DE1447334A1

DE1447334A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstaeubung von fluessigen Stoffen

Info

Publication number: DE1447334A1
Application number: DE19641447334
Authority: DE
Inventors: Nathaniel Hughes
Original assignee: Sonic Development Corporation of America
Current assignee: Sonic Development Corporation of America
Priority date: 1963-12-23
Filing date: 1964-12-21
Publication date: 1969-09-04
Also published as: CH438164A; GB1092119A; US3240254A; NL6414944A; BE657350A; SE347169B

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Sohall-Druokwellen und zur Zerstäubung von flüssigen Stoffen

Ea wird die Priorität der US-Anmeldung 332 5o2 vom 23. Dezeaber 1963 (Nathaniel Hughes) in Anspruoh genommen.

Di· vorliegend· Erfindung bezieht sich einerseits-auf Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung von entspannten und beschleunigten kompreesiblen Strömungsmedien zur Erzeugung von Schall-Druckwellen bei der Zerstäubung von flüssigen Stoffen und bei der Verbrannung von brennbaren, strömungsfähigen Medien, sowie andererseits auf Verfahren und Vorrichtungen zum Entspannen und •Beschleunigen von kompressiblen Strömungsmedien, die in mit Schall-Druckwellen arbeitenden Verfahren und Vorrichtungen benutzt werden können.

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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verläßliohe und gleichbleibend wirkungsvolle Verfahren und Vorrichtungen zum Entspannen und Beschleunigen von kompressiblen Strömungsmedien in Bereiche von Überschallgeschwindigkeiten zu sohaffeno Dabei sollen die zur Entspannung und Beschleunigung eingesetzten Verfahren und Vorrichtungen von selbst in der Lage sein, unter allen· Betriebsbedingungen eine optimale Behandlung und Beeinflussung der kompressiblen Strömungsmedien vorzunehmen, auch wenn die Bedingungen der Umgebung oder solche innerhalb dee Verfahrens Schwankungen unterworfen sinde

Danach besteht die Erfindung in Erfüllung eines Aufgabenteils in einem Verfahren zum Entspannen und Beschleunigen eines kompressiblen Strömungsmediums in einem umgebenden Strömungsmedium. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Stuf ent Zusammendrucken das kcmpressiblen Strömungsmediums, um ihm einen gegenüber dem umgebenden Medium höheren Druck zn verleihen; Zuführen des unter Druck stehenden kompressiblen Strömungemediums zu einem rohrförmigen Kanal, dar in Sichtung des umgebenden Mediums eine Öffnung besitzt| Einführen eines inkompressiblen Mediums in den rohrförmigen Kanal in der Weise, daß dieses inkompressible' Medium innerhalb des rohrförmigen Kanals ein Hindernis bildet, das so gerichtet ist, dastes den rohrförmigen Kanal an einer stromaufwärts von der Ausgaagaöffnung gelegenen Steife des Kanals abzusperren oder abzuschließen sucht und einen sich erweiternden Abschnitt innerhalb des Kanals definiert, der sich stromabwärts von der genannten Stelle erstreckt.

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Einem anderen Aufgabenteil entsprechend wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung von flüssigen Stoffen vorgeschlagen. Diese Vorrichtung uafaflt ein DUsensystem, in dem eine Düse angeordnet ist» die ein unter Brück stehendes Gas (gasförmiges Medium) aufnimmt und dieses durch das DUseninnere strömen läßt und am Ausgang in Form eines Strahles hoher Geschwindigkeit ausstößt, einen Pulsator, der zur Aufnahme des aus der Düse strömenden Grasstromes und zur Urzeugung von Schall-Druckwellen angeordnet ist, und Strömungeleitorgane zur Zuführung von flüssigen Stoffen in diesen Strom an einer innerhalb des Düsensystems gelegenen Stelle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigern

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung nach der !Erfindung, die zum Entspannen und Beschleunigen eines kompressiblen Strömungsmediums dient;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schall-Druckwellen-Erzeugers und einer Zerstäubungseinrichtung im Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht im Sohnitt ähnlich, der in Fig. 2 dargestellten zur Erläuterung einer anderen Ausführung eines Schall-Druckwellenerzeugers und eines Zerstäubers nach der Erfindung;

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!Fig. 4 ei&e perspektivische Darstellung einer weiteren Bauart eines Schall-Druckwellen-Erseugers und einer Einrichtung zum Zerstäuben nach den Merkmalen der Erfindung ;

Fig. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4 im Schnitt entlang der linie 5-5 von Fig. 4J

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung einer Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben nach den Grundsätzen der Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht zu Fig. 6 im Schnitt entlang der Linie 7-7 von Fig„ 6;

Fig. 8 eine Seitenansicht zu Fig. 6 im Schnitt entlang der Linie 8-8 von Fig. 6;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Bauart einer Äinrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben nach der Erfindung;

Fig. 1o eine Seitenansicht zu Figo 9 im Schnitt entlang der Linie X-X von Fig. 9 j

Fig_e 11 eine Ansicht im Schnitt ähnlich der von Fig. 1o, jedoch nach einem weiteren Vorschlag für eine Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung nach der vorliegenden Erfindung;

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Pig. 12 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführung einer Einrichtung zur Erzeugung von Sohall-Dtruckwellen und zum Zerstäuben, ebenfalls nach den Grundsätzen der Erfindungj

. 13 . eine Ansicht zur Pig. 12 im Schnitt entlang der linie 13-13 von Pig. 12\

Pig. 14 eine Ansicht in ähnlicher Weise wie diejenige von Pig. 13f jedoch entsprechend einem weiteren Vorschlag zur Gestaltung einer Einrichtung zum Erzeugen von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben nach der Erfindung;

Pig» 151 die mit den Pig. 4- und 5 gemeinsam auf einem Blatt angeordnet ist, eine perspektivische Ansicht eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung, teilweise geschnitten.

Einer ine einzelne gehenden Erläuterung der Erfindung sei vorausgesohiokt, daß daa Verfahren zum Entspannen und Beschleunigen nach der Erfindung darin besteht, daß ein kompressibles Strömungsmedium, beispielsweise ein Gas, durch eine Rise' oder einen anderen hohlförmigen Kanal hindurchgeführt wird und ein inkompressibles Strömungemedium, beispielsweise eine Flüssigkeit, derart in diese Düse eingespeist wird, daß die Flüssigkeit ein Hindernis bzw. ein Absperrmittel bildet, das die Entspannung und Beschleunigung des Gases steuert. Die Flüssigkeit wird dergestalt in den Gasstrom innerhalb der Düse eingespritzt, daß Öffnungen und Ober-

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flächen entstehen, deren Wandungen aus Flüssigkeit gebildet sind und die geeignet sind,eine Entspannung und Beschleunigung des Gases hervorzurufen. Dadurch wird erreicht, daß das Gas die Düse in Form eines Strahles verläßt, der niedrigen Druck und Schallgeschwindigkeit aufweist. Dieser schnelle und geringe ctruck-aufwei sende Gas- und Flüssigkeitsstrahl wird gegen und in eine Pulsatorkammer der später im einzelnen erläuterten Art geleitet. Dadurch werden Schall-Druckwellen hoher Energie erzeugt und die Flüssigkeit außerordentlich wirkungsvoll zerstäubt.

Eine Vorrichtung sur Durchführung des eben beschriebenen Verfahrens ist in Fig. 1 abgebildet. Ein DÜsensystem ist dort in seiner Gesamtheit mit dem Bezugsseiohen 2o angegeben und auch in Fig. 2 dargestellt mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Anwendung in Schall-Druckwellen und Flüssigkeiten, die zerstäubt werden sollen* Die anderen Figuren zeigen gleichfalls Düsen-? systeme zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Sie dienen ebenfalls zur Erzeugung von Schall-Druckwellen, zum Zerstäuben von Flüssigkeiten und/oder zum Verbrennen von brennbaren Medien.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß das Dysinsystem 2o eine rohrförmige Gasleitung 22 aufweist, an deren Ende innerhalb des DUsensystems ein Düsenkörper - allgemein mit 24 bezeichnet mit festen Wänden angeordnet ist. Der Düsenkörper 24- weist einen konvergenten Eingangsabschnitt 26, einen zylindrisch geformten Aiistrittsabschnitt 28 und vier symmetrisch angeordnete Zufluß-

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Öffnungen 3o auf. Die Mittelachse jeder Zuflußöffnung 3o ist senkrecht but Längsachse des Düsenkörpers 24 gerichtet.

Der Dttsenkörper 24 läuft außen in einen Bund 32 mit einem schrägen Obergang aus. Ein Versorgungsrohr 34 für eine Flüssigkeit umgibt die rohrförmige Gasleitung 22 und den Düsenkörper 24 konzentrisch. Das vordere Ende des Versorgungsrohrs 34 ist an der Stelle 35 mit dem nach außen gewölbten Bund 32 des Düsenkörpers 24 derart verbunden, daß ein hohlmantelförmiger Ringkanal 36 für die Weiterleitung der !Flüssigkeit zu den Öffnungen 3ο gebildet ist· Vier kugelförmige Abstandsstüoke 38 sind am Außenmantel der rohrförmigen Leitung 22 befestigt. Ihre nach außen weisenden Seiten sind derart geformt, daß sie sich dem Verlauf der Innenwandung des Versorgungsrohres 34 anpassen. Diese Anordnung gewährleistet, daß das Versorgungsrohr 34 eine feste Stütze gegenüber der rohrförmigen Leitung 22 findet, ohne daß die Strömung der Flüssigkeit durch den Ringkanal 36 wesentlich behindert wird.

Die Arbeitsweise des Düsensystems 2o ist folgendes Ein unter Druck stehendes Gas, beispielsweise Luft, wird dem Düsenkörper 24 mit einem Druck P_Q zugeführt, der größer ist als der Druck des das Düsensystem ·2ο umgebenden Mediums. Eine Flüssigkeit wird unter Druck durch den Ringkanal 36 und die Zuflußöffnungen 3ο in den Ausgangsabschnitt 28 der Düse geführt. Der Gasstrom bewegt sich schnell durch den Abschnitt 28 und bildet eine Grenzschicht, die durch unterbrochene Linien 39 angedeutet ist, an der Innenwandung der Düse. Das schnell strömende Gas zwingt die durch die Öffnungen 3o in das DUseninnere antretende Flüssigkeit^

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sich ringsfum die Dtiseninnenwandung zu verteilen und Flüssigkeitspolster zu bilden, die eine Verengung bzw. teilweise Absperrung bilden und in Fig. 2 durch, unterbrochene Linien 4o angedeutet sind. Die Grenzschicht 39 des Gases verschmilzt mit den Flüssigkei'tspolstern 4o» so daß die Flüssigkeitspolster nun als neue Grenzschicht der Düse dienen·

Die Flüssigkeitspolster 4o schnüren den Gasstrom auf seinen Weg durch den Abschnitt 20 ein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, gleicht ihre Form einer ihrem Wesen nach konvergent-divergenten Düse. Diese Form wird dadurch verursacht, daß die Polster 4o die Düse in Höhe der Zuflußöffnungen 3o abzusperren suchen, anschließend ausbreitend gespreizt und dünner werden in einem weiter abwärts von den Zuflußöffnungen 3ο gelegenen Bereich. Die Flüssigkeit wird durch die Reibungs- und Scherkräfte zwischen ihr und dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas teilweise zerstäubt. Daher besteht die neue Grenzschicht innerhalb der Düse aus einer innigen Mischung von Gas-und Flüssigkeitsteilchen· Die teilweise zerstäubte Flüssigkeit und der Gasstrom verlassen das Düsensystem etwa in der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Form. Im. allgemeinen nimmt die Flüssigkeit die Form einer Säule an, die meist konisch gestaltet ist, wenn die Flüssigkeit aus der Düse ausströmt.

Es muß angenommen werden, daß eine derartig mit einer Flüssigkeitswandung ausgestattete Düse ähnlich wirkt wie eine mit fester Wandung versehene konvergent-divergente Düse. Die Polster 4o beschleunigen das einströmende Gas bis auf eine Geschwindig-

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keit von 1.o Maoh, anschließend, im Bereich dea durch die Ilüssigkeitswandung gebildeten divergenten Abschnitts findet eine weitere Beschleunigung und Entspannung des strömenden Gases statt. Der von festen Wänden gebildete konvergente Abschnitt der Döse ι kann, wie in fig. 1 gezeigt ist, zur Anfangsbeschleunigung des Gases beitragen, aber unbedingt erforderlioh ist ein derartig geformter Abschnitt nioht. Die Beschleunigung und Entspannung, die die Polster 4ο bewirken, ist ansich ausreichend. Ss wurde ermittelt, daß Düsen, denen lediglich ein gerader Abschnitt 28 augeordnet wurde, sehr gute Ergebnisse erzielten.

Venn die Flüssigkeit die .Mündung des Düsenabsohnitts 28 erreicht, ist die Ton ihr gebildete Grenzschicht sehr dünn. Daher entspricht der tatsäohliohe Mundungadurohmesser der "künstlichen" Düse dem Durchmesser Du des zylindrischen Abschnitts 28. Der Durchmesser D^ der Einschnürung oder des "Halses" der von den Plüssigkeitspolstern 4o gebildeten Düse, liegt etwa in der Ebene, die die längsaohsen der Zuflußöffnungen 3o aufspannen.

Der Druck Ρ_£ und die Machzahl Mg am Ausgang der Düse kann durch Anwendung dtr folgenden bekannten Gleichungen ermittelt Werdens

(2)

In den vorstehenden Gleichungen entsprechen

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A der Fläche des freien Querschnitts innerhall) der Düse in beliebiger Höhe ihrer Längsachse;

A*» TT(E*) /4 der Querschnittsflache des Innenraums der "künstlichen¹¹, von einer Flttssigkeitswandung gebildeten Düse an der Stelle, wo die Machzahl des Gases in der Düse * I.o ist, nährungsweise, angegeben in Quadratzentimetern;

M der Machzahl des strömenden Oases in beliebiger Höhe längs der Mngsachse der Düse» in welcher Höhe die Fläche des freien Querschnitts der Düse A ist und der Druck des strömenden Gases P ist;

k dem Verhältnis der spezifischen Wärmen der Gasströmung auf ihrem Wege durch die DU.se;

Po dem Druck des Gases am Düseneingang (Staudruck) in Kilopond pro Quadratzentimeter, absolut;

P dem Druck des Gases innerhalb der Düse in beliebiger Höhe längs der Längsachse der DLise in Kilopond pro QuadratZentimeter, absolut.

Se muß angenommen werden, daß sowohl der niedrigste Druck als auch die größte Machzahl innerhalb des Gasstromes etwa an. der Dttsenmündung auftritt. Hach dem Austritt des Gasstroms aus der Elise sinkt sein Druck» und seine Machzahl fällt gleichfalls·

Die Zuflußöffnungen 3o sind derart angeordnet, daß die länge 1

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des divergenten. Abschnitts der duroh die Flüssigkeitswandung gebildeten Düse jeweils optimal für die gewünschte Betriebsweise ißt. Der optimale Wert der länge L kann beispielsweise bei Anwendung dee Systems innerhalb eines Sehall-Druckwellen-Erzeugerβ ermittelt werden» in dem die länge L aufgefaßt wird als die !finge dee divergenten Abschnitts einer von festen Wänden gebildeten Düse und dann die in einem früheren Vorschlag entwickelten Grundsätze zur Bestimmung des optimalen Wertes dieser Länge L angewendet werden.

Es wurde ermittelt, daß der Durchmesser D* der Einschnürung einer Düse mit Plüseigkeitswandung von der Durchflussmenge Q^ des durch die DUee strömenden Gases und der Durchflussmenge Qj₁ der Flüssigkeit abhängt, die duroh die Zuflußöffnungen 3o eingespeist wird« Die gegenseitige Abhängigkeit dieser Mengen ist duroh folgende Gleichung bestimmtt

(3) D*« 0 Po QA

In dieser Gleichung entsprechen

D*"und P« den bereits definierten Größen, wobei D* in Zentimetern angegeben ist;

Q. der Durohflußmenge des durch die Düse strömenden Gases, in Kubikmetern pro Minute?

Q^ der Flüssigkeitsmenge, die durch die Zuflußöffnungen 3o strömt, in Kilogramm pro Stunde;

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— 1 c ""

C einer konstanten, deren Wert von dem festgelegten Durchmesser Du der jeweils verwendeten DUBe₁ von der Art der verwendeten Flüssigkeit und anderen Umrechnungsfaktoren abhängt«

Es ist vorteilhaft, wenn das Gas unter Einhaltung einer verhältnismässig konstanten Durchflußmenge zuströmt. Unter diesen Umständen ist Pq eine Funktion von D* und Q., sowie Ί& eine Funktion von Q. und Qt«

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß bei Verwendung einer durch eine Flüssigkeitswandung gebildeten Düse die wichtigsten Betriebsgrößen wie die Machzahl M-, und der Druck P™ an der Mündung gesteuert und beeinflußt werden könnenjduroh entsprechende Regulierung der Gasdurchflußmenge Q. und/oder der Flüssigkeitsdurohflußmenge Q-r« Diese Art der Steuerung ist außerordentlich einfach und gewährt gleichzeitig eine Anpassungsfähigkeit sowie eine Arbeitsbreite, die bisher nicht erreicht wurden.

Eine den Fachmann Überraschende Eigenschaft einer durch eine Flüssigkeitswandung gebildeten Düse besteht darin, daß diese sich selbsttätig regelt» Wenn beispielsweise der Eingangsdruck Pq plötzlich abfällt, während die Gasdurohflußmenge konstant bleibt, nimmt der Durchmesser D* von selbst ab. Die Düse reagiert auf diesen Wechsel selbsttätig und bringt den Durohmesser D** sowie den Druck Pq auf ihre Anfangswerte zurück. Dadurch gewährleistet die Düse selbsttätig eine gleichbleibende Machzahl und einen gleichbleibend«! Druck des aus der Düse strömenden Gas-

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etrahls. Diese Eigenschaft hat den Vorteil, daß die Eingangsleistung, die dem Produkt des Gaseingangsdruokes und der GasdurohfluSmenge P_Q χ Q. entspricht, innerhalb eines außerordentlich breiten Bereichs der Viskosität von Flüssigkeiten mit großer Genauigkeit konstant bleibt.

Die Strömung innerhalb einer durch eine Flüssigkeitswandung gebildeten Düse ist darüber hinaus widererwarten gleichmässig und stetig. Das hat zur Folge, daß keine Trennung oder Abweichung des Gases von den flüssigen oder festen landen der Düse stattfindet und ebenso wenig eine Turbulenz innerhalb der Grenzschicht des Gases auftritt. Ein Grund für die Strömungsstabilität muß in der Tatsaohe vermutet werden, daß die Flüssigkeit in den Grenzsahiohtbereioh der Düse eindringt und sich mit der Gasgrenzechioht 39 misoht. Es wird angenommen, daß das schnell strömende Gas die Flüssigkeit an die Wandung der Düse drängt und, wie bereits oben erläutert, in winzige runde Partikel auflöst, die in inniger Vermischung von der Gasgrenzschicht aufgenommen werden. Dadurch nimmt die Masse zu und demzufolge auch das-'Trägheitsmoment der Strömung innerhalb der Gasgrenzschicht, so daß die Wahrscheinlichkeit bzw. Neigung der Grenzschicht turbulent zu werden oder aus- bzw. abzuweichen abnimmt. Darüber hinaus wird angenommen, dafi die flüssigkeit das innerhalb der Grenzschicht befindlioht Gas abkühlt und seine Dichte ansteigen läßt, so daß •in« weiter· Bedingung erfüllt ist, die die ffeigung zur Turbulenz oder B«» Abweichen herabsetzt und damit die Strömungastabilitat innerhalb der IXi β β fördert.

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Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung zum Entspannen und Beschleunigen "besteht darin, daß die flüssige Wand der IXise eine hervorragende Isolierung gegen Wärmeübertragung zwischen dem strömenden Gas und der festen Wandung der Düse schafft· Wenn das strömende Gas sehr heiß ist, beispielsweise in Brennersystemen mit Luftvorwärmung, ist die feste Wandung der Düse durch die flüssige Wandung geschützt und nicht der Gefahr der Überhitzung ausgesetzt.

Auch wenn in Fig. 1 vier ZufluQöffnungen 3ο für die Flüssigkeit gezeigt sind, versteht sich, daß die Anzahl je nach dem Arbeitszweck geändert werden kann. Die Zuflußöffnungen sind vorzugsweise paarweise gegenüberliegend angeordnet, wobei die Paare in gleichem Abstand voneinander und symmetrisch über die Innenwandung des IHisenkörpers 24 verteilt sind.

Fig. 2 dient der Erläuterung der Verfahren und Vorrichtungen, zur Erzeugung von Senall-Dräiekwellen und zur Zerstäubung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum fers täub en - allgemein mit 43 bezeichnet - umf&St das Düsensystem 2o und eine Pulaatölvorrichtung 44.

Die mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, die auch durch die anderen Figuren erläutert sind, stellen Verbesserungen von mehreren eigenen Vorschlägen dar« An die»« Vorschläge achließt sich die vorliegende Erfindung an. Diese Vorschläge beinhalten Wege zur Erzeugung von Schall-Druck-

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wellen und Verfahren und Vorrichtungen zur Zerstäubung, in denen verschiedene Teilvorrichtungen eingesetzt sind, wie beispielsweise eine Elise, der unter Druck stehendes Gas zugeführt wird und die einen divergenten Mündungsabschnitt zur Erzeugung eines Gasstrahles hoher Geschwindigkeit und niedrigen Drucks aufweist· Dieser Gasstrahl ist gegen eine Pulsatorkemmer gerichtet um Sehall-Druokwellen-Energie zu erzeugen. Der dort vorgeschlagene Scliall-Druokwellen-Erzeuger erzielt eine außerordentlich wirksame Ausbeute an ungewöhnlich hoher Energie ο Nawb. einem dieser Vorschläge werden flüssige Stoffe, die zerstäubt werden sollen, in den Bereich der Schall-Druckwellen-Energie geleitet, der außerhalb der DUaenaiündung liegt. Es hat sich .gezeigt, dafi diese Verfahren und Vorrichtungen eine außerordentlich wirksame Zerstäubung von flüssigen Stoffen gewährleisten und bewirken, daß die flüssigen Stoffe in Form von Wolken aus mikroskopisch feinen Tröpfchen ausgestoßen werden. Andere Merkmale dieses Vorschlags schaffen eine besondere Eignung für die Anwendung dieser Systeme in Brennern.

Die in Fig. 2 gezeigte Pulsatoreinrichtung enthält einen Teil 46, in de» ein« Pulsatorkammer 4-8 angeordnet ist. Das Teil 4-6 ^: ist mittels eines Stutzenpaares 5ο mit abgerundeten Außenkanten an de» linsensystem 2ο befestigt. Die Stützen 5Q sind an ihrem einen Bnde seitlich fest mit dem Teil 46 verbunden und andererseits la Löchern 52 an der Stirnseite des Dttsenkörpers 24 befestigt· Sie Lage und die Abmessungen der Kammer 48 wurden in Über eins timung mit einem der oben erwähnten Vorschläge getroffen. Da dort die Pulsator einrichtung in allein Einzelheiten

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"beschrieben ist, kann hier auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitsweise des Düsensystems 2o so einzurichten, daß der Mlindungsdruck Ρε, des aus dem Ausgangsabschnitt 28 ausströmenden Gases niedriger ist als der Druck des das Düsensystem 2o umgebenden Gases, und zwar vorzugsweise unterhalb o,o7 oder o,14 Kilopond pro Quadratzentimeter, absolut, liegt„ Das Verhältnis A_E /gt der Fläche der Düsenmündung zu der Querschnittsfläche der Einschnürung ist größer als t,o und vorzugsweise größer als 1,5« Auch die Machzahl M„ des aus der Düse strömenden Gases, ist größer als 1,o und vorzugsweise größer als 1,6.

In einem derart angeordneten System wird das das System umgebende Gas, bzw. die Umgebungsluft, in den austretenden Gasstrahl hoher Geschwindigkeit hineingezogen oder, anders ausgedrückt, bricht in diesen ein, wie durch Pfeile 54 in Pig. 1 angedeutet ist· Diese einbrechende Strömung oder "Implusion" (im Gegensatz zu Explosion) des umgebenden Gases in den ausströmenden Gasstrahl 42 vermehrt die Masse und hebt den Druck an, so daß das Moment der Strömung 42, die Schall-Druckwellen-leistung und der Wirkungsgrad der Einrichtung ansteigen. Nach, den bisherigen Feststellungen entwickelt diese Einrichtung einen hoch konzentrierten Kern von Schall-Druckwellen-Energie in dem zwischen der Düsenmündung und der Pulsatorkammer 48 gelegenen Bereich. Von diesem Energiekern breiten sich mächtige Schall-Druckwellen nach allen Seiten aus. Die Flüssigkeit wird diesem Energiekern ausgesetzt

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- 17 und auf dieee Weise in winzige Partikel aufgelöst.

Zu den vielen Vorteilen der Einrichtung 43 zum Erzeugen von

gehört Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben %2&b ihre stetig gleichbleibend· Arbeitsweise. Wie bereits vorstehend erwähnt ist, hat die duroh eise Flüssigkeitswandung gebildete Düse des Systems 2o die Eigenschaft, sich selbsttätig zu regulieren. Das bedeutet, daß die Betr,iebskenngrößen des Gasstromes auf dessen Wege durch und von der Düse in einem bisher nicht erreichten Maße konstant bleiben, auoh wenn andere Betriebsbedingungen einem Wechsel unterliegen. Diese gleichbleibende Arbeitsweise setzt voraus, daß die Pulsatorkasaer 48 stets nahe ihrer optimalen Lage angeordnet wird und auoh die anderen Abmessungen der Einrichtung 43 eine ähnliohe Annäherung an ihre optimalen Werte zeigen.

Sie Einrichtung 43 ist dazu in der Lage, eine außerordentlich hohe Schall-Leistung zu erbringen. Sie weist beispielsweise ohne Schwierigkeiten eine Schall-Leistung von 5 ooo Watt (Sohallwatt) auf. Die auBerördentlich hohe Leistungsfähigkeit richtet sich ebenso auf die hohen Durohflußmengen, auch bei der·Zerstäubung von Flüssigkeiten hoher Viskosität, so daß Durchflußmengen von 1 9oo Liter pro Stunde keine Schwierigkeiten bedeutet, und die Größe der aus der Zerstäubung resultierenden Tröpfchen durchgehend eine üaaeitsgröSe aufweist. Die Einrichtung ist in der Lage, Flüssigkeiten hoher und niedriger Viskosität gleich gut zu zerstöfc*·»· Darüber hinaus ist der Neigungswinkel des sich konisch aaoh äugen erweiternden Strahls, der den Zerstäuber verläßt, verfcÄTÖiismäBeig klein, und der Strahl wird einem kräftigen

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Wurf vergleichbar ausgestoßen» Wie schon, erwähnt, kann die an Schall-Druckwellen-Energie erbrachte leistung dann ohne Schwierigkeiten durch Eegelung der Gasdurehflufliaenge Q. und/oder der Durchflußmenge der flüssigkeit Q^ beeinflußt, das heißt geändert werden.

Dartiber hinaus kann die !Feststellung getroffen werden, daß die Anwendung einer Vorrichtung und eines Verfahrens der oben be-Bchriebenen Art den Wirkungsgrad des Zerstäubers anhebt und das die erforderliche Menge an unter Druck stehendem Gas, um einen bestimmten Betrag an flüssigem Stoff zu zerstäuben, wesentlich niedriger liegt als bei bisher gebräuchlichen Serstäubern dieser Art.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die dort gezeigte Einrichtung 56 zur Erzeugung von Sehall-Druckwellen und zur Zerstäubung mit geringen Ausnahmen der Einrichtung 43 in Fig. 2 gleicht. Die Ausnahmen bestehen darin, daß die Zuflußöffnungen 3o kleiner sind und eine zylindrische Erweiterung oder ein zylindrischer Stufenabsohnitt 58 innerhalb des mit 28 bezeichneten Ausgangsabschnitts an der Düsenmündung angeordnet*ist»

Der Stufenabschnitt 58 dient dazu, der Düse einen größeren Mündungsdurchmesser Du zn verleihen. Dadurch, soll erreicht warden» daß Flüssigkeit innerhalb des Düsenkdrpers 24- gespeichert wird und dass eine biegsame flüssige Wand inaerhalb des divergenten Abschnitts der Dttse geschaffen wird^ Die oben angegebenen Gleichungen (1) und (3) sind für die Berechnung der Strömungs-

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bedingungen Innerhalb der Düse der Einrichtung 56 heranzuziehen, ebenso wie für die Einrichtung 2o der Figuren 1 und 2«

Sin größerer MBtadungsdurchmesser Dg schafft die Voraussetzungen für die Bralelung eines niedrigeren Mündungsdruckes und einer höheren Geschwindigkeit des aus der Düaenmündung ausströmenden Gase«. Sie genannte biegsame Flüssigkeitswandung wird aufgebaut, wenn die Flüssigkeit die ZufluSöffnungen 3ο verläßt und eine Grenzschicht aufbaut in der in Fig. 3 durch unterbrochene Linien 6o angedeuteten. Art. Ha der Stufenabschnitt 58 ohne allmählichen übergang an den Abschnitt 28 angeschlossen ist, löst sich der Hauptetroe der Flüssigkeit und de· Gases von den festen Wänden der IXlse. Innerhalb der zurückliegenden zwischen der Oberfläche des !Polsters 6o und den festen Wänden der Düse gebildeten Tasche befindet eich stets ein Anteil der Gas-Flüssigkeitsmischung niedriger Geschwindigkeit. Dadurch erfährt der Zerstäubungs*- wirkungsgrad eine weitere Steigerung. Die Flüssigkeitswandung 6ο kann als biegsame, anpassungsfähige Wandung bezeichnet werden, da sie offenbar auf Schwankungen innerhalb der Beschleunigung und : ISat spannung des Gases _w.die durch Veränderungen des Umgebungsdruck ββ, des Kingan gadruokes und anderer Sohwankungen hervorge-, rufen sind, derart reagiert, daß sie eich in Anpassung an diese Verhältnisse waiter ins Düseninnere oder weiter nach außen bewegt· Daher sargt die biegsame anpassungsfähige Wandung 6ο für •in· stete Mit gleich guten Ergebnissen arbeitende Betriebsweise der Vorrichtung» da die biegsame Wandung einen selbsttätigen Ausgleich vomisat, wenn eich die Betriebsvoraussetzungen zu ändern beginnen, und zwar in ähnlicher Art wie die Flüssigkeite-

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vrandung der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung,

Die Einrichtungen zum Zerstäuben und zur Erzeugung von Schall-Druckwellen_r die in den übrigen Figuren au sehen sind, sind ähnlich den Einrichtungen in den Fig. 2 und 3» Hie zu zerstäubende Flüssigkeit wird an einer Stelle in den Gasstrom, geleitet, wo sich der Strom nooh innerhalb der von einer festen Wandung gebildeten Düse befindet« Die Flüssigkeit richtet eine neue Grenzschicht innerhalb der durch eine feste Wandung begrenzten Düse auf, und die Gasströmung innerhalb der Düse wird in der durch die Figuren 1,2 und 3 sowie durch die Gleichungen (1) bis (3) beschriebenen Art beeinflußt» Es werden verschiedene Anordnungen zur Einspeisung der Flüssigkeit in die Düse vorgeschlagen, die verschiedene Formen vorteilhafter Flüssigkeitswandungen für Düsen schaffen« Diese Anordnungen enthalten auch Steuerungsglieder zur Beeinflussung der Gestalt des austretenden Strahls und gestatten eine besonders einfache und wirkungsvolle Einspeisung der Flüssigkeit in die Einrichtung»

Aus den Fig. 4· und 5 ist ersichtlich, daß die dort dargestellte Einrichtung 62 zum Zerstäuben u.a. ein Düsengehäuse, enthält, das allgemein mit 64· bezeichnet ist* Dieses besteht aus einem außen rohrförmigen Abschnitt 66, an dem ein Stützenpaar 68 angeschlossen ist, das an seinem anderen Ende ein Teil 7ο trägt, in dem eine Pulsatorkammer 72 angeordnet ist, die einseitig offen ist und deren Öffnung in Richtung auf die Stirnseite des rohrförmigen Abschnitts 66 gerichtet ist.

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Ein zylindrischer Düsenkörper - allgemein mit 74 "bezeichnet ist innerhalb des Düsengehäuses .64 angeordnet und stößt mit seiner Stirnseite 76 gegen eine Hinterdrehung der Stützen 68 (vergl. Pig. 5). Der Düsenkörper 74 verfügt über einen konvergenten ELngangsabsohnitt 78, einen zylindrischen Mittel- oder Stabilisierungsabschnitt 8ο und einen divergenten Ausgangsabschnitt 82. line Quelle (nicht dargestellt), die unter Druck stehendes Gas liefert, ist an den rohrförmigen Abschnitt 66 des Düsengehäuses 64 angeschlossen. Das unter Druck stehende Gas strömt aus der Speiseleitung kommend durch den Düsenkörper 74 und verläßt die Düse in Form eines Gasstrahles, der von der Bilsatorkammer 72 aufgefangen wird.

Sine nach den Grundsätzen der früheren Vorschläge ausgebildete und betriebene Düse mit einem Düsenkörper 74 ist, ahnlich wie das bereits oben beschriebene Düsensystem 2o, in der Lage, einen Gasstrahl auszustoßen, dessen Machzahl größer als 1,o ist, vorzugsweise größer als 1,6, an der Düsenmündung. Dj._e Machzahl innerhalb der Strömung im Bereich des Stabilisierungsabschnittes 8o erreicht etwa den Wert 1,o. Die Düse bewirkt darüber hinaus einen Gasdruck an der Düsenmündung, der geringer ist als der Druck des die Düse umgebenden Gases und der vorzugsweise unter einem Wert ron o,o7 oder o,14 Kilopond pro Quadratzentimeter, absolut, liegt. IM die Betriebskenngrößen auf diese Werte zu bringen, ist dafür zu sorgen, daß das Verhältnis der Fläche des freien Quersohnitte an der Düsenmündung zu der KLäehe des freien Quereohaitts innerhalb des Stabilisierungsabschnittes 8ο

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größer ist als 1 zu 1 und vorzugsweise 1,5 zu 1 "beträgt.

5b ens ο wie in der Düse 2o,die oben beschrieben wurde, bewirkt ler Druckunterschied zwischen dem Brück der Strömung an der Dttsenmündung und dem des umgebenden Gases, daß das umgebende Sas in den Strom hineingezogen wird bzw. "implodiert", und zwar 3esonders im Bereich des Kerns der Schallenergie, der im Bereich zwischen der Mündung des Düsenkörpers 74 und der öffnung der Pulsatorkammer 72 liegt. Dieser ^Itimplosionsartige^H Einbruch in len austretenden Strahl wirkt sich außerordentlich günstig auf iie Leistung und den Wirkungsgrad des Schall-Druckwellen-Erzeugers aus.

Ciach der Erfindung sind gleich, weit von einander und symmetrisch angeordnete Zuflußöffnungen, vorzugsweise zu viert, 84·, 86, 88 und 9o durch den rohrförmigen Abschnitt 66 gelegt, die sich innerhalb des Düsenkörpers 74 fortsetzen und deren Mündungen innerhalb des Stabilisierungsabsefenittes 8o der %se liegen._# Vier Leitungen 92, 94, 96 und 98 sind außen an dem rohrförmigen

Abschnitt 66 befestigt und fllissigkeitsleitend mit den erwähnten Zuflußöffnungen 34, 86, 88 und '9o verbunden«

Nach den Grundsätzen eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das zu zerstäubende Ströiauiigamedium, beispielsweise eine Flüssigkeit, über die Leitungen 32_P 94, 96 und 98 sowie die Zuflußöffnungen 84, 86, 88 und Bq in das durch die Düse strömende Gas eingespeist, und zwar innerhalb des Stabilisierungsabschnitts 8o der Düse. '

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Auch hier spielen sich die in Verbindung mit den Fig. 1, 2 und 3 bereits erläuterten Vorgänge ab. Auf seinem Wege durch die löse drückt der mit hoher Geschwindigkeit strömende Gasstrom die Flüssigkeit gegen die feste Wandung der Hise und löst diese auf, überwiegeaid in runde Partikel_r die mit der Gasgrenzsciiiclit 9t innig "rearaisciit werden» Die Flüssigkeit fließt anschließend. durch das Dauaere der Mae, und zwar in der Nähe der Grenzschichten und, wenn die Flüssigkeitsdur ohflußBienge durch jede Zuflußöffnung etwa gleich bleibt, wird τοη der OU.se in Form eines gleieheässig verteilten und gleiohmässig dicken, zylindrisch geformten Vorhangs ausgestoßen. Dieser Vorhang aus Flüssigkeitsteilchen. wird einer sehr heftige« Einwirkung der geballten Schall-Bruck-Siergie ausgesetzt, durch diese in mikroskopisch fein« Teilchen aufgelöst und aus dem Bereich der Pulsatorkammer 72 gedrängt» Der entstehende Strahl ist τοη mikroskopisch feinen FltiseigkeitstrSpfehen gebildet, die eine kaum jemals erreichte EinheitegräBe aufweisen.

Diese Aaiordnuttg weist viele Vorteile auf, einschliesslich der Vorteile, die den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungen eigen sind· Sie weist unter anderem eine erhöhte Stabilität auf und ihre Betriebskenngrößen sind wie diejenigen der Ausführungen naoh den K.g. 2 und 3 leicht beeinflußbar durch gesteuerte Änderungen der eingegebenen Flüssigkeitsmenge in Übereinstimmung mit d«a Gleichungen (1) bie (3), die oben erläutert wurden.

Ein anderer Vorteil ist darin *u sehen, daß die Flüssigkeit die Düse in Form einen Strahles verläßt, in dem die Flüssigkeit

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außerordentlich gleichmässig verteilt ist,und zwar unter allen möglichen Durchflußmengen an Flüssigkeit, die der Einrichtung zugeführt wird. Auch wenn man den Bereich der möglichen Änderungen der Durchflußmenge sehr "breit annimmt und diese Bedingungen innerhalb einer Einrichtung nach der Erfindung schafft, werden außerordentlich gute Zeratäubungsergebnisse erzielt* Man sieht,daß der Tropfchennebel der zerstäubten Flüssigkeit an keiner Stelle größere Tröpfchen oder rundliche Teile unzersteubter Flüssigkeit mit sich führt, und zwar auch unter extremen Schwankungen .der eingegebenen Flüssigkeitsmenge_β Damit ist das Verfahren und die Vorrichtung dach der Erfindung allen früheren Zerstäubern überlegen, in denen sich relativ große Teilchen unzerstäubter Flüssigkeit gelegentlich von der Düse lösten, besonders wenn die eingegebene Flüssigkeitsmenge sehr hoch oder sehr niedrig lag.

Auch der Neigungswinkel des sich nach außen erweiternden Strahls ist verhältnismässig klein, und der Strahl wird mit beträchtlicher Kraft nach vorn ausgestoßen· Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß eine Vielzahl innerer Zuflußöffnungen vorgesehen sind, die an voneinander getrennte Zuleitungen zur Zuführung verschiedener Flüssigkeiten angeschlossen sind, um diese Flüssigkeit miteinander zu vermlschene Indem diese Flüssigkeiten innerhalb des in der Düse liegenden Gasstromes eingespeist werden, steht sowohl mehr Zeit für diese Flüssigkeiten zur Verfügung um sie zu mischen^ bevor sie durch die Schall-Druckwellen zerstäubt werden, als auch bessere Be-

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dingungen zur gegenseitigen Durchdringung dieser Flüssigkeiten vorliegen. Daher dient eine Vorrichtung nach der Erfindung gleichzeitig dazu, eine wesentlich innigere Vermischung verschiedener Flüssigkeiten herbeizuführen als es bisher möglich war.

Darüber hinaus können nach den Verfahrensgrundsätzen der vorliegenden Erfindung die Flüssigkeiten mit verschiedenen Durchflußmengen über die leitungen 92, 94, 96 und 98 eingespeist werden, um auf diese Weise ein Mittel zur Steuerung und Beeinflussung der Form des von dem Zerstäuber erzeugten Strahls zu schaffen. Ein Flüssigkeitsanteil kann beispielsweise durch die einander gegenüberliegenden Öffnungen 84 und 88 bei Einhaltung einer bestimmten Durchflußmenge und ein anderer Flüssigkeitsanteil durch die einander gegenüberliegenden öffnungen 86 und 9o

mit einer anderen Durchflußmenge eingespeist werden. Die GeStrahl

etalt des Strahls verändert sich dergestalt, daß der/im Querschnitt von der längsachse der Einrichtung in der Ebene der Zuflußöffnungen^, durch die die größere Flüssigkeitsmenge eintritt,

wird,
nach außen vergrößert^ vom Durchmesser her gesehen, und in der Ebene der Zuflußöffnungen durch die weniger Flüssigkeit strömt^, nach innen eingeschränkt wird. So wird beispielsweise ein nahezu als oval anzusehender Strahlquerschnitt I00 (gezeigt in Fig. 4) hervorgerufen, wenn die Durchflußmenge durch die Zuflußöffnungen 84 und 88 größer ist als die durch die Zuflußöffnungen 86 und 9o strömende Durchflußmenge. Die Querschnittsform des Strahls wird nach außen gedehnt in der längsebene,die den Zuflußbohrungen 84 und 88 e&tepricht und erfährt eine nach innen gerichtete Verengung in der Ebene der Zuflußiffnungen 86 und 9o. Wenn also

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verschiedene einander paarweise gegenüberliegende Zuflußöffnungen angeordnet sind und die eingegebenen Flüssigkeitsmengen jeweils gesteuert sind, kann die Form des von dem Zerstäuber ausgestoßenen Strahls im Querschnitt oval, flach oder anders geformt sein, wie es jeweils erwünscht ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht ferner die Möglichkeit, daß ein Gas durch ein Paar gegenüberliegender Leitungen, beispielsweise die leitungen 92 und 96, eingespeist wird, während durch die anderen einander gegenüberliegenden leitungen 94 und 98 eine Flüssigkeit zugeführt wird. Für die Gaszufuhr kann, wenn dies günstig ist, die gleiche Quelle benutzt werden wie für die Gaszufuhr zum Düsenkörper 74· Biese Anordnung sorgt für eine leichte und wirkungsvolle Steuerung zur Beeinflussung des Strahlfaersohnittes des Zerstäubers.

Die Zerstäub er einrichtung 62_t die in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt ist, weist eine ähnliche Konstruktion wie die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einrichtungen auf, mit Ausnahme des Merkmals, daß die vier für ein Strömungsmedium vorgesehenen Zuleitungen 84-, 86» 88 und 9o durch eine einzige Hülse 1o2 ersetzt sind und vier zusätzliche Zuflußöffnungen I04 zum Austritt außerhalb des Düsenkörpers 74 vorgesehen sind.

In dieser Auaführungsart nach der Erfindung wird ein Teil der zu zerstäubenden Flüssigkeit durch die Hülse to2 zu allen innerhalb des Stabilisierungsabschnitts 80 gelegenen Zuflußöffnungen 84, 86, 88 und 9ο unter Aufrechterhaltung eines bestimmten

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: ι h<*ta on

Druckes gagefUhrt, Dieser Plüssigkeitsanteil gelangt in den Düsenabsohaitt 8o, bildet dort eine Düse mit einer Flüssigkeitswandttng iimerhaib des mit einer festen Wandung versehenen DUsenkörpers T 4 «Cftt wird in der mit Bezug auf die Figuren 1 big 5 erläutertem lsi·« zerstäubt. Der verbleibende Anteil der flüssigkeit gelangt duxoh die Zuflußöffnungen 1o4 in den Bereich der Schall-Ss^töiEirÄlifin-Eaergie, und zwar unmittelbar, da die Iftindaagea der iwfloSöffnungen 1o4 außernalb des Dasenkörpers 74 liegen. iüSerhÄlb des Düeenkörpers 74 werden alle flüssigkeitsanteile ittröil die Sohall-Sruokwellen hoher Energie, die von der Pulsatorkiuraaer 72 ausgehen, erfaßt und endgültig zerstäubt.

Vorteil Äieeer Bauart einer Vorrichtung nach der Erfindung besteht dariHf d&§ ihr Strahl einen verstärkten Vorwärtedrang und einea bteoiÄere kleinen Neigungswinkel aufweist» Duroh eine entsprechende Einflußnahme auf die Durchflußmenge, die duroh die ZuflttSöfföuaagea 84, 86, 88 und 9o strömt, gegenüber der Itarohflufiaeng«, die durch die Suflußöffnungen 1o4 geleitet wird» kann erreicht werden, daß der Strahl wahlweise entweder mit langsamer Greeehwiadig£eit vorwärts "wallt" bzw. "wogt" oder mit verhaltnisffiitgeig hoher Geschwindigkeit vorwärts eilt, in jeweiliger Anpassung aa die Erfordernisse.

Die Strahljform ist wählbar. Sie kann rund sein oder eine andere erwünschte CJeetalt annehmen, in dem der Durchmesser eine· Paarss eioaader gegenttberliegemder Zuflußöffnungen 84 und 88 rm dem des anderen Paares ZufluJöffnungen 86 und 9o verschiedea gewählt wird. Da» hat ztxr folge, daß die Durchflußmengen für di* Ter-

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schieden gewählten Paare von Zuflußöffnungen verschieden, sind und die Strahlform in einer Weise beeinflußt und geändert wird, wie bereits mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 erläutert wurde.

Der in den Figuren 9 und "Io dargestellte Zerstäuber 62 ist vergleichbar mit dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Zerstäuber, mit der Ausnahme, daß die zu zerstäubende Flüssigkeit nach dieser Bauart in den Diisenkörper 74 an einer - von dem konvergenten Abschnitt 78 her gesehen - stromaufwärts gelegenen Stelle zugeführt wird statt direkt in den stabilisierenden Abschnitt ■ 8ο eingespeist zu werden» Die Form des konvergenten Eingangsabschnitts 76 ist so gewählt, daß die Absohlußkante an seiner Eingangsöffnung unmittelbar an die Innenwandung des Gehäuses 66 anschließt, so daß ein sanfter Übergang mit entsprechender Neigung zur Leitung der Flüssigkeit in die Düse geschaffen is to Auch das freie %de der Pulsatoreinrichtung 7o endet spitz und ist in Übereinstimmung mit den in einem früheren Vorschlag entwickelten Grundprinzipien gestaltet»

In einer Vorrichtung nach dieser Bauart^ ist das Leitungssystem für den Flüssigkeitszulauf besonders einfach und mit entsprechend niedrigen Kosten zu fertigen,, Die Flüssigkeit, die zerstäubt werden soll, wird durch die Leitung 1o6 zugeführt und über einen Stutzen toö eingespeist, der mittels einer Überwurfverschraubung mit der Leitung 1o6 verbunden und mit seinem anderen Ende in dem Gehäuse 66 verschraubt ist„ ΐ/ie aus der Figo 1 ο ersichtlich ist, verschließt eine kleine Mündunysplatte 1Io die Ausgangsöffnung der Leitung 1o6₀ Diese i.IündungBplatte 11o weist in der Mitte

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ein kleines Loch auf, dessen Größe die Durchflußmenge der in die ZerstäulDereinrichtung fließenden Flüssigkeit bestimmt» Die Durchflußmenge kann einerseits durch Steuerung der Leitung 1o6 leicht geregelt werden oder in besonders einfacher Weise durch Austauschen der MÜndungsplatte 11 ο gegen eine andere Mündungsplatte mit abweichender Lochgröße.

Die Flüssigkeit strömt durch die Leitung 1o6 über den Anschlußstutzen 1o8 in das Innere des Gehäuses 66, vfo sie über den Umfang des konvergenten Eingangsabschnitts der Düse durch den mit hoher Geschwindigkeit zuströmenden Gasstrom gleichmässig verteilt wird. Die Flüssigkeit bildet dann eine Grenzschicht 111 und formt eine Düse mit Flüssigkeitswandung innerhalb des mit einer festen Wandung ausgestatteten Düsenkörpers 74 und wirkt in der oben bereits mehrfach erläuterten 7feise in Übereinstimmung mit den ebenfalls vorstehend erwähnten Gleichungen (1) bis (3), um die Gasströmung innerhalb der Düse zu steuern. An-' schließend wird die Flüssigkeit in der gleichen V/eise zerstäubt wie in den vorstehend erläuterten Einrichtungen.

Wie bereits oben erwähnt wurde, zeichnet sich die Vorrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit nach dieser Bauart durch besondere Einfachheit aus. Ihre Anwendung gibt die Möglichkeit, eine Zerstäuber einrichtung einzusetzen, die an ihrem vorderen Ende auffallend wenig Ausrüstung, wie mehrere Leitungen usw, erfordert. Dieser Vorteil wirkt sich besonders aus, wenn der für den Einbau der -Einrichtung vorgesehene Platz besonders knapp bemessen ist.

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Die in Fig. 11 dargestellte Einrichtung 62 zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung ist ähnlich ausgebildet wie die in den Figuren 9 und 1c gezeigte Einrichtung, mit Ausnahme des abweichenden Merkmals, das eine biegsame, anpassungsfähige Düse, mit Flüssigkeitswandung geschaffen ist, die mit der in Fig. 3 dargestellten Düse vergleichbar ist. Es ist ein zylindrisch geformter Ausgangsabschnitt 112 angeordnet» Dieser Abschnitt 112 ähnelt dem Abschnitt 58 der Ausführung von Figo Der Abschnitt 112 ist gegenübeijdem Stabilisierungsabschnitt 8ο stufenförmig zurückgesetzt„ Hinzu kommt, daß kein konvergenter, von einer festen 77andung gebildeter Düsenabschnitt vorgesehen ist. Stattdessen ist der Düsenkörper 74 mit einer zur Mittelachse der Düse senkrecht gerichteten Schulter 114 ausgerüstet, und dicht neben der Schulter 114 ist der Eingangsstutz en 1o8 der Flüssigkeitszuleitung angeordnete Der schnell strömende Gasstrom drückt die durch den Stutzen 1oS eingespeiste Flüssigkeit in den Stabilisierungsa.bsch.nitt 8o, wo sie an der Innenwandung der Düse verteilt wird und eine Grenzschiont 115 bildet» Dadurch entsteht eine durch eine Flüssigkeitswandung gebildete Düse wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Die Flüssigkeit formt weiter stromabwärts eine anpassungsfähige divergente Flüssigkeitswandung, innerhalb derer der Gasstrom entspannt und beschleunigt wird, und zwar in der im Zusammenhang mit der Fig, 3 beschriebenen Weise.

Dieses Ausführungsbeispiel kann den Vorteil für sich, in Anspruch nehmen, eine sehr einfache Bauweise aufzuweisen. Auch diese flinrichtung hat die Eigenschaft, bei wechselnden Betriebs-

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bedingungen stets selbsttätig einen Ausgleich vorzunehmen«. Dazu dient die seitlich innerhalb des Abschnitts 112 abgelagerte Flüssigkeit. -Außerdem gelten für dieses Ausführungsbeispiel auch die anderen für die Einrichtung nach Figur 3 erläuterten Vorteile·

Der in den Figuren 12 und 13 dargestellte Zerstäuber 62 ist ähnlioh auegebildet wie der in den Figuren 6, 7 und 8 gezeigte, es fehlen hier jedoch die in den Stabilisierungsabschnitt einmündenden Zuflußöffnungen 84, 86, 8ö und 9o, sowie die außerhalb liegenden Zuflußöffnungen I04. Stattdessen sind vier ZufluSöffaoagen 116 angeordnet, die in den divergenten Abschnitt 82 der IXlse einmünden und daher die Flüssigkeit in ähnlicher Weise ia das Innere der Düse einspeisen,wie bei anderen vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung. Auch hier ist das Ende der Pulsatcreinrichtung 7o spitz ausgeführt, entsprechend den Ausfülirungsbei spielen der Figuren 9 und I00

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß seine Bauweise besonders einfach ist, ohne dadurch die Vorteile einzubüssen, die den oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eigen sind. Die durch die Zuflußöflhungen 116 eingespritzte Flüssigkeit^«" breitet sich in Form einer gleichmässig verteilten Grenzschicht 117 aus, bevor sie die Düse verläßt und zerstäubt wird. Das Eindringen der Flüssigkeit in die Gasgrenzschicht 119 verbessert die Stetigkeit der Arbeitsweise des Serstäubers in der vorstehend bereits mehrfach beschriebenen Weise» Damit soll zum

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Ausdruck gebracht werden, daß das Einspritzen von Flüssigkeit in den durcli eine feste Wandung begrenzten divergenten Abschnitt auch hier eine durch eine Flüssigkeitswandung gebildete Düse in Form eines divergenten Abschnitts bildet» Darüber hinaus wurde festgestellt, daß diese Art der Einspritzung eine Verstärkung und Verdichtung der G-asgrenzschicht 119 in dem gegenüber der Einspritzstelle stromaufwärts gelegenen Bereich verursacht, so daß der Stabilisierungsabschnitt verengt wird und auf diese Weise eine Regulierung der Gasströmung innerhalb der Düse in gleicher Weise vorgenommen wird, wie in anderen bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung» Außerdem wird der Vorwärtsdrang des Strahls erhöht und der Neigungswinkel des konisch geformten Strahls in dieser Einrichtung vermindert»

Die in Fig» 14 dargestellte Einrichtung 62 zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung^ ist ebsnso ausgebildet wie die in den Figuren 12 und 13 gezeigte Einrichtung mit Ausnahme des Merkmals, daß der Aufbau derart geändert wurde, daß die Mittelachse jeder Zuflußöffnung 116 nahezu senkrecht gegenüber der Längsachse des Düsenkörpers 74 gerichtet ist» Das hat zur Folge, daß die Zuflußöffnungen 116 die zu zerstäubende Flüssigkeit unter einem Winkel von nahezu 9 ο Grad zur Mittelachse der Düse in den Gasstrom führen» ^iese Anordnung gewährleistet eine weitere Steigerung der Zerstäubungsgüte der Strahlkraft und der Genauigkeit des Strahlwinkels»

Die in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung gestalteten Zerstäuber und Schallerzeuger^ weisen bei

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Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren besondere Vorteile im Einsatz bei Flüssigkeitsbrennern für Öfen und andere Zwecke auf. Fig. 15 zeigt einen Flüssigkeitsbrenner, für den ein Sohallzerstäuber 43»der in Fig. 2 gezeigten Art, verwendet wird, der innerhalb eines Leitungssystems 118 für flüssigen Brennstoff angeordnet ist. Dieser Brennstoffzerstäuber erstreckt sich durch eine Bohrung 12o innerhalb einer 7/and 122 eines Ofens, ier beispielsweise zur Aufheizung von Warmwasserrohren 124 oder zu einem ahnlichen Zweck dient.

Die Zerstäubereinriohtung 43 ist in ein Verbindungsstück 126 eingesetzt, daa einen leiohten Ein- und Ausbau gestattet, so daß die Zerstäubereinrichtungen des Ofens leicht ausgetauscht werden können. Flüssiger Brennstoff, beispielsweise Heizöl, wird aus einem Behälter 128 über ein Rohr 13o dem Speisesystem 118 zugeführt. In ähnlicher Weise gelangt unter Druck stehende Luft zum Betrieb der Zerstäubereinriohtung 62 von einem Behälter 132 über ein Bohr 134 zum Speisesystem 118. Der zerstäubte Brennstoff verläßt die Zerstäubungseinriohtung 62 in Form einer aus Tropfohennebel bestehenden Wolke und wird "anfangs durch eine Gasflamme 136 entzündet, beispielsweise auch durch einen Funken oder geeignete andere Zündeinrichtungen, entwickelt unmittelbar ansohlieflend eine Flamme 138 und brennt von selbst weiter ohne daa$ eine erneute Zündung erforderlich ist.

Die Flamme dieses Flüssigkeitsbrenners ist eine "blendende" Flamme. Das bedeutet, daß die Verbrennung einer solchen Flamme vollkommen iat und in allen Bereichen der Flamme gleich stark

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und gleiohmässig ist. Andere Gesichtspunkte einer derartigen Flamme wurden in früheren Vorschlägen eingehend beschrieben.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die auf Flüssigkeitsverbrennung angewandten Verfahren und Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung,eine Flamme mit grösserer vorwärts gerichteter Geschwindigkeit bewirken als bisher übliche Flüssigkeitsbrenner ähnlicher Arto Auch wenn es Anwendungsgebiete gibt, in denen eine Flamme vorteilhaft ist, die sehr "weich¹¹ ist und mit geringer Geschwindigkeit vorwärts "wallt", ist es für'einige Feuerungen, in denen schnell strömende Qfengase herrschen] und ^indströmungen wünschenswert, daß die Flamme eine größere Vorwärtsgeschwindigkeit aufweist, damit sie durch derartige »7indströmungen nicht so leicht abgelenkt wird. Die in Fig. 15 dargestellte Einrichtung zur Verbrennung von Flüssigkeiten^ verfügt über eine Flamme von hoher Vorwärtsgeschwindigkeit, die groß genug ist, damit die Flamme durch die Qf engase und TTindströmungen nicht merklich abgelenkt wird. Es wurde festgestellt, daß der Zuwachs an Flammengeschwindigkeit ein Ergebnis der naoh der Erfindung vorgenommenen

ist, wenn diese

Einspeisung des Brennstoffs in den Gasstrom/an einer Stelle vorgenommen wird, an der sich der Gasstrom noch innerhalb der I>üse befindet. Der Brennstoff wird auf eine relativ hohe Geschwindigkeit beschleunigt, so daß dem Strahl and der Flamme eine höhere Vorwärtsgeschwindigkeit und ein größeres Moment verliehen wird.

Es versteht:.sich von selbst, daß die in den Figuren 3 bis H dargestellten Zerstäuber sämtlich in den Flüssigkeitsbrenner von Figur 15 eingesetzt werden können und die genannten Vorteile erzielen. 909836/0371

Claims

Patentansprüche

1.)' Verfahren zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung von strömungsfähigen Stoffen in einem gasförmigen Umgebungsmedlum durch folgende Verfahrensschritte:

Erzeugung einer Gasströmung,

Entspannung des Gases innerhalb dieser Strömung, derart, daß das Gas mindestens an einer Stelle der Strömung einen Druck aufweist, der niedriger als der Druck des Umgebungsmediums ist,

Leitung der Gasströmung gegen und in eine Pulsatoreinrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen,

dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfhice Stoff in einem - in Strömungsrichtung gesehen - vor der Stelle des niedrigsten Druckes des Gases innerhalb der Strömung gelegenen Ber.elch in. die Gasströmung eingeführt ist.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas innerhalb der Strömung auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die größer als 1.0 Mach ist.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfällige Stoff an einer Stelle in die Gasströmung eingeführt wird, wo die Mach-Zahl des Gases innerhalb der Strömung einen Betrag aufweist, der zwischen 1.0 und einem innerhalb der Strömung auftretenden größten l/ert liefet.

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It

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff an einer Stelle in die Gasströmung eingeführt ist, an welcher die Machzahl des Gases innerhalb der Strömung einen Betrag von etwa 1.0 aufweist.

5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff an einer Stelle^in die Gasströmung eingeführt ist, an der die i.'achzahl des Gases innerhalb der Strömung einen Betrag aufweist, der unter 1.0 liegt.

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff an. mehreren rings um die Strömung angeordneten Stellen in die Gasströmung eingeführt ist, jede dieser Stellen - in Strömungsrichtung gesehen - vor dem Bereich gelegen ist, an dem die Geschwindigkeit des Gases innerhalb der Strömung einen höchsten -ViERT annimmt, und die Durchflußmenge des strömungsfähigen Stoffes auf dem Weg zu diesen Stellen gesteuert ist.

7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des strömungsfähigen Stoffes für jede Stelle getrennt gesteuert ist, so daß die Durchflußmenge mindestens an einer der Stellen von der Durchflußmenge der anderen Stellen

cd verschiedene ist.
ο

ocp.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

o> die Stellen rings um die Gasströmung gegeneinander symmetrisch

^ uhd paarweise gegenüberliegend angeordnet sind sowie die Durch- _*. flußmenge zu jeder Stelle jedes Paares von einander gegenüberliegenden Stellen gleich der Durchflußmenge der anderen - 3 -

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Stelle jenes Paares ist, demgegenüber die Durchflußmenge, die jeder Stelle eines Paares zugeführt wird, von der verschieden ist, die anderen Paaren vonSteilen zugeführt iiird.

9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis ü, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen innerhalb eines Bereichs der Strömung angeordnet sind, in dem die Machzahl des Gases einen Betrag von etwa 1.0 aufweist.

lo.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff aus Flüssigkeit und Gas besteht.

11.) Verfahren nach Anspruch 1 bis Io zur Zerstäubung eines inkompressiblen Strömungsmediums in einem gasförmigen Umgebungsmedium, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Kompression eines Gases mit dem Ziel, ihm einen höheren Druck zu verleihen als das Umgebungsmedium aufweist;

Einspeisung des unter Druck stehenden Cfases in einen rohrförmigen Kanal, dessen Mündung innerhalb des Umgebungsmediums liegt;

Einführung des inkompressiblen Strömungsmediums in den rohren '
J₀ förmigen Kanal unter Druck und derart, daß das inkompressible

u> Strömungsmedium ein Polster bildet, das die Neigung hat, den cn

* rohrförmigen Kanal an einer - in Strömungsrichtung gesehen -

vor der Mündung des rohrförmigen Kanals gelegenen Stelle abzuschnüren, wobei die Polster einen sich von dieser Stelle stromabwärts erstreckenden divergenten Abschnitt innerhalb -. *1 -

des rohrförmigen Kanals bilden und die Dicke der Polster an dieser Stelle ausreicht, um das Gas auf eine Geschwindigkeit von 1.0 ilach zu beschleunigen, und

Leitung der aus Gas und inkompressiblem Strömungsmedium bestehenden Strömung in die Pulsatoreinrichtun?; zur erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung des inkompressiblen Strömurifvsinediums.

2.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff ein brennbares Medium aufweist und sich an die Zerstäubung eine Entzündung des brennbaren Stoffes anschließt.

3.) Verfahren nach Anspruch 11 und 12, zur Verbrennuni-; von flüssigen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß das in den rohrförmigen Kanal an bestimmten Stellen eingespeiste stromungsfähi^e Medium ein flüssiger brennstoff ist, der nach seiner Zerstäubung anfangs gezündet wird und dessen aus feinsten Tröpfchen bestehender Strahl dann eine !Flamme speist.

4.) Vorrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung von strömungsfähigen Stoffen in einem gasförmigen Ungebungsmedium unter Anwendung der Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, in der eine Düse angeordnet ist, die das unter

co Druck stehende Gas aufnimmt, eine Gasströmung im Innenraum der

<*> Düse zuläßt, das Gas entspannt, beschleunigt und dieses in Form ^ einer Strömung in das gasförmige Umgebungsmedium ausstößt, deren

^₄ Geschwindigkeit einen Betrag von größer als 1.0 iiach auf v/eist, und einen Druck, der mindestens in einem Bereich niedriger ist als der Druck des Umgebungsmediums, und eine Pulsator- - 5 -

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einrichtung, oie Ια Abstand von der Düse angeordnet ist zur Aufnahme des aus der Düse strömenden Gases, dadurch gekennzeichnet, uaß ein Leitungssystem zur Zuführung des strömungsfähigen Stoffes in die Gasströmung innerhalb der Düse an geordnet ist.

Ibt) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen divergenten Abschnitt aufweist, in den ein Teil der Ent spannung und 2cschleuniimn:_:: des Gases vorgenommen wird und innerhalb derer ein Leitungssystem angeordnet ist zur Zuführung des strömun'-εfähigen Stoffes in die im Innern der Düse befindliche Gasströmung, wobei aie Zuführung an einer innerhalb des divergenten Düsenabschnittes (telegenen Stelle erfolgt.

Ib.) Vorrichtung nach Anspruch lh bis 15, dadurch gekennzeichnet, da£ die Düse einen divergenten Abschnitt, in dein ein Teil der Entspannung und beschleunigung des Gases geleistet wird, und einen anderen Düsenabschnitt aufiieist, der in den divergenten Abschnitt mündet und eine in Richtung der Gasströmung gerade verlaufende Wandung aufweist, und das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß die Zuführung des strömungsfähigen Stoffes in die Gasströmung an eira? innerhalb des gerade verlaufenden Düsen-

^j abschnittes erfolgt.
ο

CO
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CO

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^³ BAD ORIGINAL

1 4 A 7 3 3 A

17.) Vorrichtung nach Anspruch l4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen divergenten Abschnitt, in dem ein Teil der beschleunigung'und Entspannung des Gases geleistet wird, und einen konvergenten Düsenabschnitt aufweist, der - in Strömun^srichtung gesehen - vor dem divergenten Düsenabschnitt liegt, und das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß der strömungsfähige Stoff an einer Stelle in die Gasströmung eingeführt wird, die - in Ctrömunfcsrichtung gesehen - vor dem konvergenten Düsenabschnitt lie^t.

lo.) Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem mehrere innerhalb der Viandung der Düse anp;eordnete Zuflußöffnunp-en aufweist, die paarweise einander gegenüberliegend und symmetrisch zueinander angeordnet sind, und Leitungen vorgesehen sind, die den flüssigen Stoff zu diesen Zuflußöffnungen führen.

19.) Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem so angeordnet ist, daß der strömungsfähige Stoff unter einem Winkel von 90° gegenüber der Längsachse der Düse in die Gasströmung eingeführt wird.

2ol) Vorrichtung nach Anspruch 1.4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse _einen konvergenten Abschnitt und einen Abschnitt mit zur Strömungsrichtung paralleler und gerader Viandung aufweist, und das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß der strömungsfähige Stoff unter einem Winkel von 90° zur Lälngsachse

909836/0371 ^BAD original^

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der Düse in das Düseninnere eingeführt wird, und zwar an mehreren gemeinsam in einer Ebene liegenden Stellen, die symmetrisch zueinander in den geraden Düsenabschnitt angeordnet sind.

21.) "Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mindestens zwei Abschnitte aufweist, deren i/andung parallel zur Richtung der Gasströmung und gerade verläuft und deren einer eine größere Querschnittsfläche aufweist als der andere, wobei der übergang zwischen beiden stufenförmig ist, so daß einer der beiden Abschnitte gegenüber dem anderen zurückgesetzt ist, und das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß der inkompressible strömungsfähige Stoff an einer Stelle in das Düseninnere eingeführt wird, die stromaufwärts von dem Abschnitt größeren Durchmessers gelegen ist.

22.) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenabschnitt größeren Durchmessers -. in Strömungsrichtung gesehen - hinter dem anderen Abschnitt liegt.

23.) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenabschnitt größeren Durchmessers - in Strömungsrichtung gesehen - vor dem anderen Abschnitt liegt.

24.) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß

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innernalb der Düse ein dritter Abschnitt mit einer zur ^tröiiiuriKsrichtunr parallelen und geraden -'anaun'· an einer Stelle angeordnet ist, die - in Strünun:-srichtun·'; veselien vor den ersten der beiden anderen angeordnet ist und das Leitungssystem derart gestaltet ist, dal?· der inkompressible strömun^sfähige Stoff an einer - in Stronun^srichtun;? gesehen vor diesen drei Abschnitten gelegenen Ctelle in das Düseninnere eingespeist wird.

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