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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Rührtank.
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In Fermentations- oder Kultivierungsverfahren
neigen die Fermentier- und Kultivierungsmedien zu einem sehr starken
Schäumen.
Das Rühren
des Schaums verursacht während
des Verfahrens Schaum, und der Schaum verschlechtert häufig die Durchführbarkeit
des Verfahrens. Um eine solche Schaumbildung zu hemmen und einen
solchen Schaum zu entfernen, werden im Allgemeinen Schaumdämpfer wie
beispielsweise Silicon zugesetzt. Die Verwendung solcher Schaumdämpfer verursacht
jedoch nicht nur beträchtliche
Kosten, sondern birgt auch das Risiko, Fermentations- oder Kultivierungsverfahren
nachteilig zu beeinflussen, denn die Schaumdämpfer selbst sind Fremdstoffe
in den Flüssigkeiten.
Darüber
hinaus sind die Schaumdämpfer
häufig
als Verunreinigungen so lange in dem Produkt enthalten, bis dieses
abgebaut wird. Es erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt, sie
aus dem Produkt zu entfernen. Darüber hinaus kontaminieren sie
die Abfallflüssigkeit
und erschweren eine Behandlung der Abfallflüssigkeit. Demgemäß ist die
Zugabe von Schaumdämpfern
nicht erwünscht
und sollte so gering wie möglich
gehalten werden.
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Überdies
wurden Versuche durchgeführt,
die Entschäumung
mit mechanischen Mitteln durchzuführen und so eine Schaumbildung
durch Scherkräfte durch
Drehen einer Scheibe in einer Schaumschicht auf der Oberfläche der
Flüssigkeit
oder durch Drehen einer kegelstumpfförmigen Röhre, bei der man die untere Öffnung mit
dem größeren Durchmesser
in der Schaumschicht lässt,
zu unterdrücken.
Solche Mittel erfordern jedoch viel Energie, und ferner wird der
Schaum lediglich feiner zerteilt und nicht entfernt.
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Die innere Wandfläche eines Rührtanks ist aufgrund von Mikroorganismen
oder festen Rohmaterialien oder darauf abgelagerten Produkten kontaminiert.
Dies verursacht häufig
eine Verminderung der Reaktionsausbeute oder eine Verminderung des Wärmeübertragungskoeffizienten.
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In diesem Fall ist es im Wesentlichen
unmöglich,
die innere Wandfläche
eines Rührtanks
zu reinigen, um die Fremdmaterialien von der inneren Wandfläche ohne
Stoppen des Betriebs in dem Rührtank zu
entfernen.
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Wenn Mäntel, gewundene Leitungen und
Erhitzer auf der äußeren Wandfläche und
im Rührtank als
Heiz- und Kühlvorrichtungen
bereitgestellt sind, dann vermindert sich die Flüssigkeit in dem Rührtank z.
B. durch eine Verdampfung und der Flüssigkeitspegel sinkt mit der
Zeit ab. Als Folge davon kann die Wärmeübertragungsfläche der
Heiz- und Kühlvorrichtungen
nicht effektiv genutzt werden.
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Die Zuführung von frischer Flüssigkeit
ist das einzige Mittel zur Erhöhung
und Wiederherstellung der Wärmeübertragungsfläche. Eine
Zuführung
frischer Flüssigkeit
führt jedoch
zu einer abrupten Änderung
der Zusammensetzung der Flüssigkeit
und erfordert eine Änderung
der Betriebsbedingungen und ferner ändert sich die Qualität des Produkts.
Daher kann dieses Mittel nicht praktisch eingesetzt werden. Demgemäß wurde
ein praktisch anwendbares Mittel zur Lösung des Problems, dass die
Wärmeübertragungsfläche nicht
effektiv verwendet werden kann, noch nicht gefunden.
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Die DE-A-1658115 beschreibt eine
Vorrichtung zur Einführung
von Gasen in Flüssigkeiten
nahe an der Flüssigkeitsoberfläche durch
Flüssigkeitstransportelemente,
welche die Flüssigkeit
nach außen
oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche abgeben. Diese
Flüssigkeitstransportelemente
stehen mit ihrem unteren Ansaugende nur teilweise in die Flüssigkeit
vor, um ein Gemisch aus Flüssigkeit
und Gas anzusaugen. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das von dem
oberen Flüssigkeitsabgabeende
austritt, wird gegen eine Ablenkplatte bzw. Schikane geschleudert,
deren Höhe
und Neigungswinkel eingestellt werden können.
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Der Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1
beruht auf der DE-A-1963614. Dieses Dokument beschreibt eine Vorrichtung
zur Belüftung
von Flüssigkeiten,
insbesondere von Wasser und Abwasser. Die Vorrichtung umfasst ein
Förderelement,
das sich an der Oberfläche
einer Flüssigkeit
befindet, das um eine vertikale Achse bewegbar ist und Kanäle aufweist,
die bezüglich
deren Drehachse konzentrisch ausgebildet sind und sich nach oben
und nach außen erstrecken
und durch kontinuierliche Röhren
mit einem Querschnitt einer beliebigen Form ausgebildet sind, die
jedoch entlang der gesamten Länge
den gleichen Querschnitt aufweisen. Es sollte ein Aufwirbeln und
daher ein Erhöhen
der Oberfläche
der Flüssigkeit
stattfinden, um deren Belüftung,
ein Einbringen von Gasblasen in die Flüssigkeit und ein Bewegen aller
Teile der Flüssigkeit
zu verbessern, um eine Ablagerung von ungelösten Materialien zu verhindern.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
eine Lösung
für das
Problem zu schaffen, dass die innere Wandfläche eines Rührtanks zu einer Kontaminierung
durch Mikroorganismen oder festen Rohmaterialien oder anderen darauf
abgelagerten Produkten neigt. Dies führt häufig zu einer Abnahme der Reaktionsausbeute
oder des Wärmeübertragungskoeffizienten.
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Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch
einen Rührtank
gemäß Anspruch
1 erreicht. Durch die Erfindung wird ein Rührtank bereitgestellt, dessen
innere Wand effizient und permanent gereinigt wird, so lange das
Flüssigkeitstransportmittel
Flüssigkeit transportiert.
Ferner wird die Wärmeaustauschoberfläche effektiv
verwendet.
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Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen vorteilhafte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Rührtanks,
der nur ein Umfangsflüssigkeitstransportmittel
in Form eines Kegelkörpers
aufweist.
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Die Erfinder haben die vorliegende
Erfindung nach umfangreichen Untersuchungen bezüglich Rührschaufeln und Rührverfahren
gemacht, die lediglich durch mechanisches Rühren die Nachteile beim herkömmlichen
Entschäumen
durch Rühren und
die Nachteile wie z. B. eine Kontaminierung und eine Verminderung
der Wärmeübertragungsfläche der
inneren Wandfläche
eines Rührtanks
und der Oberfläche
von Heiz- und Kühlvorrichtungen überwindet,
die innere Wandfläche
eines Rührtanks
und die Oberfläche
von Heiz- und Kühlvorrichtungen
reinigen kann, und die Verminderung der Wärmeübertragungsfläche der
inneren Wandfläche
des Rührtanks
und von Heiz- und Kühlvorrichtungen
hemmen kann.
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Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft und
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, worin
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1 eine
Draufsicht auf die Rührschaufel ist,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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2 eine
Seitenansicht der Rührschaufel ist,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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3 eine
Längsschnittansicht
eines Rührtanks
ist, in dem die in den 1 und 2 gezeigte Rührschaufel
verwendet wird;
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4 eine
Draufsicht auf den Montagerahmen der Rührschaufel ist, die in der
vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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5 einen
Röhrenkörper des
Brause-Sprühkopf-Typs
zeigt, der das Flüssigkeitstransportmittel
in der vorliegenden Erfindung ist, und (a) und (b) eine Seitenansicht
bzw. eine Draufsicht sind;
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6 einen
Röhrenkörper des
Brause-Sprühkopf-Typs
zeigt, der das Flüssigkeitstransportmittel
ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und (a) und
(b) eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von unten sind;
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7 einen
Röhrenkörper des
Brause-Sprühkopf-Typs
zeigt, der das Flüssigkeitstransportmittel
ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und (a) und
(b) eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von unten sind;
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8 einen
Röhrenkörper des
Sprüh-Typs zeigt,
der das Flüssigkeitstransportmittel
ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und (a) und
(b) eine Seitenansicht bzw. eine Bodenansicht sind;
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9 einen
Rinnenkörper
zeigt, der das Flüssigkeitstransportmittel
ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und (a),
(b) und (c) eine Schrägansicht,
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht sind;
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10 einen
Plattenkörper
zeigt, der das Flüssigkeitstransportmittel
ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und (a),
(b) und (c) eine Schrägansicht,
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht sind, und (d) und (e) eine
Schrägansicht bzw.
eine Draufsicht eines modifizierten Plattenkörpers sind;
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11 die
Rührschaufel
zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die verschiebbar
an der Rührwelle
befestigt ist, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Schnittansicht
entlang der Linie A-A ist;
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12 die
Rührschaufel
zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin der
Röhrenkörper, der
das Flüssigkeitstransportmittel
ist, an der Rührwelle über ein
Montagerahmen in einem Winkel von 0° zur radialen Richtung der Drehebene befestigt
ist, und (a) eine Draufsicht auf die Rührschaufel ist und (b) eine
Schnittansicht der Rührschaufel
entlang der Linie B-B ist, die in (a) gezeigt ist;
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13 die
Rührschaufel
zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin das
Flüssigkeitstransportmittel
ein hohler abgestumpfter Kegelkörper
ist, und (a) eine Draufsicht auf die Rührschaufel ist und (b) eine
Schnittansicht der Rührschaufel
entlang der Linie C-C ist, die in (a) gezeigt ist; und
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14 die
Rührschaufel
zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin das
Flüssigkeitstransportmittel
zwei hohle abgestumpfte Kegelkörper
umfasst, und (a) eine Draufsicht auf die Rührschaufel ist und (b) eine
Schnittansicht der Rührschaufel
entlang der Linie D-D ist, die in (a) gezeigt ist.
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Der Montagerahmen ist dazu bestimmt,
die Rührschaufel
an einer Rührwelle
zu montieren und eine oder mehrere Flüssigkeitstransportmittel zu
halten. Der Montagerahmen kann aus Stäben, einem quadratischen Gitter,
geformten Stahlstäben,
Platten, die mit vielen Perforationen versehen sind (nachfolgend
manchmal als "perforierte
Platten" bezeichnet) oder
aus nicht-perforierten Platten gebildet sein. Diese nicht-perforierten
und perforierten Platten werden vorzugsweise an der Rührwelle
vorgesehen, um so den Flüssigkeitswiderstand
bei Umlaufen in der Flüssigkeit
so weit wie möglich
zu reduzieren.
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Die Flüssigkeitstransportmittel können solche
sein, durch die Flüssigkeit
befördert
werden kann, und es handelt sich gewöhnlich um Röhrenkörper. Es können aber auch Rinnenkörper, Plattenkörper und
bodenlose und hohle abgestumpfte Kegel sein.
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Die langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel
sind entweder senkrecht oder zum Montagerahmen hin geneigt angeordnet.
Beim Betrieb stehen im erstgenannten Fall die Flüssigkeitstransportmittel fast
parallel zur Drehachse, während
sie im letztgenannten Fall geneigt sind. In der Praxis ist die geneigte
Anordnung bevorzugt.
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Die langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel
sind gewöhnlich
so angeordnet, dass man die Aufnahmeöffnung bei der Drehung des
Rührers vorwärtslaufen
lässt.
Wenn eine Mehrzahl der langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel geneigt
angeordnet ist, können
die Neigungswinkel gleich oder verschieden sein.
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Wenn die geneigte Anordnung gewählt wird, kann
der Neigungswinkel der langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel (der
Winkel zwischen der Drehachse und dem langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel)
in Abhängigkeit
von der Viskosität
der Flüssigkeit,
der Größe der langen
und schmalen Flüssigkeitstransportmittel,
usw., variiert und im Allgemeinen nicht auf einen vorbestimmten
Winkel festgelegt werden. Der Bereich von etwa 15 bis 75° ist in der
Praxis bevorzugt.
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Eine Mehrzahl von langen und schmalen Flüssigkeitstransportmitteln,
die am Montagerahmen angeordnet ist, ist im Allgemeinen im Hinblick
auf die Größe, die
Form und den Typ gleich. Sie können
jedoch auch verschieden sein.
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Die langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel
können
drehbar am Montagerahmen angeordnet sein, um so den Winkel der Drehachse
und den Winkel der radialen Richtung der Drehebene frei einstellen
zu können.
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In dem Fall, in dem das lange und
schmale Flüssigkeitstransportmittel
ein bodenloser und hohler abgestumpfter Kegelkörper ist (nachfolgend manchmal
auch als "hohler
abgestumpfter Kegelkörper" bezeichnet), ist
der hohle abgestumpfte Kegelkörper über den
Montagerahmen an der Rührwelle
befestigt, wodurch ermöglicht
wird, dass sich die längere Achse
mit der längeren
Achse der Rührachse
im Wesentlichen deckt.
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Ein hohler abgestumpfter Kegelkörper kann als
Flüssigkeitstransportmittel
verwendet werden. Alternativ dazu kann eine Mehrzahl von hohlen
abgestumpften Kegelkörpern,
die sich in ihrem Durchmesser unterscheiden, konzentrisch angeordnet
werden. Außerdem
kann eine Ablenkplatte an der Oberfläche der Innenwand des hohlen
abgestumpften Kegelkörpers
entlang der Schräge
der Wand oder in geneigter Richtung vorgesehen werden.
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Im Fall des Flüssigkeitstransportmittels in Form
eines hohlen abgestumpften Kegelkörpers ist die Öffnung,
die dem Boden des Kegelstumpfs entspricht, die Öffnung des Flüssigkeitstranscportmittels.
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Der Raum, der durch die Seitenwände einer Mehrzahl
der hohlen abgestumpften Kegelkörper
gebildet wird, ist ein Flüssigkeitskanal,
wenn die hohlen abgestumpften Kegelkörper gedreht werden.
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Der hohle abgestumpfte Kegelkörper wird
in Form eines abgestumpften Kegels oder eines umgekehrten abgestumpften
Kegels verwendet, und zwar unter Verwendung der Öffnung mit dem kleineren Durchmesser
abhängig
vom Verwendungszweck als obere oder untere Öffnung.
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In diesem hohlen abgestumpften Kegelkörper ist
die Öffnung
mit kleinerem Durchmesser und die Öffnung mit größerem Durchmesser
ungeachtet der Drehrichtung beim Einsatz der Rührschaufel die Aufnahme- bzw.
Abgabeöffnung.
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In der vorliegenden Erfindung wird
die Flüssigkeit
im Rührtank
durch die Flüssigkeitstrans-portmittel entsprechend
des Bernoulli-Gesetzes und/oder der Zentrifugalkraft durch Drehen
des Flüssigkeitstransportmittels übertragen.
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Die Rührschaufel, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ist mittels des Montagerahmens starr an
der Rührwelle
befestigt oder verschiebbar an der Welle angebracht.
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Jede Fixierung kann eingesetzt werden,
beispielsweise Versiegeln, Schrauben, Schweißen oder Kleben.
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Für
eine verschiebbare Anbringung der Rührschaufel sind beispielsweise
Rillen, Vorsprünge oder
vorstehende Linien an der Oberfläche
der Rührwelle
entlang der längeren
Achse vorgesehen, und Vorsprünge,
vorstehende Linien oder Rillen, die mit den Rillen, Vorsprüngen oder
vorstehenden Linien in Eingriff gebracht werden können, um
die Rührwelle zu
verschieben, sind am Montagerahmen vorgesehen.
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Der Montagerahmen, der verschiebbar
an der Rührwelle
angebracht ist, kann automatisch oder manuell bewegt werden. Beispielsweise
werden Schwimmkörper
am Montagerahmen vorgesehen und an der Oberfläche der Flüssigkeit zum Aufschwimmen gebracht,
so dass der Montagerahmen entsprechend des Ansteigens und des Fallens
der Oberfläche
der Flüssigkeit
in dem Tank bewegt werden kann. Alternativ dazu kann der Montagerahmen durch
Fernbedienung außerhalb
des Tanks auf- und abbewegt und an einer gewünschten Position angehalten
werden. Der Montagerahmen kann manuell auf- und abbewegt werden,
indem man den Montagerahmen über
einen Draht aufhängt,
der mit der Außenseite
verbunden ist, und den Draht außerhalb
des Tanks zieht oder lockert.
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Die oben genannten Schwimmkörper können auch
als Montagerahmen dienen. Die Schwimmkörper haben vorzugsweise eine
solche Form und Struktur, dass der Flüssigkeitswiderstand beim Rühren so
gut wie möglich
verringert wird.
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Die Drehgeschwindigkeit der Rührschaufel wird
gemäß den Arten
der Flüssigkeit,
dem Grad des Schäumvermögens und
dem Grad des Schäumens angemessen
ausgewählt,
in der Praxis vorzugsweise nicht geringer als etwa 2,5 m/s als Geschwindigkeit der
Spitze der Schaufel.
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Um die Flüssigkeit in dem Tank von der
oberen Öffnung
des langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittels
in den Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche abzugeben,
wenn das lange und schmale Flüssigkeitstransportmittel
vorgesehen ist, beispielsweise bei im Wesentlichen 90° zum Radius der
Drehebene, befinden sich die obere Öffnung und die untere Öffnung in
dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche bzw.
in der Flüssigkeit
in dem Rühr tank,
und die Rührschaufel
wird so gedreht, dass man die untere Öffnung vorwärtslaufen lässt und die Flüssigkeit
in dem Tank von der unteren Öffnung
des Flüssigkeitstransportmittels
schöpfen
lässt, wodurch
die Flüssigkeit
von der oberen Öffnung
des Flüssigkeitstransportmittels
abgegeben wird.
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Wenn das lange und schmale Flüssigkeitstransportmittel
beispielsweise in einem Winkel von 0° zum Radius der Drehebene vorgesehen
ist, erscheint die Öffnung
an der Umfangsseite der Drehebene über der Flüssigkeitsoberfläche und
wird als obere Öffnung
verwendet. Somit kann unabhängig
davon, ob das lange und schmale Flüssigkeitstransportmittel im
Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn in Bezug auf die Drehachse
gedreht wird, die Flüssigkeit
in dem Tank in das Flüssigkeitstransportmittel
geschöpft
werden, und zwar durch die untere Öffnung an der zentralen Seite
der Drehebene, und von der oberen Öffnung in den Raum oberhalb
der Flüssigkeitsoberfläche abgegeben
werden.
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Wenn das Flüssigkeitstransportmittel ein hohler
abgestumpfter Kegelkörper
ist, kann dieser in Form eines umgekehrten Kegelstumpfs verwendet werden,
und die Öffnung
mit dem größeren Durchmesser
kann oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche als obere Öffnung freiliegen.
Die von dieser oberen Öffnung
abgegebene Flüssigkeit
wird versprüht.
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Darüber hinaus wird die Flüssigkeit,
die aus der oberen Öffnung
abgegeben wird, an die Oberfläche
der Innenwand des Rührtanks
und die Oberfläche
der Heiz- und Kühlvorrichtungen
gesprüht
und an diesen Oberflächen
herablaufen gelassen, wodurch die innere Wandfläche des Tanks und die Oberfläche der
Heiz- und Kühlvorrichtungen
gereinigt und die Wärmeübertragungsfläche effektiv
verwendet werden kann. Dieses Verfahren wird gewöhnlich bei einer nicht-schäumfähigen Flüssigkeit
angewandt. Es kann jedoch auch auf eine schäumfähige Flüssigkeit angewandt werden.
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Es ist auch möglich, die Flüssigkeit,
die aus den oberen Öffnungen
eines Teils oder einer Mehrzahl der langen und schmalen Flüssigkeitstransportmittel
abgegeben wird, zum Entschäumen
zu verwenden, und die Flüssigkeit,
die aus den oberen Öffnungen
der anderen Flüssigkeitstransportmittel
ausgestoßen
wird, zum Reinigen der Oberfläche
der Innenwand des Tanks und der Oberfläche der Heiz- und Kühlvorrichtungen
und zur Erhöhung
der Wärmeübertragungsfläche zu verwenden.
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Wenn die Rührschaufel so gedreht wird, dass
sich die unteren Öffnungen
vorwärtsbewegen, steigt
die untere Flüssigkeit
durch das Flüssigkeitstransportmittel
an und wird von den oberen Öffnungen
in die obere Flüssigkeit
abgegeben.
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Wenn das lange und schmale Flüssigkeitstransportmittel
z. B. bei 0° zum
Radius der Drehebene bereitgestellt wird, sind die Öffnung auf
der Umfangsseite der Drehebene und die Öffnung in der Nähe der Mitte
der Drehebene ungeachtet der Drehrichtung Aufnahmeöffnungen
bzw. Abgabeöffnungen.
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Wenn das Flüssigkeitstransportmittel ein hohler
abgestumpfter Kegelkörper
ist, dann ist ungeachtet der Drehrichtung die Öffnung mit dem kleineren Durchmesser
die Aufnahmeöffnung
und die Öffnung
mit dem größeren Durchmesser
die Abgabeöffnung.
Wenn demgemäß der hohle
abgestumpfte Kegelkörper
in Form eines abgestumpften Kegels in dem Rührtank verwendet wird, dann
wird die Flüssigkeit
durch das Flüssigkeitstransportmittel
fallen gelassen, bei dem es sich um einen abgestumpften Kegelkörper handelt,
und wenn der hohle abgestumpfte Kegelkörper in Form eines umgekehrten
abgestumpften Kegels verwendet wird, wird die Flüssigkeit durch das Flüssigkeitstransportmittel
ansteigen gelassen, bei dem es sich um einen hohlen abgestumpften
Kegelkörper
handelt.
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Für
diese Art des Rührens
und Mischens ist es bevorzugt, Röhrenkörper wie
das lange und schmale Flüssigkeitstransportmittel
auszuwählen.
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Die in der vorliegenden Erfindung
verwendete Rührschaufel
kann in Kombination mit herkömmlichen
Rührschaufeln
wie beispielsweise Turbinenschaufeln, Propellern, gewinkelten flachen
Flügelrührern, schräggestellten
flachen Flügelrührern, flachen Flügelrührer-Turbinenscheiben,
flachen Flügelrührern, gekrümmten Flügelrührern oder
Pfandler-Flügelrührern und
Brungin-Flügelrührern und
mit anderen Rührvorrichtungen
wie beispielsweise solchen mit Düsenantrieb
und/oder Luftantrieb verwendet werden. Eine Kombination ist bevorzugt.
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Der Montagerahmen an sich kann als
Rührschaufel
dienen.
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Die vorliegende Erfindung wird im
einzelnen durch die Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Es wird auf die 1 bis 4 Bezug
genommen.
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Die Rührschaufel 1 umfasst
einen Montagerahmen 11 und einen Röhrenkörper 12, der ein Flüssigkeitstransportmittel
ist. Eine nicht-perforierte Platte mit geringer Breite wird als
Montagerahmen 11 verwendet. Es werden insgesamt sechs Röhrenkörper 12 vorgesehen,
die das Flüssigkeitstransportmittel
sind, und zwar drei auf jeder Seite des Montagerahmens 11.
Diese Röhrenkörper 12 sind
am Montagerahmen 11 schräg angeordnet und beim Betrieb zur
Rührwelle 2 (Drehachse)
hin geneigt. Der Neigungswinkel beträgt etwa 30°.
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Der Röhrenkörper 12 besteht aus
einem oberen geraden Abschnitt 121 und einem unteren gebogenen
Abschnitt 122. Der Röhrenkörper 12 wird dadurch
geformt, dass man den gebogenen Abschnitt 122 mit dem unteren
Ende des geraden Abschnitts 121 am Verbindungspunkt 123 verschraubt. Der
gebogene Abschnitt 122 wird in einem Winkel von 90° zur radialen
Richtung der Drehebene der Verbindungsstelle 123 gebildet,
und zwar wird er so ausgebildet, dass er entlang der Tangentiallinie
eines Kreises, der an der Drehebene des Verbindungspunktes 123 mit
einem Radius aufgezeichnet wird, der gleich der Entfernung zwischen
dem Verbindungspunkt 123 und der Rührachse (das Zentrum der Drehebene)
ist. Der gebogene Abschnitt 122 ist fast senkrecht (fast
parallel zur Drehebene) zur Drehachse (Rührwelle 2) befestigt.
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Die Enden des geraden Abschnitts 121 und des
gebogenen Abschnitts 122 sind in dem Rührtank geöffnet und bilden eine obere Öffnung 124 bzw.
eine untere Öffnung 125.
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Die jeweiligen oberen Öffnungen 124 bzw. die
jeweiligen unteren Öffnungen 125 sind
so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen auf derselben Drehebene öffnen.
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Die Form der oberen Öffnungen 124 ist
eine flache rechteckige Form, die im Wesentlichen parallel zum Montagerahmen 11 oder
der Drehebene ist, während
die Form der unteren Öffnungen 125 im
Wesentlichen kreisförmig
ist.
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Die Öffnungsrichtung der oberen Öffnungen 124 und
der unteren Öffnungen 125 ist
nach oben geneigt bzw. horizontal.
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Die Fläche der oberen Öffnung 124 ist
kleiner als diejenige der unteren Öffnung 125.
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Die Rührschaufel 1 ist im
Rührtank 3 in
der Weise eingebaut, dass der Montagerahmen 11 mit seinem
Zentrum an der Rührwelle 2 befestigt
ist, wodurch der Rahmen 11 fast senkrecht zur Rührwelle 2 steht.
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Der Rührtank 3 schließt einen
zylindrischen Tankkörper 31 ein,
dessen Deckelplatte in der Mitte von der Rührwelle 2 durchdrungen
wird, wobei der Durchdringungspunkt mit einer Wellendichtung 32 abgedichtet
ist. Das untere Ende der Rührwelle 2 wird
von einem Lager 33 am Boden des Tankkörpers 31 getragen.
Die Bodenplatte und die Deckelplatte des Tankkörpers 31 sind mit
einem Gaseinlass 34 und einem Flüssigkeitsauslass 35 bzw.
einem Gasauslass 36 versehen. Eine Leitung reicht vom Gaseinlass
34 zum inneren Boden des Tankkörpers 31, wobei
deren Endstück
mit einem Gasverteilerring 37, in den viele Löcher gebohrt
sind, versehen ist, während
in der Mitte der Leitung das genannte Lager 33 montiert
ist. Die Rührwelle 2 ist
an ihrem oberen Ende mit einem Motor 4 verbunden. Die Rührwelle 2 weist
drei Turbinenschaufeln 5, 5, 5 auf, die
daran unterhalb der Rührschaufel
befestigt sind.
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Die auf diese Weise aus der oberen Öffnung 124 abgegebene
Flüssigkeit
wird auf die Oberfläche der
Innenwand des Tankkörpers 31 gesprüht und tropft
entlang der Oberfläche 15 der
Innenwand herunter, wodurch die Oberfläche der Innenwand des Tankkörpers 31 gereinigt
und die Wärmeübertragungsfläche wirksam
genutzt wird.
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Als weitere mögliche Formen des Montagerahmens 11 können zwei
Rahmen wie beispielsweise perforierte Plattenkörper mit geringer Breite im
rechten Winkel auf derselben Drehebene bei der Draufsicht gekreuzt
werden, wie dies in (a) von 4 gezeigt
ist. Alternativ dazu kann der Rahmen auch eine perforierte Scheibe
sein, wie dies in (b) von 4 gezeigt
ist.
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Der hier gezeigte Montagerahmen wird
so an die Rührwelle
angepasst, dass dessen Ebene im Wesentlichen parallel zur Drehebene
der Rührschaufel ist.
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Es wird auf die 5 bis 8 Bezug
genommen.
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Der Röhrenabschnitt 126 des
Röhrenkörpers 12,
der in 5 gezeigt ist,
ist von der Seite aus betrachtet nach oben gebogen und auch von
oben betrachtet leicht gebogen. Das obere Ende des Röhrenabschnitts 126 liegt
in Form eines Trichters vor, nämlich
in Form eines Trichterabschnitts 127. Die obere Öffnung 124 liegt
in rechteckiger Form vor und ist mit einer perforierten Platte bedeckt.
Die Form der unteren Öffnung 125 ist
kreisförmig.
Die Öffnungsrichtungen
der oberen Öffnung 124 und
der unteren Öffnung 125 sind
nach oben geneigt bzw. horizontal.
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Der Röhrenabschnitt 126 des
Röhrenkörpers 12,
der in 6 gezeigt ist,
liegt von der Seite aus betrachtet in Form eines langgezogenen "S" vor und dessen oberes Ende ist in abwärts geneigter
Richtung gebogen und von unten aus betrachtet mit einer geringen
Krümmung
gekrümmt.
Das obere Ende des Röhrenabschnitts 126 liegt
in Form eines Trichters vor, nämlich
in Form eines Trichterabschnitts 127. Die obere Öffnung 124 liegt
in Form einer Ellipse vor und ist mit einer perforierten Platte
bedeckt. Die untere Öffnung
ist kreisförmig.
Die Öff nungsrichtungen der
oberen Öffnung 124 und
der unteren Öffnung 125 sind
nach unten geneigt bzw. horizontal.
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Der Röhrenabschnitt 126 des
Röhrenkörpers 12,
der in 7 gezeigt ist,
liegt von der Seite aus betrachtet in Form eines langgezogenen "S" vor und ist von unten aus betrachtet
leicht gekrümmt.
Das obere Ende des Röhrenabschnitts 126 liegt
in Form eines Trichters vor, nämlich
in Form eines Trichterabschnitts 127. Die obere Öffnung 124 liegt
in Form eines Kreises vor und ist mit einer perforierten Platte bedeckt.
Die untere Öffnung
ist kreisförmig.
Die Öffnungsrichtungen
der oberen Öffnung 124 und
der unteren Öffnung 125 sind
seitlich weit entfernt von der Rührwelle
bzw. horizontal ausgerichtet.
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Der Röhrenabschnitt 126 des
Röhrenkörpers 12,
der in 8 gezeigt ist,
liegt von der Seite aus betrachtet in Form eines flachen "S" vor und das untere Ende ist von unten
aus betrachtet mit einer geringen Krümmung gekrümmt. Die Richtung der Krümmung ist
derart, dass die untere Öffnung 125 in
die Nähe der
Drehachse kommt, wenn er an dem Montagerahmen angebracht wird.
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Das obere Ende des Röhrenabschnitts 126 ist
verschlossen und bildet eine Blindröhre. In die Unterseite des
oberen Endabschnitts des Röhrenabschnitts 126 werden
viele Löcher
gebohrt und so wird die obere Öffnung 124 gebildet.
Die Form der unteren Öffnung 125 ist
kreisförmig.
Die Öffnungsrichtung
der unteren Öffnung 125 ist
horizontal.
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In den Flüssigkeitstransportmitteln,
die in den 5 bis 8 gezeigt sind, ist der untere
Teil des Röhrenkörpers dicker
als der obere Teil, und die Fläche
der Öffnung
der unteren Öffnung
ist größer als diejenige
der oberen Öffnung.
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Der Rinnenkörper 8, der in 9 gezeigt ist, liegt in
Form eines langen und annähernd
halben hohlen Kegelstumpfs ohne Boden vor. Die Form der oberen Öffnung 81 und
diejenige der unteren Öffnung 82 ist
jeweils halbkreisförmig.
Die planare Form ist ein langgezogenes Trapez, und der untere Abschnitt
ist leicht gekrümmt.
Die Krümmungsrichtung ist
derart, dass die untere Öffnung 82 in
die Nähe
der Drehachse kommt, wenn er an dem Montagerahmen angebracht wird.
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In dem Flüssigkeitstransportmittel, das
in 9 gezeigt ist, ist
die Fläche
der unteren Öffnung größer als
diejenige der oberen Öffnung.
Die Fläche der Öffnung dieses
Flüssigkeitstransportmittels
ist eine Bogenlänge
des Halbkreises der Enden der oberen und unteren Öffnungen.
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10 zeigt
einen Plattenkörper 9 als
Flüssigkeitstransportmittel.
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Die gesamte Seitenform des Plattenkörpers 9,
der in (a) bis (c) von 10 gezeigt
ist, ist ein langgezogenes S und die gesamte planare Form ist ein langgezogenes
Trapez.
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(d) zeigt einen Plattenkörper 91,
der an der Ecke des unteren Endes 911 nach oben gebogen
ist (dem rechten Ende in (d), das zum Zeitpunkt der Drehung rückwärtslaufen
gelassen wird).
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(e) zeigt einen Plattenkörper 92,
der eine vollständige
Vorderseitenform eines langgezogenen Trapezes aufweist, das mit
einer geringen Krümmung
gebogen ist.
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In dem Flüssigkeitstransportmittel, das
in 10 gezeigt ist, ist
die Fläche
der unteren Öffnung größer als
diejenige der oberen Öffnung.
Die Fläche der Öffnung dieses
Flüssigkeitstransportmittels
hat die Länge
der geraden Linie der Öffnung
am oberen Ende, und ist so definiert, dass sie die Länge der
geraden Linie oder der Krümmung
der Öffnung
am unteren Ende ist.
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In 11, (a) und (b),
sind die Schwimmkörper 10, 10 ringförmig und
weisen einen annähernd quadratischen
Querschnitt auf, und es handelt sich dabei um einen Schwimmkörper mit
einem größeren Durchmesser
und einen Schwimmkörper
mit einem kleineren Durchmesser, die konzentrisch in derselben Drehebene
angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Röhrenkörpern 12 ist an den
inneren Umfangsseitenflächen
der Schwimmkörper 10 mit
Halterungen 101 befestigt (in 11 sind jeweils zwei von vier Röhrenkörpern 12 an
den Schwimmkörpern 10 auf
demselben Durchmesser befestigt, und zwar symmetrisch in Bezug auf
die Drehachse als Symmetrieachse, und die Rührschaufel ist weggelassen).
Die Schwimmkörper 10 sind
durch einen zentralen Ring 102, der in der Mitte vorgesehen
ist, und über
Stützstangen 103 verbunden.
Diese Stützstangen 103 kreuzen
sich jeweils im rechten Winkel. Ein Vorsprung 104 ist an
der inneren Umfangsfläche
des zentralen Rings 102 vorgesehen. Eine Rille 21 ist
in die äußere Umfangsfläche der
Rührwelle 2 entlang ihrer
längeren
Achse geschnitten. Die Rührschaufel 1 kann
verschiebbar an der Rührwelle 2 befestigt werden,
indem die Rührwelle 2 durch
den zentralen Ring 102 eingeführt wird und die Rille 21 der
Rührwelle
mit dem Vorsprung 104 in Eingriff gebracht wird.
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12 zeigt
die in der vorliegenden Erfindung verwendete Rührschaufel, die eine Rührwelle umfasst,
an die Röhrenkörper in
einem Winkel von 0° zur
radialen Richtung der Drehebene des Montagerahmens angebracht sind,
wie es in 12 ersichtlich
ist. (a) in 12 zeigt
eine Draufsicht auf die Rührschaufel
und (b) zeigt eine Schnittansicht der Rührschaufel, die in (a) gezeigt
ist, entlang der Linie B-B. Der Röhrenkörper 12 ist an dem
obere Ende des Montagerahmens 11 in einem Neigungswinkel
von etwa 45° zur
Drehachse 2 befestigt. Die Röhre 12 ist mit einem
Winkel von im Wesentlichen 0° zur
radialen Richtung ihrer Drehebene vorgesehen, nämlich auf dem Radius der Drehebene.
Die vier Montagerahmen 11, die mit den Röhrenkörpern 12 versehen sind,
sind am äußeren Umfang
des zentralen Rings 102 in einem Zentrumswinkel von 90° angeordnet. Der
Röhrenkörper 12 ist
fast ein gerader Zylinder. Das obere Ende ist nahezu horizontal
gebogen, und das obere Ende ist in horizontaler Richtung abgeflacht.
Die Form der unteren Öffnung
ist kreisförmig. Die
Rührwelle 2 wird
durch den zentralen Ring 102 eingesetzt.
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Bei dieser Rührschaufel ist die obere Öffnung 124 und
die untere Öffnung 125 des
Röhrenkörpers 12 eine
Abgabeöffnung
bzw. eine Aufnahmeöffnung,
ungeachtet der Richtung der Drehrichtung der Rührschaufel.
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Die 13 und 14 zeigen die in der vorliegenden
Erfindung verwendeten Rührschaufeln,
bei denen die Flüssigkeitstransportmittel
hohle abgestumpfte Kegelkörper
sind. (a) in 13 zeigt
eine Draufsicht der Rührschaufel
und (b) zeigt eine Schnittansicht der Rührschaufel entlang C-C.
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(a) in 14 zeigt
eine Draufsicht der Rührschaufel
und (b) zeigt eine Schnittansicht der Rührschaufel entlang D-D.
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Bei der Rührschaufel, die in 13 gezeigt ist, ist der
hohle abgestumpfte Kegelkörper 201 das Flüssigkeitstransportmittel,
das an der Rührwelle 2 so
befestigt ist, dass dessen längere
Achse mit der längeren
Achse der Rührwelle 2 fast übereinstimmt. Vier
Ablenkplatten 203, 203, 203, 203 sind
in gleichen Abständen
an der inneren Umfangsfläche
des hohlen abgestumpften Kegelkörpers
entlang der Neigung der inneren Umfangsfläche vorgesehen.
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Dieser hohle abgestumpfte Kegelkörper 201 liegt
in Form eines umgekehrten Kegelstumpfs vor, wobei die größere Öffnung die
obere Öffnung
ist, und der Körper
am zentralen Ring 102 mittels des Montagerahmens 11 angebracht
ist. Durch diesen zentralen Ring 102 wird die Rührwelle 2 eingesetzt.
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Bei diesem hohlen abgestumpften Kegelkörper 201 ist
die untere Öffnung 204 mit
kleinerem Durchmesser bzw. die obere Öffnung 205 mit größerem Durchmesser
eine Aufnahmeöffnung
bzw. eine Abgabeöffnung,
und zwar ungeachtet seiner Drehrichtung.
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Die Flüssigkeit im Rührtank wird
von der unteren Öffnung 204 als
Aufnahmeöffnung
geschöpft und
man lässt
sie entlang der inneren Umfangsfläche des hohlen abgestumpften
Kegelkörpers 201 ansteigen.
Danach wird sie aus der oberen Öffnung 205 als Abgabeöffnung durch
die Drehung der Rührschaufel abgegeben.
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Die Rührschaufel, die in 14 gezeigt ist, ist im Wesentlichen
nicht von der Rührschaufel,
die in 13 gezeigt ist,
verschieden, mit der Ausnahme, dass ein hohler abgestumpfter Kegelkörper 202,
der einen geringeren Durchmesser aufweist als der hohle abgestumpfte
Kegelkörper 201 und
bezüglich
der Steigung der Umfangswand zu dem hohlen abgestumpften Kegelkörper 201 gleich
ist, konzentrisch in dem hohlen abgestumpften Kegelkörper 201 vorgesehen
ist, keine Ablenkplatten an den inneren Umfangsflächen der
hohlen abgestumpften Kegelkörper 201 und 202 vorgesehen
sind, und die Flüssigkeit
in dem Rühr-
tank durch den Raum 206 zwischen den hohlen abgestumpften
Kegelkörpern 201 und 202 hindurch
und entlang der inneren Umfangsfläche des hohlen abgestumpften
Kegelkörpers 202 ansteigen gelassen
wird.
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Verwendungsbeispiel
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Der Rührtank, der in 3 gezeigt ist, wurde als Fermentationsanlage
verwendet.
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In dieser Vorrichtung war dann, wenn
eine üblicherweise
verwendete Turbinenschaufel anstelle der erfindungsgemäßen Rührschaufel
verwendet wurde, eine Entschäumung
nur durch Verwendung der Rührvorrichtung,
bei denen die Turbinenschaufeln eingesetzt werden, nicht möglich. Wenn
zusätzlich
ein Schaumdämpfer
verwendet wurde, betrugen die Kosten für Silicon, das als Schaumdämpfer verwendet
wurde, für
eine vollständige
Entfernung des Schaums etwa 70000 Yen pro Tag.
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Die innere Umfangswand des Rührtanks
und die Oberfläche
der Heiz- und Kühlvorrichtungen
können
gereinigt werden und die Heizoberfläche kann effektiv genutzt werden,
ohne den Betrieb im Rührtank zu
unterbrechen.