DE10146283A1

DE10146283A1 - Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE10146283A1
Application number: DE10146283A
Authority: DE
Inventors: Michael Appel
Original assignee: INNOVAG AG AG fur INNOVATIVE
Current assignee: INNOVAG AG AG fur INNOVATIVE
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Insbesondere auch bei der Herstellung von Kunstschnee mit einer Schneekanone ist es u. a. für die Erzeugung von sogenannten Nukleiden, d. h. von kleinen Eiskristallen, die für die Schneebildung notwendig, zumindest aber förderlich sind, Wasser auch in größeren Mengen fein zu zersteuben, d. h. ein Aerosol zu erzeugen, welches in Luft feinst verteilte Wasserpartikel enthält, aus denen sich dann die Nukleiden bilden können.
Die bisher bei Schneekanonen eingesetzten Vorrichtungen zum Zerstäuben von Wasser bzw. zur Erzeugung von Nukleiden erfordern Wasser und Luft unter hohem Druck, was u. a. konstruktive sowie auch energetische Nachteile hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der zuverlässig ein Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere auch ein Zerstäuben von Wasser in wesentlich vereinfachter Weise möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere auch für Schneekanonen zur Herstellung von Nukleiden.
Unter "Schneekanone" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ganz allgemein eine Vorrichtung zu verstehen, die zur Erzeugung von Kunstschnee aus Wasser und Luft dient und mit der dieser in einem Luftstrom erzeugte Schnee auf ein zu beschneiendes Gelände ausgebracht werden kann.
Unter Strukturierung ist im Sinne der Erfindung ganz allgemein eine Ausbildung des Zerstäuberelementes in dem entsprechenden Bereich der Zerstäuberelementfläche zu verstehen, an der (Ausbildung) der sich entlang der Zerstäuberelementfläche ausbreitende Flüssigkeitsfilm durch das sich relativ zu diesem Film bewegende Zerstäuberelement zerschlagen und damit zerstäubt wird. Im einfachsten Fall ist diese Strukturierung eine Oberflächenprofilierung, die von regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Vorsprüngen und dazwischenliegenden Vertiefungen, beispielsweise von einer Rändelung oder Aufrauung der Oberfläche gebildet ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Schneekanone;
Fig. 2 in vergrößerter Einzeldarstellung ein umlaufendes Zerstäuberelement einer Zerstäubungsvorrichtung zur Bildung von Nukleiden der Schneekanone der Fig. 1;
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die auf einen Wasserfilm an der Zerstäuberfläche des umlaufenden Zerstäuberelementes einwirkenden Kräfte;
Fig. 4 in einer Darstellung wie Fig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform des Zerstäubers bzw. Zerstäuberelementes.
In den Figuren ist 1 eine Schneekanone zur Erzeugung von "Kunst-Schnee" aus Wasser und Luft. Sie besteht im wesentlichen aus dem zu einer Schneekanonenachse A rotationssymmetrisch ausgebildeten Gehäuses, welches beidendig offen ist und sich zum vorderen Ende 3 hin verengt. Am rückwärtigen Ende 4 ist über eine gitterartige Tragkonstruktion 5 achsgleich mit der Achse A der Windmotor 6 zum Antrieb eines im Gehäuse 2 untergebrachten Gebläuserotors 7 vorgesehen, der bei eingeschaltetem Motor 6 den für die Erzeugung und Ausbringung des Schnees notwendigen Wind bzw. Luftstrom erzeugt.
Im Inneren des Gehäuses 2 und in Strömungsrichtung des Luftstromes nach dem Rotor 7 ist an Luftleitblechen 8 eine Zerstäubereinheit bzw. Zerstäubungsvorrichtung 9 vorgesehen, mit der in dem den Innenraum des Gehäuses 2 durchströmenden Luftstrom feinste Wasserteilchen erzeugt werden, die bei passender Temperatur des Luftstromes sich in feine Eis- bzw. Schneepartikel 10 umwandeln, d. h. sogenannte Nukliden bilden, die mit dem am Ende 3 austretende Luftstrom mitgeführt werden und das in diesen Luftstrom über äußere Düsen 11 eingebrachte Wasser zu einer Schneebildung veranlassen.
Um eine Schneebildung in ausreichender Menge und insbesondere auch in einer möglichst optimalen Qualität zu erreichen, ist eine sehr feine Zerstäubung des Wassers, insbesondere auch ohne größere Wassertropfen und in ausreichender Menge an dem Zerstäuber 9 erforderlich.
Der Zerstäuber 9 besteht im wesentlichen aus einem Zerstäuberkörper oder Zerstäuberelement 12, welches bei der dargestellten Ausführungsform rotationssymmetrisch zu einer Zerstäuberachse ZA ausgebildet ist, und zwar trichterartig derart, daß das Zerstäuberelement 12 an einer Vorderseite eine rotationssymmetrisch zu der Achse ZA ausgebildete Vorder- oder Zerstäuberfläche 13 bildet, die im Längsschnitt der Fig. 2 durch das Zerstäuberelement 12 konkav ausgeführt ist, so daß das Zerstäuberelement einen schüsselartig geformten Bereich 12' mit einem über die Rückseite an der Achse ZA wegstehenden Bereich 12" besitzt.
Bezogen auf die Achse ZA außenliegend geht die Fläche 13 in den äußeren, die Achse ZA konzentrisch umschließenden Rand 14 des Zerstäuberelementes 12 über. Die Fläche 13 und der Rand 14 sind an dem im wesentlichen schüsselartigen Abschnitt 12' des Zerstäuberelementes 12 gebildet.
Bezogen auf die Achse ZA innenliegend geht die Fläche 13 in die ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Achse ZA ausgebildete Innenfläche 15 des Abschnittes oder Bereichs 12" 12 über, der über die Rückseite des Zerstäuberelementes 12 vorsteht und einen von der Fläche 15 begrenzten Innenraum oder Kanal 16 mit einem sich zum freien Ende des Abschnittes 12" hin verengenden Querschnitt bildet.
Der Übergang zwischen den Flächen 13 und 15 ist mit 17 bezeichnet. Ausgehend von diesem Übergang 17 ist die Fläche 13 in einem ringartigen, die Achse ZA umschließenden Teilbereich 13' glatt oder im wesentlichen glatt ausgebildet. An diesem Teilbereich 13' schließt sich dann ein weiterer Teilbereich 13" an, der in den Rand 14 übergeht und an dem das Zerstäuberelement strukturiert ist, d. h. bei der dargestellten Ausführung die Fläche 13 mit einer Profilierung z. B. in Form einer Vielzahl von kleinen Erhebungen und dazwischen liegenden Vertiefungen versehen ist, beispielsweise durch Einbringen einer Rändelung, wobei die Breite des Teilbereichs 13' größer ist als die Breite des Teilbereichs 13".
In das offene Ende des Abschnittes 12" bzw. des von diesem Abschnitt gebildeten Kanals 16 mündet ein Rohr 18, welches dort achsgleich mit der Achse ZA angeordnet ist und über welches gesteuert Wasser in den Kanal 16 eingebracht werden kann. Mit dem Abschnitt 12" ist das Zerstäuberelement 12 mit dem einen Ende einer Welle eines Motors 20 verbunden, mit dem das Zerstäuberelement 12 mit hoher Drehzahl um die Achse ZA umlaufend angetrieben ist.
Abhängig von der Drehzahl des Motors 20 bzw. des Zerstäuberelementes 12 wird über das Rohrstück 18 Wasser in den Kanal 16 geleitet, welches sich dort verteilt und dann als dünner Wasserfilm 21 über den Übergang 17 entlang der Fläche 13 radial nach außen fließt. Der Bereich 13' dient dabei zum weiteren Verteilen des Wasserfilmes 21. Das aus dem Rohrstück 18 austretende Wasser erfährt zwar im Kanal 16 und dann auch als Film 21 an der Fläche 13 eine gewisse Beschleunigung durch das mit hoher Geschwindigkeit umlaufende Zerstäuberelement 12, es verbleibt aber eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wasserfilm 21 und dem umlaufenden Zerstäuberelement 20 bzw. der Fläche 13. Weiterhin erhöht sich bei konstanter Drehzahl des Zentrierelementes 12 mit zunehmendem Abstand von der Achse ZA die tatsächliche Umlaufgeschwindigkeit, was ebenfalls zu einer hohen Relativbewegung zwischen dem Wasserfilm 21 und der Oberfläche 13 beiträgt.
Durch das relativ zum Wasserfilm 21 mit hoher Geschwindigkeit umlaufende Zerstäuberelement 12 wird dieser Wasserfilm 21 an der Profilierung des Bereiches 13" in feinste Wasserpartikel "zerrieben" bzw. zerstäubt. Mit dem Zerstäuber 9 wird also das Wasser durch das mit hoher Drehzahl umlaufende Zerstäuberelement regelrecht "zerrieben", so daß praktisch ohne Anwendung eines hohen Drucks feinst verteilte Wasserpartikel erzeugt werden.
Durch die Beschleunigung, die das Wasser durch das umlaufende Zerstäuberelement 12 erfährt, wirkt auf das Wasser eine Zentrifugalkraft FZ, die nicht nur ein Weiterbewegen des Wasserfilmes 21 entlang der Fläche 13 radial nach außen bewirkt, sondern zugleich den Wasserfilm 21 auch gegen die konkav gewölbte Fläche 13 andrückt.
Da der Kanal 16 einen sich zum freien Ende des Abschnittes 12" zum Übergang 17 hin vergrößernden Querschnitt aufweist, entsteht bei umlaufend angetriebenen Zerstäuberelemente 12 an dem dem Übergang 17 entferntliegenden rückwärtigen Ende dieses Kanales 16 eine Sogwirkung, so daß auf eine Abdichtung im Bereich der Wasserzuführung, d. h. zwischen dem Rohrstück 18 und dem Kanal 16 verzichtet werden kann, insbesondere auch keine aufwendige Drehkupplung notwendig ist.
Die Fig. 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform das Zerstäuberelement 12a eines Zerstäubers. Dieses Zerstäuberelement unterscheidet sich lediglich dadurch, daß anstelle des zur Rückseite des Zerstäuberelementes offenen Kanals 16 eine muldenartige Vertiefung 21 vorgesehen ist, die rotationssymmetrisch zur Achse ZA ausgebildet ist und in die über das offene Ende 18a' des im Bereich dieses Endes achsgleich mit der Achse ZA angeordneten Rohres 18a Wasser eingebracht wird. Dieses verteilt sich dann bei durch den Motor 20 mit hoher Drehzahl um die Achse ZA umlaufend angetriebenen Zerstäuberelementen 12a wiederum als Wasserfilm 21 entlang der Fläche 13 radial nach außen und wird in der Nähe des äußeren Randes 14 durch die dortige Profilierung der Fläche 13 zerstäubt.
Durch Steuerung der Drehzahl des Zerstäuberelementes 12 bzw. 12a und/oder durch Steuerung der zugeführten Wassermenge können die Anzahl und/oder Größe der erzeugten Wasserpartikel und damit in der Schneekanone 1 die Anzahl und/oder Größe der erzeugten Nukliden in optimaler Weise in Abhängigkeit von den jeweiligen Möglichkeiten oder Erfordernissen gesteuert werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Bezugszeichenliste 1 Schneekanone
2 Gehäuse
3, 4 Ende
5 Tragkonstruktion
6 Motor
7 Gebläserotor
8 Luftleitblech
9 Zerstäuber
10 Nuklide
11 äußere Düsen
12, 12a Zerstäuberelement
12', 12" Abschnitt
13 Zerstäuberfläche
13', 13" Flächenabschnitt
14 Rand
15 Fläche
16 Kanal
17 Übergang
18 Wasserzuführung
18a Wasserzuführung
18a' offenes Ende
19 Welle
20 Motor
21 Vertiefung

Claims

1. Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gekennzeichnet durch ein Zerstäuberelement (12, 12a), welches durch einen Antrieb (20) um eine Zerstäuberachse (ZA) umlaufend antreibbar ist, durch eine an einer Vorderseite des Zerstäuberelementes (12, 12a) gebildete Zerstäuberfläche (13), die zumindest in einem Teilbereich rotationssymmetrisch zur Zerstäuberachse (ZA) konkav ausgebildet ist, und durch Mittel (18, 18a, 16, 21) zum gesteuerten Zuführen der Flüssigkeit an die Zerstäuberfläche (13) im Bereich der Zerstäuberachse (ZA), wobei die Zerstäuberfläche (13) zumindest in einem einen radialen Abstand von den Mitteln zum Zuführen der Flüssigkeit aufweisenden Teilbereich (13") eine Strukturierung derart aufweist, daß ein sich an der Zerstäuberfläche (13) ausbildender Flüssigkeitsfilm (21) durch die Strukturierung zerschlagen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit dem Zerstäuberelement (12, 12a) bzw. der von diesem Element gebildeten Zerstäuberfläche (13) axial zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen der Flüssigkeit von wenigstens einem Kanal (16) gebildet sind, welcher sich parallel zur Zerstäuberelementachse (ZA) erstreckt und an der Zerstäuberfläche (13) mündet, und daß dem Kanal (16) die Flüssigkeit zugeführt wird, und zwar vorzugsweise axial.

4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) achsgleich mit der Zerstäuberelementachse (ZA) liegt.

5. Zerstäuber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) eine rotationssymmetrisch zur Zerstäuberelementachse (ZA) ausgebildete Innenfläche (15) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) einen sich mit zunehmenden Abstand von der Zerstäuberfläche (13) oder einem Übergang (17) zu dieser Fläche reduzierenden Durchmesser aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kanal (16) von der Zerstäuberfläche (13) zu einer der Zerstäuberfläche (13) abgewandten Rückseite des Zerstäuberelementes (12, 12a) erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) in einem Abschnitt (12") des Zerstäuberelementes ausgebildet ist, der über eine der Zerstäuberfläche (13) abgewandte Rückseite des übrigen Zerstäuberelementes (12, 12a) wegsteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ausbringen der Flüssigkeit von einer achsgleich mit der Zerstäuberelementachse (ZA) ausgebildeten muldenartigen Vertiefung (21) an der Vorderseite des Zerstäuberelementes (12, 12a) gebildet sind, in deren Bereich wenigstens eine Zuführung für die Flüssigkeit vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Nukleiden-Erzeuger in einer Schneekanone.