CH704942B1

CH704942B1 - Bi-fuel internal mixing nozzle assembly and method for atomizing a liquid.

Info

Publication number: CH704942B1
Application number: CH01699/12A
Authority: CH
Inventors: Peter Walzel
Original assignee: Tech Universität Dortmund
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2015-07-31
Also published as: DE102010012555A1; WO2011116893A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Zweistoff-Innenmischdüsenanordnung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gases umfassend einen Düsenkörper (1) mit einer inneren Mischkammer, in welche wenigstens eine Flüssigkeitszuführung und wenigstens eine Gaszuführung (70) münden und in der die Flüssigkeit und das Gas mischbar sind, wobei die Mischkammer am stromabwärtigen Ende wenigstens eine Düsenöffnung aufweist, durch welche die mit dem Gas gemischte Flüssigkeit zur Umgebung hin zerstäubbar ist, wobei der Düsenkörper (1) eine innere Ausnehmung (2) aufweist, in die ein Einsatz (4) eingesetzt ist, an dem eine Vielzahl von Kapillaren (5) befestigt sind, die den Einsatz (4) durchdringen und vom Einsatz (4) ausgehend in die Mischkammer hineinragen, insbesondere die zumindest in ihrem Anfangsbereich parallel zueinander und in einer Hauptströmungsrichtung verlaufend angeordnet sind, wobei zwischen den offenen Enden der Kapillaren (5) und der Düsenöffnung ein Freiraum angeordnet ist, der einen sich in Richtung zur Düsenöffnung verjüngenden Querschnitt aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a pneumatic two-component internal mixing nozzle arrangement for atomizing a liquid by means of a gas comprising a nozzle body (1) with an inner mixing chamber into which at least one liquid feed and at least one gas feed (70) open and in which the liquid and the gas are miscible, wherein the mixing chamber at the downstream end has at least one nozzle opening through which the liquid mixed with the gas is atomizable to the environment, wherein the nozzle body (1) has an inner recess (2) into which an insert (4) is inserted a plurality of capillaries (5) are fixed, which penetrate the insert (4) and protrude from the insert (4) starting in the mixing chamber, in particular which are arranged parallel to each other at least in its initial region and in a main flow direction, wherein between the open Ends of the capillaries (5) and the nozzle opening a Freir is arranged, which has a tapering in the direction of the nozzle opening cross-section. The invention further relates to a corresponding method.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine pneumatische Zweistoff-Innenmischdüsenanordnung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gases, umfassend einen Düsenkörper mit einer Mischkammer, in welche wenigstens eine Flüssigkeitszuführung und wenigstens eine Gaszuführung münden und die am stromabwärtigen Ende wenigstens eine Düsenöffnung aufweist, durch welche die in der Mischkammer mit dem Gas gemischte Flüssigkeit zur Umgebung hin zerstäubbar ist. The invention relates to a pneumatic two-component internal mixing nozzle arrangement for atomizing a liquid by means of a gas, comprising a nozzle body with a mixing chamber, in which at least one liquid inlet and at least one gas supply open and at the downstream end has at least one nozzle opening, through which the in the mixing chamber with the gas mixed liquid is atomized to the environment.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gases, bei dem in eine Mischkammer eines Düsenkörpers über wenigstens eine Zuführung eine Flüssigkeit und über wenigstens eine Zuführung ein Gas eingeleitet und in der Mischkammer gemischt werden, wonach das Flüssigkeits-Gas-Gemisch mittels wenigstens einer am stromabwärtigen Ende der Mischkammer angeordneten Düsenöffnung zur Umgebung hin zerstäubt wird. The invention further relates to a method for atomizing a liquid by means of a gas, wherein in a mixing chamber of a nozzle body via at least one feed a liquid and at least one feed, a gas is introduced and mixed in the mixing chamber, after which the liquid gas Mixture is atomized by means of at least one arranged at the downstream end of the mixing chamber nozzle opening to the environment.

[0003] Düsenanordnungen dieser im Stand der Technik bekannten Art sowie die bekannten Verfahren beruhen darauf, innerhalb einer Düsenanordnung eine Flüssigkeit, gegebenenfalls auch mit Partikeln beladene Flüssigkeit, mit einem Gas zu vermischen und aufgrund des Betriebs mit hohen Drücken innerhalb der Mischkammer gegenüber der Umgebung an der Düsenöffnung eine Expansion und damit ein Zerstäuben des Flüssigkeits-Gas-Gemisches zu erzielen. Der für die Zerstäubung benötigte Energieeintrag erfolgt hierbei im Wesentlichen durch das Gas. Nozzle arrangements of this type known in the art and the known methods are based on mixing within a nozzle arrangement a liquid, possibly also with particles laden liquid, with a gas and due to the operation at high pressures within the mixing chamber relative to the environment the nozzle opening to achieve an expansion and thus a sputtering of the liquid-gas mixture. The energy input required for the atomization takes place here essentially by the gas.

[0004] Durch bekannte Düsenanordnungen und bekannte Verfahren dieser Art werden Partikelgrössen der Flüssigkeit von mehreren Mikrometern erzielt. Dabei können sowohl Flüssigkeitstropfen in dieser Grössenordnung als auch Feststoffpartikel erreicht werden, insbesondere dann, wenn als Flüssigkeit ein verdunstendes Lösungsmittel eingesetzt wird. By known nozzle arrangements and known methods of this type particle sizes of the liquid are achieved by several micrometers. In this case, both liquid droplets of this order of magnitude and solid particles can be achieved, in particular if an evaporating solvent is used as the liquid.

[0005] Im Stand der Technik ist es dabei als Problem bekannt, dass bei bisherigen Aufbauten und Verfahren im Betrieb im Wesentlichen festzustellen ist, dass bei niedrigviskosen Flüssigkeiten eine Proportionalität von Düsendurchmesser und Tropfendurchmesser gegeben ist, wenn das Produkt aus Düsendurchmesser und Druck konstant gehalten wird. Dies bedeutet, dass zur Erzielung kleinerer Tropfendurchmesser die Düsendurchmesser verringert, gleichzeitig damit aber der Arbeitsdruck einer solchen Düse erhöht werden muss. Aus diesem Grund konnten bislang Tropfenabmessungen nach der Zerstäubung in einem Bereich unterhalb von 1 bis 10 Mikrometer nicht oder nur schwer erschlossen werden. Darüber hinaus ist es als weiteres Problem bekannt, dass bisherige Düsenanordnungen aufgrund von Pfropfenbildung innerhalb einer Mischkammer zu Pulsationen neigen und deshalb zu einem sehr breiten Tropfengrössenspektrum führen. Besonders bei viskosen Flüssigkeiten mit einer dynamischen Viskosität von grösser als 0,1 Pa s macht sich die Pulsation bei herkömmlichen Düsen besonders stark bemerkbar. In the prior art, it is known as a problem that is to determine in previous structures and methods in operation substantially that in low-viscosity liquids, a proportionality of nozzle diameter and drop diameter is given if the product of nozzle diameter and pressure is kept constant , This means that to achieve smaller droplet diameter reduces the nozzle diameter, but at the same time so that the working pressure of such a nozzle must be increased. For this reason, until now, droplet dimensions after atomization in a range below 1 to 10 micrometers could not be developed or only with difficulty. In addition, it is known as a further problem that previous nozzle arrangements tend to pulsations due to plug formation within a mixing chamber and therefore lead to a very broad droplet size spectrum. Especially with viscous liquids with a dynamic viscosity of greater than 0.1 Pa s, the pulsation in conventional nozzles is particularly noticeable.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zweistoff-Innenmischdüsenanordnung und ein Verfahren zur Zerstäubung von Flüssigkeiten bereitzustellen, mit denen ein sehr gleichmässiges Zerstäuben einer gewünschten Flüssigkeit erzielt wird und bevorzugterweise der Bereich einer Tröpfchengrösse kleiner als 10 Mikrometer Durchmesser bei vergleichsweise hohen Durchsätzen und Beladungen, d.h. Massenstromverhältnissen von Flüssigkeit zum Gas grösser als 1 erschlossen wird. Insbesondere soll ein pulsationsfreier Betrieb auch bei höheren Viskositäten, z.B. grösser als 0,1 Pa s ermöglicht werden. The object of the invention is to provide a two-material internal mixing nozzle assembly and a method for atomizing liquids, with which a very uniform atomization of a desired liquid is achieved and preferably the range of droplet size smaller than 10 micrometers in diameter at relatively high throughputs and Loadings, ie Mass flow ratios of liquid to gas greater than 1 is opened. In particular, pulsation-free operation should also be achieved at higher viscosities, e.g. greater than 0.1 Pa s be enabled.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss konstruktiv dadurch gelöst, dass der Düsenkörper eine innere Ausnehmung aufweist, in die ein Einsatz eingesetzt ist, an dem eine Vielzahl von Kapillaren befestigt ist, die den Einsatz durchdringen und vom Einsatz ausgehend in die Mischkammer hineinragen. Bevorzugt sind die Kapillaren zumindest in ihrem Anfangsbereich parallel zueinander und in einer Hauptströmungsrichtung verlaufend angeordnet. Zwischen den offenen Enden der Kapillaren und der Düsenöffnung ist ein Freiraum angeordnet, der einen sich in Richtung zur Düsenöffnung verjüngenden Querschnitt aufweist. This object is achieved according to the invention constructively in that the nozzle body has an inner recess into which an insert is used, to which a plurality of capillaries is attached, which penetrate the insert and projecting from the insert into the mixing chamber. The capillaries are preferably arranged parallel to one another and running in a main flow direction, at least in their initial region. Between the open ends of the capillaries and the nozzle opening a free space is arranged, which has a tapering in the direction of the nozzle opening cross-section.

[0008] Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Flüssigkeit durch eine Vielzahl von gasumströmten Kapillaren in die Mischkammer zugeführt wird und aus den Kapillaren austretende Flüssigkeitsligamente vor dem Durchtritt durch wenigstens eine Düsenöffnung in einem der Düsenöffnung vorgelagerten und sich in Richtung zur Düsenöffnung im Querschnitt verjüngenden Freiraum verstreckt werden. Technically, the object is achieved in that the liquid is fed through a plurality of gas-flowed capillaries in the mixing chamber and exiting the capillaries liquid ligaments before passing through at least one nozzle opening in one of the nozzle opening and upstream in the direction of the nozzle opening in cross section tapered free space to be stretched.

[0009] Dabei wird unter der Hauptströmungsrichtung diejenige Richtung verstanden, in welcher der durch die Düse erzeugte Strahl verläuft, bzw. dessen Maximum. Bei symmetrischen Düsen handelt es sich dabei im Regelfall um die Richtung der Normalen der Ebene, in welcher die Düsenöffnung angeordnet ist. Auch kann hierunter die insbesondere mittlere Strömungsrichtung der zugeführten Komponenten (Flüssigkeit und Gas) in der Düse (von den offenen Kapillarenden bzw. dem Gaseintritt) hin zur Düsenöffnung verstanden werden. In this case, the direction in which the jet generated by the nozzle extends, or its maximum, is understood as meaning the direction of the main flow. As a rule, symmetrical nozzles are the direction of the normal of the plane in which the nozzle opening is arranged. This can also be understood as meaning in particular the average flow direction of the components (liquid and gas) in the nozzle (from the open capillary ends or the gas inlet) to the nozzle opening.

[0010] Der wesentliche Kerngedanke der Erfindung ist es hier, dass in der Mischkammer des Düsenkörpers eine sehr gleichmässige Vermischung von Flüssigkeit und Gas erfolgt und diese homogene Vermischung in Form von Flüssigkeitsligamenten bis zur Düsenöffnung innerhalb der Mischkammer erhalten bleibt und erst nach der Düsenöffnung durch die Expansion gegenüber der Umgebung ein Zerstäuben dieses homogenen Gemisches stattfindet. Hierbei wird zum einen zunächst durch die Vielzahl der Kapillaren eine ebenso grosse Vielzahl von Flüssigkeitsligamenten erzeugt, wobei weiterhin in dem benannten Freiraum aufgrund der Verstreckung die Flüssigkeitsligamente in Richtung auf die Düsenöffnung zu verdünnt werden, d.h. jedes der Flüssigkeitsligamente bildet einen in Richtung zur Düsenöffnung spitzer werdenden Kegel aus. Dabei kann die Gestalt der Ligamente durch die sie begleitende Gasströmung bis zur Düse hin auch wellig werden. The essential core idea of the invention here is that a very uniform mixing of liquid and gas takes place in the mixing chamber of the nozzle body and this homogeneous mixing in the form of liquid ligaments is maintained up to the nozzle opening within the mixing chamber and only after the nozzle opening through the Expansion towards the environment a sputtering of this homogeneous mixture takes place. In this case, on the one hand, an equally large number of liquid ligaments is initially produced by the multiplicity of capillaries, the liquid ligaments in the designated free space due to the stretching also becoming to be diluted in the direction of the nozzle opening, i. each of the liquid ligaments forms a tapered cone toward the nozzle orifice. In this case, the shape of the ligaments can also become wavy through the accompanying gas flow up to the nozzle.

[0011] Durch die Erfindung kann somit aufgrund des Aufteilens der Flüssigkeit auf mehrere Kapillaren, die gemeinsam in eine Mischkammer mit einer einzigen Düsenöffnung münden, auch im Fall höher viskoser Flüssigkeiten, z.B. höher als 0,1 Pa s, ein sehr feinteiliges Gemisch beider Phasen hergestellt werden, das dann durch die eine Düsenöffnung strömt und bei der Expansion sehr effektiv zu kleinen Tropfen zerrissen wird, ohne dass eine Pfropfenbildung und damit einhergehende Pulsation entstehen würde. Thus, by virtue of the invention, the liquid may be divided into a plurality of capillaries which together open into a mixing chamber with a single nozzle opening, even in the case of highly viscous liquids, e.g. higher than 0.1 Pa s, a very finely divided mixture of both phases are produced, which then flows through the one nozzle opening and is torn very effectively into small droplets during expansion without the formation of a plug and the associated pulsation.

[0012] Die Verstreckung bzw. Verdünnung erfolgt hier deshalb, weil der gesamte Massenstrom durch den Düsenkörper konstant ist und in dem Freiraum aufgrund des verjüngenden Querschnittes in Richtung zur Düsenöffnung die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung zur Düsenöffnung zunimmt, deswegen demnach die Flüssigkeitsligamente von den Kapillaröffnungen weg beschleunigt werden. The drawing or dilution is carried out here because the total mass flow through the nozzle body is constant and increases in the free space due to the tapered cross section in the direction of the nozzle opening, the flow velocity in the direction of the nozzle opening, therefore the liquid ligaments accelerated away from the capillary become.

[0013] Eine Zweistoff-Innenmischdüsenanordnung, bei welcher ein grundsätzlich beliebiges Gas mit einer Flüssigkeit gemischt wird, kann hierbei in einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsvariante derart ausgeführt sein, dass sich der innere Querschnitt der Ausnehmung in Strömungsrichtung der Flüssigkeit an einer Stufe verringert, wobei die Stufe in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor der wenigstens einen Gaszuführung angeordnet ist und wobei der Einsatz an der genannten Stufe befestigbar ist, beispielsweise klemmend befestigbar ist. A dual-substance internal mixing nozzle arrangement, in which a basically arbitrary gas is mixed with a liquid, can in this case be designed in a structurally preferred embodiment such that the inner cross-section of the recess in the flow direction of the liquid is reduced at one stage, wherein the step is arranged in the flow direction of the liquid in front of the at least one gas supply and wherein the insert is fastened to the said step, for example, is clamped fastened.

[0014] Eine solche Düsenkonstruktion hat hierbei den Vorteil, dass der beschriebene Einsatz zum einen austauschbar ist, somit also je nach Anforderungen verschiedene Kapillarlängen oder Durchmesser verwendet werden können und zum anderen, dass durch die Kapillaren selbst die Flüssigkeit in zueinander parallelen Strängen geführt wird, wobei die Kapillaren mit ihren Aussenwandungen aufgrund der zumindest anfänglichen parallelen Führung in gleicher Weise zumindest auch im Anfangsbereich der Kapillaren das in die Mischkammer eingeführte Gas ebenso parallel führen. Es ergibt sich dadurch eine besonders homogene Strömung aus Flüssigkeitsligamenten in einer Gasumgebung, da die aus den Kapillaren austretende Flüssigkeit auf einen in derselben Austrittsrichtung geführten Gasstrom trifft. Dies bewirkt eine sehr homogene Vermischung, die in dem Bereich vom Kapillarende bis zur Düsenöffnung erhalten bleibt. Such a nozzle construction has the advantage that the described use is interchangeable, so thus depending on the requirements different Kapillarlängen or diameter can be used and on the other hand that the capillaries themselves, the liquid is guided in parallel strands, wherein the capillaries with their outer walls due to the at least initial parallel guide in the same way, at least also in the initial region of the capillaries, the gas introduced into the mixing chamber also run parallel. This results in a particularly homogeneous flow of liquid ligands in a gas environment, since the liquid emerging from the capillaries meets a gas flow guided in the same discharge direction. This causes a very homogeneous mixing, which is maintained in the range from the capillary end to the nozzle opening.

[0015] Durch die Anordnung des Einsatzes in der Ausnehmung in Strömungsrichtung vor der Zuführung des Gases, z.B. an der genannten Stufe, bildet der Einsatz gleichzeitig eine Begrenzung der Mischkammer. Die Mischkammer beginnt somit in Strömungsrichtung nach dem Einsatz, wobei in diese Mischkammer zum einen das Gas und durch die Kapillaren die Flüssigkeit zugeführt wird. By the arrangement of the insert in the recess in the flow direction before the supply of the gas, e.g. at the same stage, the insert simultaneously forms a boundary of the mixing chamber. The mixing chamber thus begins in the flow direction after use, in which mixing chamber, on the one hand the gas and the capillaries the liquid is supplied.

[0016] Um bereits innerhalb der Mischkammer sehr feine Flüssigkeitsligamente zu erzeugen, kann es vorgesehen sein, Kapillaren zu verwenden, die einen inneren Austrittsquerschnitt aufweisen, der im Bereich von 80 bis 120 Mikrometer liegt. Bei Düsen für gröbere Tropfen über 100 Mikrometer werden auch deutlich grössere Kapillaren, bspw. mit Innendurchmessern bis 10 mm, eingesetzt. Dabei kann in weiterer Bevorzugung der Kapillareninnendurchmesser zum Düsendurchmesser unabhängig von ihrer absoluten Grösse in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:4 liegen. In order to produce very fine liquid ligaments already within the mixing chamber, it may be provided to use capillaries which have an inner outlet cross-section which is in the range of 80 to 120 micrometers. For nozzles for coarser drops over 100 micrometers also significantly larger capillaries, eg. With inner diameters up to 10 mm used. In this case, the capillary inner diameter to the nozzle diameter may, in a further preference, be in a ratio of 1: 1 to 1: 4, regardless of their absolute size.

[0017] Eine besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung ergibt sich dann, wenn die Kapillaren am Einsatz freitragend befestigt sind, wobei hier im Sinne der Erfindung als freitragend verstanden wird, dass die Kapillaren an ihrem in Strömungsrichtung liegenden Kapillaranfang mit dem Einsatz verbunden sind, beispielsweise in Bohrungen des Einsatzes befestigt sind und in Strömungsrichtung nach dem Ende des Einsatzes keine weitere Verbindung mehr untereinander oder zu anderen Elementen aufweisen, somit also jede der einzelnen Kapillaren in Strömungsrichtung, beginnend am Einsatz bis zu ihrem Ende frei in der Mischkammer angeordnet ist, ohne Kontakt zu einer anderen Kapillare oder z.B. zu einer Innenwandung der Mischkammer aufzuweisen. A particularly preferred structural configuration is obtained when the capillaries are attached to the insert cantilevered, which is understood here in the context of the invention as self-supporting that the capillaries are connected at their lying in the direction of flow capillary with the use, for example in holes are fixed to the insert and in the flow direction after the end of the insert no further connection with each other or to other elements, thus each of the individual capillaries in the flow direction, starting at the insert is arranged freely up to its end in the mixing chamber, without contact to a other capillary or eg to have an inner wall of the mixing chamber.

[0018] Hierdurch wird erzielt, dass der für das strömende Gas zur Verfügung stehende Querschnitt in der Mischkammer im Bereich vom Einsatz bis zum Kapillarende vollständig gegeben ist durch den Querschnitt der Mischkammer, abzüglich der Summe der Aussenquerschnitte aller Kapillaren. Es stellen demnach lediglich der Querschnitt der Mischkammer sowie der Querschnitt der Kapillaren Elemente dar, die die Gasströmung begrenzen. Da die Kapillaren zumindest in ihrem Anfangsbereich auf ihrer Erstreckung vom Einsatz in Richtung zum Kapillarende parallel verlaufen, wird demnach zumindest in diesem Bereich in gleicherweise durch die Aussenwandungen der Kapillaren der Gasstrom parallel geführt. Bei einer gebogenen Führung der Kapillaren, würde ebenso der Gasstrom auch dem Verlauf der Kapillaren folgen. It is thereby achieved that the available for the flowing gas cross section in the mixing chamber in the range from the insert to the capillary is completely given by the cross section of the mixing chamber, minus the sum of the outer cross sections of all capillaries. Accordingly, only the cross section of the mixing chamber and the cross section of the capillaries are elements which limit the gas flow. Since the capillaries run parallel at least in their initial region on their extension from the insert in the direction of the capillary end, the gas stream is thus guided in parallel, at least in this region, in the same direction through the outer walls of the capillaries. With a curved guidance of the capillaries, the gas flow would also follow the course of the capillaries.

[0019] In einer weiteren konstruktiven Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Ausnehmung im Bereich vom Einsatz bis zum Kapillarende in Strömungsrichtung wenigstens einmal verjüngend ausgebildet ist. Durch diese Querschnittsverjüngung kann beispielsweise eine Beschleunigung des Gasstromes vor Erreichen des Kapillarendes erzielt werden, wobei durch die Verjüngung bzw. den Grad der Verjüngung Einfluss genommen werden kann auf die Schnelligkeit der Gasströmung an den Kapillarenden. Hierbei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Querschnitt an einer solchen Verjüngungsstelle in seiner Form geändert sein, beispielsweise in Strömungsrichtung vor der Verjüngungsstelle einen runden Querschnitt aufweisen, wohingegen die Mischkammer in Strömungsrichtung nach der Verjüngungsstelle einen mehreckigen Querschnitt, beispielsweise einen sechseckigen Querschnitt, aufweisen kann. Dabei können plane Flächenbereiche gerundet ineinander übergehen. Ein mehreckiger Querschnitt ist somit nicht im mathematischen Sinne als mehreckig zu verstehen. In a further constructive development, it may be provided that the cross section of the recess in the area from the insert to the capillary end in the flow direction is at least once tapered. By means of this cross-sectional taper, for example, an acceleration of the gas flow can be achieved before reaching the end of the capillary, whereby the taper or the degree of taper can influence the speed of the gas flow at the capillary ends. In this case, in an advantageous development, the cross section at such a tapering point may be changed in shape, for example in the flow direction before the tapering point have a round cross section, whereas the mixing chamber in the flow direction after the tapering point may have a polygonal cross section, for example a hexagonal cross section. In this case, planar surface areas can be rounded into one another. A polygonal cross-section is therefore not to be understood in the mathematical sense as polygonal.

[0020] Gerade ein solcher mehr-, bevorzugt sechseckiger Querschnitt hat den Vorteil, dass an diesem Querschnitt die Anordnung der Kapillaren angepasst werden kann. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass die Kapillaren senkrecht zur Strömungsrichtung in einem mehreckigen, insbesondere sechseckigen Querschnitt gepackt sind. Eine solche Packung kann besonders dann, wenn die Kapillaren jeweils versetzt zueinander, insbesondere in versetzten Reihen angeordnet sind, besonders dicht erfolgen, so dass eine maximale Querschnittsausnutzung gegeben ist, bei welcher eine besonders hohe Anzahl von Kapillaren in einer vorgegebenen inneren Querschnittsweite der Mischkammer erreicht werden kann. In einer bevorzugten Ausführung werden mehr als 16 Kapillaren, bevorzugt wenigstens 19 Kapillaren, am Einsatz befestigt. Just such a multi-preferred, preferably hexagonal cross-section has the advantage that the arrangement of the capillaries can be adapted to this cross-section. For this purpose, it can be provided that the capillaries are packed perpendicular to the flow direction in a polygonal, in particular hexagonal cross-section. Such a packing can be particularly dense, in particular when the capillaries are offset from each other, in particular in offset rows, so that a maximum cross-sectional utilization is given, in which a particularly high number of capillaries are achieved in a predetermined internal cross-sectional width of the mixing chamber can. In a preferred embodiment, more than 16 capillaries, preferably at least 19 capillaries, are attached to the insert.

[0021] In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung kann es in einer möglichen konstruktiven Alternative vorgesehen sein, dass die Kapillaren von ihrem Anfangsbereich, an welchem sie am Einsatz befestigt sind, bis zu ihrem offenen Ende in der Mischkammer parallel zueinander, insbesondere dabei parallel zur Hauptströmungsrichtung, verlaufen. Hierbei, sowie auch bei anderen Ausführungen, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass zur Erzielung eines bei allen Kapillaren gleichen Druckverlustes die Längen und die Querschnitte aller Kapillaren gleich sind. In a further preferred embodiment, it may be provided in a possible constructive alternative that the capillaries from their initial area to which they are attached to the insert, to their open end in the mixing chamber parallel to each other, in particular parallel to the main flow direction , Here, as well as in other embodiments, it is particularly preferred that to achieve a same pressure loss in all capillaries, the lengths and cross sections of all capillaries are the same.

[0022] Bei den möglichen Ausführungsformen kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die offenen Enden der Kapillaren auf einer Teilkugelschale angeordnet sind, deren Mittelpunkt in oder in Strömungsrichtung hinter oder auch vor der Düsenöffnung liegt. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die Strecke vom jeweiligen Ende einer Kapillare bis zur Düsenöffnung für alle Flüssigkeitsligamente, die aus den Kapillaröffnungen austreten, identisch ist. Um gerade bei einer Anordnung der offenen Enden auf einer Teilkugelschale gleiche Längen der jeweiligen Kapillare zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass die Anfangsöffnungen der Kapillare, in die die Flüssigkeit zugeführt wird, am Ort des Einsatzes in gleicher Weise auf einer Teilkugelschale angeordnet sind. In the possible embodiments, it may further be provided that the open ends of the capillaries are arranged on a partial spherical shell, the center of which lies in or in the flow direction behind or in front of the nozzle opening. This has the further advantage that the distance from the respective end of a capillary to the nozzle opening is identical for all liquid ligaments emerging from the capillary openings. In order to achieve the same lengths of the respective capillary, particularly in an arrangement of the open ends on a partial spherical shell, it may be provided that the initial openings of the capillary, into which the liquid is supplied, are arranged in the same way on a partial spherical shell at the location of the insert.

[0023] In einer anderen Ausführungsform, bei welcher ebenso die offenen Enden auf einer Teilkugelschale angeordnet sein können, kann es auch vorgesehen sein, dass die Kapillaren, beginnend am Einsatz, zunächst parallel verlaufen und an oder vor ihrem Ende jeweils in die Richtung zur Düsenöffnung gebogen sind. Dabei kann das jeweilige Ende der Kapillare kurz vor der Austrittsöffnung wiederum eine gerade Ausrichtung aufweisen. Dabei können die Kapillarenden innerhalb ihrer Wandstärke in einer bevorzugten Ausbildung angespitzt sein, um so eine besonders dichte Aneinanderanordnung der einzelnen Kapillaröffnungen zu erzielen. In another embodiment, in which also the open ends can be arranged on a partial spherical shell, it can also be provided that the capillaries, starting at the insert, initially parallel and at or before its end respectively in the direction of the nozzle opening are bent. In this case, the respective end of the capillary can again have a straight alignment shortly before the outlet opening. In this case, the capillary ends can be sharpened within their wall thickness in a preferred embodiment, so as to achieve a particularly tight juxtaposition of the individual capillary openings.

[0024] Bei beiden hier alternativ beschriebenen Ausführungsformen, d.h. komplett parallel verlaufenden Kapillaren, ebenso wie den am Endbereich gebogenen Kapillaren, kann es vorgesehen sein, dass keine der Kapillaren exakt zentrisch fluchtend zur Hauptströmungsrichtung auf die Düsenöffnung weist. Eine solche Anordnung wird bevorzugt bei den gebogenen Kapillarenden gewählt. In both alternative embodiments described herein, i. completely parallel capillaries, as well as the capillaries bent at the end, it can be provided that none of the capillaries has exactly centered aligned with the main flow direction to the nozzle opening. Such an arrangement is preferably chosen for the curved capillary ends.

[0025] In einer vorteilhaften Weiterbildung, die grundsätzlich mit jeder der vorhergenannten Ausführungen kombinierbar ist, kann es vorgesehen sein, dass der Abstand der Kapillarenden zur Düsenöffnung einstellbar ist. Hierdurch kann festgelegt werden, mit welcher Beschleunigung die Flüssigkeitsligamente gestreckt werden, so dass je nach Viskosität der Flüssigkeit durch dieses Abstandsmass auch sicher gestellt werden kann, dass die Flüssigkeitsligamente bis zum Durchtritt durch die Düsenöffnung erhalten bleiben, ohne bereits innerhalb der Mischkammer aufzubrechen. In an advantageous development, which is basically combined with each of the aforementioned embodiments, it may be provided that the distance between the capillary ends is adjustable to the nozzle opening. In this way, it can be determined with which acceleration the liquid ligaments are stretched so that, depending on the viscosity of the liquid, this distance measure can also ensure that the liquid ligaments are retained until they pass through the nozzle opening without already breaking up within the mixing chamber.

[0026] Um eine Änderung des Abstands zu erzielen, kann es beispielsweise vorgesehen sein, eine Anzahl von Einsätzen vorzuhalten, bei denen die Länge der Kapillaren, ausgehend vom Einsatz bis zur Kapillarenöffnung, unterschiedlich gewählt ist. In order to achieve a change in the distance, it may be provided, for example, vorzuhalten a number of inserts in which the length of the capillaries, starting from the insert to the capillary opening, is chosen differently.

[0027] In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, verschiedene Abstände mit ein- und demselben Einsatz zu erreichen, wofür beispielsweise mit Bezug auf die vorgenannte Konstruktion zwischen dem Einsatz und der vorgenannten Stufe ein Zwischenring in die benannte Ausnehmung eingelegt werden kann. Dieser Zwischenring erzeugt eine Abstandsänderung zwischen den offenen Kapillarenden und der Düsenöffnung um das Mass der Dicke des Zwischenrings. In another embodiment, it may also be provided to achieve different distances with one and the same use, for which, for example, with reference to the aforementioned construction between the insert and the aforementioned stage, an intermediate ring can be inserted into the said recess. This intermediate ring generates a change in distance between the open Kapillarenden and the nozzle opening by the amount of the thickness of the intermediate ring.

[0028] In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn die Kapillaren bzw. der gesamte Einsatz innerhalb der inneren Ausnehmung rotiert werden können, dass der Einsatz ein Aussengewinde aufweist, welches an einem Innengewinde in der Ausnehmung in Eingriff ist, so dass durch eine Rotation des Einsatzes, mit jeder vollständigen Umdrehung, der Abstand der Kapillarenden um eine Gewindesteigung variiert werden kann. In another embodiment, it may also be provided, in particular when the capillaries or the entire insert can be rotated within the inner recess, that the insert has an external thread, which is in engagement with an internal thread in the recess, so that by a rotation of the insert, with each complete revolution, the distance between the capillary ends can be varied by one pitch.

[0029] Bei Anordnungen, bei denen die Vielzahl der Kapillaren innerhalb der Ausnehmung nicht rotiert werden kann, beispielsweise bei Packungen mit mehreckigem Querschnitt, kann es vorgesehen sein, dass zur Vereinfachung des Einbaus eines solchen Einsatzes in die Ausnehmung einer erfindungsgemässen Düsenanordnung eine Verdrehsicherung vorgesehen ist. Eine solche Verdrehsicherung kann beispielsweise am Einsatz und/oder einem Zwischenring vorgesehen sein. Eine solche Verdrehsicherung kann erzielt werden durch einen Formschluss zwischen Einsatz bzw. Zwischenring und der inneren Ausnehmung, insbesondere im Bereich der Stufe. Hierfür kann die Aussenkontur des Einsatzes bzw. des Zwischenrings an die Innenkontur der Ausnehmung angepasst sein, z.B. zum Zweck, einen Formschluss zu erzielen. In arrangements in which the plurality of capillaries can not be rotated within the recess, for example, in packages with polygonal cross-section, it may be provided that in order to simplify the installation of such an insert in the recess of an inventive nozzle arrangement, a rotation is provided , Such a rotation can be provided for example on the insert and / or an intermediate ring. Such a rotation can be achieved by a positive connection between the insert or intermediate ring and the inner recess, in particular in the region of the step. For this purpose, the outer contour of the insert or of the intermediate ring can be adapted to the inner contour of the recess, e.g. for the purpose of achieving a positive fit.

[0030] Beim Betrieb der Düse kann es von Vorteil sein, insbesondere wenn die Viskosität der Flüssigkeit über 0,1 Pa s liegt, die in die Kapillaren eintretende Flüssigkeit stromaufwärts, bspw. in einem statischen Mischer mit einem Gas zu vermischen. Das Gas kann identisch mit dem stromabwärts für die Zerstäubung beigefügten Gas sein, kann aber auch ein anderer Stoff sein. Bspw. bewirkt CO2im Fall von Polymerlösungen eine Reduzierung der Viskosität im Vergleich zum Gemisch ohne CO2, wodurch die nachfolgende Zerstäubung zu kleineren Tropfen führt. Aus den Kapillaren tritt im Fall der vorherigen Gaseinmischung, je nach Löslichkeit und Mengenstromverhältnis von Gas und Flüssigkeit, dann vorzugsweise eine Schaumströmung aus. Sie bildet vergleichbar mit einer nicht begasten Flüssigkeit Ligamente aus Schaum am Austritt der Kapillaren, die anschliessend verstreckt und analog zerstäubt werden. Der Schaum lässt sich besonders feinteilig zerstäuben. When operating the nozzle, it can be advantageous, especially if the viscosity of the liquid is above 0.1 Pa s, to mix the liquid entering the capillaries upstream, for example in a static mixer, with a gas. The gas may be identical to the gas added downstream for atomization, but may be another substance. For example. In the case of polymer solutions, CO2 reduces viscosity compared to the mixture without CO2, resulting in smaller droplets for subsequent atomization. From the capillaries occurs in the case of the previous gas mixing, depending on the solubility and flow ratio of gas and liquid, then preferably a foam flow. It forms, similar to a non-fumigated fluid ligaments of foam at the outlet of the capillaries, which are then stretched and atomized analogously. The foam can be atomized very finely.

[0031] In einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, die Intensität der Vermischung beider Phasen zu beeinflussen, z.B. durch Anordnung eines durchströmbaren bzw. von den beiden Phasen durchströmten Einsatzes im Bereich zwischen den offenen Enden der Kapillaren und der Düsenöffnung, insbesondere in Hauptströmungsrichtung zwischen den offenen Enden der Kapillaren und dem genannten Freiraum, der sich in Richtung zur Düsenöffnung im Querschnitt verjüngt. In another embodiment of the invention, it may also be provided to influence the intensity of the mixing of both phases, e.g. by arranging an insert which can be flowed through or through which the two phases flow in the region between the open ends of the capillaries and the nozzle opening, in particular in the main flow direction between the open ends of the capillaries and the said free space, which tapers in the direction of the nozzle opening in cross section.

[0032] Hierbei kann es vorgesehen sein, den Einsatz derart auszuführen, dass der innere Gesamtquerschnitt der Ausnehmung bzw. des Inneren des Düsenkörpers, der ohne den Einsatz vor dem Beginn des Freiraums gegeben ist, durch den Einsatz auf 30 bis 70% reduziert wird. It may be provided to carry out the use such that the inner total cross section of the recess or the interior of the nozzle body, which is given without the use of the beginning of the free space, is reduced by the use of 30 to 70%.

[0033] Ein solcher Einsatz kann z.B. realisiert sein durch einen durchströmbaren Körper mit mehreren Ausnehmungen, z.B. durch ein Lochblech oder ein Sieb. Die angeströmte Oberfläche des Einsatzes kann hier eine Formgestalt aufweisen, welche zur geometrischen Anordnung der offenen Kapillarenden zueinander korrespondiert. Insbesondere kann so erreicht werden, dass in der Hauptströmungsrichtung der Abstand zwischen den Kapillarenden und dem Einsatz, bzw. dessen angeströmter Oberfläche, jeweils zumindest im Wesentlichen gleich ist. Such an insert may e.g. be realized by a permeable body with a plurality of recesses, e.g. through a perforated plate or a sieve. The streamlined surface of the insert can here have a shape which corresponds to the geometric arrangement of the open Kapillarenden each other. In particular, it can be achieved that in the main flow direction, the distance between the capillary ends and the insert, or its flowed surface, in each case at least substantially equal.

[0034] In einer Ausführung, bei der die offenen Enden der Kapillaren auf einer (gedachten) Teilkugelschale angeordnet sind, kann demnach auch die angeströmte Oberfläche des Einsatzes als eine solche Teilkugelschale gebildet sein. Wenn der Einsatz z.B. als Lochblech oder Sieb ausgebildet ist, so kann der gesamte Einsatz eine der Teilkugelschale entsprechende Krümmung aufweisen. In an embodiment in which the open ends of the capillaries are arranged on a (imaginary) partial spherical shell, can therefore also be the flowed surface of the insert formed as such a partial spherical shell. If the insert is e.g. is designed as a perforated plate or sieve, then the entire insert may have one of the part spherical shell corresponding curvature.

[0035] Der Einsatz kann hier bevorzugt so angeordnet werden, dass dessen angeströmte Oberfläche einen Abstand zu den offenen Enden der Kapillaren aufweist, der dem 0,5-fachen bis 1,3-fachen des inneren Durchmessers der offenen Kapillarenden entspricht. Here, the insert can preferably be arranged so that its flowed surface has a distance from the open ends of the capillaries, which corresponds to 0.5 times to 1.3 times the inner diameter of the open Kapillarenden.

[0036] Weiterhin kann durch Variation der freien Ausnehmungsfläche bzw. freien Lochfläche des Einsatzes die Energiedissipation eingestellt werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, verschiedene Einsätze mit unterschiedlichen freien Ausnehmungsflächen bzw. Lochflächen zur Verfügung zu stellen und einen zu verwendenden Einsatz in Abhängigkeit wenigstens einer der zu mischenden Phasen zu wählen, insbesondere in Abhängigkeit der Flüssigkeit. So kann die Zerstäubung optimal an die rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit angepasst werden. Furthermore, the energy dissipation can be adjusted by varying the free recess surface or free hole surface of the insert. For this purpose it can be provided to provide different inserts with different free recess surfaces or hole surfaces and to select an insert to be used as a function of at least one of the phases to be mixed, in particular as a function of the liquid. Thus, the atomization can be optimally adapted to the rheological properties of the liquid.

[0037] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Explosionszeichnung einer ersten möglichen Ausführungsform mit insgesamt parallel verlaufenden Kapillaren <tb>Fig. 2<SEP>Schnittdarstellungen derselben Ausführung nach Fig. 1 <tb>Fig. 3<SEP>eine Schnitt- und Explosionsdarstellung einer Ausführungsform mit im Endbereich auf die Düsenöffnung hin gebogenen KapillarenEmbodiments of the invention are illustrated in the following figures. Show it: <Tb> FIG. 1 <SEP> is an exploded view of a first possible embodiment with a total of parallel capillaries <Tb> FIG. 2 <SEP> sectional views of the same embodiment of FIG. 1 <Tb> FIG. 3 is a sectional and exploded view of an embodiment with capillaries bent towards the nozzle opening in the end region

[0038] Die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben und zeigen einen Düsenkörper 1 einer erfindungsgemässen Düsenanordnung, mit welcher ein Gas und eine Flüssigkeit zum Zweck der Zerstäubung der Flüssigkeit gemischt werden können. Der Düsenkörper 1 weist eine innere Ausnehmung 2 auf, die, bezogen auf die Hauptströmungsrichtung, die hier von oben nach unten entlang der Längserstreckung des Düsenkörpers 1 gegeben ist, sich im inneren Querschnitt an einer Stufe 3 verjüngt. 1 and 2 are described together below and show a nozzle body 1 of an inventive nozzle arrangement, with which a gas and a liquid for the purpose of atomization of the liquid can be mixed. The nozzle body 1 has an inner recess 2, which, based on the main flow direction, which is given here from top to bottom along the longitudinal extension of the nozzle body 1, tapers in the inner cross section at a stage 3.

[0039] In Richtung der Hauptströmungsrichtung, die durch den Pfeil P symbolisiert ist, ist ein Einsatz 4 in den Düsenkörper 1 eingeführt, bis dass dieser mit einem zur Stufe 3 korrespondierenden Flächenbereich 4a an dieser Stufe 3 zur Anlage kommt. In the direction of the main flow direction, which is symbolized by the arrow P, an insert 4 is inserted into the nozzle body 1, until it comes with a corresponding to the level 3 surface area 4a at this stage 3 to the plant.

[0040] Besonders mit Bezug auf die Fig. 1 ist hier erkennbar, dass in der Hauptströmungsrichtung P die Anfänge einer Vielzahl von Kapillaren 5 an dem Einsatz 4 befestigt sind, wobei die Kapillaren durch den Einsatz 4 hindurchreichen, so dass von einer Seite stromaufwärts des Einsatzes 4 eine durch eine Flüssigkeitszuführung 6 zugeführte Flüssigkeit durch den Einsatz 4 hindurch und in die Kapillaren 5 eintreten kann, bis dass diese Flüssigkeit an den offenen Enden der Kapillaren 5 aus diesen austritt. With particular reference to FIG. 1, it can be seen here that in the main flow direction P, the beginnings of a multiplicity of capillaries 5 are fastened to the insert 4, the capillaries passing through the insert 4, so that they reach from one side upstream of the insert 4 Insert 4 a liquid supplied through a liquid supply 6 through the insert 4 and can enter into the capillaries 5, until this liquid at the open ends of the capillaries 5 exits from these.

[0041] In den Fig. 1 und 2 ist es erkennbar, dass in Hauptströmungsrichtung hinter dem Einsatz bzw. der Stufe 3 der Ausnehmung 2 durch Zuführungen 7 ein Gas in die erfindungsgemässe Düsenanordnung zugeführt werden kann. Dieses Gas strömt bei der hier dargestellten Ausführung zunächst in eine Richtung senkrecht zur Längserstreckung der Kapillaren auf diese zu und wird sodann umgelenkt und in Richtung der Kapillarenerstreckung geführt, wodurch der Gasstrom exakt parallel zu der in den Kapillaren geführten Flüssigkeit strömt. 1 and 2 it can be seen that in the main flow direction behind the insert or the stage 3 of the recess 2 can be supplied by feeds 7, a gas in the inventive nozzle assembly. In the embodiment shown here, this gas initially flows in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the capillaries toward it and is then deflected and guided in the direction of the capillary extension, whereby the gas flow flows exactly parallel to the liquid guided in the capillaries.

[0042] Im Bereich der offenen Kapillarenden kommen Gas und Flüssigkeit miteinander in Kontakt, wobei hier besonders die Ausführung gemäss der Fig. 2 zeigt, dass die offenen Enden der Kapillaren 5 in einem Abstand zur Düsenöffnung 7 angeordnet sind, so dass sich zwischen der Düsenöffnung 7 und den Kapillarenden ein Freiraum 8 ergibt, in welchem sich Gas und Flüssigkeit mischen können. Hierbei ist die Geometrie des Freiraums 8 derart gewählt, dass dieser Freiraum zumindest in einem Bereich stromaufwärts der Düsenöffnung 7 einen sich in Richtung zur Düsenöffnung verringernden Querschnitt aufweist. Hier ist beispielsweise im Bereich 8a dieser Freiraum gleichmässig verjüngend ausgebildet und entspricht im Wesentlichen einer Kegelstumpfform. In the region of the open Kapillarenden gas and liquid come into contact with each other, in which case the embodiment according to FIG. 2 shows that the open ends of the capillaries 5 are arranged at a distance from the nozzle opening 7, so that between the nozzle opening 7 and the capillary ends a space 8 results in which gas and liquid can mix. Here, the geometry of the free space 8 is selected such that this free space has a decreasing in the direction of the nozzle opening cross section at least in a region upstream of the nozzle opening 7. Here, for example, in the region 8a, this free space is uniformly tapered and substantially corresponds to a truncated cone shape.

[0043] Die verjüngende Geometrie des Freiraums 8, zumindest im Bereich vor der Düse 7, bewirkt, dass die aus den einzelnen Kapillaren austretenden Flüssigkeitsligamente in die Richtung zur Düsenöffnung 7 beschleunigt und somit verstreckt bzw. verdünnt werden. Es ergibt sich demnach im Freiraum 8 eine sehr gleichmässige homogene Vormischung durch die Vielzahl der Flüssigkeitsligamente, die durch die Verstreckung verdünnt werden, so dass bei der Zerstäubung an der Düsenöffnung gegenüber der Umgebung besonders kleine Partikel der Flüssigkeit, d.h. besonders kleine Tropfengrössen, insbesondere kleiner 10 Mikrometer, erzeugt werden können. The tapering geometry of the free space 8, at least in the region in front of the nozzle 7, causes the liquid ligaments emerging from the individual capillaries to be accelerated in the direction of the nozzle opening 7 and thus stretched or diluted. Accordingly, a very uniform homogenous premix results in the free space 8 through the multiplicity of liquid ligaments which are diluted by the drawing, so that, when atomizing at the nozzle opening in relation to the environment, particularly small particles of the liquid, i. especially small drop sizes, in particular smaller than 10 micrometers, can be produced.

[0044] Die Fig. 2 zeigt hier in einer weiterhin bevorzugten Ausführung, dass die Mischkammer, die zwischen dem stromabwärts angeordneten Ende des Einsatzes 4 und der Düsenöffnung 7 angeordnet ist, sich nochmalig, nämlich hier in Strömungsrichtung unterhalb der Gaszuführung 70 im Querschnitt sowohl verringert, als auch in der Querschnittsform ändert. So ist nämlich an dieser Verjüngungsstelle hier eine Querschnittsänderung in Strömungsrichtung von rund zu sechseckig vorgesehen, wobei die Packung der einzelnen Kapillaren im Querschnitt senkrecht zu deren Längserstreckung ebenso eine Sechseckform aufweist. Hierbei sind die einzelnen Kapillarenreihen gegeneinander versetzt und erreichen so eine besonders hohe Packungsdichte. Im vorliegenden Beispiel werden insgesamt 19 Kapillaren verwendet, die in einer sechseckigen Geometrie im Querschnitt senkrecht zur Kapillarerstreckung angeordnet sind, wobei das Sechseck eine jeweilige Seitenlänge von drei Kapillaren aufweist. Fig. 2 shows in a further preferred embodiment, that the mixing chamber, which is arranged between the downstream end of the insert 4 and the nozzle opening 7, again, namely here in the flow direction below the gas supply 70 in cross-section both reduced , as well as changes in cross-sectional shape. Thus, a cross-sectional change in the direction of flow from round to hexagonal is provided here at this point of rejuvenation, whereby the packing of the individual capillaries also has a hexagonal shape in cross-section perpendicular to its longitudinal extension. Here, the individual capillary rows are offset from each other and thus achieve a particularly high packing density. In the present example a total of 19 capillaries are used, which are arranged in a hexagonal geometry in cross-section perpendicular to the capillary extension, wherein the hexagon has a respective side length of three capillaries.

[0045] Für die Erfindung ist es hier weiterhin wesentlich, dass der für das Gas zur Verfügung stehende effektive Querschnitt aufgrund der Tatsache, dass die Kapillaren in ihrer Erstreckung nach dem Einsatz 4 vollständig freitragend sind, ausschliesslich begrenzt ist durch den Querschnitt der inneren Ausnehmung 2, insbesondere im Bereich der Kapillarenden und der Summe aller Aussenquerschnitte der verwendeten Kapillaren. Es kann so bei dieser Ausführungsform beispielsweise ein Querschnittsverhältnis innerhalb einer erfindungsgemässen Düsenanordnung zwischen Flüssigkeit und Gas im Bereich von 1: 2 bis 1: 4 erzielt werden. Diese Massnahme bewirkt eine hohe Gasgeschwindigkeit um die Kapillaren 5 und damit eine effektive Ablenkung der Flüssigkeit in Richtung der Düsenöffnung 7. For the invention, it is further essential here that the available for the gas effective cross-section due to the fact that the capillaries are fully self-supporting in their extension after use 4, is limited exclusively by the cross section of the inner recess. 2 , in particular in the region of the capillary ends and the sum of all outer cross sections of the capillaries used. In this embodiment, for example, a cross-sectional ratio within a nozzle arrangement according to the invention between liquid and gas in the range from 1: 2 to 1: 4 can be achieved. This measure causes a high gas velocity around the capillaries 5 and thus an effective deflection of the liquid in the direction of the nozzle opening 7.

[0046] Die Figuren zeigen weiterhin, dass besonders dann, wenn eine mehreckige Packung der Kapillaren vorgesehen ist und die innere Ausnehmung im Düsenkörper 1 im Bereich der Kapillarenden an diese mehreckige Form angepasst ist, eine Verdrehsicherung vorgesehen sein kann, die hier vorliegend dadurch ausgebildet ist, dass der äussere Zylindermantel des Einsatzes 4 eine Abflachung 4b aufweist, die korrespondierend ausgebildet ist zu einem in der inneren Ausnehmung 2, insbesondere in Strömungsrichtung vor der Stufe 3 ausgebildeten Anschlag 9. Ein solcher Anschlag 9 ist hier bevorzugt ortsfest in der inneren Ausnehmung 2 angeordnet. The figures further show that, especially when a polygonal packing of the capillaries is provided and the inner recess in the nozzle body 1 in the region of the capillary ends is adapted to this polygonal shape, an anti-rotation can be provided, which here is formed by in that the outer cylinder jacket of the insert 4 has a flattening 4b which is formed corresponding to a stop 9 formed in the inner recess 2, in particular in the flow direction in front of the step 3. Such a stop 9 is preferably arranged fixedly in the inner recess 2 here ,

[0047] Es ergibt sich hierdurch, dass der Einsatz 4 in die innere Ausnehmung 2 nur dann eingesetzt werden kann, wenn die Abflachung 4b passend zum Anschlag 9 ausgerichtet ist. This results in that the insert 4 can only be used in the inner recess 2 when the flattening 4b is aligned with the stop 9.

[0048] Die Figuren zeigen weiterhin, dass hier die Möglichkeit besteht, den Abstand zwischen den offenen Enden der Kapillaren 5 und der Düsenöffnung 7 variabel zu gestalten. Bei dieser hier dargestellten Ausführungsform ist es hierfür vorgesehen, zwischen dem Einsatz 4 und der Stufe 3 einen Zwischenring 10 einzusetzen, der eine korrespondierende Verdrehsicherung, wie zuvor beschrieben, aufweist. Demnach kann dieser Zwischenring 10 eine Abflachung 10b aufweisen, die mit dem Anschlag 9 korrespondierend ausgebildet ist, um hier einen Formschluss zu erzielen, wobei der Zwischenring 10 in der stromaufwärtigen Richtung einen eigenen, zum Anschlag 9 korrespondierenden Anschlag 10a aufweist, der sodann formschliessend mit dem Einsatz 4 zusammenwirken kann. The figures also show that it is possible to make the distance between the open ends of the capillaries 5 and the nozzle opening 7 variable. In this embodiment shown here, it is provided for this purpose to insert an intermediate ring 10 between the insert 4 and the step 3, which has a corresponding rotation lock, as described above. Accordingly, this intermediate ring 10 may have a flattening 10b, which is formed with the stop 9 correspondingly to achieve a positive connection here, wherein the intermediate ring 10 in the upstream direction has its own, corresponding to the stop 9 stop 10a, which then formschlüssendes with the Insert 4 can interact.

[0049] Die Ausführungen gemäss der Fig. 1 zeigen weiterhin die bevorzugte Ausbildung, gemäss der die offenen Enden der Kapillaren 5 auf einer Teilkugelschale angeordnet sind, welche ihren Mittelpunkt in oder stromabwärts der Düsenöffnung 7 hat. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass diese Bedingung erfüllt ist, wenn ein Einsatz ohne Zwischenring in der erfindungsgemässen Düsenanordnung positioniert ist, wohingegen der Mittelpunkt der zuvor beschriebenen Teilkugelschale stromaufwärts der Düsenöffnung liegen kann, sofern ein Zwischenring 10 eingesetzt wird. The embodiments according to FIG. 1 furthermore show the preferred embodiment according to which the open ends of the capillaries 5 are arranged on a partial spherical shell which has its center in or downstream of the nozzle opening 7. In this case, it can be provided that this condition is met when an insert without intermediate ring is positioned in the nozzle arrangement according to the invention, whereas the center of the previously described part ball shell can be upstream of the nozzle opening, provided that an intermediate ring 10 is used.

[0050] In gleicher Weise kann es auch vorgesehen sein, einen Einsatz mit einer Vielzahl von Kapillaren bereitzustellen, deren Enden auf einer Teilkugelschale liegen, wobei der Mittelpunkt dieser Teilkugelschale dann in der Düsenöffnung oder stromaufwärts der Düsenöffnung liegt, wenn ein Zwischenring eingesetzt wird, so dass bewusst durch Verzicht des Zwischenrings oder Einsatz von dünneren Zwischenringen der Mittelpunkt der Teilkugelschale in einem Bereich stromabwärts der Düsenöffnung verlegt werden kann. In the same way it can also be provided to provide an insert with a plurality of capillaries, the ends of which lie on a partial spherical shell, wherein the center of this partial spherical shell is then in the nozzle opening or upstream of the nozzle opening when an intermediate ring is used, so that consciously by dispensing with the intermediate ring or using thinner intermediate rings, the center of the partial spherical shell can be laid in an area downstream of the nozzle opening.

[0051] Es ergeben sich so eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Geometrien der Ligamente und somit die Vermischung von Flüssigkeit und Gas innerhalb der Mischkammer bzw. in dem Freiraum 8 zu beeinflussen. This results in a variety of ways to influence the geometries of the ligaments and thus the mixing of liquid and gas within the mixing chamber or in the free space 8.

[0052] Die Fig. 3 zeigt eine gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 geänderte Konstruktion, bei welcher in gleicher Weise ein Einsatz 4 verwendet wird, der an einer Stufe 3 des Düsenkörpers 1 befestigt wird. Auch hier erfolgt, wie bei den vorherigen Ausführungen, eine Befestigung beispielsweise durch ein die Flüssigkeit zuführendes Kanalstück 6, welches eine Klemmkraft auf den Einsatz 4 ausübt und diesen auf die Stufe 3 presst. Auch hier sind die Kapillaren 5 lediglich an ihrem Anfang am Einsatz 4 befestigt und durchdringen diesen, wobei die Kapillaren 5 in einem Bereich kurz vor ihren Enden 5a einen gebogenen Bereich 5b aufweisen, mittels welchem eine jeweilige Kapillare in ihrem Endbereich in die Richtung zur Düsenöffnung 7 hin gebogen ist. Dies bedeutet, dass die austretende Flüssigkeit Ligamente ausbildet, die bereits mit Austritt aus den Kapillaren eine Richtung zur Düsenöffnung, bevorzugt zu deren Zentrum aufweisen. Hierbei liegen ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die offenen Enden der Kapillaren auf einer Teilkugelschale, deren Mittelpunkt vor, in oder nach der Düsenöffnung 7 positioniert ist. Um eine exakte Ausrichtung der Kapillaren zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass die gedachten, in der Öffnungsebene der Kapillaren zentrierten Flächennormalen sich alle in einem Punkt schneiden, bevorzugt zentrisch in der Ebene der Düsenöffnungen oder in Hauptströmungsrichtung vor oder nach diesem Zentrum. Fig. 3 shows a relation to the embodiment of FIGS. 1 and 2 modified construction in which in the same way an insert 4 is used, which is attached to a stage 3 of the nozzle body 1. Again, as in the previous embodiments, a fastening, for example, by a liquid supplying the channel piece 6, which exerts a clamping force on the insert 4 and this presses on the level 3. Again, the capillaries 5 are attached only at their beginning on the insert 4 and penetrate this, wherein the capillaries 5 in a region just before their ends 5a have a bent portion 5b, by means of which a respective capillary in its end in the direction of the nozzle opening. 7 bent over. This means that the exiting liquid forms ligaments which, with the exit from the capillaries, already have a direction to the nozzle opening, preferably to its center. Here, just as in the embodiments described above, the open ends of the capillaries lie on a part spherical shell whose center is positioned in front of, in or behind the nozzle opening 7. In order to achieve an exact alignment of the capillaries, it may be provided that the imaginary surface normals centered in the opening plane of the capillaries all intersect at one point, preferably centrically in the plane of the nozzle openings or in the main flow direction before or after this center.

[0053] Durch den Freiraum 8 zwischen den Kapillarenden 5a und der Düsenöffnung 7, die, wie auch in den vorherigen Ausführungen, hier im Querschnitt verjüngend ausgebildet ist, insbesondere in der Art eines Kegelstumpfes, wird in gleicher Weise wie bei der Ausführung gemäss Fig. 1 und 2 eine Verstreckung und somit Ausdünnung der einzelnen Flüssigkeitsligamente auf ihrem Weg zur Düsenöffnung 7 bewirkt. Due to the free space 8 between the capillary ends 5a and the nozzle opening 7, which, as in the previous embodiments, is tapered here in cross section, in particular in the manner of a truncated cone, in the same manner as in the embodiment according to FIG. 1 and 2 causes a stretching and thus thinning of the individual liquid ligaments on their way to the nozzle opening 7.

[0054] Da hier die Flüssigkeitsligamente bei ihrem Austritt aus den Kapillaröffnungen bereits eine Vorzugsrichtung in Richtung zur Düsenöffnung 7 aufweisen, ergibt sich eine besonders homogene und stabile Ligamentausbildung und damit ein sehr gleichmässiges Zerstäuben der Flüssigkeit nach der Düse 7, insbesondere, wobei besonders kleine Tropfendurchmesser, bevorzugt im Bereich kleiner 10 Mikrometer, erzielbar sind. Since the liquid ligaments already have a preferential direction in the direction of the nozzle opening 7 at their exit from the capillary openings, the result is a particularly homogeneous and stable ligament formation and thus a very even atomization of the liquid downstream of the nozzle 7, in particular with particularly small droplet diameters , preferably in the range of less than 10 micrometers, can be achieved.

[0055] Wie sämtliche Fig. 1 – 3 zeigen, kann es hier vorgesehen sein, dass der Düsenkörper 1 eine stromabwärtige Düsenaufnahme 1a aufweist, in welcher ein Düsenelement 7a mittels eines Befestigungsringes 1 b klemmend befestigt werden kann. Es besteht demnach bei den erfindungsgemässen Düsenanordnungen die Möglichkeit, die Vermischung und die Tröpfchengrössen, sowohl durch Änderung an den Parametern der Einsätze bzw. der Kapillaren, insbesondere hinsichtlich Öffnungsquerschnitt und Abstand zur Düsenöffnung, zu erzielen, ebenso wie durch Veränderung bei der Wahl der Düsenöffnung 7 des eingesetzten Düsenelementes 7a. As shown in all FIGS. 1-3, it may be provided here that the nozzle body 1 has a downstream nozzle receptacle 1a, in which a nozzle element 7a can be fastened in a clamping manner by means of a fastening ring 1b. Accordingly, in the case of the nozzle arrangements according to the invention, it is possible to achieve the mixing and the droplet sizes, both by changing the parameters of the inserts or the capillaries, in particular with regard to opening cross-section and distance to the nozzle opening, as well as by changing the choice of nozzle opening 7 the inserted nozzle element 7a.

[0056] Alle hier vorgestellten Varianten der Konstruktion weisen dabei den Vorteil auf, dass durch den Einsatz einer Vielzahl von Kapillaren, bevorzugt mehr als 6, besonders bevorzugt mehr als 15 Kapillaren, eine sehr homogene Ligamentverteilung innerhalb der Mischkammer der Düsenanordnung erzielt wird, mit dem weiteren Vorteil der nach dem Austritt aus den Kapillaren erfolgenden Verstreckung und somit Verdünnung der Ligamente. All variants of the construction presented here have the advantage that by using a plurality of capillaries, preferably more than 6, more preferably more than 15 capillaries, a very homogeneous distribution of ligaments within the mixing chamber of the nozzle arrangement is achieved with the Another advantage of the drawing out of the capillaries stretching and thus dilution of the ligaments.

[0057] Für eine 2-mm-Düse sind typische Betriebszustände aufgelistet: Flüssigkeitsdurchsatz (Wasser): 40–130 kg/h Gasdurchsatz (Luft): 12–50 kg/h Gasdruck: Δp = 10–15 bar Flüssigkeitsdruck: ca. 5–10% über Gasdruck Blendendurchmesser: 2 mm Kapillardurchmesser: DK= 1 mm Kapillaranzahl: N = 7 Typische Tropfengrössen, Sauterdurchmesser d32= 15 bis 40 µm For a 2 mm nozzle typical operating conditions are listed: Liquid flow rate (water): 40-130 kg / h Gas flow rate (air): 12-50 kg / h Gas pressure: Δp = 10-15 bar Fluid pressure: approx. 5-10% above gas pressure Aperture diameter: 2 mm Capillary diameter: DK = 1 mm Capillary number: N = 7 Typical drop sizes, Sauter diameter d32 = 15 to 40 μm

Claims

1. A pneumatic two-component internal mixing nozzle arrangement for atomizing a liquid by means of a gas, comprising a nozzle body (1) with an inner mixing chamber into which at least one liquid inlet (6) and at least one gas supply lead and in which the liquid and the gas are miscible, wherein the mixing chamber at the downstream end has at least one nozzle opening (7) through which the liquid mixed with the gas can be atomized toward the environment, characterized in that the nozzle body (1) has an inner recess (2) into which an insert (4 ) is attached to which a plurality of capillaries (5) are fixed, which penetrate the insert (4) and projecting from the insert (4) into the mixing chamber, wherein between the open ends of the capillaries (5) and the nozzle opening (7 ) a free space (8) is arranged, which has a tapering in the direction of the nozzle opening (7) cross-section.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the capillaries (5), at least in their initial region parallel to each other and in a main flow direction (P) are arranged to extend.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the inner cross-section of the recess (2) in the flow direction of the liquid at a stage (3) is reduced, wherein the step (3) in the flow direction of the liquid in front of the at least one gas supply (70). is arranged and wherein the insert (4) on the step (3), in particular by clamping.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the capillaries (5) on the insert (4) are cantilevered and given the effective available for the gas cross-section in the mixing chamber in the area from the insert (4) to the capillary end is the cross section of the mixing chamber less the sum of the outer cross sections of all capillaries (5).

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the recess (2) in the region of the insert (4) to the capillary end in the flow direction is at least once tapered.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that at the tapering of the cross section of the mixing chamber from round to polygonal, in particular hexagonal changes.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the capillaries (5) are packed perpendicular to the flow direction in a polygonal, in particular hexagonal cross-section.

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the capillaries (5) extend parallel to one another from their initial region to their open ends in the mixing chamber and the open ends lie on a partial spherical shell whose center point in or downstream of the Nozzle opening (7) is located.

9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the capillaries (5) are bent at or before its end respectively in the direction of the nozzle opening (7).

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the capillary ends to the nozzle opening (7) is adjustable.

11. Arrangement according to claim 10, characterized in that for adjusting the distance between the insert (4) and the step (3) at least one intermediate ring (10) is inserted.

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insert (4) and / or the intermediate ring (10) has an anti-rotation.

13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that arranged in the region between the open ends of the capillaries (5) and the nozzle opening (7) or in the main flow direction beginning of the free space (8) a cross-section of this area reducing flow-through insert is, in particular a sieve or perforated plate.

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that the distance between the flowed surface of the insert and the open ends of the capillaries (5) is selected as 0.5 times to 1.3 times the inner free diameter of the open end a capillary (5).

15. A method for atomizing a liquid by means of a gas, wherein in a mixing chamber of a nozzle body (1) via at least one liquid supply (6) a liquid and at least one gas supply (70) introduced a gas and mixed in the mixing chamber, after which Liquid-gas mixture is atomized by means of at least one arranged at the downstream end of the mixing chamber nozzle opening (7) to the environment, characterized in that the liquid is fed through a plurality of gasumströmten capillaries (5) in the mixing chamber and from the capillaries (5 ) liquid ligaments before passing through the at least one nozzle opening (7) in one of the nozzle opening (7) upstream and in the direction of the nozzle opening (7) in cross-section tapered space (8) are stretched.

A method according to claim 15, characterized in that the liquid entering the capillaries (5) is premixed with a gas upstream of entry into the capillaries to form a foam which exits the open ends of the capillaries.