DE1447334C - Gerat zur Zerstäubung von stromungs fähigen Stoffen in einer gasförmigen Umgebung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Zerstäubung von strömlingsfähigen Stoffen in einer gasförmigen Umgebung mit einer gasdurchströmten Überschalldüse mit konvergierendem Einlaufteil und einem mit Abstand von der Düse angeordneten, zu deren Au<t:ittseite hin geöffneten Resonatorhohlraum und mit Leitungen zur Zuführung des Stoffes in den Gasstrom.

Eine derartige Einrichtung unter Verwendung eines Hartmann-Generators als Schwingungserzeuger ist bekannt, bsi der Mittel, beispielsweise ein Rohr, vorgesehen sind, die die zu zerstäubende Flüssigkeit dem Hartmann-Generator in den Raum zwischen Düse und Resonator zuführen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Gerät zu schaffen, mit dem eine wesentlich bessere Zerstäubung von strömungsfähigen Stoffen erreichbar ist als bisher und bei dem eine in weiten Grenzen selbsttätige Regelung der Zerstäubungsleistung oder Anpassungsfähigkeit an schwankende Betriebszustände erreichbar ist, daß also selbsttätig sowohl Schwankungen in der Zufuhr des für die Zerstäubung verwendeten Gases als auch Schwankungen in der Zufuhr des strömungsfähigen Stoffes ausgeglichen werden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Austrittsteil der Düse divergierend ausgebildet ist und daß die Leitungen zur Zuführung des strömungsfähigen Stoffes innerhalb der Düse in den Gasitrom einmünden. Dabei ist die divergierende Ausbildung eines Düsenaustrittsteiles bereits von einem Überschallgenerator her bekannt.

Die Zuführungsleitungen können in den engsten Teil der Düse münden, sie können aber auch im divergierenden Teil einer Düse oder vor dem konvergierenden Teil, der Düse münden. Derengste Teil und der divergierende Teil der Düse werden vorteilhaft durch den zugeführten stömungsfähigen Stoff gebildet. Der engste Teil der Düse kann zylinderförmig ausgebildet sein. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung münden die Zuführungsleitungen paarweise an einander gegenüberliegenden Stellen der Innenwandung. Die Fließgeschwindigkeit in den Zuführungsleitungen ist zweckmäßig regelbar, und verschiedenen Öffnungspaaren der Zuführungsleitungen kann der strömungsfähige Stoff mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt werden. Der strömungsfähige Stoff kann auch aus einem Gas und einer Flüssigkeit bestehen, er kann auch zumindest teilweise aus einer brennbaren Flüssigkeit bestehen. Die Zuführungsleitungen können senkrecht zur Düsenlängsachse in die Düse münden oder auch schräg zur Düsenlängsachsc.

Das Gerät nach der Erfindung wird derart betrieben, daß ein kompressibles Strömungsmedium, beispielsweise ein Gas, durch eine Düse oder einen anderen hohlen Kanal hindurchgeführt wird und ein inkompressibler strömungsfähiger Stoff, beispielsweise eine Flüssigkeit, derart in diese Düse eingespeist wird, daß die Flüssigkeit ein Hindernis ist bzw. ein Absperrmittel bildet, das die Entspannung und Beschleunigung des Gases steuert. Die Flüssigkeit wird dergestalt in den Gasstrom innerhalb der Düse eingeführt, daß Öffnungen und Oberflächen entstehen, deren Wandungen aus Ι-'lüssigkcit gebildet sind und die geeignet sind, eine hntspunnung 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 schnellen um geringen Druck aufweisende Gas- und Flüssigkeits strahl wird gegen und in eine Resonatorkammer ge leitet. Dadurch werden Schall-Druckwellen hohe: Energie erzeugt und die Flüssigkeit außerordentlich wirkungsvoll zerstäubt.

Den Austrittsöffnungen innerhalb der Düse wire ein strömungsfähiger Stoff, beispielsweise Flüssigkeit, zugeführt. Das in der Düse schnell strömende Gas zwingt die durch die Öffnungen in das Düseninnere eintretende Flüssigkeit, sich.ringsum die Düsenwandungen zu verteilen und Flüssigkeitspolster zi; bilden, die eine Verengung bzw. teilweise Absperrung bilden. Die Grenzschicht des Gases in der Düse ver schmilzt mit den Flüssigkeitspolstern, so daß diese nun als neue Grenzschicht der Düse dienen. 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 und bildet ein Polster zwischen Gasstrom und Düsenwand. Wenn die Flüssigkeit aus der Düse ausströmt, nimmt sie im allgemeinen die Form einer Säule an. die meist konisch gestaltet ist.

Es muß also angenommen werden, daß eine derartige, mit einer Flüssigkeitswandung ausgestattete Düse ähnlich wirkt wie eine mit fester Wandung versehene konvergent-divergente Düse. Die Polster beschleunigen das einströmende Gas bis auf eine Geschwindigkeit von 1,0 mach.; anschließend, im Bereich des durch die Flüssigkeitswandung gebildeten divergenten Abschnittes, findet eine weitere Beschleunigung und Entspannung des strömenden Gases statt. Der von festen Wänden gebildete konvergente Abschnitt der Düse kann zur Arifangsbeschleunigung des Gases beitragen, aber unbedingt erforderlich ist ein derartig geformter Abschnitt nicht. Die Beschleunigung und Entspannung, die die Polster aus Flüssigkeit bewirken, ist an sich ausreichend. Es wurde ermittelt, daß Düsen, denen lediglich ein gerader Abschnitt zugeordnet wurde, sehr gute Ergebnisse erzielten.

Wenn die Flüssigkeit die Mündung des Düsenabschnittes erreicht, ist die von ihr gebildete Grenzschicht sehr dünn. Daher entspricht der tatsächliche Mündungsdurchmesser der »künstlichen« Düse dem Durchmesser De der Wandungen der Düsenmündung. Der Durchmesser D der Einschnürung oder des »Halses« der von den Flüssigkeitspolstern gebildeten Düse liegt etwa in der Ebene, die die Längsachsen der Zuflußöffnungen definieren.

Der Druck Pe und die Machzahl Me am Ausgang der Düse kann durch Anwendung der folgenden bekannten Gleichungen ermittelt werden.

A*

Po P

In den vorstehenden Gleichungen entspricht

A der Fläche des freien Querschnittes innerhalb der Düse in beliebiger Höhe ihrer Längsachse;

A* π (D*)²/., der nährungsweisen Querschnittsfläche des Innenraumes der »künstlichen«, von

einer Flüssigkeitswandlung gebildeten Düse an der Stelle, wo die Machzahl des Gases in der Düse = 1,0 ist, angegeben in Quadratzentimetern, M der Machzahl des strömendes Gases in beliebiger Höhe längs der Längsachse der Düse, in welcher Höhe die Fläche des freien Querschnitts der Düse A ist und der Druck des strömendes Gases P ist,

. k dem Verhältnis der spezifischen Wärmen der Gasströmung auf ihrem Wege durch die Düse, P₀ 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 Düse in Kilopond pro Quadratzentimeter, absolut. Es muß angenommen werden, daß sowohl der niedrigste Druck als auch die größte Machzahl innerhalb des Gasstromes etwa an der Düsenmündung auftritt. Nach dem Austritt des Gasstroms aus der Düse sinkt sein Druck, und seine Machzahl fällt gleichfalls. Die Zuflußöffnungen sind derart angeordnet, daß die Länge L des divergenten Abschnittes der durch die Flüssigkeitswandung gebildeten Düse jeweils optimal für die gewünschte Betriebsweise ist.

Es wurde ermittelt, daß der Durchmesser D* der Einschnürung einer Düse mit Flüssigkeitswandung von der Durchflußmenge Qa des durch die Düse strömenden Gases und der Durchflußmenge Ql der Flüssigkeit abhängt, die durch die Zuflußöffnungen eingespeist wird. Die gegenseitige Abhängigkeit dieser Mengen ist durch folgende Gleichung bestimmt:

D* = C-

Ql

(3)

In dieser Gleichung entsprechen

D* und P₀ den bereits definierten Größen, wobei D* in Zentimetern angegeben ist, . .

Qa der Durchfiußmenge des durch die Düse strömenden Gases, in Kubikmetern pro Minute,

Ql der Flüssigkeitsmenge, die durch die Züflußöffnungen 30 strömt, in Kilogramm pro Stunde, C einer Konstanten, deren Wert von dem festgelegten Durchmesser De der jeweils verwendeten Düse, 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 P₀ eine Funktion von D* und Qa sowie D* eine Funktion von Qa und Ql.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß bei Verwendungeiner durch eine Flüssigkeitswandung gebildeten Düse die wichtigsten Betriebsgrößen wie die Machzahl Me und der Druck Pe an der Mündung gesteuert und beeinflußt werden können durch entsprechende Regulierung der Gasdurchflußmenge Qa und/oder der Flüssigkeitsdurchflußmenge Ql- 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 P₀ plötzlich abfällt, während die Gasdurchflußmenge konstant bleibt, nimmt der Durchmesser D* von selbst ab. Die Düse reagiert auf diesen Wechsel selbsttätig und bringt den Durchmesser/)* sowie den Druck P₀ auf ihre Anfangswerte zurück. Dadurch gewährleistet die Düse selbststätig eine gleichbleibende Machzahl und einen gleichbleibenden Druck des aus der Düse strömenden Gasstrahls. Diese Eigenschaft hat den Vorteil, daß die Eingangsleistung, die dem Produkt des Gaseingangsdruckes und der Gasdurchflußmenge P₀ χ Qa entspicht, innerhalb eines außerordentlich breiten Bereichs der Viskosität von Flüssigkeiten mit großer Genauigkeit konstant bleibt.
D.e strömung innerhalb einer durch eine Flüssigkeitswandung gebildeten Düse ist darüber hinaus wider Erwarten gleichmäßig und stetig. Das hat zur Folge, daß keine Trennung oder Abweichung des Gases von den flüssigen oder festen Wänden der Düse stattfindet und ebensowenig eine Turbulenz innerhalb der Grenzschicht des Gases auftritt. Ein Grund für die Strömungsstabilität muß in der Tatsache vermutet wtrJen, daß die Fiüss.gkeit in den Grenzschichtbereich der Düse eindringt und sich mit der Gasgrenzschicht miscnt. Es wird angenommen, daß das schnell strömende Gas die Flüssigkeit an die Wandung der Düse drängt und in winzige runde Partikeln auflöst, die,in inniger Vermischung von der Gasgrenzschicht aufgenommen werden. Dadurch nimmt die Masse zu und demzufolge auch das Trägheitsmoment der Strömung innernalo der Uasgrenzscnicht, so daß die Wahrscheinlicnkeit bzw. Neigung der Grenzschicht, turbulent zu werden oder aus- ozw. abzuweichen, abnimmt. Darüber hinaus wird angenommen, daß die Flüssigkeit das innerhalb der Grenzschicht befindliche Gas abkühlt und leine Dichte ansteigen läßt, so dtß eine weitere Bedingung erfüllt ist, die die Neigung zur Turbulenz oder zum Abweichen herabsetzt und damit - die Strömungsstabilität innerhalb der Düse fördert.

bin weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die flüssige Wand der Düse eine hervorragende Isolierung gegen Wärmeübertragung zwischen dem strömenden Uas und der festen Wandung der Düse scnattt. ■ Wenn das stömende 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 Üoerhitzung ausgesetzt.

Weitere Vorteile von besonderen Ausführungen des Gerätes nach der Erfindung werden weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausführungsoeispiele erläutert. Die Erfindung wird nachstellend an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei wird fur diejenigen Gegenstände, die nicht in den Ansprücnen beschrieben sind, kein Patentschutz beansprucht. In den Zeichnungen zeigt

F 1 g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorricntung nach der Erfindung, die zum Entspannen und Bescnleunigen eines kompressiblen Strömungsmediums dient,

F 1 g. 2 eine Seitenansicht eines Schall-Druckwellen-Erzeugers und einer Zerstäubungseinrichtung im Scnnut längs der Linie 2-2 von Fig. 1, F 1 g. 3 eine Seitenansicht im Schnitt ähnlich der in F 1 g. 2 dargestellten zur Erläuterung einer anderen Ausführung eines Schall-Druckwellen-lIrzcugors und eines Zerstäubers nach der Erfindung, F i g. 4 eine perspektivische Darstellung einer wei-

teren Bauart eines Schall-Druckwellen-Erzeugers und einer Einrichtung zum Zerstäuben,nach den Merkmalen der Erfindung,

F i g. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4 im Schnitt entlang der Linie 5-5 von F i g. 4,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung einer Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben nach den Grundsätzen der Erfindung,

F i g. 7 eine Seitenansicht zu F i g. 6 im Schnitt entlang der Linie 7-7 von F i g. 6,
: F i g. 8 eine Seitenansicht zur F i g. 6 im Schnitt entlang der Linie 8-8 von F i g. 6,

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Bauart einer Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben nach der Erfindung,

F i g. 10 eine Seitenansicht zu F i g. 9 im Schnitt entlang der Linie 10-10 von F i g. 9,

F i g. 11 eine Ansicht im Schnitt ähnlich der von F i g. 10, jedoch nach einem weiteren Vorschlag für eine Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur' Zerstäubung nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 12 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführung einer Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben, ebenfalls nach den Grundsätzen der Erfindung,

F i g. 13 eine Ansicht zur F i g. 12 im Schnitt entlang der Linie 13-13 von F i g. 12,

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

F i g. 15, die mit den F i g. 4 und 5 gemeinsam auf einem Blatt angeordnet ist, eine perspektivische Ansicht eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung, teilweise geschnitten.

Bei der Vorrichtung nach Fig.! ist eine Düse mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet und auch in F i g. 2 dargestellt mit einer zusätzlichen Einrichtung in Form eines Resonators zur Erzeugung von Schall-Druckwellen zum Zerstäuben von Flüssigkeiten. Die anderen Figuren zeigen gleichfalls Düsen, die ebenfalls zur Erzeugung von Schall-Druckwellen, zum Zerstäuben von Flüssigkeiten und/oder zum Verbrennen von brennbaren Medien dienen.

Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Düse20 eine rohrförmige Gasleitung 22 aufweist, an deren Ende innerhalb des Düsengehäuses ein Düsenkörper — allgemein mit 24 bezeichnet — mit festen Wänden angeordnet ist. Der Düsenkörper 24 weist einen konvergierenden Eingangsteil 26, einen zylindrisch geformten Austriltsabschnitt 28 und vier symmetrisch angeordnete Zuflußöffnungen 30 auf. Die Mittelachse jeder Zuflußöffnung 30 ist senkrecht der Längsachse des Düsenkörpers 24 gerichtet.

Der Düsenkörper 24 läuft außen in einen Bund 32 mit einem schrägen Übergang 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 hohlmantclförmiger Ringkanal 36 für die Weiterleitung der Flüssigkeit zu den öffnungen 30 gebildet ist. Vier kugelförmige Abstandsstücke 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 der Düsen 29 ist folgende: Ein

ίο unter Druck stehendes Gas, beispielsweise Luft, wird dem Düsenkörper 24 mit einem Druck P₀ zugeführt, der größer ist als der Druck des das Düsensystem 20 umgebenden Mediums. Eine Flüssigkeit wird unter Druck durch den Ringkanal 36 und die Zuflußöffnungen 30 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

ao Gas zwingt die durch die öffnungen 30 in das Düseninnere eintretende Flüssigkeit,.sich rings um die Düseninnenwandung zu verteilen und Flüssigkeitspolster zu bilden, die eine Verengung bzw. teilweise Abspsrrung bilden und in F i g. 2 durch unterbrochene Linien 40 angedeutet sind. Die Grenzschicht 39 des Gas3s verschmilzt mit den Flüssigkeitspolstern 40, so daß die Flüssigkeitspolster nun als neue Grenzschicht der Düse dienen.
Die Flüssigkeitspolster 49 schnüren den Gasstrom auf seinem Weg durch den Abschnitt 28 ein. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, gleicht ihre Form einer ihrsm Wesen nach konvergent-divergenten Düse. Di;se Form wird dadurch verursacht, daß die Polster 49 die Düse in Höhe der Zuflußöffnungen 33 abzusperren suchen, anschließend ausbreitend gespreizt und dünner werden in einem weiter abwärts von der Zuflußöffnung 30 gelegenen Bereich.

Auch wenn in F i g. 1 vier Zuflußöffnungen 30 für die Flüssigkeit gezeigt sind, versteht sich, daß die Anzahl je nach dem Arbeitszweck geändert werden kann. Die Zuflußöffnungen sind vorzugsweise paarweise einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Paare in gleichem Abstand voneinander und symmetrisch über die Innenwandung des Düsenkörpers 24 verteilt sind.

F i g. 2 dient der Erläuterung der Vorrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zum Zerstäuben — allgemein mit 43 bezeichnet — umfaßt das Düsensystem 20 und eine Resonatorvorrichtung 44.

Die mit Bezug auf F i g. 2 beschriebene Vorrichtung, die auch durch die anderen Figuren erläutert ist, stellt Verbesserungen dar. Es sind dies Wege zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und Vorrichtungen zur Zerstäubung, in denen verschiedene Teilvorrichtungen eingesetzt sind, wie beispielsweise eine Düse, 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 Resonatorkammer gerichtet, um Schall-Druckwellen-Energie zu erzeugen. Der vorgeschlagene Schali-Druckwellen-Erzeuger erzielt eine außerordentlich wirksame Ausbeute an ungewöhnlich hoher Energie.

Die in F i g. 2 gezeigte Resonatoreinrichtung enthält einen Teil 46, in dem eine Resonatorkammer 48 ange-

ordnet ist. Das Teil 46 ist mittels eines Stützenpaares 50 mit abgerundeten Außenkanten an dem Düsensystem 20 befestigt. Die Stützen 50 sind an ihrem einen Ende seitlich fest mit dem Teil 46 verbunden und andererseits in Löchern 52 an der Stirnseite des Düsenkörpers 24 befestigt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitsweise des Düsensystems 20 so einzurichten, daß der Mündungsdruck Pe des aus dem Ausgangsabschnitt 28 ausströmenden Gases niedriger ist als der Druck des das Düsensystem 20 umgebenden Gases, und zwar vorzugsweise unterhalb 0,07 oder 0,17 kp pro Quadratzentimeter, absolut, liegt. Das Verhältnis Aeia der Fläche der Düsenmündung zu der Querschnittsfiäche der Einschnürung ist größer als 1,0 und vorzugsweise größer als 1,5. Auch die Machzahl Me des aus der Düse strömenden Gases ist größer als 1,0 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 F i g. 1 angedeutet ist. Diese einbrechende Strömung oder Implosion (im Gegensatz zu Explosion) des umgebendes 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 starke Schall-Druckwellen nach allen Seiten aus. Die Flüssigkeit wird diesem Energiekern ausgesetzt und auf diese Weise in winzige Partikeln aufgelöst.

Die Einrichtung 43 ist dazu in der Lage, eine außerordentlich hohe Schall-Leistung zu erbringen. Sie weist beispielsweise ohne Schwierigkeiten eine Schall-Leistung von 5000 Watt (Schallwatt) auf. Die außerordentlich hohe Leistungsfähigkeit richtet sich ebenso auf die hohen Durchflußmengen, auch bei der Zerstäubung von Flüssigkeiten hoher .Viskosität, so daß Durchflußmengen von 1900 Liter pro Stunde keine Schwierigkeiten bedeuten, und die Größe der aus der Zerstäubung resultierenden Tröpfchen durchgehend eine Einheitsgröße aufweist. Die Einrichtung ist in der Lage, Flüssigkeiten hoher und niedriger Viskosität gleich gut zu zerstäuben. Darüber hinaus ist der Neigungswinkel des sich konisch nach außen erweiternden Strahls, der den Zerstäuber verläßt, verhältnismäßig klein, und der Strahl wird einem kräftigen Wurf vergleichbar ausgestoßen. Wie schon erwähnt, kann die an Schall-Druckwellen-Energie erbrachte Leistung dann ohne Schwierigkeiten durch Regelung der Gasdurchflußmenge Qa und/oder der Durchflußmenge der Flüssigkeit Ql beeinflußt, d. h. geändert werden.

Darüber hinaus ist festzustellen, daß die Anwendung einer Vorrichtung nach der Erfindung den Wirkungsgrad des Zerstäubers anhebt und daß die zum Zerstäuben eines bestimmten Betrages an Flüssigkeit erforderliche Menge an unter Druck stehendem Gas wesentlich niedriger liegt als bei bisher bekannten Zerstäubern dieser Art.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die dort gc/eigtc Hinrichtung 56 zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung der Einrichtung 43 in F i g. 2 ähnelt. Die Abweichungen bestehen darin, daß die Zuflußöffnungen 30 kleiner sind und eine zylindrische Erweiterung oder ein zylindrischer Stufenabschnitt 58 innerhalb des mit 28 bezeichneten Ausgangsabschnitts an der Düsenmündung angeordnet ist.

Der Stufenabschnitt 58 dient dazu, der Düse einen größeren Mündungsdurchmesser De zu verleihen. Dadurch soll erreicht werden, daß die Flüssigkeit

ίο innerhalb des Düsenkörpers 24 gespeichert wird und daß eine bildsame flüssige Wand innerhalb des divergenten Abschnitts der Düse geschaffen wird. Die oben angegebenen Gleichungen (1) und (3) sind für die Berechnung der Strömungsbedingungen innerhalb der Düse der Einrichtung 56 heranzuziehen ebenso wie für die Einrichtung 20 der F i g. 1 und 2.

Ein größerer Mündungsdurchmesser De schafft die Voraussetzungen für die Erzielung eines niedrigeren Mündungsdruckes und einer höheren Geschwindigkeit des aus der Düsenmündung ausströmenden Gases. Die bildsame Flüssigkeitswandung wird aufgebaut, wenn die Flüssigkeit die Zuflußöffnungen 30 verläßt und eine Grenzschicht aufbaut in der in F i g. 3 durch unterbrochene Linien 60 angedeuteten Art. Da der Stufenabschnitt 58 ohne allmählichen Übergang an den Abschnitt 28 angeschlossen ist, löst sich der Hauptstrom der Flüssigkeit und des Gases von den festen Wänden der Düse. Innerhalb der zurückliegenden zwischen der Oberfläche des Polsters 60 und den festen Wänden der Düse gebildeten Tasche befindet sich stets ein Anteil der Gas-Flüssigkeits-Mischung niedriger Geschwindigkeit. Dadurch erfährt der Zerstäubungswirkungsgrad eine weitere Steigerung. Die Flüssigkeitswandung 60 kann als bildsame, anpassungsfähige Wandung bezeichnet werden, da sie offenbar auf Schwankungen innerhalb der Beschleunigung und Entspannung des Gases, die durch Veränderungen des Umgebungsdruckes, des Eingangsdruckes und anderer Schwankungen hervorgerufen sind, derart reagiert, daß sie sich in Anpassung an diese Verhältnisse weiter ins Düseninnere oder weiter nach außen bewegt. Daher sorgt die bildsame anpassungsfähige Wandung 60 für eine stets mit gleich guten Ergebnissen arbeitende Betriebsweise der Vorrichtung, da die bildsame Wandung einen selbsttätigen Ausgleich vornimmt, wenn sich die Betriebsvoraussetzungen zu ändern beginnen, und zwar in ähnlicher Art wie die Flüssigkeitswandung der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung.

Die Einrichtungen zum Zerstäuben und zur Erzeugung von Schall-Druckwellen, die in den übrigen Figuren zu sehen sind, sind ähnlich den Einrichtungen in den F i g. 2 und 3. Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird an einer Stelle in den Gasstrom geleitet, wo sich der Strom noch 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 Fig. I, 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 Flüssigkeitswandungcn für Düsen schaffen.

Diese Anordnungen enthalten auch Steuerungsglieder zur Beeinflussung tier Gestalt des austretenden Strahls und gestatten eine beonders einfache und wirkungsvolle Einspeisung der Flüssigkeit in die Einrichtung.

209 626'31

9 10

Aus den F i g. 4 und 5 ist ersichtlich, daß die dort Düse strömende Gas eingespeist, und zwar innerhalb

dargestellte Einrichtung 62 zum Zerstäuben unter des Stabilisierungsabschnittes 80 der Düse,

anderem ein Düsengehäuse enthält, das allgemein Auch hier spielen sich die in Verbindung mit den

mit 64 bezeichnet ist. Dieses besteht aus einem außen Fi g. 1, 2 und 3 bereits erläuterten Vorgänge ab. Auf rohrförmigen Abschnitt 66, an dem ein Stützenpaar 68 5 seinem Wege durch die Düse drückt der mit hoher

angeschlossen ist, das an seinem anderen Ende ein Geschwindigkeit strömende Gasstrom die Flüssigkeit

Teil 70 trägt, in dem eine Resonatorkammer 72 ange- gegen die feste Wandung der Düse und löst sie auf,

ordnet ist, die einseitig offen ist und deren öffnung in überwiegend in runde Partikeln, die mit der Gasgrenz-

Richtung auf die Stirnseite des rohrförmigen Ab- schicht 91 innig vermischt werden. Die Flüssigkeit Schnitts 66 gerichtet ist. io fließt anschließend durch das Innere der Düse, und

Ein zylindrischer Düsenkörper — allgemein mit 74 zwar in der Nähe der Grenzschichten und, wenn die

bezeichnet — ist innerhalb des Düsengehäuses 64 Flüssigkeitsdurchflußmenge durch jede Zuflußöffnung

angeordnet und stößt mit seiner Stirnseite 76 gegen etwa gleich bleibt, wird von der Düse in Form eines

eine Hinterdrehung der Stützen 68 (vgl. F i g. 5). gleichmäßig verteilten und gleichmäßig dicken, zylin-

Der Düsenkörper 74 verfügt über einen kovergenten 15 drisch geformten Vorhangs ausgestoßen. Dieser Vor-

Eingangsabschnitt 78, einen zylindrischen Mittel- hang aus Flüssigkeitsteilchen wird einer sehr heftigen

oder Stabilisierungsabschnitt 80 und einen divergenten Einwirkung der Schall-Druck-Energie ausgesetzt, durch

Ausgangsabschnitt 82. Eine Quelle (nicht dargestellt), diese in mikroskopisch feine Teilchen aufgelöst und

die unter Druck stehendes Gas liefert, ist an den rohr- aus dem Bereich der Resonatorkammer 72 gedrängt,

förmigen Abschnitt 66 des Düsengehäuses 64 ange- 20 Der entstehende Strahl ist von mikroskopisch feinen

schlossen. Das unter Druck stehende Gas strömt aus Flüssigkeitströpfchen gebildet, die eine kaum jemals

der Speiseleitung kommend durch den Düsen- erreichte Einheitsgröße aufweisen,

körper 74 und verläßt die Düse in Form eines Gas- Der Neigungswinkel des sich nach außen erweitern-

strahles, der von der Resonatorkammer 72 aufgefan- den Strahls ist verhältnismäßig klein, und der Strahl

gen wird. J5 wird mit beträchtlicher Kraft ausgestoßen. Ein weiterer

Eine Düse mit einem Düsenkörper 74 ist — ähnlich Vorteil dieser Anordnung nach der Erfindung besteht j wie das bereits oben beschriebene Düsensystem 20 — darin, daß eine Vielzahl dieser inneren Zuflußöffnungen ! in der Lage, einen Gasstrahl auszustoßen, dessen vorgesehen sind, die an voneinander getrennte ZuMachzahl größer als 1,0 ist, vorzugsweise größer als leitungen zur Zuführung verschiedener Flüssigkeiten 1,6, an der Düsenmünduhg. Die Machzahl innerhalb 30 angeschlossen sind, um diese Flüssigkeit miteinander der Strömung im Bereich des Stabilisierungsabschnittes zu vermischen. Indem diese Flüssigkeiten innerhalb 80 erreicht etwa den Wert 1,0. Die Düse bewirkt darü- des in der Düse liegenden Gasstromes eingespeist wer- j ber hinaus einen Gadruck an der Düsenmündung, den, steht sowohl mehr Zeit für diese Flüssigkeiten der geringer ist als der Druck des die Düses um- zur Verfügung, um sie zu mischen, bevor sie durch die gebenden Gases und der vorzugsweise unter einem 35 Schall-Druckwellen zerstäubt werden, als auch bessere Wert von 0,07 oder 0,14 kp pro Quadratzentimeter, Bedingungen zur gegenseitigen Durchdringung dieser absolut, liegt. Um die Betriebskenngrößen auf diese Flüssigkeiten vorliegen. Daher dient eine Vorrichtung Werte zu bringen, ist dafür zu sorgen, daß das Ver- nach der Erfindung gleichzeitig dazu, eine wesentlich hältnis der Fläche des freien Querschnittes an der innigere Vermischung verschiedener Flüssigkeiten Düsenmündung zu der Fläche des freien Querschnittes 40 herbeizuführen, als es bisher möglich war. innerhalb des Stabilisierungsabschnittes 80 größer ist Darüber hinaus können nach der vorliegenden Erals 1 : 1 und vorzugsweise 1,5: 1 ist. findung die Flüssigkeiten mit verschiedenen Durch-

Ebenso wie in der Düse 20, die oben beschrieben flußmengen über die Leitungen 92, 94, 96 und 98

wurde, bewirkt der Druckunterschied zwischen dem eingespeist werden, um auf diese Weise ein Mittel zur

Druck der Strömung ah der Düsenmündung und dem 45 Steuerung und Beeinflussung der Form des von dem

des umgebenden Gases, daß das umgebende Gas in Zerstäuber erzeugten Strahls zu schaffen. Ein Flüssig-

den Strom hineingezogen wird. bzw. »implodiert«, keitsanteil kann beispielsweise durch die einander

und zwar besonders im Bereich des Kerns der Schall- gegenüberliegenden öffnungen 84 und 88 bei Ein- j

energie, der im Bereich zwischen der Mündung des haltung einer bestimmten Durchflußmenge und ein j

Düsenkörpers 74 und der öffnung der Resonator- 50 anderer Flüssigkeitsanteil durch die einander gegen- !

kammer 72 liegt. Dieser »implosionsartige« Einbruch überliegenden öffnungen 86 und 90 mit einer anderen

in den austretenden Strahl wirkt sich außerordentlich Durchflußmenge eingespeist werden. Die Gestalt des

günstig auf die Leistung und den Wirkungsgrad des Strahls verändert sich dergestalt, daß er im Quer-

Sehall-Druckwellen-Erzeugers aus. schnitt von der Längsachse der Einrichtung in der

Nach der Erfindung sind gleich weit voneinander 55 Ebene der Zuflußöffnungen, durch die die größere

und symmetrisch angeordnete Zuflußöffnungen, vor- Flüssigkeitsmenge eintritt, nach außen vergrößert

zugsweise zu viert, 84, 86, 88 und 90 durch den rohr- wird, vom Durchmesser her gesehen, und in der

förmigen Abschnitt 66 gelegt, die sich innerhalb des Ebene der Zuflußöffnungen durch die weniger Flüssig-

Düsenkörpers 74 fortsetzen und deren Mündungen keit strömt nach innen eingeschränkt wird. So wird

innerhalb des Stabilisierungsabschnittes 80 der Düse 60 beispielsweise ein nahezu als oval anzusehender j

liegen. Vier Leitungen 92, 94, 96 und 98 sind außen an Strahlquerschnitt 100 (gezeigt in Fig. 4) hervorge- j

dem rohrförmigen Abschnitt 66 befestigt und flüssig- rufen, wenn die Durchflußmenge durch die Zufluß- j

keitslcitend mit den erwähnten Zuflußöffnungen 84, öffnungen 84 und 88 größer ist als die durch die Zu-

86, 88 und 90 verbunden. ' flußöffnungen 86 und 90 strömende Durchflußmenge.

Nach der vorliegenden Erfindung wird das zu /er- 65 Die Querschnittsform des Strahls wird nach außen

stäubende Strömungsmedium, beispielsweise eine Flüs- gedehnt in der Längsebene, die den Zuflußbohrungen

sigkeit, über die Leitungen 92, 94, 96 und 98 sowie die 84 und 88 entspricht, und erfährt eine nach innen ge-

Zuflußöffiiuiigen 84, 86, 88 und 90 in das durch die richtete Verengung in der Ebene der Zuflußöffnungen

86 und 90. Wenn also 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 der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, daß ein Gas durch ein Paar gegenüberliegender Leitungen, beispielsweise die Leitungen 92 und 96, eingespeist wird, während duich 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. Diese Anordnung sorgt für eine leichte und wirkungsvolle Steuerung zur Beeinflussung des Strahlquerschnittes des Zerstäubers.

Die Zerstäubereinrichtung 62, die in den F i g. 6, 7 und 8 dargestellt ist, weist eine ähnliche Konstruktion wie die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Einrichtungen auf, mit Ausnahme des Merkmals, daß die vier für ein Strömungsmedium vorgesehenen Zuleitungen 84, 86, 88 und 90 durch eine einzige Hülse 102 ersetzt sind und vier zusätzliche Zuflußöffnungen 104 zum Austritt außerhalb des Düsenkörpers 74 vorgesehen sind. as

In dieser Ausführungsart nach der Erfindung wird ein Teil der zu zerstäubenden Flüssigkeit durch die Hülse 102 zu allen innerhalb des Stabilisierungsabschnittes 80 gelegenen Zuflußöffnungen 84, 86, 88 und 90 unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes zugeführt. Dieser Flüssigkeitsanteil gelangt in den Düsenabschnitt 80, bildet dort eine Düse mit einer Flüssigkeitswandung innerhalb des mit einer festen Wandung versehenen Düsenkörpers 74 und wird in der mit Bezug auf die F i g. 1 bis 3, 4 und 5 erläuterten Weise zerstäubt. Der verbleibende Anteil der Flüssigkeit gelangt durch die Zuflußöffnungen 104 in den Bereich der Schall-Druckwellen-Energie, und zwar unmittelbar, da die Mündungen der Zuflußöffnungen 104 außerhalb des Düsenkörpers 74 liegen. Außerhalb des Düsenkörpers 74 werden alle Flüssigkeitsanteile durch die Schall-Druckwellen hoher Energie, die von der Resonatorkammer 72 ausgehen, erfaßt und endgültig zerstäubt.

Der Vorteil dieser Bauart einer Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß ihr Strahl einen verstärkten Vorwärtsdrang und einen besonders kleinen Neigungswinkel aufweist. Durch eine entsprechende Einflußnahme auf die Durchflußmenge, die durch die Zuflußöffnungen 84, 86, 88 und 90 strömt, gegenüber der Durchflußmenge, die durch die Zuflußöffnungen 104 geleitet wird, kann erreicht werden, daß der Strahl wahlweise entweder mit langsamer Geschwindigkeit vorwärts »wallt« bzw. »wogt« oder mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit vorwärts eilt, in jeweiliger Anpassung an die Erfordernisse.

Die Strahlform ist wählbar. Sie kann rund sein oder eine andere erwünschte Gestalt annehmen, indem der Durchmesser eines Paares einander gegenüberliegender Zuflußöffnungen 84 und 88 von dem des anderen Paares Zuflußöffnungen 86 und 90 verschieden gewählt wird. Das hat zur Folge, daß die Durchflußmengen für die verschieden gewählten Paare von Zuflußöffnungen verschieden sind und die Strahlform in einer Weise beeinflußt und geändert wird, wie bereits mit Bezug auf die F i g. 4 und 5 erläutert wurde.

Der in den F i g. 9 und 10 dargestellte Zerstäuber 62 ist vergleichbar mit dem in den F i g. 4 und 5 dargestellten Zerstäuber, mit der Ausnahme, daß die zu zerstäubende Flüssigkeit nach dieser Bauart in den Düsenkörper 74 an einer — von dem konvergenten Abschnitt 78 her gesehen — stromaufwärts gelegenen Stelle zugeführt wird, statt direkt in den stabilisierenden Abschnitt 80 eingespeist zu werden. Die Form des konvergenten Eingangsabschnittes 78 ist so gewählt, daß die Abschlußkante 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 ist. Auch das freie Ende der Resonatoreinrichtung 70 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 106 zugeführt und über einen Stutzen 108 eingespeist, der mittels einer Überwurfverschraubung mit der Leitung 106 verbunden und mit seinem anderen Ende in dem Gehäuse 66 verschraubt ist. Wie aus der F i g. 10 ersichtlich ist, verschließt eine kleine Mündungsplatte 110 die Ausgangsöffnung der Leitung 106. iDiese Mündungsplatte 110 weist in der Mitte ein kleines Loch auf, dessen Größe die Durchflußmenge der in die Zerstäubereinrichtung fließenden Flüssigkeit bestimmt. Die Durchflußmenge kann einerseits' durch Steuerung der Leitung 106 leicht geregelt werden oder in besonders einfacher Weise durch Austauschen der Mündungsplatte 110 gegen eine andere Mündungsplatte mit abweichender Lochgröße.

Die Flüssigkeit strömt durch die Leitung 106 über den Anschlußstutzen 108 in das Innere des Gehäuses 66, wo 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 ill und formt eine Düse mit Flüssigkeitswandung innerhalb des mit einer festen Wandung ausgestatteten Düsenkörpers 74 und wirkt in der oben bereits mehrfach erläuterten Weise in Übereinstimmung mit den ebenfalls vorstehenderwähntenGleichungen(l) bis (3), um die Gasströmung innerhalb der Düse zu steuern. Anschließend wird die Flüssigkeit in der gleichen Weise zerstäubt wie in den vorstehend erläuterten Einrichtungen.

Wie bereits obenerwähnt wurde, zeichnet sich die Vorrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit nach dieser Bauart durch besondere Einfachheit aus. Ihre Anwendung gibt die Möglichkeit, eine Zerstäubereinrichtung 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.

Die in Fig. 11 dargestellte Einrichtung62 zur Erzeugung von Schall-Druckwellen und zur Zerstäubung ist ähnlich ausgebildet wie die in den F i g. 9 und 10 gezeigte Einrichtung, mit Ausnahme des abweichenden Merkmals, das eine bildsame, anpassungsfähige Düse mit Flüssigkeitswandung geschaffen ist, die mit der in F i g. 3 dargestellten Düse vergleichbar ist. Es ist ein zylindrisch geformter Ausgangsabschnitt 112 angeordnet. Dieser Abschnitt 112 ähnelt dem Abschnitt 58 der Ausführung von F i g. 3. Der Abschnitt 112 ist gegenüber dem Stabilisierungsabschnitt 80 stufenförmig zu-

rückgesetzt. Hinzu kommt, daß kein konvergenter, von einer festen Wandung gebildeter Düsenabschnitt vorgesehen ist. Statt dessen ist der Düsenkörper 74 mit einer zur Mittelachse der Düse senkrecht gerichteten Schulter 114 ausgerüstet, und dicht neben der Schulter 114 ist der Eingangsstutzen 108 der Flüssigkeitsleitung angeordnet. Der schnell strömende Gasstrom drückt die durch den Stutzen 108 eingespeiste Flüssigkeit in den Stabilisierungsabschnitt 80, wo sie an der Innenwandung der Düse verteilt wird und eine Grenzschicht 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 F i g. 1 beschriebenen Weise.

Dieses Ausführungsbeispiel kann den Vorteil für sich in Anspruch nehmen, eine sehr einfache Bauweise aufzuweisen. Auch diese Einrichtung hat die Eigenschaft, bei wechselnden Betriebsbedingungen stets selbsttätig einen Ausgleich-vorzunehmen. Dazu dient die seitlich innerhalb des Abschnitts 112 abgelagerte Flüssigkeit. Außerdem gelten für dieses Ausführungsbeispiel auch die anderen eingangs erläuterten Vorteile. Der in den F i g. 12 und 13 dargestellte Zerstäuber 62 ist ähnlich ausgebildet wie der in den F i g. 6, 7 und 8 gezeigte, es fehlen hier jedoch die in den Stabilisierungsabschnitt einmündenden Zuflußöffnungen 84, 86, 88 und 90 sowie die außerhalb liegenden Zuflußöffnungen 104. Stattdessen sind vier Zuflußöffnungen 116 angeordnet, die in den divergenten Abschnitt 82 der Düse einmünden und daher die Flüssigkeit in ähnlicher Weise in das Innere der Düse einspeisen, wie bei anderen vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung. Auch hier ist das Ende der Resonatoreinrichtung 70 spitz ausgeführt, entsprechend den Ausführungsbeispielen der F i g. 9 und 10.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß seine Bauweise besonders einfach ist, ohne dadurch die Vorteile einzubüßen, die den oben beschriebenen Vorrichtungen eigen sind. Die durch die Zuflußöffnungen 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 Zerstäubers in der vorstehend bereits mehrfach beschriebenen Weise. Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, daß das Einspritzen von Flüssigkeit in den durch 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 Gasgrenzschicht 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-Druckwcllcn und zur Zerstäubung ist ebenso ausgebildet wie die in den Fig. 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 90 Grad zur Mittelachse der Düse in den Gasstrom führen. Diese Anordnung gewährleistet eine weitere Steigerung der Zerstäubungsgüte der

ίο Strahlkraft und der Genauigkeit des Strahlwinkels.

Die in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der

vorliegenden Erfindung gestalteten Zerstäuber und Schallerzeuger weisen besondere Vorteile im Einsatz

bei Flüssigkeitsbrennern für öfen und andere Zwecke auf. F i g. 15 zeigt einen Flüssigkeitsbrenner, für den ein Schallzerstäuber 43, der in F i g. 2 gezeigten Art, verwendet wird, der innerhalb eines Leitungssystems 118 für flüssigen Brennstoff angeordnet ist. Dieser Brennstoffzerstäuber erstreckt sich durch eine Bohrung 120 innerhalb einer Wand 122 eines Ofens, der beispielsweise zur Aufheizung von Warmwasserrohren 124 oder zu einem ähnlichen Zweck dient.

Die Zerstäubereinrichtung 43 ist in ein Verbindungsstück 126 eingesetzt, das einen leichten 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 130 dem Speisesystem 118 zugeführt. In ähnlicher Weise gelangt unter Druck stehende Luft zum Betrieb der Zerstäubereinrichtung 62 von einem Behälter 132 über ein Rohr 134 zum Speisesystem 118. Der zerstäubte Brennstoff verläßt die Zerstäubungseinrichtung 62 in Form einer aus Tröpfchennebel bestehenden Wolke und wird anfangs durch eine Gasflamme 136 entzündet, beispielsweise auch durch einen Funken oder geeignete andere Zündeinrichtungen, entwickelt unmittelbar anschließend eine Flamme 138 und brennt von selbst weiter, ohne daß eine erneute Zündung erforderlich ist.

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

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die für Flüssigkeitsverbrennung angewandten Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung eine Flamme mit größerer vorwärts gerichteter Geschwindigkeit bewirken als bisher übliche Flüssigkeitsbrenner ähnlicher Art.

Auch wenn es Anwendungsgebiete gibt, in denen eine Flamme vorteilhaft ist, die sehr »weich« ist und mit geringer Geschwindigkeit vorwärts »wallt«, ist es für einige Feuerungen, in denen schnell strömende Ofengase und Windströmungen herrschen, wünschenswert, daß die Flamme eine größere Vorwärtsgeschwindigkeit aufweist, damit sie durch derartige Windströmungen 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 Ofengase und Windströmungen nicht merklich abgelenkt wird. Es wurde festgestellt, daß der Zuwachs an Flammengeschwindigkeit ein Ergebnis der nach der Erfindung vorgenommenen Einspeisung de: Brennstoffs in den Gasstrom ist, wenn diese an einer Stelle vorgenommen wird, an der sich der Gasstroir noch innerhalb der Düse befindet. Der Brennstoff wird auf eine relativ hohe Geschwindigkeit bcschlcu-

nigt, so daß dem Strahl und der Flamme eine höhere Vorwärtsgeschwindigkeit und ein größeres Moment verliehen wird.

Es versteht sich von selbst, daß die in den F i g. 3 bis 14 dargestellten Zerstäuber sämtlich in den Flüssigkeitsbrenner von F i g. 15 eingesetzt werden können und die genannten Vorteile erzielen.

Claims (13)

Patentansprüche: IO

1. Gerät zur Zerstäubung von strömungsfähigen Stoffen in einer gasförmigen Umgebung mit einer gasdurchströmten Überschalldüse mit konvergierendem Einlaufteil und mit einem mit Abstand von der Düse angeordneten, zu deren Austrittsseite hin geöffneten Resonatorhohlraum, und mit Leitungen zur Zuführung des Stoffes in den Gasstrom, d adurch gekennzeichnet, daß der Austrittsteil der Düse divergierend ausgebildet ist und daß die Leitungen zur Zuführung des strömungsfähigen Stoffes innerhalb der Düse in den Gasstrom einmünden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen im engsten Teil der Düse münden.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen im divergierenden Teil der Düse münden.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen vor dem konvergierenden Teil der Düse münden.

5. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Teil und der divergierende Teil der Düse durch den zugeführten strömungsfähigen Stoff gebildet werden.

6. Gerät nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Teil der Düse zylinderförmig ausgebildet ist.

7. Gerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen paarweise an einander gegenüberliegenden Stellen der Innenwandung der Düse münden.

8. Gerät nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit in den Zuführungsleitungen regelbar ist.

9. Gerät nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß den verschiedenen Öffnungspaaren der strömungsfähige Stoff mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt wird.

10. Gerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff aus einem Gas und einer Flüssigkeit besteht.

11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsfähige Stoff zumindest teilweise aus einer brennbaren Flüssigkeit besteht.

12. Gerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen senkrecht zur Düsenlängsachse in die Düse münden.

13. Gerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen schräg zur Düsenlängsachse in die Düse münden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 209 626/31