DE19604902C2 - Zweistoffdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweistoffdüse zum Versprühen eines Gas/Flüssigkeitsgemisches, insbesondere eines Luft/­ Wassergemisches, mit einer Mischkammer mit einer ersten Eintrittsöffnung für ein unter Druck zugeführtes gasförmi­ ges Medium, der eine Austrittsöffnung mit einem Düsenmund­ stück gegenüberliegt, und mit einer zweiten Eintrittsöff­ nung, durch die ein unter Druck stehender Flüssigkeits­ strahl etwa senkrecht zu der Achse der ersten Eintrittsöff­ nung in die Mischkammer eintritt.

Zweistoffdüsen dieser Art sind bekannt (DE 39 15 210 C2). Man hat dort in die axial von dem unter Druck stehenden gasförmigen Medium durchströmte zylindrische Mischkammer einen stabförmigen Dosiereinsatz mit einer zylindrischen Sackbohrung senkrecht zu der Strömungsrichtung in der Mischkammer eingeführt und von der Sackbohrung aus nach au­ ßen gehende Sprühbohrungen vorgesehen, die etwa im Bereich der Mischkammermitte verlaufen. Diese Sprühbohrungen sorgen dafür, dass die dort austretenden Flüssigkeitsstrahlen quer zur Strömungsrichtung oder sogar unter kleinen Winkel ge­ neigt, gegen die Strömungsrichtung austreten, so dass die beim Austritt schon aufplatzenden Flüssigkeitsstrahlen durch die von dem auf sie auftreffenden Gasstrahl bewirkten Scherkräfte optimal vorzerstäubt werden können, ehe das so gebildete Gas/Flüssigkeitsgemisch aus der Düsenmündung austritt. Sprühdüsen dieser Art können, wegen der Anordnung des in die Mischkammer hereinragenden Einsatzes relativ aufwendig in der Herstellung werden. Für manche Anwendungs­ bereiche sind sie auch nicht geeignet.

Bekannt ist es auch (DE 31 31 070 C2), bei Bauarten der eingangs genannten Art den Flüssigkeitsstrahl auf eine in der Mitte der Mischkammer auf einem seitlich in die Misch­ kammer hereinragenden Tisch angeordnete, ebene Prallfläche auftreffen zu lassen und diese Prallfläche von dem Gasstrom überstreichen zu lassen, so dass der durch den Aufprall aufgeplatzte Flüssigkeitsstrahl mit der Gasströmung ver­ mischt und zur Austrittsdüse geführt werden kann. Auch sol­ che Sprühdüsen sind wegen der Anordnung eines seitlich und rechtwinklig zu der Eintrittsachse des Gasstrahles anzuord­ nenden Aufpralltisches aufwendig und können, da eine Vermi­ schung wegen der Unsymmetrie nicht gleichmäßig im ganzen Mischkammerbereich erfolgt, auch nicht immer für eine homo­ gene Vermischung sorgen. Bekannt sind deshalb auch andere Bauarten (DE-A 22 52 218), bei denen man den auf eine Prallfläche auftreffenden und zerstäubten Flüssigkeits­ strahl mit einer durch einen seitlichen Eintritt bewirkten Drallströmung erfasst und außen um den Rand der Prallfläche hinweg in eine Ausströmöffnung führt, wo ein zweiter Auf­ prall des vermischten Strahles erfolgt. Solche Sprühdüsen sind gegenüber den eingangs genannten Bauarten aufwendiger in der Herstellung. Dies gilt auch für andere bekannte Sprühdüsenbauarten zur Erzeugung eines Zweistoffgemisches (US-A 5 240 183), bei denen man die Zufuhr von Gas und Flüssigkeit koaxial zu einer Austrittsdüse erfolgen lässt und in der dieser Austrittsdüse vorgeschalteten Mischkammer einen zentralen Dralleinsatz angeordnet hat. Die koaxiale Zuführung der beiden zu mischenden Medien macht erfahrungs­ gemäß Schwierigkeiten, so dass man zu den eingangs erwähn­ ten einfacheren Bauarten für Zweistoffdüsen übergegangen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweistoffdü­ se der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine einfache Herstellung möglich ist, dennoch aber eine ausge­ zeichnete Vermischung der beiden Medien schon vor dem Er­ reichen der Düsenmündung bewirkt werden kann.

Ausgehend von der Überlegung, dass es für diesen Zweck vor­ teilhaft ist, möglichst den ganzen Mischkammerquerschnitt für die Mischung auszunützen, besteht die Erfindung bei ei­ ner Zweistoffdüse der eingangs genannten Art darin, dass die zweite Eintrittsöffnung einer an der Wand der Mischkam­ mer angeordneten Prallfläche gegenüberliegt, auf die der Flüssigkeitsstrahl zum Zweck des Zerstäubens auftrifft und dass die Prallfläche Teil einer an der Wand der Mischkammer angeordneten Prallsenke ist, deren Wandflächen so ausgebil­ det sind, dass der Flüssigkeitsstrahl mit seinen zerstäub­ ten und reflektierten Bestandteilen den Raum der Mischkam­ mer ausfüllt. Bei der Erfindung werden daher keine in die Mischkammer einseitig hereinragenden und die Strömungsver­ hältnisse beeinflussenden Einsätze vorgesehen, sondern es wird ein von der Mischkammerwand ausgehender, im wesentli­ chen senkrecht zu der Gasströmung gerichteter Flüssigkeits­ sprühstrahl erzeugt, der über den gesamten Mischkammerquer­ schnitt von dem quer zu ihm strömenden Gasstrom erfasst und daher optimal mit diesem vermischt werden kann.

Die Prallsenke kann dabei als eine rotationssymmetrische Prallsenke ausgebildet sein, die z. B. als Kugelkalotte, als Teil eines Paraboloids, aber auch als ein Kegel ausgebildet sein kann. Alle diese Bauarten ermöglichen das Entstehen eines Sprühstrahles in der Mischkammer, dessen Bestandteile von dem im wesentlichen quer dazu verlaufenden Gasstrom er­ fasst und mit diesem fein verteilt vermischt werden können.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zweistoffsprühdüse nach der Erfindung, bei der der Flüssigkeitssprühstrahl durch den Auf­ prall eines Flüssigkeitsstrahles auf eine Prall­ senke erzeugt wird,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Sprüh- und Mischvorganges in der Zweistoffdüse nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante der Zweistoffdüse der Fig. 1, bei der eine andere Form der Prallsenke vorgesehen ist, und

Fig. 4 die schematische Darstellung der Wirkungsweise der Zweistoffsprühdüse nach Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Zweistoffsprühdüse nach der Erfindung, die ein Düsengehäuse (1) mit einer im Gehäuse angeordneten zylindrischen Mischkammer (2) aufweist. Mit der Achse (3) der Mischkammer fällt die Achse einer ersten Eintrittsöffnung (4) zusammen, die Teil eines in das Gehäu­ se (1) stirnseitig eingeschraubten Anschlussstutzens (5) ist, dessen Innenbohrungen sich bis zur Eintrittsöffnung (4) stufenweise verkleinern, und der mit einem Innengewinde (6) zum Einschrauben beispielsweise eines Druckschlauches oder einer Druckleitung versehen ist. Durch diesen Schraub­ anschluss (5) wird ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, unter Druck im Sinn des Pfeiles (7) in die Mischkam­ mer (2) eingeführt, um sich dort in der noch zu beschrei­ benden Weise mit einer Flüssigkeit zu vermischen. Das in der Mischkammer (2) gebildete Luft/Flüssigkeitsgemisch wird weiter längs der Achse (3) durch eine der Eintrittsöffnung (4) gegenüberliegende Austrittsöffnung (29) aus der Misch­ kammer (2) heraus und durch ein Rohrstück (8) zu einer Zweistoffsprühdüse (9) geführt, die mit einem Austritts­ schlitz (10) versehen ist. Aus diesem Austrittsschlitz (10) tritt das Luft/Flüssigkeitsgemisch, im vorliegenden Fall ein Luft/Wassergemisch, aus und kann beispielsweise für Kühlzwecke verwendet werden.

Das Gehäuse 1 ist mit einer zweiten Eintrittsöffnung 11 versehen, die Teil eines Ansatzes 12 ist, an dessen der Mischkammer 2 zugewandter Stirnseite sie angeordnet ist. Der Ansatz 12 ist ebenso wie der Schraubstutzen 5 mit einem Innengewinde 13 versehen, in das ein Druckschlauch oder ei­ ne Druckleitung zur Zuführung von Wasser eingeschraubt wer­ den kann, das im Sinn des Pfeiles 14 in die Mischkammer 2 eintritt. Die Achse 25 dieser Eintrittsöffnung und der vor ihr liegenden Kammern steht senkrecht auf der Achse 3 der Mischkammer 2 und schneidet diese. Die Achse 25 dieser Zu­ führbohrung verläuft senkrecht zu der Achse 3 der zylind­ risch ausgeführten Mischkammer 2, in die die erste Ein­ trittsöffnung 4 axial so mündet, dass die Achse der Ein­ trittsöffnung 4 und der im Einschraubstutzen 5 angeordneten Zuflussbohrung mit der Achse 3 der Mischkammer 2 zusammen­ fällt. Durch den Schraubstutzen 5 wird Druckluft im Sinn des Pfeiles 7 zugeführt.

Die der Eintrittsöffnung 11 am Ende der konisch zulaufenden Kammer 16 gegenüberliegende Wand 2a der Mischkammer 2 ist mit einer Vertiefung in der Form einer kegelförmigen Prall­ senke 26 versehen, wobei die Achse dieses Kegels mit der Achse 25 der Zuführbohrung im Stutzen 120 zusammenfällt. Durch diese Maßnahme trifft, wie Fig. 2 zeigt, der im Sinn der Pfeiles 14 in die Mischkammer 2 eingeführte, noch kom­ pakte Druckwasserstrahl auf die gegenüberliegende Wand 2a in der Mitte der kegelförmigen Prallsenke 26 auf, wird durch diesen Aufprall und aufgrund der ihm innewohnenden Energie in Einzelbestandteile zerlegt und von den schrägen Flächen der Prallsenke 26 im Sinn der Pfeile 27 von der Wand 2a aus zurück in die Mischkammer 2 reflektiert. Dies geschieht aufgrund der gewählten Ausbildung der Prallsenke 26 so, dass dieser Sprühstrahl in etwa den Raum der Misch­ kammer 2 vollständig ausfüllt. Dabei wird der reflektierte Sprühstrahl von der Luftströmung im Sinn des Pfeiles 7 er­ fasst, so dass eine Mischung der Bestandteile des Sprüh­ strahles über den gesamten Querschnitt der Mischkammer 2 verteilt erfolgten kann, ehe das so gebildete, weitgehend homogene Gemisch im Sinn des Pfeiles 19 zur Düse 9 geför­ dert wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Abwandlung insofern, als hier die auf der Achse 25 liegende Vertiefung 28 die Form einer Kugelka­ lotte hat, die rotationssymmetrisch zur Achse 25 ausgebil­ det ist. Es wäre auch möglich, anstelle einer Kugelkalotte einen Teil eines Paraboloids oder Hyperboloids für die Ver­ tiefung 28 vorzusehen. In allen Fällen aber muß die Vertie­ fung 28, so wie auch die Vertiefung 26 der Fig. 1, in etwa rotationssymmetrisch zur Achse 25 ausgebildet sein, um ei­ nen Sprühstrahl im Sinn der Pfeile 27 - siehe Fig. 4 - zu erzeugen, der von der Wand 2a der Mischkammer 2 in die Mischkammer 2 reflektiert wird und über den gesamten Quer­ schnitt der Mischkammer mit dem auf seine Bestandteile auf­ prallenden Luftstrom mischbar ist.

Claims (6)

1. Zweistoffdüse zum Versprühen eines Gas/Flüssigkeits­ gemisches, insbesondere eines Luft/Wassergemisches, mit ei­ ner Mischkammer (2) mit einer ersten Eintrittsöffnung (4) für das unter Druck zugeführte gasförmige Medium, der eine Austrittsöffnung (29) mit einem nachgeschalteten Düsenmund­ stück (9) gegenüberliegt und mit einer zweiten Eintritts­ öffnung (11), durch die ein unter Druck stehender Flüssig­ keitsstrahl etwa senkrecht zu der Achse (3) der ersten Ein­ trittsöffnung (4) in die Mischkammer (3) eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eintrittsöffnung (11) einer an der Wand (2a) der Mischkammer (2) angeordneten Prallflä­ che gegenüberliegt, auf die der Flüssigkeitsstrahl zum Zweck des Zerstäubens auftrifft, und dass die Prallfläche Teil einer Prallsenke (26, 28) ist, deren Wandflächen so ausgebildet sind, daß der Flüssigkeitsstrahl mit seinen zerstäubten und reflektierten Bestandteilen den Raum der Mischkammer (2) ausfüllt.

2. Zweistoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Prallsenke (26, 28) rotationssymmetrisch aus­ gebildet ist und ihre Achse mit der Achse (25) der Flüssig­ keitszuführung zusammenfällt.

3. Zweistoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Mischkammer (2) zylindrisch ausgebildet ist und ihre Achse (3) senkrecht zur Achse (25) der Flüssig­ keitszuführung steht.

4. Zweistoffdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Achse (3) der Mischkammer die Achse (25) der Flüssigkeitszuführung schneidet.

5. Zweistoffdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Prallsenke als Kugelkalotte oder Teil eines Paraboloids oder Hyperboloids ausgebildet ist.

6. Zweistoffdüse nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Prallsenke (26) kegelförmig ausge­ bildet ist.