DE19617686C2 - Kegelstrahldrallmischdüse - Google Patents
KegelstrahldrallmischdüseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kegelstrahldrallmischdüse zum Mischen eines ersten
und eines zweiten Fluides, insbesondere einer Flüssigkeit und eines Gases, und
zur Zerstäubung des Gemisches, welche getrennte Zuführungskanäle für das
erste und das zweite Fluid aufweist, die in eine Drallkammer führen, welche in
einer Düsenöffnung mündet, wobei die Drallkammer eine erste Teilkammer
umfaßt, in die Zulaufkanäle für das erste Fluid münden und eine mit der ersten
Teilkammer verbundene zweite Teilkammer umfaßt, in die Zulaufkanäle für
das zweite Fluid münden, wobei die Zulaufkanäle für das erste Fluid so ange
ordnet sind, daß das erste Fluid aus den Zulaufkanälen in die erste Teilkammer
der Drallkammer mit maximalem Drall einströmt und die Zulaufkanäle für das
zweite Fluid so angeordnet sind, daß das zweite Fluid aus den Zulaufkanälen in
die zweite Teilkammer der Drallkammer mit maximalem Drall einströmt, und
die Zulaufkanäle für das zweite Fluid in die zweite Teilkammer der
Drallkammer so angeordnet sind, daß der Drall für das zweite Fluid beim Ein
strömen in die zweite Teilkammer der Drallkammer dem Drall für das erste
Fluid beim Einströmen in die erste Teilkammer der Drallkammer entgegen
gesetzt ist.
Aus dem Stand der Technik sind Kegelstrahldralldüsen bekannt.
Durch diese bekannten Kegelstrahldralldüsen werden Flüssigkeiten zerstäubt,
die der Vorrichtung unter einem hohen Vordruck zugeführt werden, um eine
homogene Tröpfchenverteilung in der zerstäubten Flüssigkeit zu erhalten. Bei
Wasser beispielsweise liegt der Vordruck in der Größenordnung von 10 bar.
Dieser hohe Vordruck macht es erforderlich, daß die in Kontakt mit der
Flüssigkeit kommenden Teile der Vorrichtung aus teurem korrosionsbe
ständigem Kunststoff angefertigt werden müssen. Außerdem sind bei hohen
Vordrücken die durch Druckvariation des Vordrucks erreichten Regelungs
möglichkeiten für den Durchfluß durch die Vorrichtung gering.
Die DE 94 02 811 U1 offenbart einen Wirbelkammerzerstäuber mit einem
Gehäuse, bei dem einer Eintrittsdüse eine Wirbelerzeugungseinrichtung
zugeordnet ist, die das eintretende Fluid in eine Rotation versetzt, die der
Rotationsrichtung des im Gehäuse erzeugten Primärwirbels entgegengesetzt
ist.
Die DE 10 63 989 offenbart eine Dralldüse mit einer zylindrischen Wirbel
kammer und mindestens einem durch das Wirbelkammergehäuse tangential in
die Wirbelkammer geführten, in seinem Strömungsquerschnitt regelbaren
schlitzförmigen Einströmkanal, wobei das Gehäuse der Wirbelkammer entlang
von tangential zur zylindrischen Mantelfläche der Wirbelkammer liegenden, der
Einströmkanalhöhe und der Einströmkanalzahl entsprechenden ebenen Flächen
und entlang von an diese ebenen Flächen anschließenden, jeweils von einem
axialen Ende einer ebenen Fläche zu dem in axialer Richtung anderen Ende der
in Umfangsrichtung folgenden ebenen Flächen verlaufenden Wendelflächen in
gegeneinander in Umfangsrichtung verdrehbare, entlang der Wendelfläche
aneinanderliegende Teile geteilt ist.
Die US 2,829,923 offenbart einen Flüssigkeitszerstäuber mit einer Wirbel
kammer, welche eine axiale Austrittsöffnung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kegelstrahldrallmischdüse der
gattungsgemäßen Art zu schaffen, durch die zwei Fluide bei einem niedrigen
Vordruck durchmischt und zerstäubt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Kegelstrahldrallmischdüse der eingangs beschrie
benen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an ein zylindrisches Einlauf
segment der zweiten Teilkammer, in welches die Zulaufkanäle für das zweite
Fluid münden, ein in radialer Richtung konisch sich erweiterndes Segment
anschließt, so daß am Übergang zwischen den Segmenten eine rückspringende
Fläche vorliegt, wobei der Kantenwinkel an der rückspringenden Fläche
größer als 4° ist, um eine turbulenzerzeugende rückspringende Fläche
bereitzustellen.
Dadurch, daß die Fluide aus den Zulaufkanälen in die Drallkammer mit maxi
malem Drall einströmen, wird ein hoher Turbulenzgrad für die einströmenden
Fluide erreicht. Der entgegengesetzte Drall für das erste und das zweite Fluid
sorgt dafür, daß eine gute Durchmischung der Fluide erreicht wird, selbst
dann, wenn zwischen den beiden Fluiden sehr große
Dichteunterschiede vorliegen, wie beispielsweise im gasför
migen Wasserstoff-Wasser- oder Wasserstoff-Benzin-Mischbe
trieb. Dadurch läßt sich die Kegelstrahldrallmischdüse mit
niedrigem Vordruck für das erste und das zweite Fluid betrei
ben und die mit den Fluiden in Berührung kommende Teile
können aus billigem korrosionsbeständigen Werkstoff gebaut
werden. Außerdem weist die erfindungsgemäße Kegelstrahldrall
mischdüse umfangreiche Regelungsmöglichkeiten auf, die es
erlauben, den optimalen Durchfluß durch die Vorrichtung und
eine für die jeweilige vorgesehene Anwendung der Kegelstrahl
drallmischdüse wünschenswerte optimale Tröpfchengröße in dem
zerstäubten Gemisch auch bei sehr großen Dichte- und Zähig
keitsunterschieden der beiden Fluide zu erzeugen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Drall beim Einströmen in die
erste Teilkammer bzw. in die zweite Teilkammer für das erste
bzw. das zweite Fluid jeweils einstellbar ist. Dadurch kann
ermöglicht werden, daß auch bei sehr großen Dichteunter
schieden der beiden Fluide eine optimale Zerstäubung gewähr
leistet ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfaßt die erste Teilkammer der Drallkammer zwei
oder mehrere in axialer Richtung angeordnete Segmente. Durch
individuelle Formgebung der einzelnen Drallkammersegmente
kann die für die Anwendung der Erfindung optimale Tröpfchen
größe in dem zerstäubten Gemisch eingestellt werden.
Eine weitere Optimierung der Tröpfchengröße in dem zer
stäubten Gemisch läßt sich dadurch erreichen, daß die zweite
Teilkammer der Drallkammer zwei oder mehrere in axialer Rich
tung angeordnete Segmente umfaßt.
Der Turbulenzgrad der in der Drallkammer strömenden Fluide
wird dadurch erhöht, daß ein oder mehrere Übergänge zwischen
den Segmenten der Drallkammer rückspringende Flächen auf
weisen.
Besonders günstig für den Turbulenzgrad des in die zweite
Teilkammer der Drallkammer einströmenden Fluids wirkt es sich
aus, wenn unmittelbar an dem der ersten Teilkammer der Drall
kammer nächstliegenden Mündungskante eines in die zweite
Teilkammer der Drallkammer mündenden Zulaufkanals eine rück
springende Fläche vorliegt.
Besonders wirksam sind die rückspringenden Flächen bezüglich
der Förderung von turbulenter Strömung, wenn der Krümmungs
radius einer rückspringenden Fläche kleiner ist
als etwa ein Zehntel der den Flüssigkeitswirbeln in der
Drallkammer zugeordneten Prandtlschen Mischungslänge. Die
Mischungslänge 1 ist dabei näherungsweise durch die Strahl
breite b des in die Drallkammer einströmenden Flüssigkeits
strahls über die Beziehung 1 = α.b mit einer experimen
tellen Konstante α bestimmt, wobei insbesondere α in der
Größenordnung von 0,1 liegt. Ist der Krümmungsradius ins
besondere kleiner als etwa ein Hundertstel der Mischungs
länge, dann wird ein sehr hoher Turbulenzgrad erzeugt.
Weiterhin besonders günstig für die Turbulenzförderung in der
Strömung ist es, wenn der Kantenwinkel an einer rückspringen
den Fläche mindestens größer ist als 4° und insbesondere
größer als 6° ist, wodurch die Erzeugung von Ablösewirbeln in
dem strömenden Fluid erleichtert wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist mindestens ein Segment der Drallkammer
rückspringende Flächen durch eine gewindeartige Ausformung
der Innenwände mit konstanter oder auch variabler Steigung
auf.
Turbulenzfördernd wirkt es sich beim Einströmen des Fluids in
die Drallkammer aus, wenn die Mündungen der Zulaufkanäle für
das erste Fluid in die erste Teilkammer der Drallkammer einen
elliptischen Querschnitt aufweisen.
Ebenso wirkt es turbulenzfördernd, wenn die Mündungen der
Zulaufkanäle für das zweite Fluid in die zweite Teilkammer
der Drallkammer einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Die Zulaufkanäle für das erste Fluid in die erste Teilkammer
der Drallkammer können an den Mündungen verstellbare Schieber
aufweisen, durch die die Mündungen der Zulaufkanäle in die
Drallkammer insbesondere teilweise abgedeckt werden können.
Dadurch wird ebenfalls der Turbulenzgrad des in die
Drallkammer einströmenden Fluids erhöht.
Dies gilt analog, wenn die Mündungen der Zulaufkanäle für das
zweite Fluid in die zweite Teilkammer der Drallkammer ver
stellbare Schieber zum teilweisen Abdecken der Mündungsöff
nungen aufweisen.
Verbesserte Möglichkeiten der Durchflußsteuerung für das
zweite Fluid durch die Kegelstrahldrallmischdüse ergeben
sich, wenn die Mündungen der Zulaufkanäle für das zweite
Fluid, welche in die zweite Teilkammer der Drallkammer
führen, in axialer Richtung gestaffelt angeordnet sind.
In einer besonders günstigen Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Vorrichtung erfolgt zusätzlich zur Variation des Vor
drucks die Durchflußregelung für das zweite Fluid durch die
Kegelstrahldrallmischdüse mittels einer in die zweite Teil
kammer der Drallkammer hineinreichenden axial verschieblichen
Ventilnadel. Dadurch läßt sich der Durchfluß in einem größe
ren Bereich des Massedurchsatzes auch bei sehr großen Dichte
unterschieden der beiden Fluide besser und auch genauer
regeln.
Zur Erzielung eines homogenen Gemisches ist es vorteilhaft,
wenn die Ventilnadel eine drehsymmetrische konkave oder eine
konische Stirnfläche aufweist, welche den Turbulenzgrad des
umströmenden Fluids erhöht.
Eine konische Stirnfläche stellt dabei einen Spezialfall
einer drehsymmetrischen konkaven Stirnfläche dar.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform erfolgt die Steuerung
der Ventilnadelbewegung in axialer Richtung mittels einer
Motoreinheit. Die Steuerung der Motoreinheit selbst erfolgt
über eine Steuerungs- und Regelungseinheit. Die Motoreinheit
läßt sich dann über Ausgabengröße der Vorrichtung, von der
die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Teil ist, steuern, so
daß der Durchfluß durch die Kegelstrahldrallmischdüse ge
regelt wird, wodurch wiederum die Ausgabengrößen der Vorrich
tung, von der die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Teil ist,
geregelt werden, so daß insgesamt eine Rückkopplungswirkung
erzielt ist.
Es zeigen
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 Querschnitt durch eine Drallkammer, die An
ordnung von Zulaufkanälen in die Drallkammer
zeigend;
Fig. 3 einen Längsriß eines Teils einer Drallkammer,
die Mündungen von Zulaufkanälen in die Drall
kammer zeigend;
Fig. 4 einen Längsriß einer Drallkammer;
Fig. 5 die Definition von Kantenwinkel und
Krümmungsradius an einer rückspringenden
Fläche;
Fig. 6 eine schematische Abbildung einer struk
turierten Innenwand in der Drallkammer und
Fig. 7 ein Blockdiagramm von einer rückkopplungs
geregelten Vorrichtung, die die Kegelstrahl
drallmischdüse umfaßt.
Eine in Fig. 1 dargestelltes und als Ganzes mit 10 bezeich
netes Ausführungsbeispiel einer Kegelstrahldrallmischdüse
weist ein Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und darauf
aufstehenden Gehäusewänden 16 auf, wodurch zwischen den
Gehäusewänden 16 und dem Gehäuseboden 14 ein zylindrischer
Hohlraum 18 gebildet ist. Der Gehäuseboden 14 weist auf der
den Gehäusewänden 16 abgewandten Seite einen Gehäuseboden
ansatz 20 auf.
Der Gehäuseboden weist in seinem Zentrum eine zylindrische
Öffnung 22 auf, die in eine im Gehäusebodenansatz 20 liegende
kegelförmige Auslaßöffnung 24 übergeht, wobei der zylin
drische Hohlraum 18, die zylindrische Öffnung 22 und die
Auslaßöffnung 24 koaxial zu einer Achse 26 angeordnet sind.
Die zylindrische Öffnung 22 in dem Gehäuseboden 14 weist eine
ringförmige Ausnehmumg 28 auf, wodurch im Gehäuseboden 14
eine Zentrierung entsteht, in der eine Düsenplatte 30 sitzt.
Die Düsenplatte 30 ist aus korrosionsbeständigem Material,
beispielsweise Edelstahl. Die Düsenplatte 30 weist auf ihrer
dem Hohlraum 18 zugewandten Seite eine Öffnung auf, die einen
Teil einer mehrere Segmente umfassenden Drallkammer 32
bildet. Die Drallkammer 32 ist durch eine erste Teilkammer
33a und eine zweite Teilkammer 33b gebildet. Durch eine
Düsenöffnung 34 in der Düsenplatte 30 tritt das zerstäubte
Gemisch aus der Drallkammer 32 in die Auslaßöffnung 24.
An den Gehäuseboden 14 und die Düsenplatte 30 schließt sich
im Hohlraum 18 ein erstes Düsenkörperelement 36a an, das aus
korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl, an
gefertigt ist. In seinem Zentrum weist das erste Düsenkörper
element 36a eine Öffnung koaxial zur Achse 26 auf, die einen
Anteil der ersten Teilkammer 33a der Drallkammer 32 bildet.
Ein weiterer Anteil der Teilkammer 33a liegt in der Düsen
platte 30. Der Aufbau der Drallkammer 32 ist in Figur gezeigt
und untenstehend näher erläutert.
Auf dem ersten Düsenkörperelement 36a ist ein zweites Düsen
körperelement 36b angeordnet, das ebenfalls aus korrosions
beständigem Material angefertigt ist und in seinem Zentrum
eine Öffnung koaxial zur Achse 26 aufweist. Diese Öffnung
bildet die zweite Teilkammer 33b der Drallkammer 32.
Die erste Teilkammer 33a der Drallkammer 32 weist ein erstes
Einlaufsegment 38a auf, welches durch eine zylindrische Öff
nung im ersten Düsenkörperelement 36a und in der Düsenplatte
30 gebildet ist.
Das erste Düsenkörperelement 36a weist an seiner dem Gehäuse
boden 14 abgewandten Seite den Gehäusewänden 16 zugewandt an
geordnete Ausnehmungen 44a auf. Innerhalb des ersten Düsen
körperelements 36a verlaufen Zulaufkanäle 40a zwischen den
Ausnehmungen 44a und dem ersten Einlaufsegment 38a der ersten
Teilkammer 33a der Drallkammer 32 in einem Winkel zur Achse
26. Die Zulaufkanäle 40a münden in das erste Einlaufsegment
38a über drallkammerseitige Mündungen 42a und weisen in einer
Innenwand der Ausnehmungen 44a liegende Mündungen 46a auf.
In den Gehäusewänden 16 verlaufen zwischen den Ausnehmungen
44a und dem dem Gehäuseboden 14 abgewandten Ende des Gehäuses
12 in axialer Richtung zylindrische Kanäle 45, welche über
eine Ausnehmung in den Gehäusewänden 16 in die Ausnehmungen
44a münden.
Die drallkammerseitigen Mündungen 42a der Zulaufkanäle 40a in
die erste Teilkammer 33a sind, wie in Fig. 2 gezeigt, längs
einer Umfangslinie des ersten Einlaufsegments 38a versetzt
angeordnet und zwar so, daß die Wandung eines Zulaufkanals
40a an einer Mündung 42a und die Wandung des zylindrischen
Einlaufsegments 38a die gleiche Tangentialfläche aufweisen.
Im Hohlraum 18 ist ein zweites Düsenkörperelement 36b ange
ordnet, welches auf dem ersten Düsenkörperelement 36a sitzt
und ebenfalls aus korrosionsbeständigem Material angefertigt
ist. Eine zur Achse 26 koaxiale Öffnung in dem zweiten Düsen
körperelement 36b bildet die zweite Teilkammer 33b der Drall
kammer 32. An dem Übergang zwischen dem ersten Düsenkörper
element 36a und dem zweiten Düsenkörperelement 36b gehen die
erste Teilkammer 33a und die zweite Teilkammer 33b der Drall
kammer 32 ineinander über.
An ihrem dem Gehäuseboden 14 abgewandtem Ende weist die
zweite Teilkammer 33b der Drallkammer 32 ein zweites zylin
drisches Einlaufsegment 38b auf. In dem zweiten Düsenkörper
element 36b verlaufen zwischen dem zweiten Einlaufsegment 38b
und Ausnehmungen 44b, welche in dem zweiten Düsenkörperele
ment 36b auf der dem Gehäuseboden 14 abgewandten und der den
Gehäusewänden 16 zugewandten Seite angeordnet sind, Zulauf
kanäle 40b in einem Winkel zur Achse 26. Die Zulaufkanäle 40b
sind mit dem zweiten Einlaufsegment 38b über drallkammer
seitige Mündungen 42b und mit den Ausnehmungen 44b über
Mündungen 46b verbunden.
Die drallkammerseitigen Mündungen 42b der Zulaufkanäle 40b in
die zweite Teilkammer 33b der Drallkammer 32 sind, wie die
drallkammerseitigen Mündungen 42a der Zulaufkanäle 40a längs
der Umfangslinie des ersten Einlaufsegments 38a, in Umfangs
richtung versetzt angeordnet (Fig. 2). Dabei sind die Zulauf
kanäle 40b so angeordnet, daß die Einströmrichtungen eines in
das zweite Einlaufsegment 38b einströmenden Fluids entgegen
gesetzt sind zu den entsprechenden Einströmrichtungen eines
aus den Zulaufkanälen 40a in das erste Einlaufsegment 38a
einströmenden Fluids (Fig. 2).
Die drallkammerseitigen Mündungen 42b der im zweiten Düsen
körperelement 36b verlaufenden Zulaufkanäle 40b sind ferner
in axialer Richtung gestaffelt angeordnet (Fig. 3). Bei einer
Variante eines Ausführungsbeispiels weisen die Mündungen 42b
einen elliptischen Querschnitt 72 auf, wobei die elliptische
Mündungsöffnung insbesondere durch die Länge der kleinen
Halbachse 74 charakterisiert ist. Auch die Mündungen 42a
können einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Die drallkammerseitigen Mündungen 42b sind mit an Schienen 80
verschiebbaren Schiebern 82 versehen, durch die die Mündungen
42b insbesondere teilweise abgedeckt werden können. Die
Schieber 82 sind über Halteelemente 84 an den Schienen 80
feststellbar. Die Schienen 80 und die Schieber 82 sind außer
dem so im zweiten Düsenkörperelement 36b angeordnet, daß sie
nicht in die Drallkammer 32 hineinreichen. Auch die Mündungen
42a können mit an Schienen 80 verschiebbaren Schiebern 82
versehen sein.
Auf der dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite des zweiten
Düsenkörperelements 36b sitzt im Hohlraum 18 ein Filter 48,
das in seinem Zentrum eine zylindrische Öffnung 50 koaxial
zur Achse 26 aufweist.
Auf den Gehäusewänden 16 sitzt eine Deckelplatte 54, welche
einen ausragenden Stutzen 56 umfaßt. Die Deckelplatte 54 mit
ihrem Stutzen 56 weist einen zylindrischen Kanal 58 koaxial
zur Achse 26 auf. Außerdem weist die Deckelplatte 54 in
axialer Richtung verlaufende Öffnungen 61 auf, durch die die
zylindrischen Kanäle 45 in den Gehäusewänden 16 in der
Deckelplatte 54 fortgesetzt werden, so daß durch die Öff
nungen 61 ein Fluid über die Kanäle 45 und die Zulaufkanäle
40a in die erste Teilkammer 33a der Drallkammer 32 einströmen
kann.
Zwischen dem Filter 48 und der Deckelplatte 54 ist ein Schei
benelement 59 angeordnet, dessen Höhe kleiner ist als die
lichte Höhe zwischen der der Deckelplatte 54 zugewandten
Seite des Filters 48 und der dem Filter 48 zugewandten Seite
der Deckelplatte 54, und dessen Durchmesser ist kleiner als
der Innendurchmesser des Hohlraums 18. Dadurch entsteht
zwischen Scheibenelement 59 und Deckelplatte 54 und zwischen
einer Stirnkante des Scheibenelements 59 und den Gehäuse
wänden 16 ein Hohlraum, durch den ein Fluid aus dem zylin
drischen Kanal 58 dem Filter 48 zufließen kann.
In der zweiten Teilkammer 33b der Drallkammer 32 ist eine
Ventilnadel 60 angeordnet, welche im zweiten Einlaufsegment
38b in axialer Richtung verschieblich ist. Die Ventilnadel 60
weist eine konische Spitze 68 auf, welche zum Gehäuseboden 14
zeigt. Durch die Umfangslinie der Basis des Konus der ko
nischen Spitze 68 ist ein Steuerkante 66 gebildet. Durch die
Ventilnadel 60 werden die zwischen der Steuerkante 66 und der
dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite des zweiten Düsenkör
perelements 36b liegenden drallkammerseitigen Mündungen 42b
der Zulaufkanäle 40b in das zweite Einlaufsegment 38b abge
deckt (Fig. 3).
Die Ventilnadel 60 weist einen Ventilnadelschaft 62 auf, der
durch die zylindrische Öffnung 50 im Filter 48, durch eine
Öffnung im Scheibenelement 59 und durch den zylindrischen
Kanal 58 in der Deckelplatte 54 verläuft. Die axiale Ver
schiebung der Ventilnadel erfolgt über diesen Ventilnadel
schaft 62.
In der Öffnung 50 sind zwischen dem Filter 48 und dem Ventil
nadelschaft 62 Dichtungen 64 angeordnet, so daß kein Fluid
durch die Öffnung im Scheibenelement 59 in die Öffnung 50 im
Filter 48 gelangen kann. Die Dichtungen 64 sind so angeord
net, daß die Ventilnadel 60 im Einlaufsegment 38 in Richtung
Deckelplatte 54 bis zu einer Höhe verschieblich ist, bei der
sie keine drallkammerseitigen Mündungen 42b der Zulaufkanäle
40b abdeckt.
Das zweite Einlaufsegment 38b weist auf seiner dem Filter 48
zugewandten Seite eine ringförmige Ausnehmung auf, in der ein
Dichtungselement 70, vorzugsweise ein O-Ring, zwischen der
Ventilnadel 60 und dem zweiten Einlaufsegment 38b angeordnet
ist. Dadurch wird verhindert, daß ein Fluid aus dem Filter 48
über denjenigen Teil der Öffnung 50, der aufgrund der Ver
schieblichkeit der Ventilnadel 60 im zweiten Einlaufsegment
38b keine Dichtung zwischen dem Filter 48 und dem Ventil
nadelschaft 62 aufweist, direkt in das zweite Einlaufsegment
38b gelangen kann.
Die Drallkammer 32 umfaßt, wie in Fig. 4 gezeigt, mehrere
Segmente. In der gezeigten Variante eines Ausführungsbei
spiels umfaßt die Drallkammer 32 das zweite zylindrische Ein
laufsegment 38b, auf das ein in radialer Richtung senkrecht
zur Achse 26 konisch sich erweiterndes Segment 88 folgt. Auf
das konisch sich erweiternde Segment 88 folgt ein zylin
drisches Segment 90, das einen größeren Durchmesser aufweist
als das zweite zylindrische Einlaufsegment 38b. Auf das
zylindrische Segment 90 folgt ein in radialer Richtung
konisch sich erweiterndes Segment 92. Das zweite Düsenkörper
element 36b umfaßt die Segmente 38b, 88, 90 und 92, die die
zweite Teilkammer 33b der Drallkammer 32 bilden.
Auf das konisch sich erweiternde Segment 92 folgt das erste
Einlaufsegment 38a, das einen größeren Durchmesser aufweist
als das zylindrische Segment 90. Auf das Segment 94 folgt ein
konisch zusammenlaufendes Segment 96, das in der Düsenöffnung
34 mündet. Das Segment 38a wird vom ersten Düsenkörperelement
36a und teilweise von der Düsenplatte 30 umfaßt und das Seg
ment 96 ist in der Düsenplatte 30 angeordnet.
Am Übergang vom zweiten Einlaufsegment 38b zum konisch sich
erweiternden Segment 88 sowie beim Übergang vom zylindrischen
Segment 90 zum konisch sich erweiternden Segment 92 liegen
rückspringende Flächen 98 vor.
Diese rückspringenden Flächen 98 sind, wie in Fig. 5 gezeigt,
durch einen Kantenwinkel 100 und einen Krümmungsradius 102
charakterisiert. Der Kantenwinkel 100 ist dabei als der
spitze Winkel zwischen einem zur Achse 26 koaxial-symmetrisch
liegenden Flächenelement 104 und dem rückspringenden Flächen
element 98 definiert. Der Krümmungsradius 102 ergibt sich als
der Radius eines Kreises 106, dessen Mittelpunkt auf der
Winkelhalbierenden 108 des Flächenelements 104 und des
Flächenelements 98 so liegt, daß er die beiden Flächenele
mente 98 und 104 tangential berührt.
In einer Variante einer Ausführungsform (Fig. 6) weist das
zylindrische Segment 90 auf seiner Innenwand 110 eine ge
windeartige Struktur auf, die aus dreieckförmigen Erhebungen
112 auf der Innenwand 110 gebildet ist. Die dreieckförmigen
Erhebungen 112 weisen eine Flanke 114 und eine Flanke 116
auf, wobei die Flanken 114 und 116 aneinander stoßen. Durch
die Flanken 116 weist die Innenwand 110 des Segments 90 rück
springende Flächen 98 auf. Insbesondere können ein, oder
mehrere oder alle Segmente der Drallkammer 32 eine Innenwand
struktur aufweisen.
Die beiden Fluide werden getrennt mit einem Vordruck, der
beispielsweise jeweils in der Größenordnung von 3 bar liegen
kann, der Kegelstrahldrallmischdüse zugeführt. Das erste
Fluid strömt über die Öffnungen 61 in der Deckelplatte 54
durch die zylindrischen Kanäle 45 über die Ausnehmungen 44a
in die Zulaufkanäle 40a und von dort über die drallkammer
seitigen Mündungen 42a in die im ersten Düsenkörperelement
36a angeordnete erste Teilkammer 33a der Drallkammer 32.
Das zweite Fluid wird durch die zylindrische Öffnung 58 in
der Deckelplatte 54 in die Kegelstrahldrallmischdüse 10 ein
geführt. Das Fluid strömt in axialer Richtung durch den
Stutzen 56 und wird beim Eintritt in den Hohlraum 18 in
radialer Richtung umgelenkt. Durch den Hohlraum zwischen dem
Scheibenelement 59 und den Gehäusewänden 16 strömt sie dem
Filter 48 zu und durchläuft anschließend das Filter 48. Das
Filter 48 hat die Aufgabe, Festkörperteilchen aus dem Fluid
auszufiltern, um Beschädigungen oder Verstopfungen in den
Zulaufkanälen 40b und der Drallkammer 32 zu vermeiden.
Über die Ausnehmungen 44b gelangt das Fluid in die Zulauf
kanäle 40b und strömt durch die Zulaufkanäle 40b in die
zweite Teilkammer 33b der Drallkammer 32. Die Anordnung der
drallkammerseitigen Mündungen 42b auf dem Kreisumfang des
Einlaufsegments 38 (Fig. 2) sorgt dafür, daß die Flüssigkeit
beim Einströmen in die Drallkammer maximalen Drall erhält.
Der Fluidstrom für das erste Fluid vermischt sich in der
ersten Teilkammer 33a der Drallkammer 32 mit dem Fluidstrom
für das zweite Fluid. Da die Fluide beim Einströmen entgegen
gesetzten Drall aufweisen (Fig. 2) ist für eine gute Verwir
belung und damit Vermischung der Fluide gesorgt.
Über die axiale Stellung der Ventilnadel 60 erfolgt durch die
Bedeckung von drallkammerseitigen Mündungen 42b eine Durch
flußregelung für das zweite Fluid durch die Kegelstrahldrall
mischdüse 10. Eine zusätzliche Durchflußsteuerung kann durch
die Variation des Vordrucks erfolgen, mit dem das Fluid der
Kegelstrahldrallmischdüse 10 zugeführt wird.
Die Durchflußregelung für das erste Fluid erfolgt über die
Variation des Vordrucks und über den durch das zweite Fluid
erzeugten Gegendruck.
Durch die elliptische 72 Formgebung der drallkammerseitigen
Mündungen 42a bzw. 42b und durch teilweises Abdecken der Mün
dungen 42a bzw. 42b durch die Schieber 82 wird der Turbulenz
grad der in die Drallkammer einströmenden Fluide erhöht.
Ebenfalls turbulenzfördernd für das sie umströmende Fluid
wirkt die konische Spitze 68 der Ventilnadel 60.
Der Übergang von dem zweiten Einlaufsegment 38b zu dem
konisch sich erweiternden Segment 88 weist eine rück
springende Fläche 98 auf. Eine solche rückspringende Fläche
98 wirkt ebenfalls turbulenzfördernd, insbesondere dann, wenn
der zugehörige Kantenwinkel 100 größer als ungefähr 6° ist
und wenn der Krümmungsradius 102 kleiner als ein Zehntel und
insbesondere kleiner als ein Hundertstel der Mischungslänge
ist. Die Mischungslänge ist dabei wesentlich durch die
Strahlbreite der aus den Zulaufkanälen 40b in die Drallkammer
32 einströmenden Flüssigkeit bestimmt. Bei durch Schieber 82
nicht abgedeckten Mündungen 42b ist die Strahlbreite durch
die Länge der kleinen Halbachse 74 bzw. bei teilweise abge
deckten Mündungen 42b durch die Länge des nicht abgedeckten
Teils der Mündungen 42b bestimmt. Vorteilhafterweise liegt
die Mündungskante eines Zulaufkanals 40b direkt an dem Über
gang von dem Einlaufsegment 38b zum Segment 88.
Beim Übergang vom Segment 90 zum Segment 92 liegt ebenfalls
eine turbulenzfördernde rückspringende Fläche 98 vor.
Durch die turbulente Strömung der Fluide in der Drallkammer
wird eine homogenere Tröpfchenverteilung in dem zerstäubten
Gemisch erreicht.
Die Höhe der Drallkammersegmente 88, 90, 92, 94 und 96 in
axialer Richtung, die Größe der Kantenwinkel an den rück
springenden Flächen 98, die Durchmesser der Segmente der
Drallkammer 32 und der Durchmesser bzw. bei elliptischer
Formgebung die Länge der großen und kleinen Halbachse, und
die Stafflungshöhe der Zulaufkanäle 40b, welche in das Ein
laufsegment 38b münden, sowie der Durchmesser der Zulauf
kanäle 40a sind so dimensioniert, daß sich im Kegelstrahl des
zerstäubten Gemisches die optimale Tröpfchengröße ergibt.
In einer Variante eines Ausführungsbeispiels ist, wie in Fig.
7 in einem Blockschaltbild angedeutet, die axiale Bewegung
der Ventilnadel 60 über den Ventilnadelschaft 62 durch eine
Motoreinheit 118 gesteuert. Der aus der Kegelstrahldrall
mischdüse 10 austretende Kegelstrahl des zerstäubten Ge
misches wird einer Vorrichtung 120 zugeführt. Es kann sich
dabei beispielsweise um die einer Kraftstoff-Luft-Mischungs-
und Zerstäubungsvorrichtung nachgeschalteten Elemente eines
Verbrennungsmotors handeln.
Von dem Fluiddurchfluß durch die Kegelstrahldrallmischdüse
abhängige charakteristische Größen der als Ganzes einschließ
lich Kegelstrahldrallmischdüse 10 mit 122 bezeichnete Vor
richtung werden durch einen Meßfühler 124 registriert. Bei
einem Verbrennungsmotor kann es sich dabei beispielsweise um
den Anteil von Gasen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenoxid in den
Auspuffgasen handeln. Die vom Meßfühler 124 registrierte Meß
größe bzw. registrierten Meßgrößen werden an eine Steuer- und
Regelungseinheit 126 weitergegeben, welche über eine Pumpe
128a den Vordruck in der über Leitungen 130a der Kegel
strahldrallmischdüse 10 zugeführten ersten Fluids und über
eine Pumpe 128b den Vordruck in dem über Leitungen 130b zuge
führten zweiten Fluid steuert. Außerdem steuert die Motorein
heit 118 die axiale Bewegung der Ventilnadel 60, wodurch der
Durchfluß für das zweite Fluid durch die Kegelstrahldrall
mischdüse 10 geregelt wird. Dadurch wird eine Rückkopplungs
wirkung erzielt. Die Vorrichtung 122 läßt sich damit in ihrer
optimalen Betriebsweise betreiben.
Claims (15)
1. Kegelstrahldrallmischdüse zum Mischen eines ersten und eines zweiten
Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit und eines Gases, und zur Zer
stäubung des Gemisches, welche getrennte Zuführungskanäle für das
erste und das zweite Fluid aufweist, die in eine Drallkammer (32) führen,
welche in einer Düsenöffnung (34) mündet, wobei die Drallkammer (32)
eine erste Teilkammer (33a) umfaßt, in die Zulaufkanäle (40a) für das
erste Fluid münden und eine mit der ersten Teilkammer (33a) verbun
dene zweite Teilkammer (33b) umfaßt, in die Zulaufkanäle (40b) für das
zweite Fluid münden, wobei die Zulaufkanäle (40a) für das erste Fluid so
angeordnet sind, daß das erste Fluid aus den Zulaufkanälen (40a) in die
erste Teilkammer (33a) der Drallkammer (32) mit maximalem Drall ein
strömt und die Zulaufkanäle (40b) für das zweite Fluid so angeordnet
sind, daß das zweite Fluid aus den Zulaufkanälen (40b) in die zweite
Teilkammer (33b) der Drallkammer (32) mit maximalem Drall einströmt,
und die Zulaufkanäle (40b) für das zweite Fluid in die zweite Teilkammer
(33b) der Drallkammer (32) so angeordnet sind, daß der Drall für das
zweite Fluid beim Einströmen in die zweite Teilkammer (33b) der Drall
kammer dem Drall für das erste Fluid beim Einströmen in die erste
Teilkammer (33a) der Drallkammer (32) entgegengesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß an ein zylindrisches Einlauf
segment (38b) der zweiten Teilkammer (33b), in welches die Zulauf
kanäle (40b) für das zweite Fluid münden, ein in radialer Richtung
konisch sich erweiterndes Segment (88) anschließt, so daß am Übergang
zwischen den Segmenten eine rückspringende Fläche (98) vorliegt,
wobei der Kantenwinkel (100) an der rückspringenden Fläche
größer als 4° ist, um eine turbulenzerzeugende rückspringende Fläche
(98) bereitzustellen.
2. Kegelstrahldrallmischdüse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Teilkammer (33a) der
Drallkammer (32) zwei oder mehrere in axialer
Richtung angeordnete Segmente umfaßt, wobei ein
oder mehrere Übergänge zwischen den Segmenten
rückspringende Flächen (98) aufweisen.
3. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Teilkammer (33b) der Drallkammer
(32) weitere in axialer Richtung angeordnete
Segmente umfaßt, wobei ein oder mehrere Übergänge
zwischen den Segmenten rückspringende Flächen (98)
aufweisen.
4. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß unmittelbar an der der ersten Teilkammer (33a)
der Drallkammer (32) nächstliegenden Mündungskante
eines in die zweite Teilkammer (33b) der
Drallkammer (32) mündenden Zulaufkanals eine
rückspringende Fläche (98) vorliegt.
5. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Krümmungsradius (102) einer
rückspringenden Fläche (98) kleiner ist
als ein Zehntel der den Flüssigkeitswirbeln in der
Drallkammer (32) zugeordneten Mischungslänge.
6. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kantenwinkel (100) an einer
rückspringenden Fläche (98) größer ist als 6°.
7. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Segment der Drallkammer (32)
rückspringende Flächen (98) durch eine
gewindeartige Ausformung der Innenwände mit
konstanter oder auch variabler Steigung aufweist.
8. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündungen (42a) der Zulaufkanäle (40a) für
das erste Fluid in die erste Teilkammer (33a) der
Drallkammer (32) einen elliptischen Querschnitt
aufweisen.
9. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündungen (42b) der Zulaufkanäle (40b) für
das zweite Fluid in die zweite Teilkammer (33b)
der Drallkammer (32) einen elliptischen
Querschnitt aufweisen.
10. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündungen (42a) der Zulaufkanäle (40a) für
das erste Fluid in die erste Teilkammer (33a) der
Drallkammer (32) verstellbare Schieber (82) zum
teilweisen Abdecken der Mündungsöffnungen
aufweisen.
11. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündungen (42b) der Zulaufkanäle (40b) für
das zweite Fluid in die zweite Teilkammer (33b)
der Drallkammer (32) verstellbare Schieber (82)
zum teilweisen Abdecken der Mündungsöffnungen
aufweisen.
12. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündungen (42b) der Zulaufkanäle (40b) für
das zweite Fluid, welche in die zweite Teilkammer
(33b) der Drallkammer (32) führen, in axialer
Richtung gestaffelt angeordnet sind.
13. Kegelstrahldrallmischdüse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Durchflußregelung für das zweite Fluid
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels
einer in die zweite Teilkammer (33b) der
Drallkammer (32) hineinreichenden axial
verschieblichen Ventilnadel (60) erfolgt.
14. Kegelstrahldrallmischdüse nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (60)
eine die Turbulenz des umströmenden Fluids
fördernde drehsymmetrische konkave oder eine
konische Stirnfläche (68) aufweist.
15. Kegelstrahldrallmischdüse nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Motoreinheit
(118) die axiale Bewegung der Ventilnadel (60)
steuert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19617686A DE19617686C2 (de) | 1996-05-03 | 1996-05-03 | Kegelstrahldrallmischdüse |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19617686A1 DE19617686A1 (de) | 1997-11-13 |
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19617686C2 (de) |
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GB0426429D0 (en) * | 2004-12-01 | 2005-01-05 | Incro Ltd | Nozzle arrangement and dispenser incorporating nozzle arrangement |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2829923A (en) * | 1951-11-30 | 1958-04-08 | Shell Dev | Atomizer with reduced cone angle variation |
DE1063989B (de) * | 1956-03-23 | 1959-08-20 | James Gordon And Company Ltd | Drallduese |
DE9402811U1 (de) * | 1993-12-03 | 1994-07-07 | Rubenberger, Karl, 85435 Erding | Wirbelkammerzerstäuber |
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1996
- 1996-05-03 DE DE19617686A patent/DE19617686C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US2829923A (en) * | 1951-11-30 | 1958-04-08 | Shell Dev | Atomizer with reduced cone angle variation |
DE1063989B (de) * | 1956-03-23 | 1959-08-20 | James Gordon And Company Ltd | Drallduese |
DE9402811U1 (de) * | 1993-12-03 | 1994-07-07 | Rubenberger, Karl, 85435 Erding | Wirbelkammerzerstäuber |
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DE19617686A1 (de) | 1997-11-13 |
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