DE102021208336A1 - fan jet nozzle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Flachstrahldüse mit einem Gehäuse und einem Flüssigkeitseinlass für zu versprühende Flüssigkeit und einer Austrittsöffnung, bei der in einem Strömungspfad für die zu versprühende Flüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitseinlass und der Austrittsöffnung innerhalb des Gehäuses eine Drallkammer vorgesehen ist.The invention relates to a flat jet nozzle with a housing and a liquid inlet for liquid to be sprayed and an outlet opening in which a swirl chamber is provided in a flow path for the liquid to be sprayed between the liquid inlet and the outlet opening within the housing.
Description
Die Erfindung betrifft eine Flachstrahldüse mit einem Gehäuse mit einem Flüssigkeitseinlass für zu versprühende Flüssigkeit und einer Austrittsöffnung.The invention relates to a flat jet nozzle with a housing with a liquid inlet for liquid to be sprayed and an outlet opening.
Mit der Erfindung soll eine Flachstrahldüse hinsichtlich ihrer Verstopfungsempfindlichkeit verbessert werden.With the invention, a flat jet nozzle is to be improved in terms of its sensitivity to clogging.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Flachstrahldüse mit einem Gehäuse mit einem Flüssigkeitseinlass für zu versprühende Flüssigkeit und einer Austrittsöffnung vorgesehen, bei der in einem Strömungspfad für die zu versprühende Flüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitseinlass und der Austrittsöffnung innerhalb des Gehäuses eine Drallkammer vorgesehen ist.According to the invention, a flat jet nozzle with a housing with a liquid inlet for liquid to be sprayed and an outlet opening is provided in which a swirl chamber is provided in a flow path for the liquid to be sprayed between the liquid inlet and the outlet opening within the housing.
Die Drallkammer im Strömungspfad für die zu versprühende Flüssigkeit versetzt die zu versprühende Flüssigkeit in Rotation und bildet dadurch einen Strömungswiderstand für die zu versprühende Flüssigkeit. Dadurch lassen sich große freie Strömungsquerschnitte bei kleinen Volumenströmen erreichen. Überraschenderweise wird es durch das Vorsehen einer Drallkammer zwischen dem Flüssigkeitseinlass und der Austrittsöffnung bei einer Flachstrahldüse möglich, sehr große freie Strömungsquerschnitte innerhalb des Gehäuses zu wählen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Flachstrahldüse sehr wenig verstopfungsempfindlich. Drallkammern sind bei Hohlkegeldüsen und Vollkegeldüsen zum Erzeugen eines Hohlkegelsprays oder Vollkegelsprays bekannt. An und für sich ist das Erzeugen einer Rotation der zu versprühenden Flüssigkeit mittels einer Drallkammer bei der Erzeugung eines Flachstrahls kontraproduktiv. Als Flachstrahl wird ein Sprühstrahl bezeichnet, der eine sehr geringe Strahltiefe aufweist und sich über einen Sprühwinkel von weniger als 180° erstreckt. Zum Erzeugen eines Flachstrahls muss die zu versprühende Flüssigkeit nicht in Rotation versetzt werden. Üblicherweise werden schlitzförmige Austrittsöffnungen oder auch Zungen oder Prallplatten verwendet, auf die ein Strahl der zu versprühenden Flüssigkeit auftrifft. Wie ausgeführt, ist eine Rotation der zu versprühenden Flüssigkeit bei der Erzeugung eines Flachstrahls kontraproduktiv. Bei der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse wird die Drallkammer als Wirbeldrossel eingesetzt, um einen Strömungswiderstand und damit einen Druckverlust bei gleichzeitig großen freien Strömungsquerschnitten zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Flachstrahldüse ist dadurch sehr wenig verstopfungsempfindlich. Mittels einer Veränderung der Geometrie, insbesondere der Höhe und des Radius, der Drallkammer kann eine Durchflussmenge eingestellt werden. Die Drallkammer kann sowohl tangential als auch axial angeströmt werden. Bei axialer Anströmung wird in der Regel ein Drallkörper oder Dralleinsatz in der Drallkammer benötigt, um die durch die Drallkammer hindurchströmende Flüssigkeit in Rotation zu versetzen. Die Drallkammer kann, muss aber nicht notwendigerweise zylindrisch ausgebildet sein.The swirl chamber in the flow path for the liquid to be sprayed causes the liquid to be sprayed to rotate and thereby forms a flow resistance for the liquid to be sprayed. As a result, large free flow cross sections can be achieved with small volume flows. Surprisingly, the provision of a swirl chamber between the liquid inlet and the outlet opening in a flat jet nozzle makes it possible to choose very large free flow cross sections within the housing. As a result, the flat jet nozzle according to the invention is very little susceptible to clogging. Swirl chambers are known in hollow cone nozzles and full cone nozzles for generating a hollow cone spray or full cone spray. In and of itself, generating a rotation of the liquid to be sprayed by means of a swirl chamber is counterproductive when generating a flat jet. A flat jet is a spray jet that has a very shallow jet depth and extends over a spray angle of less than 180°. To generate a flat jet, the liquid to be sprayed does not have to be set in rotation. Usually, slit-shaped outlet openings or also tongues or baffle plates are used, on which a jet of the liquid to be sprayed impinges. As stated, rotation of the liquid to be sprayed is counterproductive when generating a flat jet. In the case of the flat jet nozzle according to the invention, the swirl chamber is used as a vortex throttle in order to generate a flow resistance and thus a pressure loss with, at the same time, large free flow cross sections. The flat jet nozzle according to the invention is therefore very little susceptible to clogging. A flow rate can be adjusted by changing the geometry, in particular the height and the radius, of the swirl chamber. The swirl chamber can be flown both tangentially and axially. In the case of an axial flow, a swirl body or swirl insert is generally required in the swirl chamber in order to cause the liquid flowing through the swirl chamber to rotate. The swirl chamber can, but does not necessarily have to, be of cylindrical design.
In Weiterbildung der Erfindung ist im Strömungspfad für die zu versprühende Flüssigkeit stromabwärts der Drallkammer wenigstens eine Umlenkung des Strömungspfads, insbesondere zwischen 70° und 110°, insbesondere 90°, vorgesehen.In a development of the invention, at least one deflection of the flow path, in particular between 70° and 110°, in particular 90°, is provided in the flow path for the liquid to be sprayed downstream of the swirl chamber.
Mittels einer Umlenkung des Strömungspfads wird die in der Drallkammer erzeugte Rotation der Strömung abgebaut. Dadurch kann ein Flachstrahl mit geringer Strahltiefe und gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung und gleichmäßiger Tropfengrößenverteilung erzeugt werden. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse bei gleichzeitig großen freien Strömungsquerschnitten im Vergleich zu konventionellen Flachstrahldüsen möglich.The rotation of the flow generated in the swirl chamber is reduced by deflecting the flow path. As a result, a flat jet with a small jet depth and even liquid distribution and even droplet size distribution can be generated. With the flat jet nozzle according to the invention, this is possible with large free flow cross sections at the same time compared to conventional flat jet nozzles.
Alternativ zu einer Umlenkung kann stromabwärts ein geradliniger Kanal angeordnet sein, dessen Geometrie, insbesondere die Länge und der Durchmesser, so bemessen sind, dass die Rotation der Strömung abgebaut wird.As an alternative to a deflection, a rectilinear channel can be arranged downstream, the geometry of which, in particular the length and the diameter, are dimensioned such that the rotation of the flow is reduced.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Flachstrahldüse als Zungendüse ausgebildet und stromabwärts der Austrittsöffnung ist eine Zunge vorgesehen, auf die aus der Austrittsöffnung austretende Flüssigkeit auftrifft, wobei die Zunge eine Umlenkung des Strömungspfads bildet.In a development of the invention, the flat jet nozzle is designed as a tongue nozzle and a tongue is provided downstream of the outlet opening, onto which the liquid emerging from the outlet opening impinges, the tongue forming a deflection of the flow path.
Mittels einer Zunge kann ein Flachstrahl auch bei niedrigem Betriebsdruck der Düse beziehungsweise niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des zu versprühenden Mediums erzeugt werden. Je nach der Geschwindigkeit, mit der die zu versprühende Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung austritt und dann stromabwärts der Austrittsöffnung auf die Zunge auftrifft, können unterschiedliche Tropfengrößen erzeugt werden.A flat jet can be generated by means of a tongue even when the operating pressure of the nozzle is low or the flow rates of the medium to be sprayed are low. Depending on the speed at which the liquid to be sprayed emerges from the outlet opening and then impinges on the tongue downstream of the outlet opening, different droplet sizes can be generated.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Drallkammer und der Austrittsöffnung eine Umlenkung des Strömungspfads vorgesehen.In a development of the invention, a deflection of the flow path is provided between the swirl chamber and the outlet opening.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Drallkammer konzentrisch um eine Mittellängsachse ausgebildet und ein Drallkammereinlass mündet tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse in die Drallkammer.In a development of the invention, the swirl chamber is designed concentrically around a central longitudinal axis and a swirl chamber inlet opens into the swirl chamber tangentially to an imaginary circle around the central longitudinal axis.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Drallkammer konzentrisch um eine Mittellängsachse ausgebildet und ein Drallkammerauslass ist konzentrisch zur Mittellängsachse angeordnet.In a development of the invention, the swirl chamber is designed concentrically around a central longitudinal axis and a swirl chamber outlet is arranged concentrically with the central longitudinal axis.
In Weiterbildung der Erfindung ist in der Drallkammer an einer dem Drallkammerauslass gegenüberliegenden Stirnfläche der Drallkammer ein in die Drallkammer hineinragender Vorsprung vorgesehen.In a further development of the invention, a projection protruding into the swirl chamber is provided in the swirl chamber on an end face of the swirl chamber opposite the swirl chamber outlet.
Mittels eines solchen Vorsprungs wird eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung in der Drallkammer erzeugt.A uniform liquid distribution in the swirl chamber is generated by means of such a projection.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Vorsprung kegelförmig und verjüngt sich in Richtung auf den Drallkammerauslass.In a development of the invention, the projection is conical and tapers in the direction of the swirl chamber outlet.
Mittels einer Formgebung des Vorsprungs kann ein Strömungswiderstand der Drallkammer beeinflusst werden.A flow resistance of the swirl chamber can be influenced by shaping the projection.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Drallkammer einen zylindrischen Abschnitt und einen sich kegelförmig verjüngenden Abschnitt auf, wobei der Drallkammereinlass in den zylindrischen Abschnitt mündet und der Drallkammerauslass am Ende des kegelförmigen Abschnitts mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist.In a development of the invention, the swirl chamber has a cylindrical section and a conically tapering section, with the swirl chamber inlet opening into the cylindrical section and the swirl chamber outlet being arranged at the end of the conical section with a smaller diameter.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse wenigstens zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Abschnitt des Gehäuses den Flüssigkeitseinlass und einen ersten Abschnitt der Drallkammer und ein zweiter Abschnitt des Gehäuses einen zweiten Abschnitt der Drallkammer und die Austrittsöffnung aufweist.In a further development of the invention, the housing is designed in at least two parts, with a first section of the housing having the liquid inlet and a first section of the swirl chamber and a second section of the housing having a second section of the swirl chamber and the outlet opening.
Auf diese Weise kann das Gehäuse modular aufgebaut werden. Der erste Abschnitt der Drallkammer und der Flüssigkeitseinlass können auch bei unterschiedlichen Düsen immer identisch ausgebildet sein. Die Form des ausgegebenen Sprühstrahls und die ausgegebene Flüssigkeitsmenge sowie auch die Richtung des ausgegebenen Flachstrahls werden mittels der Geometrie des zweiten Abschnitts des Gehäuses eingestellt bzw. definiert.In this way, the housing can be constructed in a modular manner. The first section of the swirl chamber and the liquid inlet can always be configured identically, even if the nozzles are different. The shape of the discharged spray jet and the quantity of liquid discharged as well as the direction of the discharged flat jet are set or defined by means of the geometry of the second section of the housing.
In Weiterbildung der Erfindung ist unmittelbar stromaufwärts oder unmittelbar stromabwärts des Flüssigkeitseinlasses ein Tropfstoppventil vorgesehen, das bei Unterschreiten eines vordefinierten Drucks der zu versprühenden Flüssigkeit einen Strömungspfad verschließt und bei Überschreiten des vordefinierten Drucks den Strömungspfad freigibt.In a further development of the invention, a non-drip valve is provided immediately upstream or immediately downstream of the liquid inlet, which closes a flow path when the pressure of the liquid to be sprayed falls below a predefined value and releases the flow path when the predefined pressure is exceeded.
Mittels eines Tropfstoppventils kann bei der erfindungsgemäßen Düse nicht nur ein Nachtropfen verhindert werden, sondern die noch in der Drallkammer vorhandene Flüssigkeit, insbesondere Wasser, kann zum Spülen der Düse verwendet werden.By means of a drip stop valve, not only can dripping be prevented in the nozzle according to the invention, but the liquid still present in the swirl chamber, in particular water, can be used to flush the nozzle.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Mittelachse eines ausgegebenen Sprühstrahls parallel oder senkrecht zu einer Strömungsrichtung im Flüssigkeitseinlass angeordnet.In a further development of the invention, a central axis of an emitted spray jet is arranged parallel or perpendicular to a direction of flow in the liquid inlet.
Wie bei einer herkömmlichen Flachstrahldüse kann die Richtung des ausgegebenen Flachstrahls variiert werden. Beispielsweise wird eine Zungendüse eingesetzt. Die Zungengeometrie generiert einen Flachstrahl und der Strahlwinkel kann je nach Zungengeometrie entsprechend variiert werden. Durch die vorgeschaltete Drosselkammer wird ein Strömungswiderstand erzeugt und somit Strömungsdruck abgebaut. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Flachstrahldüse mit gleichen Strömungsquerschnitten, insbesondere einer Zungendüse, kann so der Volumenstrom der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse um ca. 50 % bis 70 % bei gleichem Betriebsdruck reduziert werden. Infolgedessen wird bei gleich großen freien Strömungsquerschnitten deutlich weniger Flüssigkeit über den Flachstrahl ausgegeben, so dass eine kaum verstopfungsanfällige Düse bereitgestellt ist. Verstopfungen in Düsen können sich durch Verunreinigungen der zu versprühenden Flüssigkeit sowie durch Verschmutzungen bzw. Anlagerungen innerhalb der Düse ergeben. Die großen freien Strömungsquerschnitte der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse verglichen mit einer konventionellen Flachstrahldüse ermöglichen eine sehr geringe Verstopfungsempfindlichkeit.As with a conventional flat jet nozzle, the direction of the flat jet emitted can be varied. For example, a tongue nozzle is used. The tongue geometry generates a flat jet and the jet angle can be varied depending on the tongue geometry. A flow resistance is generated by the upstream throttle chamber and the flow pressure is thus reduced. Compared to a conventional flat jet nozzle with the same flow cross sections, in particular a tongue nozzle, the volume flow of the flat jet nozzle according to the invention can be reduced by approximately 50% to 70% at the same operating pressure. As a result, significantly less liquid is dispensed via the flat jet with the same free flow cross sections, so that a nozzle that is hardly susceptible to clogging is provided. Blockages in nozzles can result from contamination of the liquid to be sprayed and from dirt or deposits inside the nozzle. The large free flow cross sections of the flat jet nozzle according to the invention compared to a conventional flat jet nozzle allow a very low sensitivity to clogging.
Darüber hinaus erzeugt die in der Drallkammer erzeugte Drallströmung oder Rotationsströmung eine Strudelwirkung und Sogwirkung, welche Schmutz aus der erfindungsgemäßen Düse ausspült.In addition, the swirling flow or rotating flow generated in the swirl chamber creates a whirlpool effect and suction effect, which flushes dirt out of the nozzle according to the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich in beliebiger Weise kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Dies gilt auch für die Kombination von Einzelmerkmalen ohne weitere Einzelmerkmale, mit denen sie im Zusammenhang gezeigt oder beschrieben sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Flachstrahldüse gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in1 , -
3 eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in1 , -
4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flachstrahldüse gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Flachstrahldüse gemäß einer dritten Ausführungsform, -
6 eine Ansicht der Flachstrahldüse der5 von unten, -
7 eine Ansicht der Flachstrahldüse der5 von oben, -
8 eine Ansicht der Flachstrahldüse der5 von der Seite, -
9 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in5 und -
10 eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in5 .
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1 a plan view of a flat jet nozzle according to the invention according to a first embodiment, -
2 a view of the section plane AA in1 , -
3 a view of the section plane BB in1 , -
4 a sectional view of a flat jet nozzle according to the invention according to a second embodiment, -
5 a plan view of a flat jet nozzle according to the invention according to a third embodiment, -
6 a view of the fan jet nozzle5 from underneath, -
7 a view of the fan jet nozzle5 from above, -
8th a view of the fan jet nozzle5 of the page, -
9 a view of the section plane AA in5 and -
10 a view of the section plane BB in5 .
Ausgehend von dem Flüssigkeitseinlass 20 wird die zu versprühende Flüssigkeit einer Drallkammer 24 über einen Einlasskanal, siehe
Es ist
An einer Stirnwand der Drallkammer 24, die gegenüber dem Auslass aus der Drallkammer liegt, ragt ein kegelförmiger Vorsprung 32 in den zylindrischen Abschnitt 28 der Drallkammer 24 hinein. Der kegelförmige Vorsprung 32 verjüngt sich in Richtung auf den Auslass aus der Drallkammer 24. Der kegelförmige Vorsprung 32 endet noch innerhalb des zylindrischen Abschnitts 28 der Drallkammer 24. Mittels des Vorsprungs 32 wird eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung in der Drallkammer 24 erreicht. Ein Strömungswiderstand der Drallkammer 24 und damit der Durchflussmenge durch die Drallkammer 24, die als Wirbeldrossel wirkt, kann über die Geometrie der Drallkammer, insbesondere die Höhe der Drallkammer, den Radius der Drallkammer und über die Abmessungen und die Form des Vorsprungs 32 eingestellt werden.A conical projection 32 protrudes into the
Der erste Abschnitt 14 des Gehäuses und der zweite Abschnitt 16 des Gehäuses sind miteinander verschraubt. Die beiden Abschnitte 14, 16 des Gehäuses 12 können dadurch in einfacher Weise voneinander getrennt werden. Im Rahmen der Erfindung können die Abschnitte 14, 16 auch in anderer Weise verbunden werden, beispielsweise durch Rastverbindungen, Clipsverbindungen oder auch einen Bajonettverschluss.The
Im Betrieb der Flachstrahldüse 10 wird zu versprühende Flüssigkeit über den Flüssigkeitseinlass 20 zugeführt. Die Flüssigkeit wird dann tangential an der Öffnung 26 in die Drallkammer 24 eingeleitet und in der Drallkammer 24 in Rotation versetzt. Die zu versprühende Flüssigkeit gelangt dann zum Auslass der Drallkammer, wird um 90° umgelenkt und tritt an der Austrittsöffnung 30 aus dem Gehäuse 12 aus. Der aus der Austrittsöffnung 30 austretende zylindrische Vollstrahl wird mittels der Zunge 18 abgelenkt und zu dem in
Die Drallkammer 24 bildet für die zu versprühende Flüssigkeit einen Strömungswiderstand. Dadurch kann ein Volumenstrom durch die Flachstrahldüse 10 gegenüber herkömmlichen Flachstrahldüsen bzw. Zungendüsen ohne Drallkammer um 50 % bis 70 % reduziert werden. Dadurch können die freien Querschnitte innerhalb des Gehäuses 12 der Flachstrahldüse 10 gegenüber herkömmlichen Flachstrahldüsen oder Zungendüsen, die den gleichen Volumenstrom aufweisen, deutlich vergrößert werden. Die erfindungsgemäße Flachstrahldüse 10 ist dadurch äußerst wenig verstopfungsanfällig.The
Stromabwärts der Drallkammer 24 sorgt die Umlenkung des Strömungspfads um 90°, wobei eine Umlenkung zwischen 70° und 110° liegen kann, dafür, dass der Drall der Flüssigkeit im Auslass der Drallkammer abgebaut wird. Der an der Austrittsöffnung 30 austretende Vollstrahl weist dadurch keine Rotation oder nur eine sehr geringe Rotation auf. Dadurch kann mittels der Zunge 18 ein breit aufgefächerter, flacher Flachstrahl mit gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung und gleichmäßiger Tropfengrößenverteilung erzeugt werden.Downstream of the
Drallkammern sind von Hohlkegeldüsen und Vollkegeldüsen bekannt und werden dort dazu verwendet, die zu versprühende Flüssigkeit in Rotation zu versetzen, so dass stromabwärts einer Austrittsöffnung ein Hohlkegelstrahl oder Vollkegelstrahl erzeugt wird. Bei der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse 10 wird die Drallkammer 24 in der Funktion einer Wirbeldrossel und damit zum Erzeugen eines Strömungswiderstands eingesetzt. An und für sich ist die Verwendung einer Drallkammer in einer Flachstrahldüse kontraproduktiv. Die Vorteile der Erhöhung des Strömungswiderstands und die dadurch mögliche Erhöhung der freien Strömungsquerschnitte in der Düse sind aber überraschende Vorteile, die sich durch das Vorsehen der Drallkammer 24 ergeben.Swirl chambers are known from hollow cone nozzles and full cone nozzles and are used there to rotate the liquid to be sprayed, so that a hollow cone jet or full cone jet is generated downstream of an outlet opening. In the case of the
Der zweite Abschnitt 116 des Gehäuses 12 ist in das Innengewinde des ersten Abschnitts 14 des Gehäuses 12 eingeschraubt. Der zweite Abschnitt 116 weist den kegelförmigen Abschnitt 26 der Drallkammer 24 auf, wobei der kegelförmige Abschnitt 26 die gleichen Abmessungen aufweist wie bei der Flachstrahldüse 10 der
Die Rotation der Strömung am Auslass der Drallkammer 24 wird im Verlauf des langgestreckten Auslasskanals 120 weitgehend abgebaut. Eine Länge des langgestreckten Auslasskanals 120 wird so bemessen, dass ein den Anforderungen genügender Flachstrahl erzeugt wird.The rotation of the flow at the outlet of the
Anhand eines Vergleichs der
Die
Das Tropfstopventil 1002 ist an einem Flüssigkeitseinlass vorgesehen. Das Tropfstoppventil 1002, siehe
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