DE1557044B2

DE1557044B2 - Vorrichtung zum dispergieren einer fluessigkeit in ein gas foermiges medium

Info

Publication number: DE1557044B2
Application number: DE19671557044
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Babington, Robert S., McLean, Va.; Yetman, Albert A., Bowie, Md.; Slivka, William R., Levittown, Pa.; (V.St A.)
Priority date: 1966-12-29
Filing date: 1967-12-23
Publication date: 1971-10-28
Also published as: GB1156259A; DE1557044A1; JPS4838485B1; US3421699A; FR1550634A; IL29161A; SE381992B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Di- bewirkt, daß der über die Düsenöffnung angeordnete

spergieren einer Flüssigkeit in ein gasförmiges Me- Film eine wesentlich geringere Dicke hat als der Film,

dium zum Herstellen eines Sprühnebels, mit einer der über der Düsenöffnung der Vorrichtung nach der

glatten, geneigten Fläche, in der wenigstens eine USA.-Patentschrift 1346 811 angeordnet ist. Durch

Düsenöffnung von vergleichsweise geringem Quer- 5 die Verringerung der Filmdicke ist eine bessere Di-

schnitt vorgesehen ist, die mit einer Druckgasquelle spersion möglich, und zwar dadurch, daß die vom

verbunden ist, und mit einer mit Abstand oberhalb Gasstrom mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen wesent-

dieser Düsenöffnung auf die Fläche ausmündenden lieh kleinere Abmessungen haben.

Flüssigkeitszuleitung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an der

Aus der USA.-Patentschrift 2 393 652 ist ein Zer- io obersten Stelle der Haube ein die Flüssigkeit vertei-

stäuber bekannt, bei welchem mittels eines Kapillar- lender Ansatz vorgesehen. Da bei der Verwendung

effekts eine Flüssigkeitssäule einer Düsenöffnung zu- des haubenartigen Behälters die Flüssigkeit nach

geführt wird, durch die Luft hindurchgeblasen wird. allen Seiten abströmt, wird durch den Ansatz eine

Hierbei wird die Flüssigkeitssäule zu Tröpfchen zer- gute Verteilung gewährleistet,

rissen. 15 Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform

Bei einem weiteren, aus der USA.-Patentschrift sind bei Anordnung mehrerer Düsenöffnungen diese

3 097 645 bekannten Zerstäuber wirkt ein Strahl- im gleichen Abstand voneinander am Umfang der

pumpeneffekt auf die Flüssigkeit ein, und eine Flüssig- Haube angebracht.

keitssäule wird einer Düsenmündung zugeführt, durch Besonders bevorzugt ist es, daß die Düsenöffnun-

die Luft hindurchströmt. An der Düsenmündung wird 20 gen nach außen divergierende Wandungen haben. Es

diese Flüssigkeitssäule in Tröpfchen aufgerissen und wurde hierdurch eine besonders gute Dispersions-

zerstäubt. leistung erzielt.

Es ist weiterhin ein Ölbrenner bekannt, der ein Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform

schräg oder geneigt angeordnetes Brennstoffverteiler- ist unterhalb der Behälter ein Flüssigkeitssammel-

element aufweist, welches ein aufgespanntes recht- 25 behälter angeordnet, mit dem die über den Behälter

eckiges Sieb ist. Dem oberen Ende des Siebes wird strömende Flüssigkeit aufgefangen werden kann. Bei

über zwei Öffnungen Brennstoff an zwei im Abstand dieser Ausführungsform ist es möglich, diese auf-

voneinander angeordneten Stellen zugeführt. Der gefangene Flüssigkeit wieder auf den Behälter

Brennstoff wird um die Sieböffnungen herumgeführt, zurückzuführen.

und durch die Sieböffnungen wird Luft hindurch- 30 Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die

geblasen, die den Brennstoff mit sich reißt. . Düsenöffnungen als quer zur Flüssigkeitsströmung

Bei allen diesen bekannten Zerstäubern werden verlaufende Schlitze auszubilden,

verhältnismäßig große Tröpfchen erzeugt. Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung

Es ist in vielen Fällen wünschenswert, einen Sprüh- unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung

nebel mit kleineren Tröpfchen zu erzeugen. Zu 35 erläutert werden. Es zeigen

diesem Zweck ist es aus der USA.-Patentschrift F i g. 1 und 2 einen Schnitt durch bzw. eine Drauf-

1346 811 bereits bekannt, eine schräg angeordnete sieht auf einen haubenartigen Behälter und

Glasplatte zu verwenden, in der eine Düsenöffnung Fig. 3 einen Schnitt durch einen schuhförmigen

ausgebildet ist, die mit einer Druckgasquelle in Ver- Behälter.

bindung steht. Oberhalb dieser Düsenöffnung mündet 40 Die Vorrichtung ist ganz allgemein bei der Aneine Flüssigkeitszuleitung auf diese Glasplatte. Es feuchtung der Atmosphäre, der Bearbeitung von wird auf dieser Glasplatte ein Flüssigkeitsfilm aus- Lebensmitteln und bei der Trocknung von Lebensgebildet, der von dem Druckgas durchblasen wird, mitteln, bei chemischen Verfahren u. dgl. anwendbar, wobei aus dem Flüssigkeitsfilm heraus die Flüssigkeit Die Vorrichtung kann überall dort verwendet werin das Gas dispergiert wird. 45 den, wo es gewünscht ist, eine Flüssigkeit in Form

Es wurde nun gefunden, daß die Feinheit der eines außerordentlich feinen Sprühnebels in ein gas-

Tröpfchen in der Dispersion oder im Sprühnebel von förmiges Medium zu dispergieren. Die Vorrichtung

der Filmdicke an der Düsenöffnung abhängt. kann auch bei der Schmierung von Metallteilen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sowie bei der Brennstoffzerstäubung verwendet werderartigen Film noch mehr zu spannen, so daß er 50 den.
über der Düsenöffnung noch dünner ist. Durch die gekrümmte Form der Oberfläche, über

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die die Flüssigkeit strömt, wird der Flüssigkeitsfilm die Fläche die Oberfläche eines haubenartigen, hohlen praktisch an den Düsenöffnungen fast bis zum ZerBehälters ist, dessen Innenraum eine Gaskammer reißen gespannt, und kleine Tröpfchen werden in bildet, die mit der Druckgasquelle verbunden ist und 55 den Gasstrom hinein in Form eines Sprühnebels daß die Flüssigkeitszuleitung an der obersten Stelle dispergiert, der gleichförmige sphärische kleine Teilder Haube ausmündet. chen aufweist. Dieser Sprühnebel hat fast die Eigen-

Diese Aufgabe kann erfindungsgemäß noch da- schäften des natürlichen Nebels.

durch gelöst werden, daß die Fläche die Oberfläche Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 2 Bezug ge-

eines schuhförmigen Behälters ist, dessen Innenraum 60 nommen, die ein Ausführungsbeispiel darstellen. Bei

eine Gaskammer bildet, die mit einer Druckgasquelle diesem Beispiel ist ein haubenartiger, hohler Behälter

verbunden ist und daß die Düsenöffnung in der vor- 10 vorgesehen, der in einem offenen Sammeltrog 11

deren Kappe des Schuhes angeordnet ist. sitzt.

In beiden Fällen wird eine bestimmte Oberflächen- Die Oberseite 15 des Behälters weist eine Reihe

form verwendet, und in beiden Fällen weist die Ober- 65 von Düsenöffnungen 16 auf, die im gleichen radialen

flächenform eine Krümmung auf. Durch die Krüm- Abstand und unter gleichen Winkelabständen von-

mung wird eine zusätzliche Spannung in den Flüssig- einander angeordnet sind. Es ist zu erkennen, daß

keitsfilm eingeleitet, und diese zusätzliche Spannung die Öffnungen 16 auf diese Weise in einem Bereich

des Behälters angeordnet sind, der im Abstand und unterhalb einer Stelle maximaler Höhe der Oberfläche 15 liegt.

Druckluft wird dem Innern des Behälters über eine Leitung 17 zugeführt, und die Zuführung kann durch ein Ventil 18 geregelt werden. Die Flüssigkeit, die dispergiert werden soll, wird der Spitze des Behälters über eine Leitung 19 zugeführt, und die Strömungsmenge und die Strömungsgeschwindigkeit können durch ein Ventil 21 eingestellt werden. Ein kleiner Ansatz 22 ist an der Spitze des Behälters vorgesehen, um die gleichförmige Strömung der Flüssigkeit von der Zuführungsstelle radial nach unten und außen längs der Oberfläche des Behälters zu unterstützen, wobei die Flüssigkeit dann nach unten zu den senkrechten Seiten des Behälters 10 strömt. Wenn die Flüssigkeit in dieser Weise fließt, wird der Flüssigkeitsfilm bis zu einer extrem geringen Dickenabmessung an der Stelle des Durchmessers gespannt, an der die Öffnungen 16 angeordnet sind. Luft, die aus den Öffnungen 16 austritt, kann dann den dünnen Film nach oben ziehen und diesen zu kleinsten Teilchen zerreißen, die die Eigenschaften eines natürlichen Nebels haben.

Die Öffnungen 16 können Schlitze sein oder einen ovalen oder kreisförmigen Querschnitt haben.

Da nicht die gesamte Flüssigkeit, die über die Kammer 10 hinwegströmt, durch das Gas dispergiert wird, welches aus der Öffnung 16 austritt, dient der Trog 11 als Aufnahmebehälter, um die nicht dispergierte Flüssigkeit zu sammeln. In den meisten Fällen kann dieser Behälter durch einen Ablauf oder durch einen Rücklauf entleert werden, der die Flüssigkeit wieder in die Leitung 17 zurückführt.

Mit der Anordnung, die in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, wurden Versuche durchgeführt, bei denen der Behälter 10 und die Leitung 19 um 90° gegenüber der Senkrechten verdreht war, so daß die Flüssigkeit dem Behälter horizontal zugeführt wurde. Wenn die Vorrichtung in dieser Weise orientiert ist, ist eine erhöhte Flüssigkeitszuführungsgeschwindigkeit erforderlich, damit ein Flüssigkeitsfilm nach oben und über die Vorrichtung läuft, und zwar über den Abschnitt hinweg, der oberhalb der Zuführungsstelle der Leitung 19 liegt. Es waren keine anderen Einstellungen erforderlich, um einen zufriedenstellenden Betrieb zu erzielen, wobei ein Sprühnebel mit hoher Qualität erzeugt wurde.

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 3 dargestellt. Es ist ein Flüssigkeitsaufnahmebehälter 35 vorgesehen, der über eine Leitung 36 gespeist wird, in der, falls gewünscht, ein Ventil 37 angeordnet sein kann. Der Boden des Behälters 35 weist eine Öffnung 39 auf. Das obere Ende eines schuhförmigen Behälters 41, welcher einen senkrechten Abschnitt 42 aufweist, ist in dieser Öffnung angeordnet, und dieser senkrechte Abschnitt geht glatt in eine verbreiterte, im allgemeinen sphärisch ausgebildete Kappe 43 über, die eine Düsenöffnung 44 aufweist.

Eine Leitung 45, die, falls gewünscht, ein Ventil 46 aufweisen kann, leitet Druckgas in das Innere des Behälters 41 ein, wobei das Druckgas von einer nicht dargestellten Druckquelle, wie beispielsweise von einer Pumpe od. dgl., kommen kann. Wie weiter dargestellt, ist die Öffnung 39 nach vorn etwas verlängert, damit Flüssigkeit aus dem Trog längs des senkrechten Abschnittes 42 des Behälters 41 nach unten strömen kann, und diese Flüssigkeit breitet sich fächerförmig als Film aus und strömt über die sphärische Kappe 43 hinweg.

Die Öffnung 44 ist in der Kappe 43 des Behälters

41 derart angeordnet, daß sich diese Öffnung in der Nähe der höchsten Stelle der Oberseite dieser Kappe

befindet.

Die Düsenöffnung 44 kann ein Schlitz sein oder einen ovalen oder kreisförmigen Querschnitt haben. Der Behälter 47 dient als Aufnahmebehälter für die

ίο überschüssige Flüssigkeit, die nicht dispergiert wird.

In jedem Fall wird der Flüssigkeit, die dispergiert

werden soll, eine kinetische Energie erteilt, wenn diese die Oberfläche erreicht. Wenn die Energie, die in Form eines Drucks vorliegen kann, aber auch durch die Schwerkraft eingeführt werden kann, ausreicht, um einen Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, ehe die Flüssigkeit die Düsenöffnung erreicht, so wird die Flüssigkeit im Innern gespannt, ehe diese Flüssigkeit von der Gasströmung getroffen wird. Zusätzlich

ao zu dieser Spannung wird der Flüssigkeitsfilm in der Umgebung der Düsenöffnung nochmals gespannt, und zwar durch die überschüssige Flüssigkeitsmenge, die beispielsweise über die Kappe 43 in den Behälter 47 strömt. Obwohl diese Flüssigkeit überflüssig ist und nicht durch den Gasstrom dispergiert wird, ist diese Flüssigkeit dennoch ein Teil des gesamten Flüssigkeitsfilms, der über den Behälter hinwegläuft. Die kinetische Energie dieser Flüssigkeit hat einen Einfluß auf die Flüssigkeitsfilmdicke in der Umgebung der Öffnung 44. Die Wirkung dieser kinetischen Energie tritt ganz erheblich in der Umgebung der Düsenöffnung 44 ein, da durch die Anordnung der Düsenöffnung 44 diese sich an einer Stelle befindet, an der die größte Änderung in der FiIm-Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die der Oberfläche des Behälters 41 zugeführt wird, ist im Idealfall an die Oberflächenkontur des Behälters 41 derart angepaßt, daß die Änderung der Filmgeschwindigkeit an der Stelle der Öffnung 44 gerade unterhalb der ist, die erforderlich ist, um den Film fortzuziehen. Wenn der Gasdruck ausreichend ist, um den Film bis zum Zerreißen zu spannen, werden kleine Flüssigkeitspartikelchen aus dem Film herausgebrochen und vom Gasstrom mitgeführt und nach oben fortbewegt. Diese nebelartige Dispersion findet so lange statt, als der Flüssigkeitsfilm auf das Gas trifft.

Durch eine sorgfältige Beobachtung und Messung wurde gefunden, daß die sphärischen Flüssigkeitsteilchen in ihrer Größe etwas verändert werden können, und zwar durch eine Veränderung des Drucks des Dispersionsgases. Es wurde ferner gefunden, daß für einen gegebenen Gasdruck die Sprühnebelteilchen viel gleichförmiger in der Größe waren als die, die durch übliche Sprühvorrichtungen erzeugt wurden. Von Bedeutung ist ferner die Tatsache, daß die Gasströmung mit niedrigem Druck, die aus der Kammer austritt, in ihrer Wirkung so sanft ist, daß die sphärischen Tröpfchen unmittelbar aus dem dünnen Flüssigkeitsfilm gebildet werden. Bei üblichen Zerstäubern wird die Flüssigkeit zuerst in bandförmige Filmteilchen zerrissen, ehe die Flüssigkeitstropfen gebildet werden. Eine direkte Bildung von Tröpfchen ist von Bedeutung, da hierdurch eine Veränderung der Molekularstruktur der Sprühteilchen verhindert wird, und ferner wird eine bessere Sprühverteilung und Gleichförmigkeit des Sprühnebels sichergestellt.

Bei den verschiedenen dargestellten Ausführungs-

formen ist eine glatte Oberfläche vorgesehen, die eine geringe Krümmung aufweist. Es wurde gefunden, daß es leichter ist, die richtige kinetische Energie der Flüssigkeit zuzuführen und den Film zu spannen, wenn die Oberfläche gekrümmt ist, und bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine glatte Oberfläche verwendet, die gekrümmt ist.

Claims

Patentansprüche: 10

1. Vorrichtung zum Dispergieren einer Flüssigkeit in ein gasförmiges Medium zum Herstellen eines Sprühnebels, mit einer glatten, geneigten Fläche, in der wenigstens eine Düsenöffnung von vergleichsweise geringem Querschnitt vorgesehen ist, die mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und mit einer mit Abstand oberhalb dieser Düsenöffnung auf die Fläche ausmündenden Flüssigkeitszuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche die Oberfläche eines haubenartigen, hohlen Behälters (10) ist, dessen Innenraum eine Gaskammer bildet, die mit der Druckgasquelle verbunden ist, und daß die Flüssigkeitszuleitung an der obersten Stelle der Haube ausmündet,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der obersten Stelle der Haube (10) ein die Flüssigkeit verteilender Ansatz (22) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung zum Dispergieren einer Flüssig-

keit in ein gasförmiges Medium zum Herstellen eines Sprühnebels, mit einer glatten, geneigten Fläche, in der wenigstens eine Düsenöffnung von vergleichsweise geringem Querschnitt vorgesehen ist, die mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und mit einer mit Abstand oberhalb dieser Düsenöffnung auf die Fläche ausmündenden Flüssigkeitszuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche die Oberfläche eines schuhförmigen Behälters ist, dessen Innenraum eine Gaskammer bildet, die mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und daß die Düsenöffnung (44) in der vorderen Kappe (43) des Schuhes angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Düsenöffnungen (16) diese im gleichen Abstand voneinander am Umfang der Haube angebracht sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (16) nach außen divergierende Wandungen haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Behälter ein Flüssigkeitssammelbehälter (11, 47) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (16) als quer zur Flüssigkeitsströmung verlaufende Schlitze ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen