Mischdüse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischdüse, die zum Vermengen von Flüssigkeiten und/oder festen Partikeln mit Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten und/ouer festen Partikeln mit Gasen, und zum Ausstossen der entstandenen Mischung, beispielsweise Aufsprühen auf Oberflächen oder Versprühen in einen Raum hinein für beliebige Zwecke verwendet werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die er findungsgemässe Sprühdüse dazu dienen, ein erstes fliessfähiges Medium, im folgenden auch Fluidum genannt, welches flüssig oder gasförmig sein kann, mit mehreren anderen Fluida zu vermengen, beispielsweise erstens mit einer Flüssigkeit und zweitens mit einem feste Partikeln mitführenden Gas, oder erstens mit zwei anderen Flüssigkeiten und zweitens mit einer dritten anderen Flüssigkeit oder auch zweitens mit einem feste Partikeln mitführenden gasförmigen oder flüssigen Trägermedium; die Reihenfolge des Vermischens ; richtet sich im Einzel- falle danach, wie man das bestmögliche Ergebnis erhält.
Die zusätzlichen zu vermengenden Fluida werden bei dieser Ausführungsform dem strömenden ersten Fluidum in zwei aufeinanderfolgenden Gebieten hoher Turbulenz beigemischt; diese wird erzeugt durch einen speziell geformten Leitkörper, wie er im USA-Patent Nr. 2770501 von Henri Coanda beschrieben ist.
Die im genannten Patent beschriebene Vorrichtung ist einfach, wirksam, vielseitig verwendbar, erlaubt eine genaue Dosierung der miteinander zu vermengenden Stoffe und ist wirtschaftlich.
Zweck der Erfindung ist eine Weiterentwicklung dieser Vorrichtung in der Richtung, dass ein sukzessives Vermengen mehrerer zusätzlicher Fluida in gewünschter Reihenfolge möglich wird.
Die erfindungsgemässe Mischdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Düsenkanal, einen Strömungsleitkörper mit einer Vorderkante und einer Hinterkante, mindestens eine zwischen diesen Kanten angeordnete Ausnehmung, die an ihrer Rückseite durch eine Strömungsleitfläche begrenzt wird, mindestens eine erste Zuleitung, welche in die Ausnehmung einmündet, und mindestens eine zweite Zuleitung, welche in die Hinterkante des Leitkörpers einmündet, aufweist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mischdüse so ausgebildet, dass Fluidum zur Vorderkante des Profilkörpers strömt und sich dort in zwei mindestens teilweise laminare Ströme teilt, zwischen denen ein Gebiet niedrigen Drucks liegt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die im Gebiet zwischen Vorderkante und Hinterkante des Profils vorgesehene Ausnehmung von der einen bis zur anderen Seitenfläche des Profilkörpers durchgeht, wodurch die Turbulenz in diesem Gebiet stark gesteigert wird.
Für bestimmte Verwendungszwecke können statt einer durchgehenden Ausnehmung auch zwei Ausnehmungen vorgesehen sein, die voneinander durch eine Trennwand getrennt sind; bei dieser Ausführungsform ist das Profil nicht notwendig symmetrisch ausgebildet.
Vorzugsweise ist die rückwärtige Begrenzungsfläche der Ausnehmung bzw. Ausnehmungen parallel zur Vorderkante des Profils und bildet eine Strömungsleitfläche, durch welche ein zweites Gebiet mindestens teilweise laminarer Strömung erzeugt wird, und zwar hinter der durch die Ausnehmung erzeugten Zone hoher Turbulenz. Durch den hinteren Teil des Profilkörpers wird dann eine anschliessende zweite Turbulenzzone geschaffen. Die Hinterkante des Profilkörpers ist vorzugsweise nicht scharf, sondern stumpf mit diskontinuierlicher Kontur ausgebildet, wodurch das Auftreten einer Turbulenz und eines niedrigen Druckes begünstigt werden, wenn die Hinterkante aus dem offenen Ende des Kanals, in welchem der Profilkörper angeordnet ist, hervorragt.
Die in dem Profilkörper eingeführten Zuleitungen, nämlich die erste und die zweite Zuleitung, werden zum Gebrauch an Fluidenquellen angeschlossen, aus denen die gewünschten Fluida eingeleitet werden.
Vorzugsweise sind die Zuleitungen gegenüber der Ausnehmung paarweise so angeordnet, dass ihre Mündungen sich gegenüberstehen, so dass die von ihnen ausgestossenen Strahlen aufeinanderprallen und eine Wirbelscheibe bilden, in welcher sich das zugeführte Flui dum verteilt und mit dem vorbeigehenden Längsstrom vermengt. Der Hohlraum des Profilkörpers hat gemäss einer bevorzugten Ausführungsform an seiner Hinter kante eine rechteckige ! Öffnung, aus welcher das durch die zweiten Zuleitungen zugeführte Fluidum entweichen kann.
Der Profilkörper ist vorzugsweise am Auslassende des Längsströmungskanals angeordnet, durch den das erste Fluidum strömt, welchem die anderen Fluida beigemengt werden und welches im allgemeinen als Träger und Treibfluidum dient, mit dessen Hilfe die entstehende Mischung ausgestossen und/oder gegen eine Oberfläche oder in einen Raum hineingeschleudert wird.
Wenn das erste Fluidum ein Gas, wie Luft, ist, dann eignet sich die Mischdüse zum Versprühen von verschiedenen Flüssigkeiten in fein zerstäubter Form oder von flüssigen und/oder festen Partikeln, wobei eine oder mehrere Arten in der ersten Turbulenzzone in Nachbarschaft der Ausnehmung mit dem Längsstrom vermischt und ein oder mehrere Arten zusätzlicher Flüssigkeiten oder fester Partikeln in der zweiten Turbulenzzone an der Hinterkante des Profilkröpers der Mischung beigemengt werden können.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mischdüse und die Art ihrer Verwendung anhand der Zeichnungen erläutert.
In diesen sind gleiche Teile in verschiedener Ansicht stets durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt in Blockdarstellung eine mit einer Ausführungsform der Mischdüse nach vorliegender Erfindung ausgestattete Anlage.
Fig. 2 zeigt in grösserem Massstab die Mischdüse im isometrischen Schrägbild, wobei der Mantel des Düsenkanals aufgebrochen ist, um den Profilkörper freizulegen, und
Fig. 3 zeigt eine modifizierte Form des Profilkörpers.
Gemäss Fig. 1 enthält die Gesamtanlage ein Gebläse 10, durch welches über das Rohr 10 ein Luftstrom beträchtlicher Geschwindigkeit in das Anschlussstück 40 eingeblasen wird; dieses mündet in einen rechteckigen Teil 43 mit rechteckiger Austrittsöffnung 41 ein. Im rechteckigen Teil 43, im folgenden Düsenkanal genannt, ist ein Profilkörper 21 angeordnet, der eine Vorderkante 39 und eine Hinterkante 33 aufweist; die letztere ist abgestumpft und ragt aus der Öffnung 41 des Düsenkanals 43 heraus. Der Profilkörper 21 ist mit einer im wesentlichen gleichschenklig-dreieckigen Ausnehmung 38 versehen, deren Spitze nahe an der Vorderkante 39 liegt und deren hintere Kante, das ist die Grundlinie des Dreiecks, eine zweite Vorderkante 35 für die Längsströmung bildet.
Wie bereits gesagt, hat der Profilkörper ein tropfenförmiges Profil, wobei Oberund Unterseite konvex und symmetrisch sind und jede derselben der konvexen Seite eines Lufttragflügels entspricht.
Der Profilkörper 21 ist mit zwei ersten Zuleitungen 17 und 19 verbunden, welche mit ihren Austrittsöffnungen 36 bzw. 37 in die Ausnehmung 38 einmünden und welche mit Eluidumquellen verbunden werden können, durch welche Fluida gleicher oder verschiedener Art in die Ausnehmung eingeleitet werden können. Der Profilkörper ist ferner mit einem Hohlraum 32 versehen, der an der Hinterkante 33 eine rechteckige Auslassöffnung 34 hat, durch welche der aus ihr austretende Strom in dieselbe Richtung wie der durch den Düsenkanal 43 fliessende Längsstrom gelenkt wird. Der Hohlraum 32 ist mit einer Leitung 15 über die zweiten Zuleitungen 15a und 15b verbunden, die zu gegenüberliegenden Seiten des Hohlraumes führen und in diesen mit ihren Austrittsöffnungen 30 bzw. 31 einmünden.
Die Zuleitung 15, der Hohlraum 32 und die Auslass öffnung 32 haben je einen erheblich grösseren Querschnitt als die ersten Zuleitungen 17 und 19; sie sind für die Zuführung grosser Gasmengen oder von festen Partikeln in Trägergasen ausgelegt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die in Fig. 2 dargestellte Düse zum Gebrauch über das Anschlussstück 40 an das Rohr 11 angeschlossen, welches mit dem Gebläse 10 in Verbindung steht. Die Fluidumquellen 12, 13 und 14 sind über Rohre 16, 18 bzw. 20 an die Zuleitungen 15, 17 bzw. 19 angeschlossen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten modifizierten Form des Leitkörpers geht die Ausnehmung nicht von einer Oberfläche zur anderen ganz durch den Leitkörper hindurch. Es ist vielmehr in Längsrichtung eine Trennwand 50 in der Ausnehmung vorgesehen, welche die Strö mungsleitfläche 35 in Richtung der Grundlinie der Drei ecksausnehmung in eine obere Fläche 35a und eine untere Fläche teilt. In entsprechender Weise ist der Hohlraum 32 (Fig. 2) in diesem Falle durch eine Trennwand 52 in eine obere Kammer 32a und eine untere Kammer 32 unterteilt, welche beide an der Hinterkante 33 des Leitkörpers je eine rechteckige Auslassöffnung 34a bzw. 34b haben.
Dabei führen zu der oberen und der untere'n Ausnehmung je ein Paar von Zuleitungen 17a, 19a bzw. 17b, 19b und zu der oberen und der unteren Kammer im hinteren Teil des Leitkörpers je ein Paar Zuleitungen 15c, 15e bzw. 15d, 15f. Durch die in Fig. 3 dargestellte Konstruktion wird erreicht, dass vier zusätzliche Fluide zum Zwecke des Vermengens zugeführt werden können.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Leitkörper ist vorzugsweise symmetrisch; dies ist bei der in Fig. 3 dargestellten Form nicht notwendig der Fall. Wenn die Fluida, die durch die Zuleitungen 17a und 19a zugeführt werden sollen, sich in ihrer Viskosität von den durch die Zuleitungen 1 7b und 19b zuzuführenden unterscheiden, kann es zweckmässig sein, das Profil zu ändern, indem man die Konvexität der einen oder anderen Fläche zwecks Erzielung optimaler Ergebnisse grö 13er oder kleiner macht.
Ein Beispiel für die zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Düsen ist das Spritzen von Glasfasern und Epoxyharzen auf oder in eine Form, wobei mindestens vier Fluida in unterschiedlichen Zuständen und mit verschiedenen Eigenschaften verarbeitet werden. Erstens muss dabei ein Gas strom erzeugt werden, dem die anderen Komponenten beigemischt werden, für die er als Träger oder Treibmittel beim Verspritzen dient. Zweitens müssen mindestens zwei verschiedene Flüssigkeiten miteinander und mit dem Gasstrom vermischt werden, um eine härtbare Epoxymischung zu erhalten, und endlich muss eine Menge Glasfasern passender Dimensionen in einem Luftstrom der Mischung des Gasstroms und der Epoxymischung beigemengt werden, so dass eine zum Auftragen auf oder Eintragen in die Form geeignete gleichmässige Mischung entsteht.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Düse wird der Gasstrom durch das Gebläse 10 erzeugt. Während dieser Strom über den Leitkörper 21 hinwegstreicht, werden die beiden flüssigen Komponenten der Epoxymischung durch die Öffnungen 36 und 37 in die dreieckige Aus nehinung des Leitkörpers eingeleitet. Wegen des in der Ausnehmung bestehenden Unterdrucks und der in ihr erzeugten Turbulenz werden die Flüssigkeiten miteinander vermengt, und vom Gasstrom über die Strömungsleitfläche 35 zur Hinterkante 33 des Leitkörpers mitgenommen. Die von einem zweiten Gasstrom getragenen Glasfasern werden durch die Öffnungen 30 und 31 in den Hohlraum 32 geleitet und treffen hinter der Hinterkante 33 in einer zweiten Turbulenzzone mit der ersten Mischung zusammen.
Es entsteht dabei ein gleichmässiges Gemenge der verschiedenen Komponenten, welches nach dem Aufspritzen auf oder Einspritzen in eine Form zu einem glasfaserhaltigen Epoxyharz aushärtet.
Ein anderes Beispiel für die Verwendung der Mischdüse ist die Behandlung von Saatgut oder Getreide mit Chemikalien in flüssiger oder trockener Form zwecks Verhütung von Krankheitsbefall, zum Zwecke der Schädlingsbekämpfung oder zum Aufbringen wachstumsfördernder Mittel. In diesem Falle wird wieder durch das Gebläse 10 im Kanal 43 ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit erzeugt. Die Chemikalien können dem Luftstrom durch die Leitungen 17 und 19 über die dreieckige Ausnehmung des Leitkörpers zugeführt und mit ihm vermengt werden. Das zu behandelnde Gut kann durch die Leitung 15 zugeführt und durch die rechteckige Öffnung 34 an der Hinterkante 33 ausgestossen werden.
Bei dieser Behandlung kommt offensichtlich jedes einzelne Korn in innigen Kontakt mit dem chemischen Behandlungsmittel; das behandelte Gut wird durch den Gasstrom zwecks Lagerung oder Transport in einen Behälter eingebracht.
Noch ein anderes Beispiel für die Verwendung der Mischdüse ist das Vermengen dreier Fluida im flüssigen Zustand. So kann Wasser mit entsprechender Geschwindigkeit durch den Kanal 43 am Leitkörper 21 vorbeigepumpt werden. Ein Emulgator auf Erdölbasis kann durch die Zuleitungen 17 und 19 zugeführt und in der ersten Turbulenzzone bzw. in der Ausnehmung dem Wasser beigemengt werden. Darauf kann ein durch die Leitung 15 zugeführtes Insektizid, nach Ausstossen durch die Öffnung 34 in der zweiten Turbulenzzone dem vorbeistreichenden Flüssigkeitsstrom beigemengt werden.
Für einen weiteren Verwendungszweck kann die Mischdüse in der Zuleitung zu einem Dampfkessel montiert werden, wobei eine Anzahl von Zusätzen, wie Enthärtungsmittel, Antikorrosionsmittel und Mittel gegen die Bildung von Kesselstein dem Speisewasser zugemischt werden können und jeder Zusatz durch eine oder mehrere der Zuleitungen in die zwei Turbulenzzonen eingebracht werden kann. Die Stellung des Leitkörpers 21 gegenüber der Austrittsöffnung 41 hängt bis zu einem bestimmten Grade von der Geschwindigkeit der durch das Ausschlussstück 40 eintretenden Strömung ab. Bei veränderten Bedingungen kann der Leitkörper 21 auch gänzlich innerhalb des Düsenkanals 43 angeordnet sein, oder es kann anderseits die Vorderkante 39 praktisch in der Austrittsöffnung 41 liegen.
Bei Zerstäubung von Flüssigkeiten erhält man die besten Ergebnisse allerdings dann, wenn die Hinterkante aus dem Düsenkanal herausragt, weil dann durch die umgebende Luft die Turbulenz an der Hinterkante erhöht wird. Die für eine bestimmte Verwendung optimale Stellung des Leitkörpers 21 gegenüber der Austrittsöffnung 41 des Düsenkanals 43 kann in jedem Falle durch Versuche ohne Schwierigkeit festgestellt werden.
Es ist also möglich, dass bei einer Art der Verwendung bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn sich der Leitkörper gänzlich innerhalb des Düsenkanals befindet, während für andere Verwendungszwecke seine Einstellung gänzlich ausserhalb desselben oder auch eine Zwischenstellung günstiger ist; es ist deshalb zweckmässig, dass der Leitkörper gegenüber dem Düsenkanal verschiebbar ist.
In bestimmten Fällen kann der Düsenkanal auch weggelassen werden. Wenn beispielsweise Substanzen von einem Flugzeug aus verteilt werden sollen, dann erzeugt die Bewegung des Leitkörpers durch die Luft die zum einwandfreien Arbeiten erforderliche Luftströmung längs des Leitkörpers.
Gemäss einem weiteren Anwendungsbeispiel sind ein oder mehrere Leitkörper an den Enden rotierender Arme montiert, deren Rotation für die erforderliche Relativbewegung gegenüber dem umgebenden Fluidum sorgt. So können solche Luftkörper, die an den Enden der Rotorblätter eines Helikopters montiert sind, durchaus zufriedenstellend arbeiten.
Eine noch grössere Vielseitigkeit ist möglich durch Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, wobei dem Längsstrom bis zu vier verschiedene Fluida in der dreieckigen Ausnehmung und zwei weitere verschiedene Fluida aus der Öffnung in der Hinterkante zugemischt werden können. Im Hinblick darauf, dass der den Strömungsleitkörper schnell passierende Längsstrom sowohl in der Ausnehmung als auch an der Hinterkante Unterdruckgebiete erzeugt, ist es für bestimmte Anwendungen nicht erforderlich, die zusätzlich durch die Leitungen 15, 17 und 19 zugeführten Fluida unter Druck einzuleiten. Je nach den Eigenschaften der beizumengenden Stoffe können die Vorratsbehälter für diese Stoffe durch einfache Rohre angeschlossen werden, aus denen das Fluidum durch den Unterdruck in den Leitkörper hineingesaugt wird und in den vorbeifliessenden Längsstrom gelangt.
Die erfindungsgemässe Düse kann auch andere als die beispielsweise beschriebenen Formen haben. So kann die Ausnehmung im Leitkörper für bestimmte Anwendungen auch eine andere als dreieckige Gestalt haben, und die geometrische Form der zweiten Vorderkante kann ebenfalls anders sein.