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Dokumentenidentifikation DE69501393T2 30.04.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0743876
Titel VORRICHTUNG ZUM MISCHEN EINER ERSTEN FLÜSSIGKEIT IN EINE ZWEITE FLÜSSIGKEIT
Anmelder Kvaerner Pulping AB, Karlstad, SE
Erfinder EKHOLM, Rolf, 653 50 Karlstad, SE;
JANSSON, Ulf, 653 46 Karlstad, SE
Vertreter Patentanwaltskanzlei Liermann - Castell, 52355 Düren
DE-Aktenzeichen 69501393
Vertragsstaaten AT, DE, ES, FR, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 31.01.1995
EP-Aktenzeichen 959100272
WO-Anmeldetag 31.01.1995
PCT-Aktenzeichen SE9500104
WO-Veröffentlichungsnummer 9521016
WO-Veröffentlichungsdatum 10.08.1995
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1996
EP date of grant 07.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse B01F 5/06
IPC-Nebenklasse D21C 9/10   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zumischen eines ersten Fluids zu einem zweiten Fluid, wobei die Vorrichtung folgende Elemente umfaßt:

- ein Gehäuse mit einer Strömungskammer für das zweite Fluid,

- ein Strömungsbegrenzungsglied in der Strömungskammer, und

- Mittel zur Einleitung des ersten Fluids in mindestens einen Zwischenraum zwischen dem Strömungsbegrenzungsglied und den dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandten Wänden der Strömungskammer. Die Erfindung betrifft im besonderen eine Vorrichtung zum Zumischen eines Fluids, vorzugsweise eines gasförmigen Fluids, wie zum Beispiel Dampf, Ozon, Sauerstoffgas zu einer Zellstoffsuspension.

STAND DER TECHNIK

Die Erwärmung von Flüssigkeiten und Suspensionen durch direkte Dampfeinwirkung ist aus einer Vielzahl von Gründen schwierig durchzuführen. Einer davon ist die Schwierigkeit, den Dampf zu atomisieren und gleichzeitig die Suspension in genügendem Ausmaß in Bewegung zu halten, damit eine gleichmäßige und ununterbrochene Kondensation stattfinden kann, was insbesondere voraussetzt, daß der Dampf gleichmäßig in der Flüssigkeit bzw. in der Suspension atomisiert wird. Dies gestaltet sich vor allem dann schwierig, wenn eine große Dampfmenge zugeführt wird. Bei der Hinzufügung des Dampfes kann es darüber hinaus zur Ausbildung von dermaßen großen Dampfbläschen kommen, daß die Wärmekonvektion zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit für das Zustandekommen der erwünschten, kontinuierlichen Kondensation nicht ausreicht. Aus diesem Grund kommt es zu zeitweise auftretenden, heftigen Dampfimplosionen, welche zu Erschütterungen und Vibrationen führen. Die Heftigkeit dieser Erscheinungen kann zu mechanischen Beschädigungen führen, deren Ausmaß mit der Größe der hinzuzufügenden Dampfmenge zunimmt.

Im allgemeinen können eine ganze Reihe von Anforderungen an einen Dampfmischer gestellt werden. Der Dampf sollte in einer Art und Weise hinzugefügt werden, daß es beim Durchströmen durch den Mischer zu keinen lokalen Dampfüberschüssen kommt. Der Abbau bzw. die sogenannte Fluidisierung muß auf solche Weise erfolgen, daß lokale Druckschwankungen möglichst gering gehalten werden. Durch Dampfbläschen bedingte Implosionen sollten in einem Abschnitt erfolgen, in welchem die Komponenten und Bauteile durch die hohlraumbildenden Erscheinungen keinen Schaden nehmen können. Der Mischer sollte von seiner Bauweise her bis zu einem gewissen Grad elastisch sein, damit er in der Lage ist, den Druck und die Erschütterungen abzufedern, die durch möglicherweise auftretende Störungen in den Dampf-Zellstoff-Strömen verursacht werden, welche zu dem Mischer und durch diesen hindurch fließen.

Es ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Zumischen eines gasförmigen Fluids zu einer Zellstoffsuspension bekannt. Das Schwedische Patent Nr. 468 341 beschreibt eine Vorrichtung zum Mischen einer Suspension aus zellulosehältigem Fasermaterial mit einem Fluid zum Beispiel gasförmiger Art wie etwa Ozon, Sauerstoff, und Chlor sowie mit Flüssigkeiten mit verschiedenen Wirkstoffen, z.B. Chlordioxid. Von seinem grundsätzlichen Aufbau her betrachtet umfaßt dieser Mischer einen trichterförmigen Teil und, darin eingesetzt, einen kegelförmigen Teil. Zwischen dem trichterförmigen Teil und dem kegelförmigen Teil ist ein einstellbarer Zwischenraum ausgebildet, durch welchen der Zellstoff hindurchströmt. In den Wänden des trichterförmigen Teils sind zur Einleitung des Fluids, das dem Zellstoffstrom zugemischt werden soll, eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet. Nachteile dieser Vorrichtung sind, daß sie relativ groß ist, daß ihr Einbau, insbesondere in bereits vorhandene Rohrsysteme, kompliziert ist, da die Strömungsrichtung sich in dem Mischer ändert, was eine Neuausrichtung des Rohrsystems voraussetzt, an das der Mischer angeschlossen wird, und daß der Mischer für die Montage eine Art Stütze oder Untersatz benötigt.

Desweiteren werden auch oft Mischeinrichtungen verwendet, welche über einen rotierenden Teil zum Zumischen von Fluid zu dem Zellstoff verfügen. Ein Problem bei diesen Einrichtungen liegt darin, daß die Rotation große Druckschwankungen und somit lokal die Ausbildung von Bereichen mit sehr niedrigem Druck verursacht, in denen es, sobald der Dampf dorthin vordringt, zu den oben beschriebenen Implosionen kommt. Ein weiteres Problem besteht darin, den Dampf gleichmäßig in der Zellstoffsuspension zu verteilen, vor allem dann, wenn große Mengen von Dampf zugeführt werden müssen, was in weiterer Folge auch zu Kapazitätsproblemen führen kann.

KURZE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Das Ziel dieser Erfindung ist es, Abhilfe für die erwähnten Probleme zu schaffen. Es wird daher gemäß der Erfindung eine Vermenge- bzw. eine Zumischvorrichtung vorgeschlagen, welche über keine rotierenden Teile verfügt, welche nicht voraussetzt, daß das zweite Fluid, welches zum Beispiel aus einer Zellstoffsuspension bestehen kann, es nicht erforderlich macht, daß der Strom seine Hauptströmungsrichtung ändert, wodurch die Vorrichtung für den nachträglichen Einbau in bereits vorhandene Rohrsysteme geeignet wird, welche sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnet und ohne Zuhilfenahme irgendeiner Stütze oder eines Untersatzes montiert werden kann.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung können dank der Merkmale der Erfindung, welche in den nachfolgenden Patentansprüchen angeführt sind, verwirklicht werden. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ablesbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird auf die im Anhang beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:

Fig. 1 eine teilweise durchschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt;

Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine aus Figur 2 entnommene Teilansicht im Querschnitt darstellt, welche die Ausführung der Verteilungsglieder zeigt; und

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines zu der Vorrichtung gehörenden Strömungsbegrenzungsgliedes darstellt;

Fig. 5 eine Seitenansicht im Querschnitt einer Vorrichtung gemäß einem abgeänderten Ausführungsbeispiel der Erfindung entlang der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie darstellt;

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Strömungsbegrenzungsgliedes in einer Vorrichtung gemäß einem abgeänderten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt; und

Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Strömungsbegrenzungsgliedes in einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Vorrichtung A umfaßt gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Hauptgehäuse 1, im folgenden als das Gehäuse bezeichnet, welches seinerseits aus einer röhrenförmigen bzw. büchsenförmigen Außenwand 36, einer ersten, flachen Stimwand 37, einer zweiten Stimwand 38, die ebenfalls flach sein kann, jedoch gemäß dem Ausführungsbeispiel konisch nach innen verlaufend ausgebildet ist, und aus einer sich zwischen der ersten und der zweiten Stimwand erstreckenden, ununterbrochenen, länglichen Öffnung 39, im folgenden als die Strömungskammer bezeichnet, besteht, welche seitlich durch ein Paar flacher Kammerwände 5, 10 begrenzt ist. Die Form der Strömungskammer 39 wird weiter unten genauer beschrieben.

Die Strömungskammer 39 teilt die erste, flache Stimwand in zwei kreissegmentförmige Abschnitte 37a und 37b, und die zweite Stimwand 38 ist ebenfalls entsprechend in zwei Abschnitte 38a und 38b unterteilt, welche als kegelförmige Segmente oder im Fall der flachen Stimwand 38 als flache, kreisförmige Segmente beschrieben werden können. Zwischen der Außenwand 36 und den Wänden 5, 37a und 38a ist ein erster, äußerer Zwischenraum 40a ausgebildet, und auf der anderen Seite des Gehäuses 1 ist entsprechend dazu ein zweiter, äußerer Zwischenraum 40b ausgebildet. Zu diesem ersten äußeren Zwischenraum 40a und zu dem zweiten äußeren Zwischenraum 40b, führen Zuleitungen 41a, 41b für das Fluid, welches weiter oben als das erste Fluid bezeichnet wurde und welches dem zweiten Fluid zugemischt werden soll. Gemäß dem Ausführungsbeispiel soll das erste Fluid aus Dampf bestehen, es kann jedoch bei anderweitiger Anwendung der Vorrichtung auch aus anderen gasförmigen Fluiden wie zum Beispiel Sauerstoff, Ozon, Chlordioxid und/oder aus einer Flüssigkeit bestehen.

Die Vorrichtung A wird mit dem Gehäuse 1 zwischen zwei Rohrleitungen 32, 33 befestigt, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel denselben Durchmesser wie die Außenwand 36 des Gehäuses 1 aufweisen. Es ist jedoch auch ein anderer Durchmesser vorstellbar. Die Befestigung kann auf herkömmliche Weise durch eine Flanschverschraubung erfolgen. Ein auf dem Gehäuse befindliches Flanschpaar trägt die Bezeichnung 34, 35. Die Vorrichtung A mit dem Gehäuse 1 ist in dem Ausführungsbeispiel dergestalt angebracht, daß das zweite Fluid von der Leitung 32 kommend nach oben durch die Strömungskammer 39 und weiter nach oben durch die Leitung 33 strömt, wobei die flache, erste Stimwand 37 des Gehäuses 1 der Eingangsleitung 32 für das zweite Fluid zugewandt ist und die konisch nach innen ausgebildete, zweite Stimwand 38 der Ausgangsleitung 33 zugewandt ist.

An beiden Enden der Strömungskammer ist die Außenwand des Gehäuses 1 durchbrochen, wodurch seitliche Öffnungen 43 und 44 ausgebildet werden. Durch diese Öffnungen 43, 44 ist die Strömungskammer 39 jeweils mit einem Paar erster und zweiter Zylinderräume 45 und 46 verbunden, welche außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sind. Die beiden jeweils dazugehörigen, ersten und zweiten Zylinder 27 und 28 sind mit der Außenwand 36 des Gehäuses 1 verschweißt In den Zylindern 27, 28 befinden sich jeweils ein erster und ein zweiter Kolben 25 und 26. Der erste Kolben 25 ist weiterhin durch eine Kolbenstange 23 mit einem in einem Hydrozylinder 20 befindlichen Hydrokolben 21 verbunden. Ein Zuleitungspaar für Hydrauliköl trägt die Bezeichnungen 20a, 20b. Anstatt eines Hydraulikantriebes kann auch ein Druckluftantrieb in Erwägung gezogen werden. In diesem Fall handelt es sich bei dem Zylinder 20 um einen Druckluftzylinder und bei den Zuleitungen 20a, 20b um Druckluftleitungen.

In der Strömungskammer 39 ist ein Strömungsbegrenzungsglied 6 angeordnet, welches sich von dem ersten Zylinderraum 45 über die erste, seitliche Öffnung 43 und weiter über die gesamte Strömungskammer 39 hinweg, sowie über die zweite, seitliche Öffnung 44 bis in den zweiten Zylinderraum 46 erstreckt. Das Strömungsbegrenzungsglied 6 stellt neben seiner Funktion als Begrenzungsglied auch ein Verbindungselement zwischen den beiden Kolben 25 und 26 dar, welche mit den beiden Enden des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 verbunden sind.

Die Form des integrierten Bauteus, welches aus dem Strömungsbegrenzungsglied 6, dem ersten und zweiten Kolben 25, 26, der Kolbenstange 23 und dem Hydrokolben bzw. Druckluftkolben 21 besteht, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Längsachse des Strömungsbegrenzungsgliedes 6, welche auch die Mittelachse für die Zylinder 25 und 26 darstellt, trägt darin die Bezeichnung 24. Diese verläuft senkrecht zu der Mittelachse 31 des Gehäuses 1, die zugleich auch die Hauptströmungsrichtung für das zweite Fluid darstellt, welches durch die Rohrleitungen 32 und 33 befördert wird und welchem das erste Fluid zugemischt werden soll.

Wie aus Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich ist, weist das Strömungsbegrenzungsglied 6 die allgemeine Form eines sechsflächigen Polyeders auf, welcher durch ein Paar Seitenwände 7, 8, eine Bodenwand 48, eine Deckenwand 49, eine mit dem ersten Kolben 25 verbundene, rückseitige Stimwand 50 und eine mit dem zweiten Kolben 26 verbundene, vordere Stirnwand 51 begrenzt wird. Genauer gesagt, weist das Strömungsbegrenzungsglied 6 eine doppelte Keilform auf und zwar sowohl in seiner Längsrichtung, d.h. in der Richtung der Achse 24, aufgrund der Anordnung der beiden Seitenwände 7, 8, welche von der rückseitigen Stimwand 50 in Richtung der Achse 24 zu der vorderen Stimwand 51 hin keilförmig aufeinander zulaufen, als auch in seiner Querrichtung, aufgrund der Anordnung ebendieser Seitenwände 7, 8, welche auch von der Deckenwand 49 in Richtung der Achse 31 zu der dem einströmenden zweiten Fluid zugewandten Bodenwand 48 hin keilförmig aufeinander zulaufen.

Die Strömungskammer 39 weist eine Form auf, welche annähernd jener des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 entspricht. Wenn das Strömungsbegrenzungsglied 6 symmetrisch in die Strömungskammer 39 eingesetzt ist, bilden die Seitenwände 7, 8 des Strömungsbegrenzungsgliedes jedoch einen kleinen Winkel mit den entsprechenden Seitenwänden 5 und 10 der Kammer 39. Zwischen den Wänden 5 und 7 bzw. 8 und 10 wird somit ein Zwischenraum 15 bzw. 16 gebildet, welcher sich in Strömungsrichtung etwas verbreitert. Diese beiden Zwischenräume 15, 16 stellen Durchgänge für das zweite Fluid dar, welches von der Rohrleitung 32 kommend durch die erfindungsgemäße Vorrichtung A in die zweite Leitung 33 strömen soll. Prinzipiell können die Wände, welche die Zwischenräume 15, 16 begrenzen, bei symmetrischer Anordnung auch parallel zueinander verlaufen, die kleine Abweichung vom Parallelverlauf und die sich daraus ergebende Verbreiterung des Zwischenraums ist dieser Variante jedoch vorzuziehen.

Die Vorrichtung A umfaßt darüber hinaus Mittel, um das erste Fluid, bei welchem es sich in der erwogenen Anwendung um Dampf handeln sollte, in die Zwischenräume 15, 16 einzuleiten. Diese Mittel umfassen einerseits die beiden äußeren Zwischenräume 40a und 40b sowie die Zuleitungen 41a, 41b zu diesen Zwischenräumen, und andererseits Löcher 18 in den Seitenwänden 5 und 10 der Strömungskammer 39. Diese Löcher 18 sind über die Länge der Seitenwände 5, 10 verteilt und sind vorzugsweise näher an den jeweiligen Eingangsöffnungen 11 und 12 der beiden Zwischenräume 15 und 16 als an deren jeweiligen Ausgangsöffnungen 13 und 14 angeordnet. Die Löcher 18 können zum Beispiel als kreisförmige Löcher oder als Spalte bzw. als Schlitze ausgebildet sein. Dem Begriff "Loch" sollte daher keine einschränkende Bedeutung zugemessen werden, sondern er sollte, ungeachtet der jeweiligen Form, alle Öffnungen, Schlitze usw. miteinschließen. Im Axialschnitt betrachtet, weisen die Löcher eine sich von den äußeren Zwischenräumen 40a, 40b zu den Zwischenräumen 15, 16 hin erweiternde Form auf. Diese Form ist in jenen Fällen besonders gut geeignet, in denen das zweite Fluid, welches durch die Zwischenräume 15, 16 nach oben strömt, aus einer faserhältigen Suspension besteht. Wird die Zuleitung des ersten Fluids - des Zumischfluids - durch die Zuleitungen 41a, 41b unterbrochen, während das zellulosehältige Fasermaterial weiterhin durch die Vorrichtung A strömt, so werden die Löcher 18 durch das Fasermaterial verlegt, wodurch ein Eindringen in die äußeren Zwischenräume 40a, 40b verhindert wird. Wird der Dampf bzw. ein sonstiges Zumischfluid wieder zugeschaltet und durch die Zuleitungen 41a und 41b in die Zwischenräume 40a bzw. 40b eingeleitet, so werden die Faserpfropfen, die sich in den Löchern 18 gebildet haben, von diesem Fluid weggeblasen, wodurch die Löcher wieder funktionsbereit werden.

Als Variante oder Verbesserung dazu können die Löcher, Schlitze oder äquivalenten Elemente 18 auf getrennten, auswechselbaren Platten ausgebildet sein, welche durch Schraubverbindungen befestigt sein können und eine größere Öffnung in den Seitenwänden 5, 10 abdecken können. Indem der Betreiber der Anlage über mehrere solcher auswechselbarer Platten verfügt, welche mit einer unterschiedlichen Anzahl von Löchern 18 ausgestattet sein können bzw. deren Löcher 18 von unterschiedlicher Form, Anordnung, Größe usw. sein können, hat er weitreichendere Möglichkeiten, das Einströmen des ersten Fluids, in diesem Fall des Dampfes, an geänderte Bedingungen anzupassen. Sollten zum Beispiel die Produktionsbedingungen in der übergeordneten Anlage, von welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Teil darstellt, eine Anderung erfahren, so besteht die Möglichkeit, eine auswechselbare Platte gegen eine andere Platte auszutauschen, welche über Löcher verfügt, die an die veränderten Produktionsbedingungen angepaßt sind.

Nun ist es aber auch möglich, den Dampf bzw. ein anderes, erstes Fluid über das Strömungsbegrenzungsglied 6 zuzuleiten, wobei in diesem Fall Öffnungen dem speziellen Zweck entsprechend in den Seitenwänden 7, 8 des Strömungsbegrenzungsgliedes, und zwar vorzugsweise in der Nähe der Eingangsöffnungen 11, 12 der Zwischenräume 15, 16, angeordnet sind.

Einen weiteren Bestandteil der Ausrüstung bilden druckempfindliche Sensoren, welche zuströmseits und abströmseits der Vorrichtung angebracht sind, sowie Steuereinrichtungen (hier nicht dargestellt) zur Steuerung des Kolbens 21 durch Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in den Zuleitungen 20a, 20b, mit dem Ziel, die Bewegungen des keilförmigen Strömungsbegrenzungsgliedes 6 in dessen Längsrichtung, d.h. quer zu der Hauptströmungsrichtung der Zellstoffsuspension bzw. eines entsprechenden anderen Fluids durch die Vorrichtung A zu steuern, wodurch die Breite der Zwischenräume 15, 16 und somit auch die durch die Vorrichtung fließende Strömung reguliert werden können.

Bei der folgenden Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung wird vorausgesetzt, daß es sich bei dem Fluid, welches durch die Rohrleitungen 33, 34 nach oben strömt und welches in den Patentansprüchen und in dem vorausgehenden Text als das zweite Fluid bezeichnet wird, um eine Suspension von Zellulosefaserstoff in Wasser handelt, und daß es sich bei dem ersten Fluid, welches in diese Suspension eingeleitet werden soll, um Dampf handelt.

Die (nicht dargestellten) druckempfindlichen Sensoren und die Steuereinrichtungen messen die jeweiligen Druckverhältnisse in der Faserstoff-Suspension zuströmseits und abströmseits der Vorrichtung A, bzw. empfangen die jeweiligen Meßwerte und zeigen ein Druckdifferential an. Die Steuereinrichtungen vergleichen das angezeigte Druckdifferential mit einem erwünschten Vorgabewert, welcher in Abhängigkeit zu den herrschenden Produktionsbedingungen wie z.B. Temperatur, Konsistenz, Zellstoffart und Kapazität festgelegt wird. Diese Festlegung erfolgt vorzugsweise automatisch.

Die Steuereinrichtung aktiviert den Steuerzylinder 20 durch Druckregulierung in bzw. durch Strömungsregulierung durch die hydraulischen Zuleitungen 20a, 20b, so daß eine Vorwärts- bzw. eine Rückwärtsbewegung des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 entlang der Achse 24, d.h. quer zu der mit der Achse 31 zusammenfallenden Hauptströmungsrichtung, erfolgt, wodurch die Zwischenräume 15, 16 auf die gewünschte Breite eingestellt werden.

Kommt es zum Beispiel eingangsseitig, d.h. in der Rohrleitung 32, zu einer Druckerhöhung, so wird dies von den Sensoren und Steuereinrichtungen registriert, so daß es zu einer Aktivierung des Steuerzylinders 20 kommt, welcher das Strömungsbegrenzungsglied 6 in Querrichtung zu der Hauptströmungsrichtung 31 verschiebt, wodurch sich die Breite der Zwischenräume 15, 16 vergrößert. Der auf diese Weise erzielte, vergrößerte Strömungsbereich erlaubt es, die Blockierung zu zerstreuen und einen größeren Zellstoffstrom zu erzielen, bis der eingangsseitige Druck nachläßt und das Druckdifferential auf den Normalwert zurückkehrt. Der Kontrollzylinder 20 wird hierauf erneut betätigt, um die Breite der Zwischenräume wieder zu verringern, und diese Reguliervorgänge werden bis zum Erreichen eines stabilen Zustandes fortgesetzt.

Das Strömungsbegrenzungsglied 6 wird in seinen Axialbewegungen von den in den Zylindern 27, 28 geführten Kolben 25, 26 gesteuert, so daß die Längsachse 24 des Strömungsbegrenzungsgliedes 6, welche gleichzeitig die Mittelachse der Kolben 25, 26 darstellt, stets mit der Symmetrieebene der Strömungskammer 39 übereinstimmt, wobei diese Symmetrieebene mit der Hauptströmungsrichtung 31 in der Vorrichtung A zusammenfällt. Das Strömungsbegrenzungsglied 6 ist aber aufgrund der Tatsache, daß die Lagerkolben 25, 26 zylindrisch geformt sind, dennoch in der Lage, durch geringfügige Drehbewegungen um seine Mittelachse 24 herum zu flattern. Das bedeutet, daß, wenn einer der Zwischenräume 15, 16 verstopft zu werden droht, sich der Druck in dem anderen Zwischenraum, vorzugsweise in der Umgebung der Ausgangsöffnungen 13 bzw. 14, erhöht. Diese ungleichen Druckverhältnisse an der einen oder anderen der beiden Seitenwände 7 bzw. 8 erzeugen ein Drehmoment, durch welches das Strömungsbegrenzungsglied 6 um seine Mittelachse 24 gedreht wird, wodurch die Zwischenraumbreite an jener Stelle, wo der Zwischenraum gerade im Begriff ist, verstopft zu werden, vergrößert wird. Durch diese Vergrößerung der Zwischenraumbreite in dem kritischen Blockierbereich kann die Blockierung bzw. die "verstopfung" zur Auflösung gebracht werden. Vor allem jedoch wird die Blockierung der Zwischenräume, zu welcher es infolge des Einsetzens des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 in die Zylinder 26, 27 kommen kann, durch die Tatsache verhindert, daß die andauernden Druckschwankungen, die in den beiden Zwischenräumen 15, 16 herrschen, ständige geringfügige Drehbewegungen des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 verursachen, wodurch eine Blokkierung verhindert wird.

Der von dem in den Zwischenräumen 15, 16 strömenden Fluid ausgeübte Druck wirkt über die seitlichen Öffnungen 43, 44 auf die Innenseiten 29, 30 der Lagerkolben 25, 26 ein. Der erste Kolben 25, welcher dem Steuerzylinder 20 am nächsten gelegen ist, hat eine Innenoberfläche 29, welche größer als die zu dem anderen Kolben 27 gehörige Oberfläche 30 ist, was bedeutet, daß der von dem Fluidstrom ausgeübte Druck das Strömungsbegrenzungsglied 6 in Richtung des Steuerzylinders 20 drückt. Das bedeutet, daß der Steuerzylinder 20 im allgemeinen mit einem Gegendruck betrieben wird, um dem Druck des Fließmediums entgegenzuwirken. Sofern angemessen, kann eine Dämpfung in der Form einer yon der anderen Seite des Steuerzylinders 20 her einwirkenden Druckbeaufschlagung angelegt werden, um die von dem Strömungsbegrenzungsglied 6 herrührenden Bewegungen zu dämpfen. Eine gewisse Bewegungsfreiheit des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 in der Längsrichtung 24 ist nichtsdestoweniger wünschenswert, da Druckschwankungen in dem durch die Vorrichtung A nach oben strömenden zweiten Fluid und der von dem Steuerzylinder 20 ausgehende Gegendruck zu oszillierenden Längsbewegungen des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 führen können, welche ebenfalls einer Blockierung bzw. wiverstopfungit der Zwischenräume 15, 16 entgegenwirken. Sofern zweckmäßig, kann die Vorrichtung A auch mit einem Rüttler versehen werden, welcher mit dem Lagerkolben 26 verbunden ist und in der Längsrichtung des Strömungsbegrenzungsgliedes 6 wirksam wird.

Zur Strömungssteuerung des zweiten Fluids, d.h. der Zellstoffsuspension gemäß dem Ausführungsbeispiel, kann die dem Fließmedium zugewandte, schmälere Oberfläche 48 des keilförmigen Strömungsbegrenzungsgliedes 6 mittels eines vorstehenden Führungskörpers verlängert werden.

Im folgenden werden abgeänderte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf Figur 5 - 7 beschrieben. In den Figuren 5 und 6 werden Details, welche eine direkte Entsprechung in den Figuren 1 - 4 haben, mit denselben Bezugszahlen gefolgt von dem Zusatz bezeichnet, in Fig. 7 wird dafür der Zusatz x verwendet.

Die Vorrichtung A' umfaßt einen Hauptkörper bzw. ein Gehäuse 1' mit einer ersten, flachen Stimwand 37', einer zweiten, flachen Stimwand 38' und mit einer zwischen der ersten und zweiten Stimwand 371 und 38' befindlichen Strömungskammer 39' mit derselben Grundform wie die Strömungskammer 39 aus dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel Die Vorrichtung A' wird analog zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel mittels Flanschverschraubungen zwischen den beiden Rohrleitungen 32' und 33' befestigt.

In der Strömungskammer 39' ist ein Strömungsbegrenzungsglied 6' angeordnet, welches im wesentlichen die Form eines sechsflächigen Polyeders aufweist, der von einem Paar Seitenwänden 7', 8', einer gewölbten Bodenwand 48' und einer gewölbten, oberen Wand 49' begrenzt wird. Im übrigen kann das Strömungsbegrenzungsglied 6' seiner Konstruktion nach analog zu dem Strömungsbegrenzungsglied 6 aus dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel beschaffen sein. Es kann sich allerdings als nützlich erweisen, die Mittelachse 24' für die die Bewegungen des Strömungsbegrenzungsgliedes 6' steuernden Kolben (welche den Kolben 26, 27 aus dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel entsprechen) näher zu der Bodenwand 48' hin zu versetzen, um das Strömungsbegrenzungsglied 6', welches dem durch die Strömungskammer 39' strömenden Fluid ausgesetzt ist, zu zentrieren.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Seitenwände 5' und 10' der Strömungskammer 39' aus einem Paar doppelter Platten, einer äußeren Platte 5A', 10A', welche fix mit den Stirnwänden 37', 38' verschweißt ist, und einer inneren Platte 5B', 10B', welche mittels der Durchsteckschrauben 60 abnehmbar mit der entsprechenden äußeren Platte 5A', 10A' verbunden ist. Zwischen den beiden inneren Platten 5B' und 10B' einerseits und den Seitenwänden 7' und 8' des Strömungsbegrenzungsgliedes 6' andererseits ist in derselben Weise wie in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel jeweils ein Zwischenraum 15' und 16' vorgesehen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die den Zwischenräumen 15' und 16' zugewandten Seiten der Wände 5B' und 10B' mit länglichen Vertiefungen bzw. Rillen 61 versehen, um die Turbulenz des durch die Zwischenräume 15', 16' strömenden Fluids zu verstärken und dadurch die Durchmischung des zweiten Fluids, welches in den Zwischenräumen 15', 16' mit dem ersten Fluid vermischt werden soll, noch zu verbessern. In dem unteren Bereich einer jeden Seitenplatte 5B', 10B' sind zur Einleitung des ersten Fluids in die Zwischenräume 15', 16' eine Reihe von Löchern 18' ausgebildet. Hinter diesen Löchern ist in der jeweiligen äußeren Seitenplatte 5A', 10A' eine längliche Öffnung 18A' ausgebildet. Außerhalb der länglichen Öffnungen 18A' ist jeweils ein äußerer Zwischenraum 40a' und 4db' ausgebildet. An diese äußeren Zwischenräume 40a' bzw. 4db' sind Zuleitungen 41a' und 41b' zur Zumischung des ersten Fluids angeschlossen.

Im Oberbegriff zu dieser Patentschrift wird erwähnt, daß es beim Zumischen von Dampf zu einem Fluid zu zeitweise auftretenden, heftigen Dampfimplosionen kommen kann, was zu Erschütterungen und Vibrationen führt. Um diese Erschütterungen abzuschwächen und um allfällige Vibrationen des Strömungsbegrenzungsglied.es 6' zu vermeiden bzw. gering zu halten, werden folgende Vorkehrungen getroffen. Eine jede der beiden Seitenwände 7', 8' des Gliedes 6' ist an der dem Zwischenraum 15' bzw. 16' zugewandten Seite mit einer Ausnehmung 62 ausgestattet. Die Ausnehmungen 62 erstrecken sich über den Großteil der Wandseiten und werden von einer dünnen, rostfreien Stahlblechtafel 63 abgedeckt. Die abgedeckten Ausnehmungen können mit Sand, Bleischrot, Stahlkies, Gummi oder irgendeinem anderen, stoßdämpfenden Material in an sich bekannter Weise aufgefüllt sein.

Die Funktionsweise der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung entspricht der weiter oben beschriebenen Funktionsweise der Vorrichtung A gemäß dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund wird bei der Behandlung der Funktionsweise auf die vorangegangene Beschreibung Bezug genommen.

Im Zusammenhang mit der weiter oben vorgenommenen Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 wurde erwähnt, daß die Achse 24' bevorzugterweise in Richtung der vorderen Stimwand 48' des Strömungsbegrenzungsgliedes 6' versetzt ist, um einem Umkippen des Strömungsbegrenzungsgliedes 6' in der Strömungskammer 39' entgegenzuwirken. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zeigt eine andere Möglichkeit, ein solches Umkippen in wirkungsvoller Weise zu verhindern. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die beiden Mittelachsen 24' und 24'' der entsprechenden Kolben 25' und 26' parallel zueinander versetzt. Bevorzugterweise sind sie in einer Weise zueinander versetzt, daß die Achsen 24' und 24'' in einer vertikalen Ebene gelegen sind, welche mit der Symmetrieebene des Strömungsbegrenzungsgliedes 6' identisch ist.

In dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel kommt an den beiden Kolben 25x und 26x bzw., als Variante dazu, nur an einem von diesen ein Führungsstift 50, 51 zur Anwendung, der dazu dient, ein Umkippen des Strömungsbegrenzungsgliedes 6x zu verhindern. Die Führungsstifte 60, 61 verlaufen parallel zu der Kolbenachse und sind in dem entsprechenden, hier nicht dargestellten Zylindergehäuse untergebracht.

Die weiter oben beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung A weist eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik auf. Sie verfügt über einen wesentlich vereinfachten Entwurf, eine kompakte Bauart und kann problemlos in bereits vorhandene Rohrsysteme eingebaut werden. Für den Einbau genügt es, ein Rohr, in welches die Vorrichtung A eingebaut werden soll, an zwei Stellen abzuschneiden, die Vorrichtung an der betreffenden Stelle einzupassen und in geeigneter Weise, z.B. durch Flanschverschraubung, an dem entsprechend abgeschnittenen Rohr zu befestigen, wobei die oben erwähnten Rohrleitungen 32 und 33 den abgeschnittenen Rohrteilen entsprechen. Es wird keinerlei Stütze oder Untersatz zur Befestigung der Vorrichtung A benötigt, was den Einbau ebenfalls erleichtert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Hauptstrom, d.h. der Strom der Zellstoffsuspension (das zweite Fluid) durch die Vorrichtung A durchströmen kann, ohne dabei seine Hauptströmungsrichtung ändern zu müssen, was bedeutet, daß das Fluid mit hoher Geschwindigkeit durch die Zwischenräume 15, 16 strömen kann, was weiterhin bedeutet, daß der hinzugefügte Dampf bzw. ein sonstiges erstes Fluid mit dem zweiten Fluid (Zellstoffsuspension) gut durchmischt wird, wodurch nicht zuletzt auch die Implosionsrisiken vermindert werden können. Sollte es nichtsdestoweniger zu solchen Implosionen kommen, so treten diese abströmseits auf und stellen somit keine ernsthaften Probleme mehr dar. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung A liegt darin, daß sie, bedingt durch die Tatsache, daß das Strömungsbegrenzungsglied über eine gewisse Bewegungsfreiheit sowohl in Längsrichtung als auch um seine Längsachse herum verfügt, aufgrund ihres Entwurfs und unter anderem ihres Einbaus ein Blockieren der Anlage auf wirksame Weise verhindert.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Zumischen eines ersten Fluids zu einem zweiten Fluid, wobei diese Vorrichtung (A) folgende Elemente umfaßt:

- ein Gehäuse (1) mit einer Strömungskammer (39) für das zweite Fluid,

- ein Strömungsbegrenzungsglied (6) in der Strömungskammer, und

- Mittel (18) zur Einleitung des ersten Fluids in mindestens einen Zwischenraum (15, 16) zwischen dem Strömungsbegrenzungsglied und den dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandten Wänden (5, 10) der Strömungskammer (39), dadurch gekennzeichnet,

- daß das Strömungsbegrenzungsglied, in einer Ebene quer zu der Hauptströmungsrichtung (31) des zweiten Fluids betrachtet, sowie die Strömungskammer, in derselben Ebene betrachtet, im wesentlichen die Form eines Keils aufweisen,

- daß zwischen einer jeden der beiden in Keilform aufeinander zulaufenden Seiten des Strömungsbegrenzungsgliedes und jenen Wänden der keilförmigen Kammer, die dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandt sind, ein Zwischenraum (15, 16) vorhanden ist, und

- daß die Mittel (18) zur Einleitung des ersten Fluids im Bereich dieser beiden Zwischenräume angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsbegrenzungsglied (6) sich keilförmig verjüngt, und zwar sowohl in seiner Längsrichtung, welche im rechten Winkel zu der Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids angeordnet ist, als auch in einer Richtung, welche linear der Hauptströmungsrichtung entspricht, jedoch gegenläufig zu dieser verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmige Strömungsbegrenzungsglied (6) entlang seiner Längsachse (24), d.h. quer zu der Hauptströmungsrichtung, in bezug auf das Gehäuse (1) und folglich in bezug auf die dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandten Wände (5, 10) beweglich angebracht ist, wodurch eine Veränderung der Breite der Zwischenräume (15, 16) ermöglicht wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmige Strömungsbegrenzungsglied in zu beiden Seiten des Strömungsbegrenzungsgliedes angeordneten Lagerelementen (27, 28) montiert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (27, 28) Zylinder umfassen, in denen zylinderförmige Kolben (25, 26) montiert sind, welche mit beiden Enden des Strömungsbegrenzungsgliedes verbunden sind und eine Drehung des Strömungsbegrenzungsgliedes um seine Längsachse (24) ermöglichen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandten Innenseiten (29, 30) der Lagerkolben (25, 26) mit dem durch die Vorrichtung (A) fließenden Fluid in Berührung stehen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch einen derart angeordneten Steuerzylinder (20), daß damit das keilförmige Begrenzungsglied (6) bewegt werden kann, um so die Breite der Zwischenräume (15, 16) einzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Steuerzylinder (20) nächstgelegene Lagerkolben (25) eine Innenoberfläche (29) aufweist, welche größer ist als die Innenoberfläche des Lagerkolbens (26), welcher auf der anderen Seite des Begrenzungsgliedes angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strömungsbegrenzungsglied zugewandten Wände (5, 10) des Gehäuses (1) über Löcher (18), Schlitze oder äquivalente Elemente zur Einleitung des ersten Fluids in die Zwischenräume (15, 16) verfügen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (18) näher an den Eingangsöffnungen (11, 12) als an den Ausgangsöffnungen (13, 14) der Zwischenräume (15, 16) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher von den Zwischenräumen aus gerechnet in Axialrichtung eine sich konisch verjüngende Form aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (15, 16) sich in Strömungsrichtung verbreitern, wenn das Strömungsbegrenzungsglied symmetrisch in die Strömungskammer eingesetzt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch Steuereinrichtungen umfaßt, welche dazu dienen, das Differential zwischen den Druckverhältnissen abströmseits der Ausgangsöffnung und zuströmseits der Eingangsöffnung der Vorrichtung (A) zu messen und in Abhängigkeit zu einem gemessenen Druckdifferential in bezug auf einen Vorgabewert eine Verschiebung des keilförmigen Strömungsbegrenzungsgliedes (6) in Längsrichtung, d.h. quer zu der Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids durch die Vorrichtung, herbeizuführen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Oberflächen, welche die Begrenzungsflächen des Zwischenraums (15', 16') darstellen, uneben ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheit Längsrillen bzw. Vertiefungen (61) in einer der Oberflächen umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen bzw. die Rillen sich entlang der Längsrichtung der Wand, d.h. quer zu der Hauptströmungsrichtung des durch den Zwischenraum durchströmenden Fluids, erstrecken.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zwischenraum zugewandten Oberflächen der Strömungskammer (39') sowie des Strömungsbegrenzungsgliedes (6') uneben sind und bevorzugterwei'e in Längsrichtung mit Vertiefungen bzw. Rillen versehen sind, welche quer zu der Strömungsrichtung des Fluids verlaufen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 17, gekennzeichnet durch Mittel zum Verhindern eines Umkippens des Strömungsbegrenzungsgliedes in der Strömungskammer.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsbegrenzungsglied (6') an jenen Seiten seiner Wände (7', 8'), welche den Zwischenräumen (15', 16') zugewandt sind, mit stoßdämpfenden Mitteln (62, 63) ausgestattet ist.







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