungszustand gehalten. Federvorspannung und
Federkonstante sind dabei so gewählt, daß der Ventilkörper 30
erst bei ausreichendem Unterdruck der Flüssigkeit 11 im
Mischbereich 39 und ausreichender Strömung abgehoben wird.
Wenn der Druck im Mischbereich 39 oder die Strömungs
geschwindigkeit der Flüssigkeit 11 im Ringkanal 20 und damit
auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgemisches 13 vor dem
Anströmkörper 29 oder beides zusammen unter einen vorgegebenen
Wert absinkt, verringern sich auch der auf den Anströmkörper 29
ausgeübte Impuls bzw. die auf den Ventilköper 30 wirkende
Druckkraft. Die auf den Anschlag 33 ausgeübte Kraft reicht dann
nicht mehr aus, die Druckfeder 34 zu spannen und dadurch das
Ventil in seiner Offenstellung zu halten. Der Ventilkörper wird
vielmehr unter der Wirkung der Vorspannkraft der Feder wieder
in Richtung auf die Dosierkanalmündung verschoben, wodurch der
ringförmige Spalt 40 wieder verschlossen wird. Durch geeignete
Auswahl der Feder und Einstellung von deren Vorspannkraft in
Zusammenwirken mit der geeigneten Form und Größe des Anström
körpers 29 wird der Spalt verschlossen, bevor der Flüssig
keitsdruck im Mischbereich 39 auf einen Wert ansteigen kann,
bei dem Flüssigkeit 11 oder Flüssigkeitsdämpfe in den
Dosierkanal 22 eindringen könnten und dort das Pulver in
unerwünschter Weise befeuchten und so den Dosierkanal
verstopfen könnte. Auch bei stehender Strömung, beispielsweise
bei Abschalten der Pumpe 43, kann keine Flüssigkeit in den
Dosierkanal 22 eintreten und dort zu Verklumpungen des Pulvers
führen.
Beim Anfahren der Mischvorrichtung, das heißt bei Beschleu
nigung der Flüssigkeit 11 und durch den durch die Drosselung im
Ventil 44 erzeugten Unterdruck in der Vorrichtung 10 wirken die
Impulskraft auf den Anströmkörper 29 und die Druckkraft auf den
Ventilkörper 30 so, daß bei einer vorbestimmten Zusammensetzung
von Kräften erzeugt durch die Strömungsgeschwindigkeit und
durch den Unterdruck im Mischungsbereich 39 die Schließkraft
der Feder 34 überwunden und der Ventilkörper 30 von der
Dosierkanalmündung abgehoben und dann durch den so freige
gebenen, ringförmigen Spalt 40 das Pulver 12 in die Flüssigkeit
11 eingemischt wird.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in der
saugseitigen Einbaulage einer Flüssigkeitspumpe 43 wird der zum
Ansaugen des Pulvers 12 erforderliche Unterdruck entweder durch
Drosselung mittels des Ventils 44 oder durch eine geeignet
gewählte Ansaughöhe erzeugt. Das Ventil 30 bleibt im Betrieb
der Mischvorrichtung so lange geschlossen, bis der Unterdruck
zum Ansaugen des Pulvers groß genug ist. Das Pulver muß dabei
nicht unbedingt wie in dem schematischen Vorlagebehälter 45
eingefüllt sein, sondern kann auch mittels eines Schlauches
direkt aus dem Liefergebinde (z. B. Sack oder Big-Bag) in die
Vorrichtung 10 angesaugt werden.
Die Flüssigkeitspumpe kann z. B. eine Exzenterschneckenpumpe
oder eine Strahlpumpe sein, die unempfindlich gegen Feststoffe
in der Flüssigkeitsströmung ist. Bei dieser Verwendung kann die
Flüssigkeit 11 aus einem hier nicht dargestellten Vorlage
behälter - beispielsweise ein Rührwerksbehälter - über die
Drossel 44 und Vorrichtung 10 angesaugt werden und mit dem
Pulver 12 vermischt wieder in den Vorlagebehälter zurückgepumpt
werden. Bei dieser Kreislaufführung reichert sich bei
mehrmaligem Durchgang der Feststoff im Vorlagebehälter solange
an, bis das gewünschte Mischungsverhältnis erreicht ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung nach Fig. 4 ist die
Vorrichtung 10 nicht mehr im unterdruckerzeugenden Saugbereich
einer Flüssigkeitspumpe angeordnet, sondern hier auf der
Druckseite. Um die Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeit 11
und dem fluidisierten Pulver 12 herzustellen, wird jetzt der
hier geschlossene Pulvervorlagebehälter 46 und damit der
Dosierkanal 22 durch einen Verdichter 47 unter Druck gesetzt,
um dann durch die gleichzeitige Wirkung der Druckkraft auf den
Ventilkörper 30 und die Impulswirkung der Strömung der
Flüssigkeit auf den Anströmkörper 29 die Kraft entgegen der
Schließkraft des Federelementes 32 zu erzeugen, die den
Dosierkanal öffnet und dann das durch den erhöhten Druck in die
Mischzone 39 strömende Pulver 12 in die Flüssigkeit einmischt.
Auch hier werden An- und Abfahrvorgang der Pumpe 43 von der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne äußeren Bedienungsaufwand
sicher beherrscht.
Die Pulvervorlage muß hier vor dem Einschalten des Verdichters
mit der gewünschten Menge an Pulver gefüllt und verschlossen
werden. Es ist aber auch denkbar, aus einer offenen Pulver
vorlage mit einer Zellenradschleuse Pulver in einen durch einen
Verdichter in den Dosierkanal 22 geförderten Luftstrom das
Pulver zuzugeben. Auch diese Ausführungsart kann in der oben
beschriebenen Art und Weise an einem Vorlagebehälter für die
Flüssigkeit 11 ein Flüssigkeitskreislauf angeschlossen werden,
in dem das Pulver bei mehrmaligen Durchgang angereichert wird.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ergeben sich eine
Vielzahl von Änderungen und Ergänzungen, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. So könnte beispielsweise zusätzlich zu
der Rückstellfeder 32 in der Ventileinrichtung ein Dämpfungs
element vorgesehen sein, das Schwingungen in der Ventilein
richtung unterbindet, die durch Schwankungen des auf das
Öffnungselement 29 wirkenden Impulses hervorgerufen werden. Der
Anströmkörper, der in der dargestellten Ausführungsform im
wesentlichen als einfache Prallplatte ausgestaltet ist, kann
auch eine andere, strömungstechnisch günstigere Anströmfläche
haben, so daß Strömungsverluste gering gehalten werden.
Besonders in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante
kann dieser Anströmkörper gegebenenfalls ganz entfallen, da die
auf den Ventilkörper 30 wirkende Druckkraft bei bestimmten
Druckdifferenzen alleine ausreichen kann, den Dosierkanal zu
öffnen.
Der vom Ventilkörper 30 freigegebene Spalt muß nicht wie beim
beschriebenen Ausführungsbeispiel ein kreisförmiger Ringspalt
sein, sondern kann auch andere Formen aufweisen, beispielsweise
oval oder etwa rechteckig sein, wobei dann selbstverständlich
die Dosierkanalmündung und der Ventilkörper 30 eine ent
sprechende Form haben. Der pulverförmige Feststoff kann sowohl
pneumatisch allein durch die Wirkung der Druckdifferenz
zwischen der Mischzone 39 und dem Dosierkanal 22 zugeführt oder
bei Bedarf mit einer Exzenterschneckenpumpe oder dergleichen
zum Mischbereich gefördert werden.
Der Anströmkörper 29 muß nicht wie im dargestellten
Ausführungsbeispiel hinter der Einmündung des Dosierkanals
liegen, sondern es ist auch möglich, den Anströmkörper in
Strömungsrichtung 15 gesehen vor der Mischzone 39 anzuordnen,
wo er von dem ersten Fluid 11 beaufschlagt wird. Die Über
tragung der von dem Anströmelement ausgeübten Kraft auf das
Ventilelement kann dann über ein geeignetes Getriebe erfolgen.
Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere dann Vorteile
haben, wenn das aus beiden Fluiden bestehende Fluidgemisch eine
stark schleißende Wirkung hat und den Anströmkörper einem
großen Verschleiß unterwerfen würde. Es ist auch nicht
unbedingt erforderlich, daß der Ventilkörper in Durchfluß
richtung der Fluide öffnet und seine Schließbewegung entgegen
dieser Durchflußrichtung 15 erfolgt; es ist vielmehr auch
denkbar, daß dieser Ventilkörper entgegen der Durchflußrichtung
von der Dosierkanalmündung abgehoben wird und so einen
Ringkanal für das zweite Fluid freigibt, wenn dies im
Einzelfall zweckmäßig erscheint. Das Federgehäuse und das
Schließelement kann auch im Dosierkanal 20 plaziert sein, wo es
vom Pulver 12 umströmt wird und gegebenenfalls durch
Gummibalgen geschützt werden, wenn das Fluidgemisch 13 zur
Anhaftung neigt.
Um das Mischergebnis im Mischbereich weiter zu verbessern, ist
es möglich, im Bereich vor der Mischungszone 39 Drallelemente
anzuordnen, die der einströmenden Flüssigkeit einen Drall
aufprägen, der die Vermischung begünstigt. Die bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel mittels der Feder auf den
Ventilkörper ausgeübte Schließkraft kann auch auf pneumatischem
oder hydraulischem Wege erzeugt werden.
Die Mischvorrichtung kann auch in eine strömende Flüssigkeit in
einem Rührwerksbehälter, die durch ein Rührorgan in eine
rotierende Bewegung gebracht wird, ein fluidisiertes Pulver
einleiten. Dazu wird die Vorrichtung im Rührwerksbehälter so
befestigt, daß die durch ein Rührwerk bewegte Flüssigkeit in
der in Fig. 1 dargestellten Richtung 15 an der Vorrichtung 10
vorbeiströmt. Die Druckdifferenz wird entweder durch
Evakuierung des Behälters ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt
erzeugt werden, oder durch eine Druckerhöhung im Dosierkanal,
ähnlich wie in Fig. 4 beschrieben.
Claims (21)
1. Vorrichtung zum Vermischen eines ersten Fluides mit einem
zweiten Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit mit einem
pulverförmigen Feststoff, mit einem strömenden ersten Fluid,
und einem in das erste Fluid einmündenden inneren Dosierkanal
für das zweite Fluid, welches unter einem höheren absoluten
Druck steht als das erste Fluid, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dosierkanal (22) mittels
einer Ventileinrichtung (26) verschließbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Fluid (11) in einem
Ringkanal (20) um den Dosierkanal (22) fließt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (26) im
wesentlichen aus einem von einem Schließelement (32) in
Richtung auf die Dosierkanalmündung (23) beaufschlagten
Ventilkörper (30) und einem oder zwei entgegen der Wirkung des
Schließelementes (32) wirkenden Öffnungselement besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (30)
durch die durch den Druck im Dosierkanal (22) wirkende Kraft
auf den Ventilkörper (30) geöffnet wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (30)
durch das durch den Fluidstrom (13, 41) entgegen der Wirkung des
Schließelementes (32) beaufschlagte Öffnungselement (29)
geöffnet wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (30)
durch die durch den Druck im Dosierkanal (22) wirkende Kraft
auf den Ventilkörper (30) und durch das durch den Fluidstrom
(13, 41) entgegen der Wirkung des Schließelementes (32)
beaufschlagte Öffnungselement (29) geöffnet wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anströmkörper (29) als
Prallplatte ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anströmkörper (29) im
Fluidstrom des ersten Fluides (11) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anströmkörper (29) im
Fluidstrom des vom ersten und zweiten Fluid (11, 12) gebildeten
Fluidgemisches (13) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schließelement (32) im
wesentlichen aus einer Feder besteht
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Dosierkanalmündung (23) in Strömungsrichtung (15) liegt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilkörper (30) bei geöffnetem Ventil mit der
Dosierkanalmündung (23) eine etwa ringförmige Dosieröffnung (40)
bildet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der
Dosieröffnung (40) über eine Stellschraube (28) verstellbar
ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilkörper (30) als Doppelkegelkörper ausgestaltet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (31) des
Ventilkörpers (30) der Ventileinrichtung (26) im geschlossenen
Zustand in der Dosierkanalmündung (32) nahe dem Mischungsraum
(39) abdichtet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schließkraft des Schließelementes (32) einstellbar ist.
17. Verfahren zum Vermischen eines ersten Fluides mit einem
zweiten Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit mit einem
pulverförmigen Feststoff, bei dem zwischen dem ersten Fluid und
dem zweiten Fluid ein Druckgefälle besteht und das zweite Fluid
über einen Dosierkanal von dem ersten Fluid im Bereich
verringerten Druckes angesaugt und in das erste Fluid
eingemischt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dosierkanal (22) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
auf den Ventilkörper (30) wirkenden Kraft oder in Abhängigkeit
von dem vom ersten Fluid (11) bzw. Fluidgemisch (13) auf einen
Anströmkörper (29) im Fluidstrom (41) ausgeübten Impuls
geöffnet oder verschlossen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dosierkanal (22) erst dann
geöffnet wird, wenn der Druck des ersten Fluides (11) im
Mischbereich (39) so gering ist, daß das erste Fluid (11) nicht
in den Dosierkanal (22) eindringen kann, und daß der
Dosierkanal (22) verschlossen wird, bevor der Druck im ersten
Fluid (11) im Mischbereich (39) soweit ansteigt, daß das erste
Fluid (11) in den Dosierkanal (22) eindringen kann.
19. Verwendung einer Vorrichtung zum Vermischen eines ersten
Fluides mit einem zweiten Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis
16 in der Saugleitung einer Flüssigkeitspumpe (43), wobei das
erste Fluid (11) über die Vorrichtung (10) angesaugt wird und
das erste Fluid (11) einen geringeren Druck hat, als das unter
athmosphärischem Druck stehende zweite Fluid (12).
20. Verwendung einer Vorrichtung zum Vermischen eines ersten
Fluides mit einem zweiten Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis
16 zwischen einer Zufuhrleitung für das erste Fluid (11) und
einer Ableitung für das Fluidgemisch (13), wobei der Druck im
zweiten Fluid (12) über den Druck des ersten Fluides (11)
angehoben wird.
21. Verwendung einer Vorrichtung zum Vermischen eines ersten
Fluides mit einem zweiten Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis
16 mit einem durch ein Rührwerk in rotierende Bewegung
versetzten ersten Fluid (11) in einem Rührwerksbehälter und
einem in dieses bewegte erste Fluid (11) einmündenden
Dosierkanal (22), wobei der Druck im zweiten Fluid (12) über
den Druck des ersten Fluides (11) angehoben wird oder der Druck
des ersten Fluides (11) unter den Druck des zweiten Fluides
(12) abgesenkt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19720528A DE19720528A1 (de) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | Vorrichtung und Verfahren zum Vermischen eines ersten Fluids mit einem zweiten Fluid |
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DE19720528A DE19720528A1 (de) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | Vorrichtung und Verfahren zum Vermischen eines ersten Fluids mit einem zweiten Fluid |
Publications (1)
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DE (1) | DE19720528A1 (de) |
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