DE2820186A1

DE2820186A1 - Vorrichtung zum behandeln von fluiden und fliessfaehigen feststoffen waehrend des passierens eines rohrabschnittes

Info

Publication number: DE2820186A1
Application number: DE19782820186
Authority: DE
Inventors: Heinrich Clasen; Sven Dipl Phys Clasen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1978-05-09
Publication date: 1979-11-15
Also published as: CA1142509A; GB2021963B; FR2425267A1; GB2021963A; FR2425267B1; JPS54147566A; CH642867A5; US4259024A; IT7922491A0; JPS6231604B2; IT1192647B; DE2820186C2

Description

Γ PATENTANWÄLTE "1

DR.-ING. R. DÖRING ' DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Heinrich Clasen
2000 Hamburg 52, Gerstenbergstr. "5k

"Vorrichtung zum Behandeln von Fluiden und fließfähigen Feststoffen während des Passierens eines Rohrabschnittes"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im nachfolgenden wird unter einem Behandeln von Fluiden und fließfähigen Stoffen ein Mischen der Fluide oder Feststoffe im allgemeinen Sinne verstanden. Dabei wird unter Mischen verstanden ein Vorgang, bei dem jedes Teilchen des Fluids oder des Feststoffes beim Passieren des Rohrabschnittes der Vorrichtung im Mittel gleich häufig mit der die Strömung führenden Fläche der Vorrichtung und mit anderen Teilchen des Fluids oder der fließfähigen Feststoffe in Kontakt gelangt.

Bei einem solchen Behandlungs- oder Mischvorgang kann ein Wärmetausch stattfinden. Es kann zwischen den Teilchen selbst bzw. "zwischen den Teilchen und den festen Wänden

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oder daran angebrachten Schichten der Vorrichtung ein Stoff oder ein Wirkungsaustausch erfolgen. So wird unter Mischen allgemein ein Kneten, Emulgieren, ein Dispergieren oder auch ein Plastifizieren oder Homogenisieren bezüglich irgendwelcher physikalischer oder chemischer Eigenschaften verstanden. Auch die Herstellung eines gleichmäßigen Molekulargewichtes in einem fließfähigen Kunststoff ist in diesem Sinne ein Mischvorgang. Auch wenn Stoffe mit einem Katalysator in Kontakt gebracht werden sollen, welcher Katalysator als Schicht auf der Wandoberflache aufgebracht ist, muß ein Mischvorgang im Sinne der vorliegenden Erfindung stattfinden, um alle Teilchen möglichst gleichförmig mit dem Katalysator während des Passierens des Rohrabschnittes in Kontakt zu bringen. So findet ein Mischen auch beim Polymerisieren, Kondensieren, beim Neutralisieren oder Reduzieren, beim Oxydieren oder Hydrieren, beim Fermentieren oder dgl. Vorgängen statt. Anstelle von Schichten eines Katalysators können auch solche eines Absorptionsmittels, eines Adsorptionsmittels, oder eines Schleif- oder Poliermittels vorgesehen sein. Im letzteren Fall besteht z.B. beim Schälen von Körnern der Mischvorgang darin, die in dem Strom fließenden Körner, wie Getreidekörner oder Reiskörner im Mittel gleichförmig und gleich häufig und über ihre ganze Oberfläche in Kontakt mit der behandelnden festen Schleifoberfläche zu bringen.

Vorrichtungen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sind bekannt.

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So ist es zum Wärmetausch oder zum Mischen fluider Materialien bekannt, in eine Rohrleitung mehrere aufeinanderfolgende und gegenseitig verdrehte Mischelemente in Form von kurzen schraubenförmig gebogenen Bändern einzusetzen, die den Fluidstrom in zwei Teilströme von gleichförmigem Querschnitt unterteilen. Dabei sind die aneinander angrenzenden Stirnkanten der aufeinanderfolgenden Elemente unter einem Winkel zueinander angeordnet. Die dadurch unterteilten Ströme werden in sich vermischt und beim Übergang zum nächsten Element erneut in Teilströme aufgeteilt. Jeder Teilstrom erhält danach Anteile der beiden Teilströme des vorangegangenen Mischelementes (vergl. DE-PS 3 861, 86622 und 1557 118).

Es sind ferner in einen Strömungskanal einsetzbare Mischelemente bekannt, die aus einander sich berührenden und Strömungskanäle bildenden Lagen bestehen. Die Längsachsen der einzelnen Strömungskanäle innerhalb einer jeden Lage laufen mindestens gruppenweise im wesentlichen parallel zueinander. Dagegen sind die Längsachsen der Strömungskanäle von benachbarten Lagen gegeneinander geneigt. Zwischen den einzelnen Lagen können über Durchströmöffnungen Austausche zwischen den Teilströmen entstehen (vergl. die DE-OS 2 205 371 und 2 320 741).

Um lose in eine Rohrleitung eingesetzte Mischelemente besser in ihrer Lage zu sichern und leichter herstellen zu können, ist es bei tordierten Bandelementen bekannt in einem in Rohrlängsrichtung weisenden Endabschnitt jeweils einen Schlitz zum Eingreifen

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des benachbarten oder nachfolgenden Bandelementes zu ermöglichen (vergl. DE-PS 2 058 071 und US-PS 3 804 376).

Bei allen Mischvorgängen ist neben der Aufteilung in Teilströme die Scherwirkung des jeweiligen Mischelementes für den Mischerfolg maßgeblich. Je nach der Art der Beanspruchung wird eine Veränderung von Form und Lage der gegeneinander gleitenden gekrümmten Materialschichten erreicht. Die Art und die Intensität dieser Beanspruchung ist von der jeweiligen Ausbildung der in dem durchströmten Rohrabschnitt durch die Einbauelemente gebildeten Strömungskanal abhängig.

Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen gleichförmige Halbkreisquerschnitte als Teilströmungskanäle gebildet werden, erhält man ein unveränderliches Verhältnis von Teilungs- und Scherwirkung. Selbst bei einer Veränderung der Steigung bleibt dieses Verhältnis im wesentlichen konstant. Eine Steigerung der Scherwirkung zur Anpassung an bestimmte Stoffeigenschaften kann daher nur durch eine Steigerung der Elementenzahl erreicht werden. Aufgrund dieser Tatsache sowie aufgrund der Schwierigkeit, im Vergleich zum Durchmesser kurze Elemente herzustellen, ergeben sich für die meisten Anwendungsfälle relativ große Mischstrecken. So ist es oft nur möglich eine Elementenlänge von dem 1,25- bis 1,5-fachen des Elementendurchmessers herzustellen. Außerdem nehmen die Schwierigkeiten bei der Verformung zu schraubenförmig gebogenen Bändern in Folge der extremen Quer- und Längsverzerrungen des Bandes mit steigendem Durchmesser erheblich zu. Es besteht somit eine Abhängigkeit zwischen Materialdicke und

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Elementen-durchmesser. So wird in den bekannten Fällen vorausgesetzt, daß bei einem sehr zähen Material, z.B. V2A-Stahl das 0,075-fache des Durchmessers für die Materialdicke vorgesehen werden muß, um ein Reißen oder Verformen des Elementes im unerwünschten Sinne zu vermeiden. Dies schließt die Herstellung solcher Elemente bei großem Durchmesser aus Bandmaterial aus. Vielmehr ist man dabei gezwungen große Elemente auf dem Wege eines üblichen Gießverfahrens herzustellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung diese Schwierigkeiten zu vermeiden und eine Vorrichtung der Eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, bei der die Herstellung auch bei großen Durchmessern einfach ist, Elemente mit im Vergleich zum Durchmesser geringer Länge ohne Schwierigkeiten für jeden Anwendungsfall hergestellt werden können, eine wesentlich bessere Mischwirkung in dem hier angegebenen allgemeinen Sinne erzielt wird und vor allem eine wesentlich leichtere und genauere Anpassung der Beanspruchung des Materials an die geforderten Verhältnisse allein durch die Formgebung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der neuen Vorrichtung wird die Scherwirkung durch eine besondere kaskadenförmig abgestufte Strömungskanalausbildung verbessert, insb. im Verhältnis zu der Aufteilung in Teilchenströme. Das bedeutet, daß bei gleicher Elementenlänge die Be-

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anspruchung des durch das Element strömenden Materials bei der neuen Ausbildung wesentlich höher ist, sodaß eine wesentlich intensivere Mischwirkung erzielt wird. Dadurch wird die Voraussetzung geschaffen, daß man die Länge der Mischstrecke im Verhältnis zum Durchmesser des Mischelementes klein halten kann. Die neue Vorrichtung gestattet vor allen Dingen eine Herstellung des Mischelementes unabhängig von der Materialdicke. Insbesondere können auch bei großem Durchmesser die Mischelemente weiterhin aus Blechen hergestellt werden. Insbesondere kann die Materialdicke merklich kleiner als das 0,075-fache des Elementendurchmessers betragen. Wegen der dadurch ermöglichten Vergrößerung der Durchströmquerschnitte lassen sich die Stauverluste an den Elementenenden wesentlich verringern. Auch kann für die Herstellung der Mischelemente ein weniger zähes Material verwendet werden. Man erhält aufgrund der neuen Ausbildung selbst bei geringeren Materialdicken eine Verbesserung der Formsteifigkeit.

In ein und derselben Vorrichtung können, wie dies üblich ist, mehrere gleiche oder ähnliche Elemente hintereinander angeordnet sein. So können die Elemente mit ihren Stirnkanten in gegenseitiger Berührung stehen. Es kann zwischen diesen aber auch ein gegenseitiger Abstand vorgesehen sein. Eine Lagesicherung und Orientierung der Elemente kann durch Schlitze in den Stirnabschnitten erreicht werden.

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In aller Regel ist das Mischelement von einem Rohrmantel eng umschlossen. Allerdings spielen die Toleranzen im Bereich der Umfangskante des Elementes und der Rohrinnenwand keine beson-· dere Rolle, da Spalte in diesem Bereich die Mischwirkung oder die Funktion der neuen Vorrichtung nicht beeinträchtigen. Auch von daher gestaltet sich die Herstellung der Vorrichtung wesentlich einfacher und billiger als in den bekannten Fällen. Insbesondere ist bei großen Abmessungen ein Herstellen durch Gießen nicht notwendig. Allerdings läßt sich das Mischelement aus verschiedenen Materialien und auf verschiedenen Herstellungswegen herstellen. Bevorzugt erfolgt jedoch die Herstellung aus Metallblechen mit dem großen Vorteil, daß auch bei großen Durchmessern das Element aus ebenen Blechzuschnitten hergestellt werden kann.

Die neue Vorrichtung kann auch als Kondensator oder Verdampfer zur Herstellung von Brennstoffgemischen und vor allem auch zum Einbringen von Luftsauerstoff in der biologischen Aufwasserbereitung eingesetzt werden.

Die kaskadenförmigen Strömungskanäle der neuen Vorrichtung können so ausgebildet sein, daß die kaskadenförmig aneinander anschließenden Stufen sich quer zum Rohr von Rohrwandung zu Rohrwandung erstrecken. Jedes Element kann auch aus zwei in Längsrichtung parallel zur Rohrachse verlaufenden Elementen bestehen, sodaß die Stufen sich jeweils quer von der Elementenachse zur Rohrwandung erstrecken. In beiden Fällen ist eine verzerrungsfreie Herstellung allein durch Biegen eines ebenen

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Bleches möglich. Die größe der Dreiecksflächenbereiche kann gleich sein oder variieren. Insbesondere ist auch eine Variationsmöglichkeit der Biegewinkel möglich, wobei sich der Winkel selbst bei einem einzelnen Element über die Länge des Elementes ändern kann, um so eine Anpassung an die fortschreitende Konsistenzänderung des Materials zu erreichen.

Die Herstellung kann aus einem ebenen bandförmigen Zuschnitt oder aus einer Blechronde erfolgen.

Im Gegensatz zu den bekannten schraubenförmig verlaufenden Halbkreiskanälen der Elemente aus schraubenförmig gebogenen Bändern wird bei der neuen Vorrichtung die Strömung nicht nur um die hydraulische Mitte des Strömungskanals verdreht, wobei die Strömungsschichten konzentrisch um den Mittelpunkt herum gekrümmt sind. Vielmehr erfolgt eine vielfältige Beanspruchung der gegeneinander gleitenden Schichten der Strömung im Bereich der kaskadenförmigen Stufen, die unterschiedliche Stufenhöhe quer zur Rohrachse aufweisen. Auch die Stufenbreiten variieren. Die Stufenhöhen und die Stifenbreiten wechseln sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die Form und Lage der Schichten sowie ihre Schichtung wird in Folge der auftretenden Wegunterschiede ständig quer und längs zum Rohr von Stufe zu Stufe verändert. Für die Form und Lage der Schichten ist dabei die Stufenausbildung, ihre Anzahl sowie die Größe des Anströmwinkels maßgebend. Der Fachmann hat dabei zahlreiche Variationsmöglichkeiten, um eine optimale Anpassung an die gegebenen Ver-

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hältnisse zu erhalten. So können die Elemente bei gleichen Anströmwinkel in ihrer Stufenzahl verändert werden. Die Folge ist bei konstantem Anströmwinkel gleichzeitig eine Veränderung der Stufenbreite und der Stufentiefe. Geht man von einem Element mit gleichgroßen Dreiecksflächenbereichen aus, so ergibt sich der Anströmwinkel aus 180° minus dem Neigungswinkel. Bei aus verschieden großen Flächenbereichen gebildeten Elementen ergibt sich der Anströmwinkel aus dem Neigungswinkel zwischen den kleinen und den großen Flächenbereichen. Eine Veränderung der Stufenzahl bei konstantem Anströmwinkel läßt sich durch Veränderung der Größe der Flächenbereiche bzw. durch Veränderung des spitzen Winkels des dreieckförmigen Umrisses erreichen. Eine Veränderung des Biegewinkels zwischen benachbarten Flächenbereichen hat eine Änderung des Anströmwinkels zur Folge. Außerdem ändert sich bei konstanter Verdrehung des Elementes von beispielsweise 180° das Verhältnis von Länge des Elementes zu seinem Durchmesser.

Bei Elementen aus unterschiedlich großen Dreiecksflächenbereichen ist für den Anströmwinkel die Stufenzahl und die Elementenlänge und damit auch für die Stufentiefe und Stufenbreite das Flächenverhältnis zwischen den großen und den kleinen Dreiecksflächenbereichen maßgeblich. Bei sehr großen Unterschieden ergeben sich kleine Stufenzahlen. Bei einem Anströmwinkel von nahezu 90° ergibt sich eine sehr geringe Elementenlänge. Diese kann weniger als die Hälfte des Durchmessers betragen.Die Stufenhöhe ist dabei sehr niedrig, die Stufenfläche oder

-breite

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sehr groß.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Strömungskanalausbildung ist auch die Beanspruchung der gegeneinander gleitenden Schichten unterschiedlich. Dies ergibt sich insb. auch durch den zick-zackförmigen oder kaskadenförmigen Verlauf über die Rohrlängsachse durch die entsprechende Ausbildung der Stufen. Dies hat sich besonders vorteilhaft bei extremen Unterschieden der Viskosität der zu behandelnden oder zu mischenden Fluide erwiesen. Die sonst gefürchtete Kanalbildung bleibt aus.

Beim Biegen der Mischelemente aus bandförmigen Zuschnitten oder Ronden können sowohl linksdrehende als auch rechtsdrehende Elemente erhalten werden.

Um im Bereich des Neigungswinkels die Stufenausbildung in gewünschter Weise zur Beeinflussung der Scherwirkung verändern zu können, kann man die Stufen mit einem entsprechenden Material, z.B. einer Spachtelmasse ausfüllen. Dadurch erhält man zusätzlich eine Steigerung der Formbeständigkeit und Steifigkeit.

Ins. können die Oberflächen auch beschichtet sein. Als Schichtmasse eignen sich beispielsw. katalytische, absorbierende, adsorbierende, schleifende oder polierende Massen. In einigen wenigen Fällen könnte das Element auch aus solchen Massen selbst geformt sein. Bei zusammengesetzten Elementen können die Elementenhälften durch Schweißen, Löten oder Kleben, insb. aber durch angeformte oder gesonderte Überlappungsabschnitte miteinander fest verbunden werden.

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- 17 Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen

an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein I-Iischelement zuir einsetzen in einen Rohrabschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen bandförmigen Zuschnitt, aus dem ein -lement nach Fig. 1 geformt werden kann:

Fig. 3 in Seitenansicht ein abgehandeltes Element zur Verwendung in der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine ringförmige Bl^chronde, aus der das Mischelement nach Fig. 3 hergestellt werden kann;

Fig. 5 in Draufsicht ein abgewandeltes Ausfii>rungsbeispi^l einer Blechronde zur Herstellving eines abgewandl^tes Mischelementes;

Fig. 6 und Fig. 7 verschiedene tJberlappungsteile, die zum Verbinden der Hälften eines mehrteiligen Mischelerarntes verwendet werden können;

Das in Fig. 1 gezeigte Mischeloment 1 läßt sich durch einfaches Biegen entlang der Biegelinien 3 aus einem ebenen, bandförmigen Blechzuschnitt 20 herstellen. Das Element ist aus gleich großen dreleckförmigen Flächenbereichen ύ· und 5 gebildet, die über die

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Biegelinien 3 aneinander anschließen und in unterschiedlichen .Tbenc-n zueinander geneigt angeordnet sind. Die dreieckförmigen" ^lächenbereiche 4 und 5 sind in entgegengesetzter Richtung qu-;r zur Längsrichtung des Mischelementes 1 orientiert. Sorit v/erd3n die beiden Längskanten 7 und ^c^ des Kischelementes jeweils im rechsei von den Schmalseiten 9 der dreieckförmigen Flächenbereiche L·- und 5 und den -gegebenenfalls abgeschnittenen-Spitzen 19 dieser flächenelemente gebildet. Die Schmalseiten 9 können durch die geraden Länt-skanten des Blechzuschnittes 20 gebildet sein. Bei der Herstellung des Blechzuschnittes können aber auch die Schmalseiten 9 nach außen konvex gekrümmt sein, vio dies bei 9 a gestrichelt in Fi,~. ? angedeutet ist. Der 'Vinkol, der an der* an der Längskante 7 oder 8 liegenden Spitze ist mit 6 bezeichnet. Die Breite der Schmalseite jeder Dreiecksfläche ist mit ΛLi und die Breite der abgeschnittenen Spitze mit 13 bezeichnet. Die vorderen und rückwärtigen Stirnkanten sind mit 11 und 12 angegeben. Je nach Größe des Kinkels 6 ergeben sich größere oder kleinere Dreiecksflächenbereiche. Die Dreipcksflächenbereiche sind unter Bildung von kaskadenförmig'in otufen zick-zack-förmig um die Biegelinien 3 gebogen, vobei die Biegung so «rfolgt, da.3 das Slement gleichzeitig um seine Längsmittellinie oder seine Längsachse tordiert ist, v/obei je nach der Biogerichtung die Tordierung im Linkssinne oder im Rechtssinne erfolgen kann. Oas Jillement ^T</ird bei solchen Elementen üblich in einen Rohrabschnitt eingesetzt, dessen lichte ^weite der Breite des Blecholenientes im Wesentlichen entspricht. Von der Torsionsachse des 'ilementes aus gesehen verändert sich di^ iJtufenhöhe nach den Längskanten 6 und 7 hin. Durch die ab-

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geschnittenen Spitze 10 ergibt sich ein zick-zack-förraiger Verlauf der Längskanten. Hind die Spitzen nicht abgeschnitten kann man auch einen glatten schraubenförmigen Verlauf der Längskanten gewährleisten. In Fig. 1 ist schematisch unter dem Blechelement die Torsion des Momentes bei 15 um die Längsachse 15 a des Elementes wiedergegeben, die mit der Achse des Rohrabschnittes zusammenfallen kann. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Endkanten 11 zur Rohrachse geneigt. Würde man an die Endkanten anschließende Dreiecksbereiche 4 und 5 entlang der Winkel halbierend abschneiden, so erhielte man ⁷ZnO.-kanten, die senkrecht zur Rohrachse verlaufen. Selbst bei dünnen Materialien ergeben sbh aufgrund der zick-zack-förmigen oder kaskadenförmigen Ausbildung große Steifigkeit und Formbeständigkeit. Beschichtungen erhalten auf den zueinander geneigten Flächen eine gute Verankerung.

Bei dem Zuschnitt 20 ist bei 23 ein halbiertes Flächenelement mit der Stirnkante 21 gezeigt, die senkrecht zur Rohrachse verläuft.

Das in Fig. 3 gezeigte Mischelement 30 ist aus zwei Elementenhälften A und B zusammengesetzt, die entlang der Mischelementenachse 31 zusammengefügt sind. Innerhalb" jeder Mischelementhälften wechseln zueinander geneigte und entgegengesetzt quer zur Achse 31 orientierte Dreiecksflächenbereiche 34 und 35 miteinander ab. Die Dreiecksflächenbereiche 34 stoßen mit ihrer schmalen Dreiecksseite, die Flächenbereiche 35 mit ihrer Spitze 54 im Bereich der Elementenachse 31 zusammen. Die Flächenberei-

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ehe 34 sind kleiner als die Flächenbereiche 35. Die Flächenbereiche 34 liegen jeweils in einer gemeinsamen Ebene, während die Flächenbereiche 35 der beiden Hälften A und B in unterschiedlichen Ebenen liegen. Der Spitzenwinkel 50, 51 der Flächenbereiche 34 ist gleich groß, der Spitzenwinkel 52, 53 der Flächenbereiche 35 ist ebenfalls gleich groß. Die Hälften A und B sind jeweils aus einem ebenen ringförmigen Blechrondenabschnitt 36 gebildet und spiegelbildlich entlang der Längsachse 31 zusammengesetzt. Die Endkanten des Elementes können unterschiedlich ausgebildet sein. In Fig. 3 ist dieuntere Endkante 60 rechtwinkelig zur Elementenachse 31 angeordnet. Würde der Schnitt am unteren Bereich des Elementes entlang der Dreieckskanten 61 erfolgen, so ergäbe sich am unteren Ende ein stumpfer Winkel. Am oberen Ende der Fig. 3 ist ein solcher stumpfer Winkel gezeigt, der durch die Kanten 41a gebildet ist. Würde der Schnitt entlang der Kanten 41b erfolgen, so ergäbe sich ein überstumpfer Winkel der beiden Endkantenbereiche.

Gemäß der Blechronde nach Fig. 4 sind die Biegelinien 37 und 38 so orientiert, daß in der Ronde die Biegelinien 37 im geringen Abstand auf der einen Seite der Rondenmitte 39 vorbeilaufen, während die Biegelinien 38 auf der entgegengesetzten Seite im großen Abstand von der Rondenmitte an dieser vorbeilaufen. Die Blechronde wird bei 40 und 41 durchschnitten, wobei die Schnittlinie entlang der Biegelinien 40a bzw. 40b am Punkt 40 bzw. der Biegelinien 41a oder 41b am Punkt 41 erfolgen kann, je nachdem welcher Verlauf der Endkanten im Element nach Fig. 3 er-

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reicht werden soll. Die Innenkante 31a der ringförmigen Blechronde wird beim Biegen des Blechrondenabschnittes entlang der Biegelinie 37, 38 in die gerade Linie gestreckt, die mit der Elementenachse 31 zusammenfällt. Entlang dieser Innenkante werden die beiden Elementenhälften A und B miteinander durch Löten, Schweißen, Kleben oder dergleichen verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung mit Hilfe von Überlappungsabschnitten. So können im Inneren der Ronde, die Abfall ist, an die Kanten 31a anschließende dreieckförmige Verlängerungen vorgesehen sein, die sich über die kleinere Dreiecksabschnitte 34 der anderen Hälfte schieben und mit dieser in der gleichen Ebene liegen. Über diese angeformtai Überlappungen kann eine feste Verbindung der Elementenhälften erfolgen. Es können aber auch gesonderte Überlappungsabschnitte vorgesehen sein, wie sie bei 79 und 80 in Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Diese sind den in gleicher Ebene liegenden Dreiecksflächenabschnitten angepaßt und überlappen zwei solche zusammengehörige Dreiecksabschnitte der beiden Elementenhälften A und B. Der Überlappungsteil nach Fig. 6 dient zur Verbindung der Elementenhälften des Elementes nach Fig. 3. In Fig. 7 ist ein Überlappungsteil gezeigt, der bei einem Element verwendet werden kann, das aus der abgewandelten Ronde nach Fig. 5 hergestellt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der zentrale Kreis, der sich durch die tangentiale Lage der Verlängerungen der Biegelinien 37 ergibt, in seinem Durchmesser so gewählt, daß er gleich der Länge der Schmalseite 31a eines der kleineren Drei-

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ecksflächenbereiche 34 ist.

Das Biegen erfolgt wiederum so, daß die Elementenhälften um die gemeinsame Achse 31 tordiert werden und somit kaskadenförmig abgestufte gewundene Strömungswege begrenzen.

Je größer das Verhältnis zwischen den Winkeln 50, 51 einerseits und 52, 53 andererseits ist, so kürzer wird das gesamte Element. Die Flächenelemente unterschiedlicher Größe bilden dabei Stufen mit Stufentiefen entsprechend der Ausdehnung der kleineren dreieckförmigen Flächenbereiche. Die Stufentiefe nimmt von der Elementenachse 31 zum Längsrand 36 hin ab. Die Stufenfläche wird durch die Fläche der großen Dreiecke bestimmt. Diese Fläche nimmt von der Elementenachse 31 zu den Längskanten 36 hin zu. Die großen Flächenbereiche, die nebeneinander liegen und cfen beiden Reihen B und A angehören, liegen in unterschiedlichen Ebenen, sind also gegeneinander verdreht.

Bei der Ronde 70 nach Fig. 5 ist ein extremes Flächenverhältnis zwischen den kleineren Dreiecken und den großen Dreiecken wiedergegeben. Die Biegelinien 71 und 72 laufen in gleichen Abständen beiderseits der Rondenmitte an dieser vorbei, sodaß die Winkelhalbierende 74 der kleineren Dreiecke durch den Rondenmittelpunkt laufen. Die innere Ausnehmung der ringförmigen Ronde ist mehreckig, wobei die Kantenlänge 75 der Länge der Schmalseite der kleineren Dreiecke entspricht. Die Durchtrennung der ring-

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förmigen Ronde erfolgt bei 76 und bei 78. Mit 77 ist die innere Ausnehmung bezeichnet. Man erkennt aus der geringen Länge der Schmalseiten 75, daß man ein Element von sehr niedriger Länge in Bezug auf den Durchmesser erhält. Auch hier erfolgt nach dem Durchtrennen ein zick-zackförmiges Biegen unter gleichzeitigem Tordieren und ein Zusammensetzen von zwei gleichförmigen Elementen entlang der Elementenachse gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Überlappungselementen, wie sie in Fig.7 bei 80 dargestellt sind. Man erhält hierbei ein Element, dessen Anströmwinkel etwa 108° entspricht und gleich dem Biegewinkel ist. Die Elementenlänge entspricht dem 0,39-fachen des Durchmessers. Der Steigungswinkel des Elementes beträgt 72°' wobei das Element vier Stufen umfaßt und fünf große und fünf kleine Flächenbereiche enthält.

Aufgrund der unterschiedlichen Neigungen der Endbereiche und des unterschiedlichen Kantenverlaufes der beiden Kanten jedes Elementes können sich unterschiedliche Beanspruchungen des Materials ergeben, und zwar je in Abhängigkeit von der Anströmrichtung des Elementes. Man erhält somit auch eine weitere Variationsmöglichkeit, indem man das Element um 180° gedreht einbauen kann. Dies gilt für das Element aus der Ronfe nach Fig. 4. Bei der Ronde nach Fig.5 ergeben sich dagegen gleiche Anströmverhältnisse. Man hat es auf diese Weise auf der Hand, die Beanspruchungsverhältnisse zu beeinflussen.

Durch sternförmiges Zusammenfügen der Innenkanten mehrerer Elementteile im Bereich der Elementenachse können mehr als zwei

sich über die Elementenlänge erstreckende Strömungskanäle erhalten werden.

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Die Elemententeile können entlang der Elementenachse auch gegenseitig versetzt angeordnet sein.

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Claims

/~ ö j. ¹J I b b

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BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

6386 Ansprüche

(i_) Vorrichtung zum Behandeln von Fluiden und fließfähigen Feststoffen während des Passierens eines Rohrabschnittes, in den ein oder mehr als ein den Materialstrom in wenigstens zwei sich um eine gemeinsame Achse windende Teilströme aufteilendes Element eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet , daß das oder jedes Element (1 bzw. 30) aus im wesentlichen ebenen Flächenbereichen von jeweils dreieckförmigem Umriß besteht, die quer zum Rohrabschnitt entgegengesetzt zueinander so orientiert sind, daß entlang der der Rohrinnenwand zugewandten Längskanten (7, 8 bzw. 36) Dreiecksschmalseiten (14) und - gegebenenfalls abgeschnittene - Dreiecksspitzen (13) aufeinanderfolgen und die in Richtung der Rohrachse über Biegelinien (3) derart aneinander anschließen, daß das Element zickzackförmig seine Flächenneigung ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils alle einstückigüber Biegelinien (3) zusammenhängenden Dreiecksabschnitte aus einem gemeinsamen ebenen Blechzuschnitt (20 bzw. 30a, bzw. 70) ausgeschnitten und geformt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ebenen Flächenbereiche in Rohrlängsrichtung unter Bildung von um die Achse (31)

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des Elementes links oder rechts herum geführten kaskadenförmig gestuften Strömungskanälen zickzackförmig gebogen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Stufenhöhe im Bereich der Elementenachse am größten und zu den Längsrändern (7, 8) hin abnimmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die ebenen Flächeribereiche des Elementes gleiche Form und gleiche Größe, jedoch entgegengesetzte Querorientierung aufweisen (vergl. Fig.1).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die an den Längskanten (7, 8) des Elementes liegenden Dreiecksschmalseiten geradlinig oder nach außen konvex gekrümmt (9a) sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Element auf jeder Seite der Elementenachse (31) aus einer Reihe AB von entgegengesetzt quer zur Elementenachse (31) orientierten, im wesentlichen ebenen und gegeneinander geneigten Dreiecksflächenbereichen besteht und die mit ihren Schmalseiten zur Elementenachse (31) weisenden Dreiecksflächenbereiche (34) der beiden Reihen A B mit diesen Schmalseiten und die anderen Dreiecksflächen (35 mit ihren Spitzen aneinanderstoßen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß jeweils die mit ihren Schmalseiten entlang der Elementenachse (31) aneinanderstoßenden Dreiecksflächenbereiche (34) der beiden Reihen A B in einer gemeinsamen Ebene liegen, während die Ebenen der mit ihren Spitzen aneinanderstoßenden Dreiecksflächenbereichen (35) in verschiedenen Ebenen liegen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die im Bereich der Elementenachse (31) mit ihren Spitzen zusammenstoßenden Dreiecksflächenbereichen (35) wesentlich größer als die anderen Dreiecksflächenbereiche (34) sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe des Biegewinkels von in Richtung der Elementenachse aneinander anschließenden Dreiecksflächen über die länge des Elementes variiert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Endkanten der Elemente rechtwinkelig zur Rohrachse verlaufen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Element an einem Ende in einem über die ganze Breite des Elementes reichenden ebenen Flächenbereich (34, 34) mit zur Rohrachse rechtwinkeliger Stirnkante (60) und am anderen Ende in zwei der großen Drei-

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ecksflächenbereiche (35) unterschiedlicher Neigung mit zwei von der Elementenachse (31) aus unter einem stumpfen Winkel verlaufenden Endkantenabschnitten (41a) ausläuft.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß ein Endbereich des Elementes aus zwei in einer Ebene liegenden Dreiecksflächenbereiche (34) mit zwei einen ftberstumpfen Winkel einschließenden Endkantenbereichen (61) gebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Element (30) durch Zusammenfügen zweier Elementenhälften A B entlang ihrer mit der Elementenachse (31) zusammenfallenden Innenkanten hergestellt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge k e η η zeichnet , daß die ElementenhälftenAB aus gleichen Teilungsabschnitten einer ringförmigen Blechronde gebogen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Biegelinien jeder Elementenhälfte so orientiert sind, daß ihre Verlängerungen'dem in die Ebene abgewinkelten Rondenabschnitt in unterschiedlichem Abstand die Rondenmitte (39) passieren, wobei die Innenkanten (31a) des Rondenabschnittes nach Biegen entlang der Biegekanten (41a, 41b) in Fluchtung mit der Elementenachse (31) ausgerichtet sind.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet , daß die Biegelinien jeder Elementenhälfte so orientiert sind, daß die Winkelhalbierende (74) der kleinen Flächenbereiche sich in der Mitte der in die Ebene abgewinkelten Ronde schneiden (vergl. Fig.5).
18. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Eleraentenhälfte durch gesonderte oder einstückig an die Schmalseiten der kleinen Dreiecksflächen ansetzende Überlappungsabschnitte £est miteinander verbunden sind, die im Umriß den jeweils in dieser Ebene liegenden kleinen Dreiecksflächenbereiche der beiden Elementenhälften A B angepaßt ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß das oder jedes Element um seine Achse (31) tordiert ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Elementes kleiner als der Elementendurchmesser ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß das aus einem ebenen Blechzuschnitt gebildete Element auf seiner Oberfläche beschichtet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß bei gleicher Form und Größe aller Drei-

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ecksflächenteile des Elementes die Dreiecksflächenbereiche spitze Winkel zwischen 5° und 30° aufweisen und die Ebenen von gegeneinander geneigten benachbarten Dreiecksflächenbereichen unter einem WinkelJzwischen 30° und 120° geneigt sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß bei Dreiecksflächen unterschiedlicher Größe die kleineren Flächenbereiche spitze Winkel zwischen 5° und 15°, die größeren Flächenbereiche zwischen 15 und 45 aufweisen und die gegeneinander geneigten, aneinander angrenzenden Flächenbereiche in Ebenen liegen, die einen Winkel zwischen etwa 100° und etwa 160° einschließen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Material- oder Blechdicke der Elemente merklich kleiner ist als das 0,075-fache des Elementendurchmessers .

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