203489. lajstromszámú szabadalom • Berendezés eltérő halmazállapotú anyagok keverékének előállítására
1 HU 203 489 A 2 A találmány tárgya berendezés eltérd halmazállapotú anyagok keverékének előállítására. Ismeretesek olyan berendezések eltérd halmazállapotú anyagok keverékének előállítására, amelyeknél legalább egy anyagot szabad sugárban áramoltatnak, és legalább egy további anyagot érintkezésbe hoznak ezzel a szabad sugárral. Ilyenek például az ún. vízsugárszivattyúk vagy injektorok (lásd Műszaki Lexikon, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1978., n. kötet, 356. oldal). A vízsugárszivattyúkat áltálban levegő beszívására, tehát gáz- folyadék keverék előállítására használják. A vízsugár felülete mentén depresszió keletkezik, amely magával ragadja a levegőt, és egy alkalmas keverőtérben gáz-folyadék keveréket hoz létre. Hiányosságot jelent, hogy a vízsugár energiájához és tömegéhez viszonyítva csak igen kis levegőtőmeget tudnak beszívni és a vízbe keverni, ezért a keveréstechnikában korábban alig alkalmazták ezt a megoldást. A fenti hiányosságot oly módon próbálták kiküszöbölni, hogy a vivőközeget több részsugárra bontották, miáltal megnőtt a határfelület nagysága és a bekevert anyag mennyisége. A 4 400 138 sz. US-PS például olyan berendezést ismertet, amelynél centrálszimmetrikus elrendezésű, egymástól független, a szimmetriatengelyhez összetartó tengelyű fűvókákat alkalmaznak. Ennél a megoldásnál a fúvókák kiömlőnyílása kör keresztmetszetű, tehát a vivőanyagot ugyan több részsugárra bontják, ezeknek az anyagtovábbítás és keverés szempontjából fontos határfelülete azonban egyenként minimális. A vivőanyag áramlása ugyanakkor döntően axiális irányú, tehát a keveredés intenzitása nem kielégítő. A 187 511 sz. HU-PS olyan berendezést mutat be, amelynél a nyomás alatt kivezetett folyadéksugámak körtől különböző keresztmetszetet adó réssel ellátott fúvókát alkalmaznak, és azt kívánják elérni, hogy a folyadéksugár legalább részben körülvegye a tengelyirányban nyomás alatt bevezetett gázsugarat. A keverést a folyadéksugámak a keverőtér falához való ütköztetésével, illetve mechanikus perdítőelemekkel oldják meg. Igen nagy hátrányt jelent az ilyen berendezéseknél, hogy az ütköztetés egyrészt jelentős energiaveszteséggel jár, másrészt erős koptató igénybevételt eredményez. A 3 406 260 sz. DE-OS olyan gőzsugárszivattyút ismertet, amelynél a gőzsugárfüvőka eredetileg kör keresztmetszetű kiömlőnyílását X keresztmetszetű betét segítségével négy centrálszimmetrikus szegmensre osztják. Ez a megoldás hasonló az US-PS 4 400 138 szerintihez, azzal az eltéréssel, hogy a részsugarak keresztmetszete kissé eltér a kör alaktól, viszont a részsugarak közötti távolság oly csekély, hogy a kilépés után gyakorlatilag azonnal egyesülnek (ennek itt nincs jelentősége, mert a feladat nem a kilépés utáni, hanem a fúvókán belüli felületnövelés). A 4 379 679 sz. US-PS szerinti megoldásnál a vivőanyagot szolgáltató füvókanyílások keresztmetszete téglalap alakú. Ezek két oldalról fogják közre a továbbítandó közeget kibocsátó, ugyancsak téglalap alakú nyílást. A vivőanyag és a szállított közeg áramlása itt is döntően axiális irányú. A leírás szerint a kétféle közeg határfelületein gyenge lökéshullámok alakulnak ki szuperszonikus sebességek esetén, és ezek elősegítik a keveredést. Nyilvánvaló, hogy ezek a speciális feltételek csak különleges feladatok megoldásánál teljesíthetők (például azoknál a lézereknél, amelyekhez a javaslat kapcsolódik). A 0 244 336 sz. európai szabadalmi bejelentésből olyan berendezés ismerhető meg, amelynél a vivőanyagot gyűrű alakú résen át bocsátják ki, és ezt a rést centrálszimmetrikusan és sugarasan elrendezett U keresztmetszetű terelőelemekkel látják el, aminek következtében a kilépő sugár és a vele érintkezésbe kerülő szállítandó és bekeverendő további anyag egymással érintkező felülete nagy mértékben megnő. Ezáltal a szállítandó anyag beszívása és elkeveredése intenzívebb lesz. Hiányosságot jelent ennél a megoldásnál is, hogy a vivőanyag és a bekeverendő anyag döntően axiális irányú haladó mozgást végez, tehát viszonylag rövid tartózkodási idő után hagyja el a keverőteret. Ezért a bekeverési hatásfok (a vivőközeg és a szállított anyag mennyiségének aránya) elmarad a kívánatostól. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése. A találmány feladata tehát olyan berendezés létrehozása, amelynél a keveredő közegek axiálistól eltérő irányú mozgása lényegesen intenzívebb, mint az ismert megoldásoknál. Közismertek a különféle mechanikus keverőelemekkel (lapátokkal) ellátott keverőberendezések. Ezeknél azonban forgó alkatrészekre és megfelelő hajtóegységekre van szükség. A találmány alapja az a felismerés, hogy megfelelő alakú és elrendezésű füvókanyílások alkalmazása esetén magából a vivőközegből hozhatók létre olyan „lapátelemek”, amelyek - annak ellenére, hogy a bennük áramló közeg csak axiális irányú mozgást végez - forgó alkatrész segítsége nélkül örvénylő mozgásba hozzák az eredetileg csupán axiális irányban mozgó szállított közeget, sőt alkalmasak annak beszívására is mind axiális, mind radiális irányból. Ezen felismerés alapján a kitűzött feladat megoldása olyan berendezés eltérő halmazállapotú anyagok keverékének előállítására, amelynek vivőanyagot nyomás alatt betápláló feladócsővel és azt nyomás alatti, egymástól független, centrálszimmetrikus elrendezésű szabad sugarakban kibocsátó nyílásokkal rendelkező fúvókával ellátott tartálya, valamint legalább egy további anyagot a szabad sugarak közé juttató eszköze van, és amelynél a találmány értelmében a fúvókénak a szimmetriatengelyre nézve excentrikusán elrendezett, a szimmetriatengelyre merőleges síkban nyújtott keresztmetszetű rései vannak, amelyek között a szimmetriatengelyre vonatkoztatott tangenciális irányú távolság a szimmetriatengely felé haladva csökkenő. Előnyös, ha a fúvókának a szimmetriatangelyre merőleges síkban ívelt kersztmetszetű rései vannak, amelyeknek a szimmetriatengelytől távolabbi vége a tangenciális irányhoz, másik vége pedig a radiális irányhoz hajló kialakítású. Előnyös továbbá, ha a berendezésnek a tartály fúvókéval ellátott végéhez csatlakozó 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
