EP2038050B1 - Statischer mischer aufweisend mindestens ein flügelpaar zur erzeugung einer wirbelströmung in einem kanal - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a static mixer with at least one pair of vanes for generating a flow swirl in the direction of a channel flow according to the preamble of claim 1.
- This pair of vanes is a vortex-inducing static mixer element.
- the pairs of wings are arranged on a "floor” next to each other; but they can also be grid-like arranged on two or more "floors" next to and above each other.
- a secondary fluid should be mixed into a primary fluid.
- the primary fluid may be an exhaust gas containing nitrogen oxides, in which denitrification by means of a catalyst is to be carried out in a Denox plant, the secondary fluid being metered in as ammonia or an ammonia / air mixture as an additive.
- a static mixer for a channel flow can be achieved with a small pressure loss mixing of the secondary fluid into the primary fluid with the required homogenization.
- the vortex-inducing static mixer element only a homogenization in the form of a temperature and / or concentration compensation can also be carried out.
- At least two vortex-generating, planar-like vanes are arranged in a channel through which the fluids pass, in such a way that generation of a swirl in the direction of the channel flow, the main flow direction, is forced.
- Run-side leading edges of the wings are attached to a pipe perpendicular to the main flow direction and parallel to a height (or shorter side) of the channel.
- This mounting tube connects a lower with an upper channel wall.
- the additive dosage can be integrated into the tube.
- the secondary fluid fed into the tube can be distributed through a plurality of nozzles in the primary fluid.
- the two wings are offset from each other and V-shaped attached to the mounting tube. Starting from the front edges, the wings are bent in opposite directions, so that they have a concave surface upstream.
- the vane cross sections along the main flow direction have variable longitudinal extent and variable orientation. Due to the special shape created in the channel flow of the swirl, which causes in the form of a primary vortex mixing over the entire channel height.
- the wings according to the prior art would therefore have to be made of thick-walled sheet metal, ie be designed with sheet wall thicknesses of several millimeters.
- a sheet-metal wall thickness causes numerous manufacturing problems, since a thick-walled sheet in the Required dimension and geometry barely machined, in particular can be rolled.
- Another disadvantage is the high material consumption for the wings of thick-walled sheet to see, especially if the length of the wings is in the range of one to several meters. On the one hand, this material consumption results in high material costs. On the other hand, the high material consumption leads to high weights of the static mixer.
- This last aspect is of particular importance for the installation of the mixer, since the mixer is installed in large flue gas ducts. These flue gas ducts are usually made of thin sheets and the walls, which are composed of these thin-walled sheets, therefore have a limited support function. For the installation of a heavy mixer, these flue gas ducts must therefore be reinforced by complex additional support structures.
- a plurality of wing pairs induce a corresponding number of primary vortices that allow global admixture of an additive across the channel cross-section.
- the respective direction of rotation of the primary vortex is essential.
- Adjacent vortices, which rotate in the same direction, connect to a roller which extends over the effective ranges of these vane-inducing wing pairs. If the vortices are in opposite directions, the result is better mixing in the individual effective ranges, but at the expense of global mixing. In this case, to improve the global mixing a mixed coupling between the adjacent vortices by means of additional guide elements (see. DE-A-195 39 923 C1 ) be generated.
- secondary vortex In addition to the primary vertebrae secondary vortex also form, namely behind the mounting tube and at the free edges of the area-like wings. Although the secondary vortices can contribute to a local mixing, but cause pressure losses and undesirable vibration effects. It would be advantageous if the occurrence of secondary vertebrae could be at least partially prevented.
- the object of the invention is to provide a vortex inducing static mixer, which is improved in terms of pressure losses and vibration effects. This object is achieved by the mixer defined in claim 1.
- An additional object of the invention is to provide a static mixer which can be installed in flow channels, in particular flue gas channels, with a large cross-section without the need for complicated additional stiffening on the flow channel or the support for the static mixer in the flow channel.
- the static mixer comprises at least one pair of vanes for generating a flow swirl in the direction of a channel flow.
- Run-side leading edges of the wings are perpendicular to the channel flow and parallel to a shorter side of the channel, hereinafter referred to as height. Downstream following, streamed surfaces are concave and bent in opposite directions.
- Each wing is formed as an aerodynamically shaped body comprising an end wall, a convex side wall and a concave side wall.
- the end wall has a convex shape or a shape of a leading edge.
- the wing cross sections perpendicular to the side walls have similar shapes as cross sections of aircraft wings.
- a mixer 1 according to the invention comprises at least one pair of blades as a mixing element 2, with which in a channel 10 in a channel flow 3, a flow swirl 300 is generated, the axis pointing in the direction of the channel flow 3.
- a top 10a and a bottom 10b of the channel 10 define the height of the channel 10.
- the pair of wings 2 comprises a first wing 2a and a second wing 2b.
- the upstream edges of the wings 2a, 2b are perpendicular to the channel flow 3 and parallel to the height of the channel 10.
- the axis of the channel 10 defines the main flow direction 30 (FIG. Fig. 3 ) of the channel flow 3, in which the swirl 300 points.
- each wing 2a, 2b is designed as an aerodynamically designed body which comprises an end wall 20, a convex side wall 21 and the concave side wall 22.
- the wing cross-sections transverse to the side walls 20, 21, 22 have a variable orientation and longitudinal extent. In particular, they have a shape which is similar to cross-sections of aircraft wings.
- the orientation of the wing cross section varies between an angle ⁇ and an angle ⁇ , as in Fig. 3 is shown.
- ⁇ is smaller than ⁇ .
- the convex end wall 20 is in the illustrated embodiment, an elongate cylinder 20 'or a pipe 23 (FIG. Fig. 4 ).
- Gusset 26 ( Fig. 1 ) provide improved mechanical stability of the pair of wings 2.
- the end wall 20 has in the illustrated embodiment, a convex shape; but she can do that too be formed so that it forms a special leading edge on which dust particles can not or only to a very limited extent deposit.
- the wings 2a, 2b of the mixer element 2 form bodies in the form of lightweight constructions; According to the invention, they are hollow bodies.
- the side walls of the wings 2a, 2b are advantageously made of thin sheet whose thickness is for example 1 mm, but may also be smaller, for example 0.5 mm.
- stabilizing connecting elements are arranged, for example, corrugated metal strips 24 (see Fig. 4 ) foamed bodies (not shown) or spars. In Fig. 1 Holmes are indicated as dashed lines 27.
- the wings 2a, 2b produced as lightweight constructions can be designed in such a way that, with a wing height of one meter (or even more), they lack natural oscillations whose frequencies are within the range of 1 to 10 Hz.
- the natural vibrations outside this range are not excited by the channel flow 3; In particular, no so-called flag oscillations are excited.
- the "flag vibration” is a flow-induced vibration that is comparable to the movement of a fluttering in the wind flag.) Thanks to the aerodynamic shape of the wings, the channel flow 3 enters a region of the static mixer elements in the flow, in which the flow cross-sections between the wings continuously reduced. A pressure drop corresponds to an increase in the kinetic energy of the flow.
- the flow cross-sections expand in a diffuser-like manner.
- the pressure can increase again without substantial dissipation of the kinetic energy.
- the reduced dissipation means that only weakly formed secondary vortexes are created, for example, which do not cause flag vibrations. Due to the lightweight constructions, the wings 2a, 2b stiffened, so that excitation of vibrations either due to changed mechanical properties either completely absent or at least shifted to higher and thus uncritical vibration frequencies out.
- An additive metering can be carried out in a known manner by means of a metering grid, which is arranged in the channel 10 in front of the mixer elements 2. But there are great cost savings when the additive dosage are integrated into the mixer elements 2, as already in the DE-A-195 39 923 C1 is provided.
- this known form of additive metering in which nozzles are arranged directly at the base of the vanes, it has proven to be more advantageous to provide outlet openings with respectively feed of the additives whose feed direction points in the direction of or transverse to the flow direction. Such a measure not only results in a better mixing effect, but the feed is also less sensitive to an uneven flow.
- the openings 42 are nozzles, bores or laser-cut openings, which may be, for example, round, rectangular or slot-shaped.
- the additive to be metered is a secondary fluid 4 ( Fig. 1 ) to be mixed in the primary fluid formed by the channel flow 3.
- the apertures 42 each define a feed direction 40 of the secondary fluid 4, which defines an exit angle ⁇ relative to the main flow direction 30.
- This exit angle ⁇ has a favorable value, which lies in the range between 60 and 170 °, preferably between 120 and 150 °.
- Computational Fluid Dynamics (CFD) studies have given ⁇ an optimal value of 142.5 °.
- the integrated additive dosage may also include apertures for the secondary fluid 4 disposed in the sidewalls 21 and 22.
- the breakthroughs 42 of the additive dosage are arranged at intervals at levels that have been theoretically or empirically optimized with respect to model calculations or experiments. They are arranged, for example, at individual levels in pairs and mirror-symmetrically with respect to the axis of the spin 300. In general, however, all or most breakthroughs 42 are at different levels, which may have different distances.
- the apertures 42 may be connected to a supply line for the additive, or the additive is fed directly to the hollow body of the airfoil.
- the side walls 21, 22 of the wing pair 2 are connected by a perpendicular to the tube standing gusset plate (no graphic representation), such as one of the DE-A-195 39 923 C1 is known. If the gusset plate has a triangular shape with straight sides, edges project beyond the concave side walls 22. With such protruding edges of the gusset plate an improved mixing effect is achieved without causing an increased pressure drop.
- the wing walls 21, 22 are at least partially made of metal, ceramic material and / or plastic.
- a metallic mixer element 2 may be coated with ceramic material or plastic.
- the use of the mixer according to the invention is particularly advantageous if the height (shorter side) of the channel 10 is greater than 0.5 m, preferably greater than 1 m.
- the mixer elements 2 (pair of wings) extend with advantage over the height of the channel 10, wherein they are arranged on a floor.
- the number of mixer elements 2 is substantially equal to the quotient of channel width to channel height. Typical values for this number are in the range from 2 to 8.
- the pairs of wings 2 can be arranged instead of on a "floor” on two or more "floors", the "floors” are not usually separated by walls from each other.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer mit mindestens einem Flügelpaar zur Erzeugung eines Strömungsdralls in Richtung einer Kanalströmung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Dieses Flügelpaar ist ein wirbelinduzierendes Statikmischerelement. Ein solches Flügelpaar oder eine Mehrzahl von Flügelpaaren, die in einem Kanal, insbesondere Rechteckkanal, auf einem Querschnitt neben einander angeordnet sind, bildet einen wirbelinduzierenden Statikmischer. In der Regel sind die Flügelpaare auf einer "Etage" neben einander angeordnet; sie können aber auch rasterartig auf zwei oder mehr "Etagen" neben und über einander angeordnet sein.
- Mit dem wirbelinduzierenden Statikmischerelement soll beispielsweise ein Sekundärfluid in ein Primärfluid eingemischt werden. Das Primärfluid kann dabei ein Stickstoffoxide enthaltendes Abgas sein, bei dem eine Entstickung mittels eines Katalysators in einer Denox-Anlage vorzunehmen ist, wobei das Sekundärfluid in Form von Ammoniak oder eines Ammoniak/Luftgemisches als Additiv eindosiert wird. Mit einer aus der
DE-A- 195 39 923 C1 - Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei Mischern mit grossen Abmessungen im Bereich von mehreren Metern, wie sie in DeNOx-Anlagen von Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen und dergleichen üblich sind, eine Lösung technisch nicht umsetzbar ist, bei der die Flügel aus dünnwandigen Blechen gefertigt werden, so wie in der
DE 195 39 923 C1 gezeigt. Dies hat verschiedene Gründe: zum einen sind solche Flügel sehr leicht verformbar, so dass schon eine masshaltige Herstellung kaum möglich ist. Der Transport und insbesondere der Einbau eines solchen Mischers in einen grossen Strömungskanal, beispielsweise einen Rauchgaskanal, welcher üblicherweise auf der Baustelle unter stark erschwerten Bedingungen erfolgt, erfordert dementsprechend aufwendige Vorkehrungen. Zudem haben Festigkeitsberechnungen gezeigt, dass die Flügel, welche im Betrieb mit strömenden Medien hohen Geschwindigkeiten und grosser Turbulenz ausgesetzt sind, bei Verwendung von derart weichen Konstruktionen zu Schwingungen neigen. Solche Schwingungen können zu gravierenden Schäden führen und müssen daher unter allen Umständen vermieden werden. - Um diese mit dem Stand der Technik verknüpften Probleme zu vermeiden, müssten die Flügel gemäss dem Stand der Technik daher aus dickwandigem Blech gefertigt, d.h. mit Blechwandstärken von mehreren Millimetern ausgeführt werden. Eine derartige Blechwandstärke verursacht allerdings zahlreiche Herstellungsprobleme, da ein dickwandiges Blech in der geforderten Dimension und Geometrie kaum noch mechanisch bearbeitet, insbesondere gewalzt werden kann. Als weiterer Nachteil ist der hohe Materialverbrauch für die Flügel aus dickwandigem Blech anzusehen, insbesondere wenn die Länge der Flügel im Bereich einem bis mehreren Metern liegt. Dieser Materialverbrauch hat einerseits hohe Materialkosten zur Folge. Der hohe Materialverbrauch führt andererseits zu hohen Gewichten des statischen Mischers. Dieser letzte Aspekt ist von besonderer Bedeutung für den Einbau des Mischers, da der Mischer in grosse Rauchgaskanäle eingebaut wird. Diese Rauchgaskanäle bestehen üblicherweise aus dünnen Blechen und die Wände, die aus diesen dünnwandigen Blechen aufgebaut sind, haben daher eine limitierte Tragfunktion. Für den Einbau eines schweren Mischers müssen diese Rauchgaskanäle daher durch aufwendige Zusatzstützkonstruktionen verstärkt werden.
- Eine zusätzliche, für sich allein aber nicht ausreichende Möglichkeit der Versteifung der Flügel gemäss des Standes der Technik ist ebenfalls in der
DE 195 39 923 C1 gezeigt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform verbindet ein senkrecht zum Rohr stehendes Zwickelblech die beiden Flächen des Flügelpaars. Das Zwickelblech dient sowohl einer aerodynamischen als auch einer mechanischen Stabilisierung. Allerdings ist diese Versteifung für Flügel für Rauchgaskanäle grossen Querschnitts nicht geeignet, weil die dem Zwickelblech gegenüberliegenden freien Seitenkanten der Flügel mit dieser Massnahme nicht versteift werden können und es demzufolge weiterhin zu unerwünschten Schwingungen des Flügels durch die im Rauchgasstrom induzierten Wirbel kommt, wie nachfolgend beschrieben wird. - Eine Mehrzahl von Flügelpaaren induziert eine entsprechende Anzahl von primären Wirbeln, die eine globale Zumischung eines Additivs über den Kanalquerschnitt ermöglichen. Dabei ist der jeweilige Drehsinn der primären Wirbel wesentlich. Benachbarte Wirbel, die gleichsinnig drehen, verbinden sich zu einer Walze, die sich über die Wirkbereiche der diese Wirbel induzierenden Flügelpaare erstreckt. Sind die Wirbel gegensinnig, so ergibt sich eine bessere Durchmischung in den einzelnen Wirkbereichen, jedoch zu Lasten der globalen Durchmischung. In diesem Fall kann zur Verbesserung der globalen Durchmischung eine Mischkoppelung zwischen den benachbarten Wirbeln mittels zusätzlicher Leitelemente (vgl.
DE-A- 195 39 923 C1 - Neben den primären Wirbeln bilden sich auch sekundäre Wirbel aus, nämlich hinter dem Befestigungsrohr und an den freien Kanten der flächenartigen Flügel. Die sekundären Wirbel können zwar zu einer lokalen Vermischung beitragen, bewirken jedoch Druckverluste und unerwünschte Schwingungseffekte. Es wäre vorteilhaft, wenn das Auftreten von sekundären Wirbeln zumindest teilweise verhindert werden könnte.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen wirbelinduzierenden Statikmischer zu schaffen, der hinsichtlich Druckverlusten und Schwingungseffekten verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 definierten Mischer gelöst.
- Eine ergünzende Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen statischen Mischer vorzusehen, der in Strömungskanäle, insbesondere Rauchgaskanäle, mit einem grossen Querschnitt eingebaut werden kann, ohne dass aufwendige zusätzliche Versteifungen am Strömungskanal oder der Halterung für den statischen Mischer im Strömungskanal vorgenommen werden müssen.
- Der statische Mischer umfasst mindestens ein Flügelpaar zur Erzeugung eines Strömungsdralls in Richtung einer Kanalströmung. Anströmseitige Vorderkanten der Flügel stehen senkrecht zur Kanalströmung und parallel zu einer kürzeren Seite des Kanals, die nachfolgend kurz als Höhe bezeichnet wird. Stromabwärts folgende, angeströmte Oberflächen sind konkav sowie gegensinnig ausgebogen. Jeder Flügel ist als aerodynamisch gestalteter Körper ausgebildet, der eine Stirnwand, eine konvexe Seitenwand sowie eine konkave Seitenwand umfasst. Die Stirnwand hat eine konvexe Form oder eine Form einer Anströmkante. Insbesondere haben die Flügelquerschnitte senkrecht zu den Seitenwänden ähnliche Formen wie Querschnitte von Flugzeugtragflächen.
- Die abhängigen Ansprüche 2 bis 15 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Mischers.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen erfindungsgemässen Mischer,
- Fig. 2
- ein Flügelpaar dieses Mischers in etwas vereinfachter Darstellung,
- Fig. 3
- eine transparente Darstellung des Flügelpaars der
Fig. 2 und - Fig. 4
- einen Querschnitt durch einen Flügel.
- Ein erfindungsgemässer Mischer 1, wie er anhand der
Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst mindestens ein Flügelpaar als Mischerelement 2, mit dem in einem Kanal 10 in einer Kanalströmung 3 ein Strömungsdrall 300 erzeugt wird, dessen Achse in Richtung der Kanalströmung 3 weist. Eine Oberseite 10a und eine Unterseite 10b des Kanals 10 definieren die Höhe des Kanals 10. Das Flügelpaar 2 umfasst einen ersten Flügel 2a und einen zweiten Flügel 2b. Die anströmseitigen Vorderkanten der Flügel 2a, 2b stehen senkrecht zur Kanalströmung 3 und parallel zur Höhe des Kanals 10. Die Flügel 2a und 2b haben stromabwärts den Vorderkanten folgend angeströmte Oberflächen oder Flügelwände 22, die konkav sowie gegensinnig ausgebogen sind. Die Achse des Kanals 10 definiert die Hauptströmungsrichtung 30 (Fig. 3 ) der Kanalströmung 3, in welcher der Drall 300 weist. - Erfindungsgemäss ist jeder Flügel 2a, 2b als aerodynamisch gestalteter Körper ausgebildet, der eine Stirnwand 20, eine konvexe Seitenwand 21 sowie die konkave Seitenwand 22 umfasst. Die Flügelquerschnitte quer zu den Seitenwänden 20, 21, 22 haben eine variable Ausrichtung und Längserstreckung. Sie haben insbesondere eine Form, die eine Ähnlichkeit mit Querschnitten von Flugzeugtragflächen haben. Die Ausrichtung des Flügelquerschnitts variiert zwischen einem Winkel α und einem Winkel β, wie es in
Fig. 3 gezeigt ist. Dabei ist mit Vorteil α kleiner als β. Die konvexe Stirnwand 20 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein länglicher Zylinder 20' oder ein Rohr 23 (Fig. 4 ). Zwickel 26 (Fig. 1 ) ergeben eine verbesserte mechanische Stabilität des Flügelpaars 2. Die Stirnwand 20 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine konvexe Form; sie kann aber auch so geformt sein, dass sie eine besondere Anströmkante bildet, auf der sich Staubpartikel nicht oder nur in sehr beschränktem Mass ablagern können. - Die Flügel 2a, 2b des Mischerelements 2 bilden Körper in Form von Leichtbaukonstruktionen; erfindungsgemäß sind es Hohlkörper. Die Seitenwände der Flügel 2a, 2b sind mit Vorteil aus dünnem Blech hergestellt, dessen Dicke beispielsweise 1 mm ist, jedoch auch kleiner sein kann, beispielsweise 0.5 mm. Zwischen den Innenseiten der Seitenwände 2a, 2b sind stabilisierende Verbindungselemente angeordnet, beispielsweise gewellte Blechstreifen 24 (siehe
Fig. 4 ) geschäumte Körper (nicht dargestellt) oder Holme. InFig. 1 sind Holme als gestrichelte Linien 27 angedeutet. - Die als Leichtbaukonstruktionen hergestellten Flügel 2a, 2b können solcherart gestaltet sein, dass ihnen bei einer Flügelhöhe von einem Meter (oder auch mehr) Eigenschwingungen fehlen, deren Frequenzen innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Hz liegen. Die ausserhalb dieses Bereichs liegenden Eigenschwingungen werden durch die Kanalströmung 3 nicht angeregt; insbesondere werden keine sogenannten Fahnenschwingungen angeregt. (Die "Fahnenschwingung" ist eine strömungsinduzierte Schwingung, die vergleichbar ist mit der Bewegung einer im Wind flatternden Fahne.) Dank der aerodynamischen Form der Flügel tritt die Kanalströmung 3 beim Anströmen in einen Bereich der Statikmischerelemente ein, in dem sich die Strömungsquerschnitte zwischen den Flügeln kontinuierlich verringert. Einem Druckabfall entspricht dabei eine Vergrösserung der kinetischen Energie der Strömung. Anschliessend erweitern sich die Strömungsquerschnitte diffusorartig. Dabei kann der Druck ohne eine wesentliche Dissipation der kinetischen Energie wieder zunehmen. Die reduzierte Dissipation bedeutet, dass nur schwach ausgebildete sekundäre Wirbel entstehen, durch die beispielsweise keine Fahnenschwingungen angeregt werden. Durch die Leichtbaukonstruktionen werden die Flügel 2a, 2b versteift, so dass eine Anregung von Schwingungen auch aufgrund geänderter mechanischer Eigenschaften entweder ganz ausbleibt oder zumindest zu höheren und damit unkritischen Schwingungsfrequenzen hin verschoben ist.
- In der zitierten
DE-A- 195 39 923 C1 - Eine Additivdosierung lässt sich auf bekannte Weise mittels eines Dosiergitters vornehmen, das im Kanal 10 vor den Mischerelementen 2 angeordnet wird. Es ergeben sich aber grosse Kosteneinsparungen, wenn die Additivdosierung in die Mischerelemente 2 integriert werden, wie dies bereits in der
DE-A- 195 39 923 C1 Fig. 1 ), das in das durch die Kanalströmung 3 gebildete Primärfluid einzumischen ist. Die Durchbrüche 42 legen jeweils eine Einspeiserichtung 40 des Sekundärfluids 4 fest, die auf die Hauptströmungsrichtung 30 bezogen einen Austrittswinkel σ definiert. Dieser Austrittswinkel σ hat einen günstigen Wert, der im Bereich zwischen 60 und 170° liegt, vorzugsweise zwischen 120 und 150°. CFD-Studien mit Modellrechnungen ("Computational Fluid Dynamics") haben für σ einen optimalen Wert von 142.5°ergeben. Die integrierte Additivdosierung kann auch Durchbrüche für das Sekundärfluid 4 umfassen, die in den Seitenwänden 21 und 22 angeordnet sind. - Die Durchbrüche 42 der Additivdosierung sind in Abständen auf Niveaus angeordnet, die theoretisch oder empirisch bezüglich Modellrechnungen bzw. Versuchen optimiert worden sind. Sie sind beispielsweise auf einzelnen Niveaus paarweise und spiegelsymmetrisch bezüglich der Achse des Dralls 300 angeordnet. In der Regel befinden sich aber alle oder die meisten Durchbrüche 42 auf verschiedenen Niveaus, die unterschiedliche Abstände aufweisen können.
- Die Durchbrüche 42 können mit einer Zuführleitung für das Additiv verbunden sein, oder das Additiv wird direkt dem Hohlkörper des Flügelprofils zugeführt.
- Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Seitenwände 21, 22 des Flügelpaars 2 durch ein senkrecht zum Rohr stehendes Zwickelblech (keine zeichnerische Darstellung) verbunden, wie ein solches aus der
DE-A-195 39 923 C1 - Die Flügelwände 21, 22 sind zumindest teilweise aus Metall, keramischem Material und/oder Kunststoff gefertigt. Ein metallisches Mischerelement 2 kann mit keramischem Material oder Kunststoff beschichtet sein.
- Besonders vorteilhaft ist Verwendung des erfindungsgemässen Mischers, wenn die Höhe (kürzere Seite) des Kanals 10 grösser als 0.5 m, vorzugsweise grösser als 1 m ist. Die Mischerelemente 2 (Flügelpaare) erstrecken sich mit Vorteil über die Höhe des Kanals 10, wobei sie auf einer Etage angeordnet sind. In diesem Fall ist folglich die Anzahl der Mischerelemente 2 im Wesentlichen gleich dem Quotienten aus Kanalbreite zu Kanalhöhe. Typische Werte für diese Anzahl liegen im Bereich von 2 bis 8. Es ergeben sich je nach Anzahl der Mischerelemente 2 eine grosse Zahl von - mehr oder weniger effizienten - Anordnungsvarianten: beispielsweise alle Mischerelemente 2 alternierend oder gleichsinnig drehend. Es ist somit möglich, die Anordnung der Mischerelemente 2 auf eine Aufgabenstellung zu optimieren, die sich in Bezug auf eine als Anfangsbedingung situativ gegebene Ungleichverteilung von Temperatur oder Konzentrationen ergibt.
- Die Flügelpaare 2 können statt auf einer "Etage" auch auf zwei oder mehr "Etagen" angeordnet sein, wobei die "Etagen" in der Regel nicht durch Wände von einander getrennt sind.
Claims (15)
- Statischer Mischer (1) umfassend mindestens ein Flügelpaar (2; 2a, 2b) zur Erzeugung eines Strömungsdralls (300) in Richtung (30) einer Kanalströmung (3), welches aus zumindest zwei Flügeln (2a, 2b) besteht, wobei jeder Flügel (2a, 2b) als aerodynamisch gestalteter Körper ausgebildet ist, der eine Stirnwand (20), eine konvexe Seitenwand (21) sowie eine konkave Seitenwand (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand (20) eine anströmseitige Vorderkante ausbildet, sodass die anströmseitigen Vorderkanten der Flügel (2a,2b) eines Flügelpaars (2) senkrecht zur Kanalströmung (3) stehen, und deren stromabwärts folgende, angeströmte Seitenwände (21,22) gegensinnig ausgebogen sind, wobei die Stirnwand (20) eine konvexe Form oder eine Form einer Anströmkante hat und die Flügel (2a, 2b) Körper in Form von Leichtbaukonstruktionen bilden, wobei die Leichtbaukonstruktionen der Flügel (2a, 2b) Hohlkörper sind.
- Mischer nach Anspruch 1, wobei Querschnitte, die senkrecht zu den Seitenwänden angeordnet sind, ähnliche Formen wie Querschnitte von Flugzeugtragflächen haben.
- Mischer nach Anspruch 2, wobei die Seitenwände (21, 22) der Flügel (2a, 2b) aus dünnem Blech hergestellt sind und wobei stabilisierende Verbindungselemente zwischen den Innenseiten der Seitenwände angeordnet sind.
- Mischer nach Anspruch 3, wobei die Verbindungselemente durch Holme, gewellte Blechstreifen (24) oder geschäumte Körper gebildet sind.
- Mischer nach Anspruch 3, wobei das Blech eine Dicke von 0.5 bis 1 mm hat.
- Mischer nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Leichtbaukonstruktionen Eigenschwingungen haben, deren Frequenzen oberhalb des Bereichs von 1 bis 10 Hz liegen, so dass durch die Kanalströmung (3) keine Schwingungen in diesem Frequenzbereich angeregt werden können und keine so genannten Fahnenschwingungen auftreten.
- Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in den Flügelwänden (20, 21, 22) mehrere Durchbrüche (42) einer integrierten Additivdosierung angeordnet sind, wobei das zu dosierende Additiv (4) ein Sekundärfluid ist, das in ein die Kanalströmung (3) bildendes Primärfluid einzumischen ist.
- Mischer nach Anspruch 7, wobei die Durchbrüche (42) als Düsen oder Bohrungen ausgebildet sind.
- Mischer nach Anspruch 7, wobei die Durchbrüche (42) in der Stirnwand (20) oder seitlich in der Nähe der Stirnwand angeordnet sind und wobei ein senkrecht zum Rohr stehendes Zwickelblech die Seitenwände des Flügelpaars verbindet und dabei die konkaven Seitenwänden (22) etwas übersteht.
- Mischer nach Anspruch 7, wobei die Durchbrüche (42) Einspeiserichtungen (40) des Sekundärfluids festlegen, die auf die Hauptströmungsrichtung (30) bezogen Austrittswinkel (σ) definieren, und wobei diese Austrittswinkel einen Wert haben, der im Bereich zwischen 60 und 170° liegt.
- Mischer nach Anspruch 7, wobei die Durchbrüche (42) Einspeiserichtungen (40) des Sekundärfluids festlegen, die auf die Hauptströmungsrichtung (30) bezogen Austrittswinkel (σ) definieren, und wobei diese Austrittswinkel einen Wert haben, der im Bereich zwischen zwischen 120 und 150° liegt.
- Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Durchbrüche (42) in Abständen auf Niveaus angeordnet sind.
- Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Flügelwände (21, 22) zumindest teilweise aus Metall, keramischem Material und/oder Kunststoff gefertigt sind.
- Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die kürzere Seite des Kanals (10) grösser als 0.5 m, vorzugsweise grösser als 1 m ist, und wobei die Flügelpaare (2) auf einer Etage angeordnet sind, wobei sie sich über die kürzere Seite des Kanals erstrecken, oder dass die Flügelpaare auf zwei oder mehr Etagen angeordnet sind.
- Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die kürzere Seite des Kanals (10) grösser als 1 m ist und wobei die Flügelpaare (2) auf einer Etage angeordnet sind, wobei sie sich über die kürzere Seite des Kanals erstrecken, oder wobei die Flügelpaare auf zwei oder mehr Etagen angeordnet sind.
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