Sprühvorrichtung zur Bildung eines elektrisch geladenen Aerosols. Die Erfindung betrifft eine Sprühvor richtung, mittels welcher durch Versprühen einer Flüssigkeit in einem Gasstrom ein elek trisch geladenes Aerosol gebildet wird, das hochdispers und stabil sein soll. Als Gas kommt insbesondere Luft in Frage.
Bekanntlich pflegen Aerosole sich selbst dann, wenn die Versprühung zunächst in sehr feiner Form erfolgt, durch die Zusammen ballung von Flüssigkeitströpfchen, welche miteinander in Berührung kommen, sehr rasch zu vergröbern, und diese Wirkung tritt insbesondere innerhalb eines gebündelten Sprühstrahles schon nach kurzem Wege auf.
Es ist bereits versucht worden, diesem Effekt durch Einführung von Ionen in den Sprüh strahl. entgegenzuwirken, um durch elektri sche Aufladung der einzelnen Flüssigkeits- partikelchen abstossende Kräfte zwischen die sen zu erzeugen, welche die Zusammenbal lung verhindern, also das Aerosol stabil ma chen.
Die Einführung von Ionisierungselek troden in den Sprühstrahl erwies sich jedoch als wenig zweckmässig, weil diese Elektroden gleichzeitig als Prallflächen wirken, an denen (las Sprühgut sich in höchst unerwünschter Weise niederschlägt; ausserdem benötigt man für den Betrieb- solcher Ionisierungselek- troden sehr hohe Spannungen.
Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus, dass es genügt, den einzel nen Panikelchen eine Aufladung von weni- gen Elementarladungen mitzugeben, um ein Aerosol stabil zu erhalten, und dass man zu dieser Aufladung keiner Hochspannung be darf, wenn man diese Ladungen nicht durch Gasionisation, sondern durch unmittelbaren Kontakt von der Abreisskante auf das Parti- kelehen überträgt, indem man z. B. die Sprühdüse selbst auf ein entsprechendes Po tential auflädt.
In der Praxis ergibt dies allerdings zunächst sehr gTobe Aerosole. Eine nähere Untersuchung zeigte jedoch, dass die ser Misserfolg auf Raumladungserscheinun- gen zurückzuführen ist und dass insbesondere die Vergröberung des aerodynamischen Zer- stäubungsvorganges an der Abreisskante von der Raumladung des Sprühstrahles selbst hervorgerufen wird,
welche durch ihr Ge genfeld das Abreissen der geladenen Partikel- chen erschwert und deshalb nur von gröberen Partikelchen mit höherem mechanischem Im puls durchstossen wird. Aus dieser weiteren Erkenntnis folgt, dass durch Auflockerung dieser Raumladung die erwähnte Vergröbe- rung behoben werden kann.
Dies gelingt bei der erfindungsgemässen Sprühvorrichtung; die sich dadurch äuszeichnet, dass die Abreiss- liante, an der die Flüssigkeit in den Gasstrom gelangt, aus elektrisch leitendem Werkstoff besteht und mit dem einen Pol einer Span nungsquelle von mindestens hundert Volt verbunden ist, während eine mit dem andern Pol dieser Spannungsquelle verbundene Raum- ladungselektrode ausserhalb des Sprühstrahles angeordnet ist.
Obwohl die vorzugsweise posi- tif geladene Raumladungselektrode nicht mit ihren körperlichen Teilen in den Sprühstrahl eingreift und so angebracht ist, dass sie für den Sprühstrahl nicht als Prallfläche wirkt, kompensiert und verringert ihr Feld die Raumladung, wie in den bekannten Elektro nenröhren mit Raumlad-Lmgsgitter, so dass der Sprühvorgang an der Abreisskante sich unge hindert vollziehen kann und gegebenenfalls sogar gefördert wird. Dabei ist zu bemerken,
dass die Wirkung der Raumladung im Falle von Ionen infolge deren kleiner Beweglich keit ausgeprägter ist als diejenige einer Raumladung durch Elektronen, wie sie in Elektronenröhren stattfindet.
Die Zeichnung stellt fünf beispielsweise Aasführungsformen der erfindungsgemässen Sprühvorrichtung dar: Fig. 1 ist das Schema einer ersten Aus- führungsform der Sprühvorrichtung mit vor der Abreisskante angeordneter RaumladLmgs- elektrode.
Fig. 2 ist das Schema einer zweiten Aus- führungsform mit einer den Sprühstrahl Lun- schliessenden Raumladungselektrode.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Kraftstoffvergaser, welcher eine dritte Aus führungsform verkörpert.
Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine vierte Ausführungsform, welche als Hocbleistungs- sprühdüse ausgebildet ist, und Fig. 5 zeigt einen Schnitt dLireh eine Zentrifugal-Sprühvorrichtung, welche eine fünfte Ausführungsform darstellt.
Die in Fig. 1 dargestellte einfache Sprüh vorrichtung besteht aus einer Flüssigkeitsdüse 1 und einer DrLicklLdtdüse 2, welche in übli cher Weise im Winkel zueinander angeordnet sind. Als Abreisskante wirkt hierbei die Mün dung der metallischen Flüssigkeitsdüse 1. In unmittelbarer Nähe dieser Abreisskante ist eine flächenförmige Raiunladungselektrode 3 angeordnet und mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle 4 verbunden, deren nega tiver Pol an der metallischen Düse 1 liegt.
Im vorliegenden Falle besitzt diese Elektrode 3 die Gestalt einer runden, von der Luftdüse 2 unter Zwischenschaltung eines Isolierringes 5 getragenen Scheibe und man versteht, dass bei ausreichender Potentialdifferenz (etwa 200 bis 500 Volt) das elektrische Feld der Scheibenelektrode 3, das den Sprühvorgang hindernde Feld der in unmittelbarer Umge bung der Flüssigkeitsdüse 1 entstehenden Raumladungen kompensieren muss. Dabei steht die Elektrode 3 völlig ausserhalb des Sprühstrahles.
Noch günstiger wird die Wirkung, wenn man der Raumladungselektrode gemäss Fig. 2 die Gestalt eines Zylinders 3a gibt, welcher in Richtung des Sprühstrahles hinter der Ab reisskante angeordnet ist und in dessen Achse der Sprühstrahl verläuft.
Währenddem die Scheibe 3 (Fug. 1) das Strömungsbild an der Luftdüse 2 etwas ungünstig beeinflusst, wirkt ein solcher Zylinder aerodynamisch günstig und erzeugt gleichzeitig ein Feld, dessen Kraftlinien mit einer wesentlichen Kompo nente in Richtung des Sprühstrahles verlau fen und daher den Abreissvorgang an der Düse 1 zusätzlich unterstützen.
Die Fig. 3 zeigt einen Kraftstoff- Vergaser für Brennkraftmaschinen in sche matischer Darstellung. Eine hinter einem Venturirohr 6 (von dem nur das Ende sichtbar ist) in den AnsaLigkanal ragende Kraftstoffdüse 7 ist mit dem einen Pol einer Spannungsquelle 8 verbunden, deren anderer Pol an einer rohrförmigen, elek trisch isoliert in den Ansaugkanal eingebau ten Raumladungselektrode 9 liegt.
An die Elektrode 9 schliesst Lmter Zwischenschaltung eines kurzen Isolierringes 10 eine ebenfalls isoliert angeordnete metallische Auskleidung 11 eines zum Brennraum führenden Gemisch rohres 12 an, welche an einem hohen, mit der Sprühdüse 7 gleichnamigen Potential der Spannungsquelle liegt. Die von der Düse 7 i fein versprühten, elektrisch geladenen Kraft stofftröpfchen werden infolgedessen durch das elektrostatisch abstossend wirkende Feld der Auskleidung 11 in einer Gemischsäule zu sammen gehalten und vermögen diese Aus- kleidung praktisch nicht mehr zu benetzen.
Ilierdureh wird die Verdampfung des Kraft stoffes auf dem Wege zum Brennraum unter stützt.
Den Querschnitt einer Ilochleistungs- Sprühdüse, wie sie z. B. in den Verdamp- fungs- und TrocknLmgsapparaturen der che mischen Industrie Verwendung finden kann, zeigt Fig. 4. Eine Flüssigkeitsdüse 13 ist axial innerhalb einer konischen Luftdüse 14 angeordnet und von dieser durch einen Iso- lierring 15 elektrisch isoliert.
Die radial in eine Kammer der Luftdüse 14 eingeführte Pressluft bildet eine schraubenförmig rotie rende Luftsäule, die etwa den gestrichelt an gedeuteten Sprühstrahl erzeugt. Zwischen der Luftdüse 14 und der Flüssigkeitsdüse 13 ist eine Spannungsquelle 8 angelegt.
Infolge der gewählten Konstruktion wirkt die Luftdüse 14 unmittelbar als Raumladungselektrode. Da jedoch das Zentrum der Raumladung etwa in einem Wirbelkern K liegt, empfiehlt es sich, die elektrostatische Wirkung der Luftdüse 14 noch durch einen venturiartig gestalteten Flektrodenzylinder 16 zu unterstützen, der mittels Stege von der Luftdüse 14 getragen wird.
In manchen Fällen ist es dabei zweck mässig, die Elektrode 16 von der Luftdüse 14 elektrisch getrennt zu halten und ihr ein etwas höheres, gleichnamiges Potential zu erteilen wie der Luftdüse 14.
Die als Ladungsübertrager benutzte Ab reisskante braucht natürlich nicht unbe dingt die Mündung einer Düse zu sein. Sie kann z. B. auch von der Scheibenkante eines Zentrifugalzerstäubers, etwa der im Krause- Sprühturm üblichen Art gebildet werden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt Fig. 5 schematisch im Schnitt. Eine unterhalb einer Spritzschutzhaube 17 angeordnete Zen trifugalscheibe 18 wird durch eine Welle 19 mit etwa 200 Umdr./Sek. angetrieben und liegt am negativen Pol einer Spannungsquelle 20.
Das in bekannter Weise aus Rohren 21 auf die Scheibe 18 abfliessende Trocknungsgut wird durch Zentrifugalkraft über die Ober- fl.äehe der Scheibe 18 verteilt und am Rande in der gestrichelt angedeuteten Weise nach allen Seiten abgesprüht.
Um hierbei durch Kompensation des Raumladungsfeldes das Abreissen feinster, elektrisch geladener Pani kelchen zu ermöglichen, ist über die Spritz- schutzhaube 17 unter Zwischenschaltung eines Isolierringes 22 eine flanschförmige Raumla- dungselektrode 23 gezogen, welche am posi tiven Pol einer Spannungsquelle 20 liegt.
Da die geladenen Flüssigkeitspartikelchen sich gegenseitig abstossen, gelingt es auf diesem Wege, das Aerosol dispers zu erhalten und somit die Trocknung noch rascher und gleich mässiger durchzuführen als bisher. In der Praxis bedeutet dies, da.ss man dem Turm einen kleineren Durchmesser geben kann, bzw. die Trocknung mit verminderter Luft temperatur durchführen kann; da es bekannt ist, dass z. B. bei eiweisshaltigen Nahrungs mitteln bereits eine Herabsetzung der Trock- nungstemperatur um wenige Grade zu ent scheidenden Qualitätsverbesserungen führen kann, bietet dies einen erheblichen Vorteil.
Da die geladenen Partikelchen infolge ihrer grossen Zahl Elektrizitätsmengen mit sich führen, welche Anlass zu sehr erheblichen sta tischen Aufladungen geben können, empfiehlt es sich, vor den Filteranlagen des Trock- nungsturmes geerdete Entladungsgitter zu stellen, welche diese Aufladungen ableiten. Das gleiche Ziel erreicht man, wenn man als Spannungsquelle 20 eine niederfrequente Weehselstromquelle benutzt. Entsprechende Massnahmen sind bei allen Ausführungsfor men zu treffen, die mit eingeschlossenem Sprühstrahl arbeiten.
Die Erfindung lässt sich bei allen Appa raten und Anlagen anwenden, in welchen man fein zerstäubte Flüssigkeiten benötigt Lnd besitzt den Vorteil, dass die entstehenden Flüssigkeitsteilchen eine sehr gleichmässige Ladung tragen, welche es sogar in gewissem Umfange ermöglicht, das strömende Aerosol durch elektrostatische Felder zu leiten und mz bündeln. Dies ist z. B. für die FortleitLng des Aerosols durch RohrleitLngen wichtig, in de nen man dann durch entsprechende elek trische Aufladung der Wandungen die Ent stehung von Niederschlägen weitgehend un terdrücken kann.