DE19632642C2 - Sprühdüse und Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form kleiner Partikel - Google Patents
Sprühdüse und Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form kleiner PartikelInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner Partikel sowie
eine Sprühdüse zum Ausstoßen feiner Flüssigkeit in Form
feiner Partikel.
In der Zeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik 62 (1990), Nr.
12, Seiten 983 bis 994 wird auf das Zerstäuben von
Flüssigkeiten Bezug genommen, d. h. das Erzeugen von Tropfen
einer umgebenden Gasphase oder im Vakuum mit Düsen. Hierzu
wird zwischen Einstoff-Drückdüsen und pneumatischen
Zerstäuberdüsen unterschieden.
Weiterhin ist in DE 35 04 167 C2 ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Reinigen von Rauchgasen mit
Additivsuspensionen nach dem Prinzip der Luftstromzerstäubung
beschrieben.
Auch die in Fig. 1 und 2 gezeigten Düsen wurden zum
Zerstäuben von Flüssigkeit in der Form feiner Partikel
entwickelt. Die in Fig. 1 gezeigte Düse erzeugt in einer
ersten Stufe flüssige Tröpfchen 2 durch Zuführen einer
Flüssigkeit zu einem zylindrischen Luftgang 1, wo sie sich
mit Luft in der Mischkammer 1' vermischt, die an dem Ende des
Luftgangs 1 angeordnet ist, und sie wird ausgehend von dem
Kopfkegel der Düse ausgestoßen. Die Strahlen der flüssigen
Tröpfchen 2 bei der ersten Stufe laufen aufeinander zu und
kollidieren miteinander unter Bildung feiner Partikel gemäß
einer zweiten Stufe von flüssigen Tröpfchen 3. Mit diesem
Aufbau einer Sprühdüse lässt sich Wasser mit einer feinen
Partikelgröße von 10 µm bei einer Zersprührate von 1 kg/min
und einem Luft/Flüssigkeits-Verhältnis von 2300 Nl/kg
ausstoßen.
Die in Fig. 2 gezeigte Sprühdüse ist eine
Doppelröhrenanordnung, die Flüssigkeit aus einer
Mittenöffnung 4 ausstößt, sowie unter Druck stehende Luft,
aus dem die Flüssigkeit umgebenden Bereich. Bei diesem
Sprühdüsenaufbau wird bei der Mitte ausgestoßene Flüssigkeit
durch umgebende Luft unter Bildung kleiner Tröpfchen gestört.
Diese Störung durch eine umgebende Luftströmung schreitet
nach innen zu der Mitte der Flüssigkeit fort, jedoch nimmt
hierbei die Geschwindigkeit der Luft allmählich ab, was zu
größeren Tröpfchen bei der Flüssigkeit führt. Insbesondere
tritt bei Tröpfchen im Umfeld der in den Mittenbereich
ausgestoßenen Flüssigkeit eine Störung der Mischungsfähikeit
mit Luft auf, und eine schlechte Vermischung führt zu
größeren Tröpfchen.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Zerstäbuungsdüsen weisen die
Fähigkeit auf, daß sich feine Tröpfchen durch mit unter
Druckluft zerstäubte Flüssigkeiten bilden lassen. Jedoch kann
unabhängig von der Tatsache, daß sich die in Fig. 1 gezeigte
Sprühdüse mit einer Flüssigkeit wie beispielsweise reinem
Wasser ohne festen Bestandteilen einsetzen läßt, diese nicht
mit Flüssigkeiten einsetzen, die feste Bestandteile
enthalten, beispielsweise Sprühtrocknungsflüssigkeiten. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn Tröpfchen innerhalb
der Mischkammer 1' trocknen, in der Flüssigkeit gelöste
Bestandteile eine Schlammablagerung bilden, die sich
fortlaufend an den Kammerwänden ablagert, und innerhalb
weniger Betriebsminuten verrstopft diese aufgenommene
Schlammablagerung die Mischkammer 1'. Selbst wenn die an den
Kammerwänden aufgebaute Schlammablagerung außerordentlich
gering ist, stört sie die Hochgeschwindigkeits-Luftströmung
in ausreichendem Maße, um die Erzeugung feiner
Flüssigkeitströpfchen zu vermeiden. Insbesondere lassen sich
Flüssigkeiten mit festen Bestandteilen solange nicht
zerstäuben, solange nicht eine Düsenstruktur realisiert ist,
die den Aufbau an allen Stellen am Ende der Sprühdüse
vermeidet.
Die in Fig. 1 gezeigte Sprühdüse ist vom sogenannten internen
Mischtyp, bei dem Luft und Flüssigkeit innerhalb der
Sprühdüse selbst gemisch wird. Diese Düse ist auf das
Ausstoßen lediglich solcher Flüssigkeiten begrenzt, die nach
dem Trocknen keine Feststoffe bilden, und sie hat den
Nachteil, daß sie bei unterschiedlichen Flüssigkeiten keine
feinen Partikel zerstäuben kann.
Die in Fig. 2 gezeigten Sprühdüse ist von einem Typ mit
externer Vermischung, bei dem die Luft und die Flüssigkeit
außerhalb der Zerstäugungsdüse gemischt werden. Ein
Verstopfen der Düse tritt - wie oben beschrieben - bei dieser
Sprühdüse nicht auf. Jedoch ist es bei dieser Sprühdüse
erforderlich, die Mittenöffnung 4 außerordentlich klein
auszubilden und Flüssigkeit in einem sehr engen Strahl zum
Bilden feiner Partikel auszustoßen. Demnach ist aufgrund der
Tatsache, daß die Mittenöffnung 4 bei diesem Aufbau der
Sprühdüse sehr gering sein muß, die Menge der zerstäubten
Flüssigkeit pro Zeiteinheit außerordentlich gering. Bei einem
Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger weist die
Mittenöffnung bei dieser Sprühdüse einen Innendurchmesser von
0,2 mm mit einem Luft/Flüssigkeitsverhältnis von 2000 Nl/kg
auf. Die Zerstäubungsrate in diesem Fall übersteigt noch
nicht einmal 15 g/min. Versuche, die Größe der Mittenöffnung
zu erhöhen und feine Partikel zu erhalten, führen zu sehr
großen Luft/Flüssigkeits-Verhältnissen von 10000 bis 100000 Nl/kg.
Dies führt zu einer drastischen Zunahme der Menge der
eingesetzten Druckluft, und eine Realisierung ist nicht
praktikabel.
Die internen Mischverhältnisse bei der Technologie gemäß dem
Stand der Technik resultierte aus Anstrengungen, feine
Partikel durch Verbesserung der Luft/Flüssigkeitsvermischung
und Dispersion bei Sprühdüsen mit zwei Fluidphasen zu
erreichen. Eine Sprühdüse mit zwei Fluidphasen ist eine, bei
der ein in Flüssigphase vorliegendes Fluid in feine Partikel
durch die Wirkung einer in Gasphase vorliegender
Hochdruckluft umgesetzt wird. Jedoch bewirken
Zerstäubungsflüssigkeiten wie Sprühtrocknungsflüssigkeiten
mit festen Anteilen bei einer Düse vom internen Mischtyp eine
interne Verfestigung und eine Düsenverstopfung. Demnach ist
es erforderlich, Flüssigkeiten wie
Sprühtrocknungsflüssigkeiten mit Komponenten, die nach dem
Trocknen fest sind, mit einer Düse vom externen Mischtyp zu
zerstäuben.
Das Luft/Flüssigkeitsverhältnis bei einer Sprühdüse vom
externen Mischtyp muß zum Erhalten feiner Partikel
außerordentlich groß sein. Insbesondere weist diese Art von
Sprühdüse den Nachteil auf, daß große Mengen von Druckluft
verbraucht werden. Ferner läßt sich der Sprühdüsendurchmesser
nicht groß wählen. Da keine Sprühdüse zur Verfügung steht,
mit der sich große Mengen von Flüssigkeiten zerstäuben
lassen, müssen mehrere einhundert bis mehrere tausend
Sprühdüsen kombiniert werden, um ein praktisch einsetzbares
Zerstäubungsgerät herzustellen. Dies ist momentan nicht
praktikabel.
Beide der in Fig. 1 und 2 gezeigten Sprühdüsen zerstäuben
ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen in einem Vollkegelmuster
und nicht in einem Hohlkegelmuster. Bei dem Hohlkegel handelt
es sich um einen Typ von Zerstäubungsmuster, der kreis- oder
ringförmig ist. Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei einem
Vollkegel um eine kegelförmige Form ausgestoßener Tröpfchen,
bei der das Innere vollständig mit flüssigen Tröpfchen
gefüllt ist. Im allgemeinen eignet sich ein Hohlkegel besser
für Sprühtrocknungsanwendungen. Der Grund hierfür besteht
darin, dass das vollständige Füllen des Vollkegelmusters mit
flüssigen Tröpfchen dazu führt, dass Tröpfchen in der Mitte
nicht schnell trocknen.
Demnach besteht das technische Problem der vorliegenden
Erfindung in der Schaffung einer Sprühdüse und eines
Verfahrens zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel, die bzw. das fortlaufend eine große Sprühmenge
unter Einsatz einer einzigen Düse gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird dieses technische Problem gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ferner wird das technische Problem gelöst durch eine
Sprühdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
Erfindungsgemäß lässt sich Flüssigkeit in der Form extrem
feiner Partikel mit einheitlicher Größenverteilung unter
Einsatz einer geringen Menge von Gas oder eines geringen
Gas/Flüssigkeitsverhältnisses zerstäuben. Gleichzeitig lässt
sich selbst Flüssigkeit zerstäuben, die feste Anteile während
langer Zeitperioden fortlaufend enthält, und zwar ohne
Bildung einer Schlammablagerung.
Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung das Ausstoßen von
Flüssigkeit in Form feiner Partikel derart, dass sich
Flüssigkeiten in einer einzigen Sprühdüse mischen lassen.
Es ist auch möglich, die Flüssigkeit - falls erforderlich -
als Hohlkegel auszustoßen.
Die besondere Fähigkeit des Ausstoßverfahrens und der Düse
dieser Erfindung zum Bilden sehr feiner Partikel wird anhand
mehrerer Ausführungsformen dargestellt. Gemäß dieser
Erfindung werden Ultraschall-Gasströmungen gebildet und
entlang von zwei Flüssigkeitsströmungsflächen, die einen Rand
bilden, auf diesen Rand gerichtet. Allgemein sind die
Ultraschall-Gasströmungen Luftströmungen, jedoch lassen sich
in Abhängigkeit von der Anwendung Gase wie Stickstoff
ebenfalls benützen. Ein Kollisionspunkt wird in dem Gebiet
bei der Spitze des Rands erzeugt, wo die Ultraschall-
Gasströmungen aufeinandertreffen. Bei diesem Gasströmungs-
Konvergenzpunkt wird eine intensive Stoßwelle erzeugt.
Entlang einer Flüssigkeitsströmungsfläche ist ein Schlitz
derart vorgesehen, dass seine Ausdehnung eine Gasströmung
kreuzt. Geht Flüssigkeit von dem Schlitz aus, so zwingt die
Gasströmung diese gegen die Flüssigkeitsströmungsfläche unter
Ausdehnung derselben in einen dünnen Film. In diesem Zustand
strömt die Flüssigkeit entlang der Flüssigkeitsströmfläche zu
dem Rand. Ihre Strömungsgeschwindigkeit nimmt zu, wodurch die
Flüssigkeit noch dünner wird, und dieser strömende dünne Film
trennt sich von dem Rand unter Bildung flüssiger Tröpfchen.
Die Flüssigkeitströpfchen werden in dem Konvergenzpunkt der
aufeinandertreffenden Gasströme eingesaugt, und die Stoßwelle
bei dem Gasströmungs-Konvergenzpunkt induziert ein weiteres
Zerlegen unter Bildung extrem kleiner flüssiger Tröpfchen.
Diese extrem kleinen flüssigen Tröpfchen werden in der
kombinierten Strömung der Gasstrahlen, ausgehend von beiden
Seiten des Randes, mitgeführt, damit sie schnell von der Düse
wegfliegen.
Die Sprühdüse gemäß der vorliegenden Erfindung kann mehrere
Schlitze in einer Flüssigkeitsströmungsfläche aufweisen, und
sie kann Flüssigkeit den Flüssigkeitsströmungsflächen auf
beiden Seiten des Rands zuführen. Die den
Flüssigkeitsströmungsflächen über mehrere Schlitze
zugeführten Flüssigkeiten werden an den
Flüssigkeitsströmungsflächen dann vermischt, wenn sie in die
Form eines dünnen Films gebracht werden. Trennt sich der
dünne Film von dem Rand, so trifft er auf einen dünnen Film
der Flüssigkeitsströmungsfläche auf der entgegengesetzten
Seite des Rands, damit er sich mit diesem unter Bildung
flüssiger Tröpfchen vermischt. Die Stelle, an der strömende
dünne Filme aufeinandertreffen, wird als
Flüssigkeitskonvergenzpunkt bezeichnet. Die bei dem
Flüssigkeitskonvergenzpunkt gebildeten flüssigen Tröpfchen
werden durch die Gasströmung in dem Gasströmungs-
Konvergenzpunkt angesaugt, an dem sie weiter vermischt und
aufgetrennt werden, und zwar aufgrund der Stoßwelle, die
extrem kleine flüssige Tröpfchen erzeugt.
Kurz ausgedrückt, benützt das Ausstoßverfahren der
vorliegenden Erfindung eine Ultraschallgasströmung zum dünnen
Ausbreiten von Flüssigkeit auf einer
Flüssigkeitsströmungsfläche unter Bildung eines strömenden
dünnen Films. Der strömende dünne Film wird durch eine
Stoßwelle bei dem Gasströmungs-Konvergenzpunkt aufgeteilt.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, feinere Partikel mit
einheitlicher Partikelgrößenverteilung zu erzielen, die bei
Einsatz von Verfahren gemäß dem Stand der Technik nicht
erreichbar waren.
Die Fig. 3 zeigt eine Flüssigkeit, die mit einer Düse
gesprüht wird, bei der Flüssigkeit aus mehreren Schlitzen den
Flüssigkeitsströmungsflächen zugeführt wird, die an beiden
Seiten eines Rands vorgesehen sind. Bei der in Fig. 3
gezeigten Sprühdüse wird Flüssigkeit dünn in Form eines
dünnen Films auf einer Flüssigkeitsströmungsfläche 37 in
einer Dünnfilm-Formationszone 324 ausgebreitet. Die in Form
eines dünnen Films ausgebreitete Flüssigkeit wird zu
flüssigen Tröpfchen in einer Flüssigkeitströpfchen-
Formationszone, die entfernt von der Vorderseite des Rands
37A liegt, und sie wird weiter in feine Partikel in einer
Feinpartikel-Formationszone aufgeteilt. Die
Flüssigkeitströpfchen-Formationszone ist der
Flüssigkeitskonvergenzpunkt 325, und die Feinpartikel-
Formationszone ist der Gasstrahl-Konvergenzpunkt 326. Im
Hinblick auf das Vermischen der Flüssigkeit tritt die
Dünnfilmvermischung in einem ersten Vermischungsbereich auf,
der die Dünnfilm-Formationszone 324 der
Flüssigkeitsströmungsoberflächen 37 ist. Das
Flüssigkeitsströmungs-Aneinanderprallvermischen tritt in
einer zweiten Mischzone auf, die durch den
Flüssigkeitskonvergenzpunkt 325 gebildet wird. Schließlich
tritt das Schwingungsmischvorgang in einer dritten Mischzone
auf, die durch den Gasstrahl-Konvergenzpunkt 326 gebildet
wird. Hierdurch wird die Flüssigkeit bei der ersten, zweiten
und dritten Mischzone für ein ideales Mischen und Sprühen
gemischt.
Das Ausstoßverfahren und die Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung, das/die - wie oben beschrieben - Flüssigkeit
sprüht, weist außergewöhnliche Eigenschaften auf, die bei
Sprühdüsen gemäß dem Stand der Technik nicht realisiert
werden konnten. Erstens ist die Menge von Flüssigkeit, die
pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, groß, und zweitens lassen
sich in der Größe einheitliche kleine Flüssigkeitströpfchen
ausstoßen. Der Grund hiefür besteht darin, daß das
Ausstoßverfahren und die Düse dieser Erfindung Flüssigkeit in
dünne Filme mit einer Dicke von mehreren Mikrometern mit
Hilfe einer Gasströmung hoher Geschwindigkeit über
Flüssigkeitsströmungsflächen ausbreiten, eine Führung der
Strömung der dünnen Filme zu dem Gasstrahl-Konvergenzpunkt
erfolgt, sowie ein Zerlegen der Flüssigkeit in feine Partikel
aufgrund von hochfrequenten aerodynamischen Schwingungen, die
an dem Gasstrahl-Konvergenzpunkt erzeugt werden. Da zudem der
Rand, von dem ausgehend Flüssigkeit zersprüht wird, in einer
Ringform, einer Spiralform oder einer linearen Anordnung
ausgebildet sein kann, weist dieses System die Eigenschaft
auf, daß sich große Mengen von Flüssigkeit als feine
Partikel, ausgehend von einer einzigen Düse mit einem
geringen Gas/Flüssigkeitsverhältnis zersprühen lassen.
Ferner kann gemäß der Sprühdüse und dem Verfahren zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner Partikel gemäß
dieser Erfindung fortlaufend ein Ausstoß selbst dann
erfolgen, wenn Flüssigkeiten feste Bestandteile enthalten,
und zwar während langer Zeitperioden, ohne daß Feststoffe in
der Düse angesammelt werden. Der Grund hierfür besteht darin,
daß das Ausstoßverfahren und die Düse dieser Erfindung ein
Sprühen von Flüssigkeit durchführen, während die strömenden
Dünnfilme eine Selbstreinigung der
Flüssigkeitsströmungsflächen und des Rands durchführen.
Weiterhin können das Ausstoßverfahren und die Sprühdüse gemäß
dieser Erfindung feine Partikel mit allen Sprühmustern
ausstoßen, einschließlich geradliniger Muster,
Vollkegelmuster, Hohlkegelmuster und radialen
Horizontalmustern, und zwar durch unterschiedliche
Ausbildungen der Randform und der Ausstoßrichtung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter
Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Sprühdüse zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in Form feiner Partikel
gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer anderen
Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in Form
feiner Partikel gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Sprühdüsen-
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die
Flüssigkeit zeigt, die in der Form feiner Partikel
ausgestoßen wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der
Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht in Form einer anderen
Ausführungsform der Sprühdüse zum Ausstoßen der
Flüssigkeit in der Form feiner Partikel gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Diagramm einer 0°-Ausstoßwinkel-Düse mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem ringförmigen
Rand;
Fig. 7 ein Diagramm zum Darstellen einer α°-Ausstoßwinkel-
Düse mit Flüssigkeitsströmungsflächen und einem
ringförmigen Rand;
Fig. 8 ein Diagramm zum Darstellen einer 180°-
Ausstoßwinkel-Düse mit Flüssigkeitsströmungsflächen
und einem ringförmigen Rand;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht in Form einer weiteren
zusätzlichen Ausführungsform der Sprühdüse gemäß
der vorliegenden Erfindung mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem Rand zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel;
Fig. 10 eine Querschnittsansicht in Form einer zusätzlichen
weiteren Ausführungsform der Sprühdüse der
vorliegenden Erfindung mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem Rand zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel;
Fig. 11 eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger
Teile der in Fig. 10 gezeigten Sprühdüse;
Fig. 12 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
Spitzengebiets des inneren mittleren Rings der in
Fig. 11 gezeigten Sprühdüse;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht einer zusätzlichen
weiteren Ausführungsform der Sprühdüse gemäß der
vorliegenden Erfindung mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem Rand zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel;
Fig. 14 eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger
Teile der in Fig. 13 gezeigten Sprühdüse;
Fig. 15 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
Spitzengebiets des inneren mittleren Rings der in
Fig. 14 gezeigten Sprühdüse;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht einer zusätzlichen
weiteren Ausführungsform der Sprühdüse der
vorliegenden Erfindung mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem Rand zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel;
Fig. 17 eine Draufsicht auf den in Fig. 16 gezeigten
Gasströmungs-Zusatzhohlraum;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht einer zusätzlichen
weiteren Ausführungsform der Sprühdüse der
vorliegenden Erfindung mit
Flüssigkeitsströmungsflächen und einem Rand zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner
Partikel;
Fig. 19 eine Vorderansicht und eine Draufsicht der
schraubenförmigen Rippen, die zwischen den in Fig.
18 gezeigten Ringen vorgesehen sind, und
Fig. 20 eine Vorderansicht und eine Draufsicht der gemäß
dem Stand der Technik zwischen den Ringen
vorgesehenen geradlinien Rippen.
Die Sprühdüse ist mit Flüssigkeitsströmungsflächen auf beiden
Seiten eines Rands versehen, damit Flüssigkeit in der Form
dünner Filmströmungen strömt. Die
Flüssigkeitsströmungsflächen weisen bei zwischenliegenden
Stellen Flüssigkeitsausgänge zum Ausstoßen von Flüssigkeit
mit einem mantelartigen Strömungsmuster auf. Die
Flüssigkeitausgänge sind in Schlitzform mit festgelegter
Breite ausgebildet. Der Winkel, den ein Flüssigkeitsauslaß
mit einer Flüssigkeitsströmungsfläche bildet, γ, ist ein
stumpfer Winkel. Flüssigkeitsauslässe sind bei den
Flüssigkeitsströmungsflächen auf beiden Seiten des Rands
vorgesehen, oder es liegt eine Flüssigkeitsströmungsfläche
auf lediglich einer Seite des Rands vor. Die
Flüssigkeitsströmungsflächen fördern das Verteilen der
Flüssigkeit in der Form dünner Filmströmungen durch eine
Krümmung in Bereichen in der Nähe des Rands oder eine
Verwindung planarer Oberflächen in der Nähe des Rands. Unter
Druck stehendes Gas wird von Gasausstoßöffnungen auf die
Flüssigkeitsströmungsflächen ausgestoßen. Gas strömt entlang
der Flüssigkeitsströmungsflächen zu dem Rand mit
Ultraschallgeschwindigkeiten. Die
Flüssigkeitsströmungsflächen sind glatte Oberflächen in
Richtung der Flüssigkeitsströmung. Die Gasausstoßöffnungen
öffnen sich in Richtung auf die Flüssigkeitsauslässe entlang
der Flüssigkeitsströmungsflächen hin.
Bei den Sprühdüsen der vorliegenden Erfindung ist eine Düse
mit einem ringförmigen Rand mit einem Gasströmungs-
Zusatzhohlraum versehen, durch den vermieden wird, daß
Flüssigkeitströpfchen an der Düse haften. Der Gasströmungs-
Zusatzhohlraum bewirkt eine Verwirbelung des Gases bei
Strömung entlang der Oberfläche der Endebene der Sprühdüse.
Diese Schicht der Gasströmung vermeidet ein Haften feiner
flüssiger Tröpfchen an dem Ende der Düse.
Ferner läßt sich der Ausstoßwinkel der von der Düse
zersprühten Flüssigkeit angleichen, und zwar durch die
Richtung, entlang der der ringförmige Rand ausgerichtet ist.
Der Ausstoßwinkel α ist der Winkel, mit dem Flüssigkeit von
der Sprühdüse unter Bildung feiner Partikel ausgestoßen wird.
Die Fig. 6 zeigt eine Sprühdüse mit innenliegenden
Flüssigkeitsströmungsflächen vom geradeaus gerichteten Typ.
Der Rand dieser Düse ist nach innen gerichtet, und das
Sprühmuster dieser Düse ist vom geradlinigen Typ. Die
Randrichtung und der Ausstoßwinkel der Sprühdüse, die in Fig.
7 gezeigt sind, stimmen überein. Wird der Ausstoßwinkel α bei
dieser Düse verringert, so geht das Sprühmuster in einen
Vollkegel über, und wird der Ausstoßwinkle α erhöht, so
ergibt sich ein Hohlkegel. Die in Fig. 8 gezeigte Sprühdüse
weist einen Ausstoßwinkel α von 180° auf und das Sprühmuster
ist nicht konisch, sondern vielmehr horizontal und radial
nach außen gerichtet. Durch die hier beschriebene
Vorgehensweise läßt sich das Sprühmuster der Düse dieser
Erfindung ohne Zwang so festlegen, daß es an die
anwendungsspezifische Aufgabenstellung angepaßt ist.
Im folgenden erfolgt eine detaillierte Beschreibung der
Ausführungsformen der Sprühdüse der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die gezeigte Sprühdüse zum
Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form feiner Partikel mit
einem Flüssigkeitsauslaß 45 versehen, der Flüssigkeit gemäß
einem ringförmigen Muster ausstößt, sowie einer
Flüssigkeitsströmungsoberfläche 47, die eine Strömung der
über den Flüssigkeitsauslaß 45 ausgestoßenen Flüssigkeit
bewirkt, und eine Gasausstoßöffnung 410, über die unter Druck
stehendes Gas auf diese Flüssigkeitsströmungsfläche 47
ausgestoßen wird.
Die in Fig. 4 gezeigte Sprühdüse ist mit einem Innenring 411,
einem Mittenring 412 und einem Außenring 413 versehen. Der
Flüssigkeitsauslaß 45 ist zwischen dem Innenring 411 und dem
Mittenring 412 angeordnet, und ein innen liegender
Zerstäubungsgasdurchgang 414 ist bei der Mitte des Innenrings
411 angeordnet, und ein außen liegender
Zerstäubungsgasdurchgang 415 ist zwischen dem Mittenring 412
und dem Außenring 413 angeordnet.
Die Form des Innenrings 411 ist zylindrisch, und die innere
Oberfläche des Mittenrings 412 ist ebenfalls in einer
zylindrischen Form ausgebildet. Der Flüssigkeitsausgang 45
ist ein ringförmiger Schlitz festgelegter Breite, der
zwischen dem Innenring 411 und dem Mittenring 412 gebildet
wird. Der schlitzförmige Flüssigkeitsauslaß 45 wird mit einer
Breite entworfen, die nicht die Strömung von Gas entlang der
Flüssigkeitsströmungsfläche stört. Demnach ist die
Schlitzbreite des Flüssigkeitsauslasses 45 zu einem optimalen
Wert in Abhängigkeit von der Menge der abzugebenden
Flüssigkeitsströmung festgelegt, und ferner von der Länge der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47, der Geschwindigkeit der
Innenzerstäubungsgasströmung bei der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47, dem Innendurchmesser des
Flüssigkeitsauslasses 45 und anderen Faktoren. Beispielsweise
ist die Schlitzbreite des Flüssigkeitsauslasses 45 zu 0,1 mm
bis 1,5 mm festgelegt, vorzugsweise 0,1 mm bis 1 mm, und in
optimaler Weise zu ungefähr 0,25 mm.
Der Durchmesser des ringförmigen Schlitzes für den
Flüssigkeitsauslaß 45 ist auf einen optimalen Wert in
Abhängigkeit von der Menge der auszustoßenden
Flüssigkeitsströmung, der Schlitzbreite und anderen Faktoren
bestimmt. Beispielsweise beträgt bei einer Sprühdüse, die
1000 g/min von Flüssigkeit ausstößt, der Durchmesser des
Flüssigkeitsauslaßschlitzes 45 ungefähr 50 mm. Der
Durchmesser des Flüssigkeitsauslaßschlitzes 45 wird für
größere Mengen der Flüssigkeitsströmung größer und für
kleinere Mengen der Flüssigkeitsströmung kleiner ausgebildet.
Die Endflächen des Innenrings 411 und des Mittenrings 412
werden so bearbeitet, daß sie eine kegelförmige Form
aufweisen, die die Flüssigkeitsströmungsfläche 47 bildet. Die
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 bei dem Innenring 411 und dem
Mittenring 412 wird als eine Ebene ausgebildet, um eine
Störung der Gasströmung entlang der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 des Innenrings 411 bei der
Unstetigkeitsstelle zwischen dem Innenring 411 und dem
Mittenring 412 zu vermeiden. Bildet die
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 sowohl bei dem Innenring 411
als auch bei dem Mittenring 412 eine einzige Ebene, so
entsteht keine Stufe entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche
47 entlang beider Ringe. Dies bedeutet, daß Gas in
geradliniger Weise ausgehend von der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 des Innenrings zu der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 des Mittenrings 412 strömt.
Zum Herstellen dieser Art von ebenen Kegel bei der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 sowohl des Innenrings 411 als
auch des Mittenrings 412 kann der Kegelherstellungsprozeß
durchgeführt werden, nachdem der Innenring 411 und der
Mittenring 412 miteinnder verbunden sind. Die
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 der in Fig. 4 gezeigten
Sprühdüse ist in konischer Form mit einer insgesamt glatten
Oberfläche ausgebildet.
Durch Bildung der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 sowohl bei
dem Innenring 411 als auch dem Mittenring 412 öffnet sich der
Flüssigkeitsauslaß 45 bei einer zwischenliegenden Stelle
entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche 47. Der
Neigungswinkel γ der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 bei dem
Innenring 411 und dem Mittenring 412 ist so festgelegt, daß
der Winkel zwischen dem Flüssigkeitsauslaß 45 bezogen auf die
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 ein stumpfer Winkel ist.
Ein Mittenring 416 ist am Ende des Innenrings 411 angeordnet,
und die Gasauslaßöffnung 410 öffnet sich zwischen diesem
Mittenring 416 und dem Innenring 411. Obgleich dies in der
Figur nicht gezeigt ist, ist der Mittenring 416 an einer
vorgegebenen Position des Innenrings 411 befestigt. Die
Außenfläche des Mittenrings 416 ist kegelförmig in
Nachführung zu der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 des
Innenrings 411 ausgebildet. Die Gasausstoßöffnung 410, die
zwischen dem Mittenring 416 und dem Innenring 411 gebildet
ist, ist ebenfalls schlitzförmig und ringförmig. Unter Druck
stehendes Gas wird von der Gasausstoßöffnung 410 in laminarer
Weise ausgestoßen, wodurch eine Gasströmung mit hoher
Geschwindigkeit entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche 47
induziert wird.
Der Gasdurchgang 414 durch den Innenring 411 ist mit einer
Quelle für unter Druck stehendes Gas F verbunden. Die
Gasausstoßöffnung 410 stößt nach innen Zerstäubungsgas aus,
das entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 strömt. Die
Quelle für unter Druck stehendes Gas F führt Gas zu der
Gasuasstoßöffnung 410 zu, beispielsweise mit 1 kgf/cm2 bis
200 kgf/cm2 und vorzugsweise mit 3 kg/cm2 bis 20 kg/cm2. Wird
der Gasdruck des an der Innenseite abgegebenen
Zerstäubungsgases erhöht, so nimmt nicht nur die
Geschwindigkeit der Gasströmung entlang der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 für eine wirksamere
Ausbreitung der Flüssigkeit in einem dünnen Film zu, sondern
die Flüssigkeitströpfchen 49 lassen sich auch kleiner
ausbilden. Jedoch ist ein spezieller Kompressor zum Anheben
des Gasdrucks über einen bestimmten Pegel erforderlich, und
auch der Energieverbrauch wird groß. Demnach wird ein
optimaler Gasdruck auf der Grundlage der erforderlichen
Flüssigkeitströpfchengröße und des Energieverbrauchs
bestimmt. Allgemein wird ein Gasdruck im Bereich von 6 kgf/cm2
oft benützt.
Zusätzlich zu dem im Inneren der in Fig. 4 gezeigten
Sprühdüse bereitgestellten Zerstäubungsgas wird auch von der
Außenseite Zerstäubungsgas an dem Rand der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 ausgestoßen. Beide
Gasströmungen treffen bei dem Gasstrahl-Konvergenzpunkt an
der Spitze des Randes 47A unter Induktion hochfrequenter
aerodynamischer Schwingungen aufeinander. Die hochfrequenten
aerodynamischen Schwingungen führen zu einer Aufteilung des
flüssigen dünnen Films unter Anhebung des Effekts für eine
Erzeugung feiner Partikel.
Das an der Außenseite abgegebene Zerstäubungsgas wird von
einer außenseitigen Zerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 417
ausgestoßen, die zwischen dem Mittenring 412 und dem
Außenring 413 ausgebildet ist. Die Endfläche des Mittenrings
412 bildet die Flüssigkeitsströmungsfläche 47, der Rand an
dem Ende des Mittenrings 412 weist eine zylindrische Form
auf, und der Rand 47A wird an der Spitze der
Flüssigkeitsströmungsfläche 47 ausgebildet. Bei dieser
Struktur des Mittenrings 412 wird der Rand 47A bei der Spitze
der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 gebildet, und er weist
einen spitzen Winkel von 180° - dem Neigungswinkel γ auf.
Jedoch kann, obgleich dies nicht in dieser Figur gezeigt ist,
der Rand des Mittenrings auch kegelförmig unter Anpassung des
Randwinkels zu β ausgebildet sein.
Die in Fig. 4 gezeigte Sprühdüse stößt Flüssigkeit in der
Form feiner Tröpfchen wie folgt aus.
- 1. Komprimiertes Innezerstäubungsgas wird von dem Gasdurchgang 414, der an der Mitte des Innenrings 411 angeordnet ist, zugeführt, Außenzerstäubungsgas wird von der außenliegenden Zerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 417 zwischen dem Mittenring 411 und dem Außenring 413 zugeführt und Flüssigkeit wird zu der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 über den Flüssigkeitsauslaß 45 abgegeben.
- 2. Die zu der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 zugeführte
Flüssigkeit wird in einen strömenden dünnen Film 48 durch die
Strömung mit hoher Geschwindigkeit des Innenzerstäubungsgases
entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 verteilt.
Beispielsweise wird Flüssigkeit über den Flüssigkeitsauslaß 45 abgegeben, bei einer Strömung des Innenzerstäubungsgases mit einer Machzahl von 1,5 entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche 47. Erreicht das Vorderkantengebiet des strömenden dünnen Films 48 eine Geschwindigkeit von 1/20 der Geschwindigkeit des Innenzerstäubungsgases, so beträgt dessen Geschwindigkeit 25,5 m/sek.. Beträgt der Durchmesser des bei der Spitze der Flüssigkeitsströmungsfläche 47 gebildeten kreisförmigen Rands 47A 50 mm und wird Flüssigkeit mit 1 Liter/min zugeführt, so wird die Dicke des strömenden dünnen Films 48 zu 4 µm. - 3. Tritt der 4 µm dünne Film über den Rand 47A der Flüssigkeitsströmungsfläche 47, so wird er zu flüssigen Tröpfchen umgeformt, die in einen Gasstrahl-Konvergenzpunkt eingesaugt, getrennt und in feine partikelförmige Flüssigkeitströpfchen 49 aufgeteilt werden. Der Innenzerstäubungsgasstrahl und der Außenzerstäubungsgasstrahl treffen bei dem Gasstrahl-Konvergenzpunkt aufeinander, unter Induzierung von hochfrequenten aerodynamischen Schwingungen. Diese aerodynamischen Schwingungen überführen den dünnen Film und die Flüssigkeitströpfchen in noch feinere Partikel.
- 4. Die feinen flüssigen Tröpfchen 49 werden schnell von dem Gasstrahl-Konvergenzpunkt durch den Innenzerstäubungsgasstrahl und den Außenzerstäubungsgasstrahl weggeführt und dispergiert, wodurch eine Rekombination vermieden wird.
Unter Bezug auf die Fig. 5 ist eine Sprühdüse gezeigt, bei
der eine Flüssigkeit A und eine Flüssigkeit B unter Bildung
feiner Partikel gemischt wird. Die in Fig. 5 gezeigte
Sprühdüse weist eine Doppelleitungsstruktur auf, bei der der
Mittenring 412 der in Fig. 4 gezeigten Sprühdüse in einen
inneren Mittelring 512A und einen äußeren Mittelring 512B
aufgeteilt ist. Ein Flüssigkeitsauslaß 55 wird zwischen dem
inneren Mittelring 512A und dem äußeren Mittelring 512B
gebildet. Der ringförmig ausgebildete innere Mittelring 512A
weist eine innere und eine äußere Fläche in Kegelform auf,
zum Bilden von Flüssigkeitsströmungsflächen 57, die zu einem
spitzwinkligen Rand 57A verlaufen. Auch die Endfläche des
äußeren Mittelrings 512B verläuft kegelförmig unter Bildung
einer Flüssigkeitsströmungsfläche 57. Die
Flüssigkeitsströmungsfläche 57 des äußeren Mittelrings 512B
verbindet sich mit einer der Flüssigkeitsströmungsflächen 57
des inneren Mittelrings 512A unter Bildung einer einzigen
durchgehenden Ebene.
Die in Fig. 5 gezeigte Sprühdüse weist
Flüssigkeitsströmungsflächen 57 auf, die sowohl bei den
Innen- als auch den Außenflächen des inneren Mittelrings 512
ausgebildet sind. Ein Flüssigkeits-A-Auslaß 55 ist bei der
inneren Flüssigkeitsströmungsfläche 57 gebildet, und ein
Flüssigkeits-B-Auslaß 55 ist bei der äußeren
Flüssigkeitsströmungsfläche 57 gebildet. Ferner ist eine
Innenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 510 bei dem Innenring 511
vorgesehen, und eine Außenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 517
ist zwischen dem äußeren Mittelring 512B und dem Außenring
513 vorgesehen.
Mit diesem Aufbau der Sprühdüse läßt sich Flüssigkeit mit
gleichförmiger Mischung und Dispergierung der Flüssigkeit A
und der Flüssigkeit B ausstoßen. Die beiden unterschiedlichen
und den beiden Flüssigkeitsströmungsflächen zugeführten
Flüssigkeiten erreichen den Rand in der Form eines dünnen
Films, und sie werden zu dem Flüssigkeitskonvergenzpunkt
geführt und bei Aufeinandertreffen der Flüssigkeitsströmungen
gemischt. Die Mischung wird ferner zu dem Gasstrahl-
Konvergenzpunkt geführt, an dem sie durch Vibration unter
Bildung feiner flüssiger Tröpfchen gemischt wird. Demnach
kann die Sprühdüse zwei Flüssigkeiten vollständig mischen und
sie in der Form feiner Partikel zersprühen. Ferner kann
aufgrund der Tatsache, daß bei dieser Sprühdüse Flüssigkeit
zu Flüssigkeitsströmungsflächen auf beiden Seiten des Rands
zugeführt wird, diese die doppelte Menge von Flüssigkeit im
Vergleich zu der in Fig. 4 gezeigten Düse zersprühen und das
Gas/Flüssigkeits-Verhältnis um die Hälfte reduzieren. Da
zudem der Selbstreinigungseffekt des Rands nahezu perfekt ist
werden qualitativ hochwertige Partikel erhalten.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist die gezeigte Sprühdüse mit
mehreren Flüssigkeitsauslässen 95 entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen 97 versehen. Bei diesem Aufbau
der Sprühdüse können unterschiedliche Flüssigkeiten durch die
mehreren Flüssigkeitsauslässe 95 zugeführt und gleichzeitig
zersprüht werden. Die den Flüssigkeitsströmungsflächen
zugeführten Flüssigkeiten strömen zu der Spitze des Rands
unter Vermischung in der Form dünner Filme. Sie bilden feine
Flüssigkeitströpfchen und werden zersprüht, während sie an
dem Flüssigkeitskonvergenzpunkt und dem Gasstrahl-
Konvergenzpunkt vermischt werden.
Unter Bezug auf die Fig. 10 und 11 ist eine Sprühdüse
gezeigt, mit der sich ncoh feinere Partikel zersprühen
lassen. Die in dieser und anderen Figuren gezeigten
Sprühdüsen weisen eine Doppelleitungsstruktur auf, ähnlich zu
der in Fig. 5 gezeigten Sprühdüse, und der Mittenring 1012
ist in einen inneren Mittenring 1012A und einen äußeren
Mittenring 1012B aufgeteilt. Der Flüssigkeitsauslauf 105 ist
zwischen dem inneren Mittenring 1012A und dem äußeren
Mittenring 1012B vorgesehen. Der innere Mittenring 1012A
weist innere und äußere Flächen auf, die einen Kegel unter
Bildung der Flüssigkeitsströmungsflächen 107 bilden, die bei
einem spitzwinkligen Rand 107A zusammenlaufen. Die Endfläche
des äußeren Mittenrings 1012B ist ebenfalls kegelförmig unter
Bildung einer Flüssigkeitsströmungsfläche 107.
Die Fig. 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der
Flüssigkeitsströmungsflächen. Wie in Fig. 12 gezeigt ist,
sind in dem Bereich der Flüssigkeitsauslässe die
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 des inneren Mittelrings
1012A etwas niedriger unter Bildung einer geringen Stufe in
bezug auf die geralinige Fortsetzung, ausgehend von dem
äußeren Mittelring 1012B und der Flüssigkeitsströmungsfläche
107 des Innenrings 1011, die auf beiden Seiten angeordnet
sind, entworfen. Wie anhand der Pfeile in dieser Figur
gezeigt ist, weist eine Düse mit dieser Art von
Flüssigkeitsströmungsflächen die Eigenschaft auf, daß eine
Gasströmung mit hoher Geschwindigkeit entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 gleichmäßig Flüssigkeit von
den Flüssigkeitsauslässen 105 abführen kann. Der Grund
hierfür besteht darin, daß die Flüssigkeitsströmungsflächen
107 des inneren Mittelrings nicht über die
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 auf jeder Seite vorstehen.
Obgleich nicht gezeigt, wird dann, wenn die
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 des inneren Mittelrings
1012A über die gerade Linienfortsetzungen ausgehend von den
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 auf beiden Seiten vorstehen,
Gas auf die Vorsprünge treffen, und Flüssigkeit wird nicht
gleichmäßig abgeführt.
Zusätzlich ist die in Fig. 12 anhand einer vergrößerten
Ansicht dargestellte Düse mit einem inneren Mittelring 1012A
gebildet, dessen Flüssigkeitsströmungsflächen 107 gekrümmt
sind, wodurch der Spitzenabschnitt gegenüber den geradlinigen
Fortsetzungen der benachbarten Flüssigkeitsströmungsflächen
107 vorsteht. Bei Flüssigkeitsströmungsflächen 107 des
inneren Mittelrings 1012A mit dieser Struktur ergibt sich
eine starke Schubwirkung der Gasströmung mit hoher
Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile entlang den
Flüssigkeitsströmunsflächen 107 gegen den Spitzenabschnitt
der Flüssigkeitsströmungsflächen 107, was eine noch dünnere
Ausbreitung der dünnen Flüssigkeitsfilmströmung entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen 107 ermöglicht. Demnach weist
dieser Typ von Sprühdüse die Eigenschaft auf, daß Flüssigkeit
in der Form extrem kleiner Partikel ausgestoßen werden kann,
beispielsweise mit 1 µm- bis 5 µm-Partikeln.
Die in diesen Figuren gezeigten Sprühdüsen können Flüssigkeit
in einem Hohlkegelmuster zerstäuben, wenn die spitzen Winkel
des äußeren Mittelrings 1012B, des inneren Mittelrings 1012A
und des Innenrings 1011, wie in diesen Figuren gezeigt,
entworfen sind.
Die Sprühdüsen in den Fig. 4, 5, 10 und 13 sind mit
gasdurchlässigem Material 418, 518, 1018 und 1318 aufgebaut,
und zwar bei den Endgebieten des Mittenrings und des
Außenrings, die die Innenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung und
die Außenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung bilden. Das
gasdurchlässige Material weist eine Porosität auf, die dazu
führt, daß das in die Gasausstoßöffnungen unter Druck
eintretende Gas durch das Material hindurchtritt und von
dessen Oberflächen ausgehend ausgestoßen wird. Beispielsweise
ist das gasdurchlässige Material ein nichtrostendes
Sintermetall. Das gasdurchlässige Material gibt einen Teil
des Gases aus den Gasausstoßöffnungen an seinen Oberflächen
ab, und seine Wirkung besteht darin, daß vermieden wird, daß
Partikel an den Oberflächen der Endgebiete des Innenrings und
Außenrings haften.
Unter Bezug auf Fig. 13 ist eine Sprühdüse gezeigt, die feine
Partikel sowohl nach Hohlkegel- als auch nach
Vollkegelmustern ausstoßen kann. Die Fig. 14 zeigt eine
vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile des
Spitzengebiets der in Fig. 13 gezeigten Düse. Diese Düse
weist eine Doppelleitungsstruktur gemäß der in Fig. 5
gezeigten Sprühdüse auf, und der Mittelring 1312 ist in einen
inneren Mittelring 1312A und einen äußeren Mittelring 1312B
aufgeteilt. Flüssigkeitsauslässe 135 sind zwischen dem
inneren Mittelring 1312A und dem äußeren Mittelring 1312B
vorgesehen. Der innere Mittelring 1212A weist Innen- und
Außenflächen in Kegelform auf, zum Bilden von
Flüssigkeitsströmungsflächen 137, die an einem spitzwinkligen
Rand 137A zusammenlaufen. Die Endfläche des äußeren
Mittelrings 1312B weist eine Flüssigkeitsströmungsfläche 137
auf, die tatsächlich in bezug auf den äußeren Mittelring
1312B geradlinig verläuft.
Die Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Ansicht der bei dem
inneren Mittelring 1312A vorgesehenen
Flüssigkeitsströmungsflächen 137. Wie in der Fig. 15 gezeigt
ist, sind im Gebiet der Flüssigkeitsauslässe 135 die
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 des inneren Mittelrings
1312A nach unten versetzt entworfen, wie bei der in Fig. 12
gezeigten Düse, und zwar zum Bilden einer leichten Stufe
bezogen auf die geradlinige Fortsetzung ausgehend von den
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 des äußeren Mittelrings
1312B und des Innenrings 1311, die an jeder Seite angeordnet
sind. Wie anhand der Pfeile in der Figur gezeigt ist, weist
eine Düse mit dieser Art von Flüssigkeitsströmungsflächen
ebenfalls die Eigenschaft auf, daß eine Gasströmung mit hoher
Geschwindigkeit entlang der Flüssigkeitsströmungsflächen 137
gleichmäßig Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsauslässen 135
wegführen kann.
Zusätzlich ist die in Fig. 15 gezeigte Düse mit
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 bei dem Mittelring 1312A
gebildet, die sich entlang der Flächen verändernde
Neigungswinkel aufweisen, wodurch der Spitzenabschnitt so
gekrümmt ist, daß er gegenüber der geradlinigen Fortsetzung
benachbarter Flüssigkeitsströmungsflächen 137 vorsteht. Mit
den gemäß diesem Aufbau gebogenen
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 bei dem inneren Mittelring
1212A entsteht ein starker Vorschub für die Gasströmung mit
hoher Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 zu dem Spitzenabschnitt der
Flüssigkeitsströmungsflächen 137 hin, was eine noch dünnere
Verteilung der dünnen Filmströmung der Flüssigkeit entlang
der Flüssigkeitsströmungsflächen 137 ermöglicht. Demnach
weist diese Art von Sprühdüse die Eigenschaft auf, daß sich
Flüssigkeit in der Form extrem feiner Partikel ausstoßen
läßt.
Ferner beträgt der Randwinkle β der in Fig. 15 gezeigten
Sprühdüse 60°, was 30° mehr ist, als der Randwinkel der in
Fig. 12 gezeigten Sprühdüse. Bei einer Sprühdüse mit einem
großen Randwinkel β ergibt sich eine starke Kollision bei dem
Gasstrahl-Konvergenzpünkt der Ultraschall-Gasströmungen der
Flüssigkeitsströmungsflächen auf beiden Seiten des Rands.
Dies ermöglicht eine feinere Aufteilung der
Flüssigkeitströpfchen. Jedoch verschlechtert sich aufgrund
eines stärkeren Abfalls der Geschwindigkeit der
aufeinandertreffenden Gasstrahlen die
Flüssigkeitströpfchendispersion, und es tritt eine
Tröpfchenrekombination auf. Somit wird ein optimaler Winkel β
auf der Grundlage sowohl der Eigenschaften der eingesetzten
Flüssigkeit als auch der Menge der Flüssigkeitsströmung
ausgewählt.
Die in Fig. 13 gezeigte Sprühdüse kann Flüssigkeit sowohl in
Hohlkegel- als auch Vollkegelmustern ausstoßen. Zum Ausstoßen
von Flüssigkeit in einem Hohlkegelmuster wird der
Ausstoßdruck bei dem Innenzerstäubungsgas, das über die
Innenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 1310 ausgestoßen wird,
größer gewählt, als der Ausstoßdruck des
Außenzerstäubungsgases, das über die Außenzerstäubungsgas-
Ausstoßöffnung 1317 ausgestoßen wird. Umgekehrt läßt sich
Flüssigkeit in einem Vollkegelmuster dann ausstoßen, wenn der
Ausstoßdruck des über die Außenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung
1317 ausgestoßenen Außenzerstäubungsgases größer bestimmt
wird, als der Ausstoßdruck des Innenzerstäubungsgases, das
über die Innenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 1310 ausgestoßen
wird.
Unter Bezug auf die Fig. 16 ist eine Sprühdüse gezeigt, bei
der ein durchlässiges Material nicht eingesetzt wird, jedoch
ein Beschlagen mit Feuchtigkeit durch eine neue Struktur
vermieden wird. Die in der Fig. 16 gezeigte Düse ist mit
einem Gasströmungs-Zusatzhohlraum 1619 versehen, der an der
Endfläche des Mittenrings 1616 vorgesehen ist. Insbesondere
ist der Gasströmungs-Zusatzhohlraum 1619 in der Endfläche der
Sprühdüse vorgesehen. Der Gasströmungs-Zusatzhohlraum 1619
verbindet den Innenzerstäubungs-Gasdurchgang 1614 zwischen
dem Innenring 1611 und dem Mittenring 1616 über eine
Durchgangsöffnung 1620 durch den Mittenring 1616. Wie in Fig.
17 gezeigt ist, öffnet sich die Durchgangsöffnung 1620 in
einer tangential zum Innenradius des Gasströmungs-
Zusatzhohlraums 1619 verlaufenden Richtung. Insbesondere
öffnet sich die Durchgangsöffnung entlang einer Richtung, die
bewirkt, daß sich ausgestoßenes Gas in dem Gasströmungs-
Zusatzhohlraum 1619 dreht. Die Arbeitsseite des Gasströmungs-
Zusatzhohlraums 1619 ist als glatte Oberfläche ausgebildet,
die ein leichtes Gleiten von Gas und aus Partikeln stehenden
Stoffen ermöglichen. Zudem ist die Außenkante des
Gasströmungs-Zusatzhohlraums 1619 stromlinienförmig als
Flügelform ausgebildet, die gleichmäßig nach unten zu der
Gasausstoßöffnung 1610 hin abgerundet ist.
Wird bei dieser Art von Sprühdüse unter Druck stehendes Gas
aus der Durchgangsöffnung 1620 in den Gasströmungs-
Zusatzhohlraum 1619 in tangentialer Richtung ausgestoßen, so
trifft es auf die kegelförmige Innenfläche des Gasströmungs-
Zusatzhohlraum 1610 und verteilt sich in einer dünnen Schicht
unter Bildung eines umlaufenden Strömungsmusters. Hierbei
läßt sich der Prozentsatz der Gasströmung entlang der
Auslaßrichtung des Gasströmungs-Zusatzhohlraums 1619 (in Fig.
16 nach oben gerichtet) durch den Winkel des Kegels (θ) des
Gasströmungs-Zusatzhohlraums 1619 festlegen. Beträgt der
Winkel des Kegels (θ) 15°, wie in Fig. 16 gezeigt ist, so
beträgt der Bruchteil der umlaufenden Gasströmung, die sich
in Richtung zu dem Auslaß hin bewegt, 70%. Die verbleibenden
30% der umlaufenden Gasströmung bewegen sich in einer
Richtung zu dem Boden des Gasströmungs-Zusatzhohlraums 1619.
Dieses Gas verliert, sobald es den Boden des Gasströmungs-
Zusatzhohlraums 1619 erreicht, Geschwindigkeit, und
anschließend wird es mit den zuvor erwähnten 70% der mit
hoher Geschwindigkeit umlaufenden Gasströmung vermischt, die
aus dem Gasströmungs-Zusatzhohlraum 1619 abgeleitet wird.
Die mit hoher Geschwindigkeit entlang der Innenfläche des
Gasströmungs-Zusatzhohlraums 1619 umlaufende Gasströmung
steigt entlang der kegelförmigen Innenfläche zu dem
flügelförmigen und stromlinienförmigen Abschnitt auf.
Erreicht es den Rand, so strömt sie entlang der
flügelförmigen Fläche, und sie wird in
Innenzerstäubungsgasstrom angesaugt, der von der
Innenzerstäubungsgas-Ausstoßöffnung 1610 ausgestoßen wird. Da
sich der flügelförmige stromlinienförmige Abschnitt
gleichmäßig zu der Gasausstoßöffnung 1610 hin krümmt, strömt
Gas entlang der Fläche und es bildet sich eine Gasschicht
über der Endfläche des Mittenrings 1616.
Da diese Gasschicht die gesamte Enfläche des Mittenrings 1616
bedeckt, haften an dieser keine Partikel. Um eine
einheitliche Ableitung von Gas aus dem Gasströmungs-
Zusatzhohlraum 1619 zu ermöglichen, sind ungefähr sechs
Durchgangsöffnungen 1620 wünschenswert. Die Zahl der
Durchgangsöffnungen kann auch viel größer sein. Wird zudem
die Seitenbreite der Durchgangsöffnungen zum Bilden von
Schlitzen erhöht, so kann Gas einheitlich aus dem
Gasströmungs-Zusatzhohlraum mit weniger als fünf Öffnungen
abgeleitet werden.
Unter Bezug auf Fig. 18 ist eine Sprühdüse gezeigt, bei der
das Gas/Flüssigkeits-Verhältnis reduziert ist und die wirksam
Flüssigkeitströpfchen in feine Partikel umsetzt. Die in Fig.
18 gezeigte Düse enthält schraubenförmige Rippen 1822, die in
den Gasdurchgängen 181 und Flüssigkeitsdurchgängen 1821
angeordnet sind. Wie in der Fig. 19 gezeigt ist, sind
schraubenförmige Rippen vorgesehen, um bei der Fluidströmung
eine schnelle Drehung zu erreichen. Die Richtung der Drehung
kann in oder entgegen dem Uhrzeigersinn sein, jedoch wird
dieselbe Drehrichtung für Flüssigkeit und Gas bewirkt, die
entlang derselben Flüssigkeitsströmungsfläche strömen.
Hierdurch werden Wellen in der dünnen Filmströmung auf der
Flüssigkeitsströmungsfläche verhindert, und eine Reduktion
der Drehenergie und der Strömungsgeschwindigkeit läßt sich
vermeiden. Die relativen Drehrichtungen der Strömungen bei
den Flüssigkeitsströmungsflächen an entgegengesetzten Seiten
des Rands sind so bestimmt, daß sie in entgegengesetzte
Richtungen verlaufen. Flüssigkeits- und Gasströmungen, die zu
dem Flüssigkeitskonvergenzpunkt und dem Gasstrahl-
Konvergenzpunkt geführt werden, treffen mit entgegengesetzten
Drehrichtungen aufeinander. Dies führt nicht zu einer
einfachen Kollision der Fluidströmungen, sondern vielmehr zu
einer Kollision mit Spineffekt, durch die der
Tröpfchenaufteilbetrieb verbessert wird.
Rippen, wie die schraubenförmigen Rippen 1822, sind auch für
eine genaue Ausrichtung jeder Ringmitte während der
Herstellung nützlich.
Die in Fig. 20 gezeigten geradlinigen Rippen 23 bewirken
einen Nachlauf bzw. Wirbelstrom selbst dann, wenn beide Enden
stromlinienförmig ausgebildet sind. Schraubenförmige Rippen
können diesen Wirbelstrom eliminieren. Wie in Fig. 18 gezeigt
ist, entwickelt dann, wenn geradlinige Rippen in
spiralförmige schraubenförmige Rippen 1822 verändert werden,
ein durch diese schraubenförmigen Rippen 1822
hindurchtretendes Fluid einen Spineffekt, und Fluid mit einem
Spineffekt wird gegen die Leitungswände durch die
Zentrifugalkraft gedrückt. Im Ergebnis verteilt sich das
Fluid entlang kreisförmiger Pfade und wird einheitlich
verteilt. In Fig. 19 ist der Neigungswinkel δ der
schraubenförmigen Rippen 1822 in einem Flüssigkeitsdurchgang
beispielsweise zu 60° bestimmt. Jedoch kann der
Neigungswinkel δ in dem Bereich von 30° bis 70° liegen, und
vorzugsweise in dem Bereich von 45° bis 65°. Der
Neigungswinkel δ ist der Winkel zwischen der Mittenlinie der
schraubenförmigen Rippen 1822 bezogen auf die
Düsenmittenlinie.
Nun sei der Neigungwinkel δ der schraubenförmigen Rippen 1822
betrachtet, die in einem Gasdurchgang vorgesehen sind, der
beispielsweise zu 30° bestimmt ist. Da die
Strömungsgeschwindigkeit des Gases höher als diejenige der
Flüssigkeit ist, kann selbst mit einem kleineren
Neigungswinkel δ ein ausreichener Spineffekt entwickelt
werden. Der Neigungswinkel δ für die schraubenförmigen Rippen
in dem Gasdurchgang ist zwischen 15° bis 45° entworfen, und
vorzugsweise zwischen 25° bis 35°.
Wird der Neigungswinkel δ der schraubenförmigen Rippen in den
Gas- und Flüssigkeitsdurchgängen groß gewählt, so entwickelt
sich ein guter Spin, jedoch nimmt die Widerstandskraft
gegenüber dem durchströmenden Fluid zu. Ein optimaler
Neigungswinkel δ der schraubenförmigen Rippen wird unter
Betrachtung sowohl des Fluidspins als auch des Widerstands
bestimmt.
Die Zahl der schraubenförmigen Rippen wird anhand des
Neigungswinkels δ bestimmt, sowie der Rippenlänge und den
Durchgangsdurchmesserabmessungen, jedoch ist sie im
allgemeinen in dem Bereich zwischen 3 bis 12 Rippen
festgelegt. Ferner ist es am besten, die Rippenbreite
innerhalb des zulässigen Stärkebereichs zu minimieren. Ferner
ist es zudem am besten, beide Enden der Rippen in einer
Schräge zu schneiden, wie in Fig. 19 gezeigt ist, um eine
Unterbrechung der Strömung zu vermeiden.
Im Rahmen des folgenden Experiments wurden die
außergewöhnlichen Eigenschaften der Sprühdüse mit
Ultraschall-Gasströmungen mit entgegengesetzten Spineffekten
getestet. Anfänglich wurde eine Düse mit der in Fig. 18
gezeigten Struktur und schraubenförmigen Rippen mit
entgegengesetzten Spinrichtungen bei dem Innen- und
Außengasdurchgang und dem Flüssigkeitsdurchgang in einem
Sprühtrockengerät angeordnet und durch Sprühen und Trocknen
betrieben. Die für die Sprühdüse eingesetzte Flüssigkeit war
eine Lösung einer fluor-zielbasierten medizinischen Quelle
eines in Dichlormethan/Methylenchlorid gelösten
Stoffwechselinhibitors. Das Zerstäubungsgas und das
Trocknungsgas war Luft. Die Trocknungsbedingungen waren 20 m3/min
Luftströmungsrate und 65°C Zuführlufttemperatur. Die
Sprühbedingungen waren 5 kgf/cm2 Innenzerstäubungsluftdruck,
1100 Nl/min Luftströmungsgeschwindigkeit, und 190 Nl/min von
dieser Strömung gingen zu dem Gasströmungs-Zusatzhohlraum,
ferner 800 g/min Innenflüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit, 5 kgf/cm2
Außenzerstäubungsluftdruck, 1100 Nl/min
Luftströmungsgeschwindigkeit, 800 g/min
Außenflüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit, und 1260 Nl/kg
Luft/Flüssigkeits-Verhältnis, gesprüht während 180 Minuten.
Die Partikelgrößenverteilung und der durchschnittliche
Partikeldurchmesser für Partikel, die unter diesen Umständen
erhalten wurden, waren wie folgt.
Anschließend wurde eine Düse mit der in Fig. 18 gezeigten
Struktur, jedoch mit schraubenförmigen Innen- und Außenrippen
derselben Spinrichtung, bei denselben Lösungs- und
Trocknungsbedingungen benützt. Ferner wurden
Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten und
Luft/Flüssigkeitsverhältnissprühbedingungen zum Erhalten
derselben 4 µm-Partikel benützt, insbesondere, 5 kgf/cm2
Innenzerstäubungsluftdruck, 1100 Nl/min
Luftströmungsgeschwindigkeit, und von dieser Strömung gingen
190 Nl/min zu dem Gasströmungs-Zusatzhohlraum, ferner 400 g/min
Innenflüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit, 5 kgf/cm2
Außenzerstäubungsluftdruck, 1100 Nl/min
Luftströmungsgeschwindigkeit, 450 g/min
Außenflüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und 2360 Nl/kg
Luft/Flüssigkeits-Verhältnis, gesprüht während 180 Minuten.
Die Partikelgrößenverteilung und der durchschnittliche
Partikeldurchmesser der unter diesen Bedingungen erhaltenen
Partikel ergab sich wie folgt:
Ein Vergleich der Ergebnisse des obigen Experiments zeigt,
daß eine Sprühdüse mit schraubenförmigen inneren und äußeren
Rippen mit gleicher Spinrichtung Partikel mit einem
durchschnittlichen Durchmesser von 4,15 µm bei Einsatz eines
Luft/Flüssigkeits-Verhältnisses von 2360 Nl/kg erzeugte.
Selbst diese Eigenschaften sind äußergewöhnlich, und sie
zeigen eine klare Überlegenheit gegenüber den Sprühdüsen
gemäß dem Stand der Technik. Weiterhin erzeugten Sprühdüsen
mit schraubenförmigen Rippen und entgegengesetzten
Spinrichtungen, die den Ultraschall-Gasströmungen
entgegengesetzte Spins verleihen, Partikel mit einem
durchschnittlichen Durchmesser von 4,01 µm bei Einsatz eines
Luft/Flüssigkeitsverhältnis von 1260 Nl/kg. Insbesondere
erzeugte die Düse mit Ultraschall-Gasströmen und
entgegengesetzten Spins am Rand Partikel von ungefähr
demselben Durchmesser bei ungefähr halbem
Luft/Flüssigkeitsverhältnis im Vergleich zu der Düse mit
Ultraschall-Gasströmungen ohne entgegengesetzten Spin. Der
Grund hierfür besteht darin, daß die Wirkung des Spins auf
das Gas und die Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Rands
an der Düsenspitze Flüssigkeitströpfchen erzeugt, die kleiner
sind.
Ferner wurde obgleich die Sprühdüse der Fig. 18 im Inneren
des Sprühtrocknungsgeräts eingesetzt wurde, bei dem viele
schwebende Teilchen vorlagen, unabhängig von der Spinrichtung
der schraubenförmigen Rippe aufgrund der Wirkung des
Gasströmungs-Zusatzhohlraums keine Partikelhaftung an der
Spitze der Düse beobachtet. Zusätzlich zeigte sich nach dem
Auseinandernehmen der Düse keine Anhäufung von Feststoffen
innerhalb der Düse oder in dem Randgebiet der Düse, wodurch
die Möglichkeit eines fortlaufenden Zersprühens während
langer Zeitabschnitte bestätigt wird.
Die obige Ausführungsform ist ein Beispiel für den Einsatz
der Sprühdüse gemäß der vorliegenden Erfindung bei
Sprühtrocknungsanwendungen. Jedoch läßt sich die Sprühdüse
der vorliegenden Erfindung für andere Anwendungen in allen
Gebieten einsetzen, bei denen eine Anforderung im Hinblick
auf das Ausstoßen von Flüssigkeit mit einheitlichen feinen
Partikeln besteht. Beispielweise kann die Sprühdüse dieser
Erfindung zum Sprühen von Objekten eingesetzt werden, ohne
daß diese benetzt werden, und zwar für Zwecke wie einer
rußfreien Flüssigkeitsverbrennung, einem
Feuchtigkeitsangleichen, einem Feuchtigkeitszusatz, einem
Abkühlen, einem Vermeiden von statischer Elektrizität und
einem Vermeiden von elektrischer Aufladung. Andere
Anwendungen betreffen Anforderung im Hinblick auf äußerst
feine Nebel und Fälle, bei denen unterschiedliche
Flüssigkeiten zu mischen und zu sprühen sind.
Claims (17)
1. Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel, gemäß dessen:
- a) eine Gasströmung mit Ultraschall-Geschwindigkeit entlang zweier Flüssigkeitsströmungsflächen (37) bewirkt wird, die in einem spitzwinkligen Rand zusammenlaufen;
- b) durch ein Aufeinandertreffen der Gasströmungen entlang der Flüssigkeitsströmungsflächen hochfrequente aerodynamische Schwingungen beabstandet zu einer Randspitze bewirkt werden;
- c) zusätzlich Flüssigkeit von mindestens einem Flüssigkeitsauslaß in zumindest einer der Flüssigkeitsströmungsflächen zugeführt wird;
- d) die der Flüssigkeitsströmungsfläche zugeführte Flüssigkeit in Form einer dünnen Filmströmung verteilt und zu dem Rand mit hoher Geschwindigkeit entlang der Flüssigkeitsströmungsfläche transportiert wird; und
- e) von der Randspitze gesprühte Partikel durch die beabstandet zu der Randspitze erzeugten hochfrequenten aerodynamischen Schwingungen weiter verfeinert werden.
2. Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen (37) zugeführt werden und
die dünnen Filmströmungen auf den
Flüssigkeitsströmungsflächen gemischt werden oder daß
ein Aufeinandertreffen derselben bei der Randspitze zum
Sprühen in einem gemischten Zustand bewirkt wird.
3. Sprühdüse zum Ausstoßen feiner Flüssigkeit in Form
feiner Partikel,
gekennzeichnet durch:
- a) Flüssigkeitsströmungsflächen (107), die in einem spitzwinkligen Rand (107A) zusammenlaufen;
- b) mindestens einen sich entlang mindestens einer Flüssigkeitsströmungsfläche (107) öffnenden Flüssigkeitsauslaß (105) zum Einführen von Flüssigkeit zu der Flüssigkeitsströmungsfläche; und
- c) Gasausstoßöffnungen zum Ausstoßen von unter Druck stehendem Gas bei den Flüssigkeitsströmungsflächen (107) zum dem Rand (107A), derart, daß sich je eine Gasströmung mit Ultraschall-Geschwindigkeit entlang der Flüssigkeitsströmungsflächen (107) ergibt und die Gasströmungen vor einer Randspitze unter Erzeugung hochfrequenter aerodynamischer Schwingungen aufeinandertreffen.
4. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich ein Flüssigkeitsausgang (105) entlang einer
Flüssigkeitsströmungsfläche auf einer Seite des Rands
(107A) öffnet.
5. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich Flüssigkeitsauslässe (105) entlang von
Flüssigkeitsströmungsflächen auf beiden Seiten des Rands
(107A) öffnen.
6. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Flüssigkeitsauslässe (105) sich entlang der
Flüssigkeitsströmungsflächen öffnen.
7. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sprühdüse einen Innenring (1311) und einen
Mittenring (1012A, 1012B; 1312A, 1312B) aufweist, daß
ein Flüssigkeitsauslaß zwischen dem Innenring (1311) und
dem Mittenring (1012A, 1012B; 1312A, 1312B) vorgesehen
ist, daß die Endflächen des Innenrings (1311) und des
Mittenrings (1012A, 1012B; 1312A, 1312B) eine
Flüssigkeitsströmungsfläche bilden und daß sich eine
Gasausstoßöffnung durch den Innenring hindurch öffnet.
8. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Außenring (1113; 1318) an der Außenseite des
Mittenrings angeordnet ist und daß eine
Gasausstoßöffnung zwischen dem Außenring und dem
Mittenring zum Ausstoßen von unter Druck stehendem Gas
zu dem Rand bei der Spitze des Mittenrings vorgesehen
ist.
9. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Mittenring mit einem inneren Mittenring (1312A) und
einem äußeren Mittenring (1312B) ausgebildet ist, daß
sich ein Flüssigkeitsauslaß zwischen dem inneren
Mittenring und dem äußeren Mittenring öffnet, daß der
innere Mittenring kegelförmige Innen- und Außenflächen
aufweist, damit Flüssigkeitsströmungsflächen (137) mit
spitzwinkligem Rand bei deren Aufeinandertreffen
gebildet werden, daß die Endfläche des äußeren
Mittenrings (1312B) ebenfalls kegelförmig zum Bilden
einer Flüssigkeitsströmungsfläche ausgebildet ist, daß
die Flüssigkeitsströmungsfläche (137) des äußeren
Mittenrings sich mit der Flüssigkeitsströmungsfläche des
inneren Mittenrings unter Bildung einer einzigen Ebene
verbindet und daß eine Gasausstoßöffnung sich zwischen
dem äußeren Mittenring und dem äußeren Ring öffnet.
10. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Mittenring an der Spitze des Innenrings (1311)
angeordnet ist und eine Gasausstoßöffnung (1310)
zwischen dem Mittenring und dem Innenring vorgesehen
ist.
11. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Mittenring (1311) aus einem gasdurchlässigen
Material besteht.
12. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Mittenring (1311) an seiner Endfläche einen
Gasströmungs-Zusatzhohlraum (1619) aufweist, daß der
Gasströmungs-Zusatzhohlraum (1619) mit dem Gasdurchgang
zwischen dem Innenring und dem Mittenring über eine
Durchgangsöffnung (1620) verbunden ist, die in dem
Mittenring vorgesehen ist, und daß die Durchgangsöffnung
(1620) sich in geneigter Richtung öffnet, damit das in
den Gasströmungs-Zusatzhohlraum (1619) eingeführte Gas
in dem Hohlraum eine Drehbewegung ausführt.
13. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche des Gasströmungs-Zusatzhohlraums (1619)
eine glatte Oberfläche ist, die eine gleichmäßige
Gasströmung als laminare Strömung bewirkt.
14. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rand des Gasströmungs-Zusatzhohlraums (1619)
stromlinienförmig analog zu einem Flügel ausgebildet
ist, der sich gleichmäßig zu der Gasausstoßöffnung hin
krümmt.
15. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
schraubenförmige Rippen (1822) in einem
Flüssigkeitsdurchgang angeordnet sind, der Flüssigkeit
ausstößt und mit einem Flüssigkeitsauslaß verbunden ist.
16. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
schraubenförmige Rippen (1822) in einem Gasdurchgang
(181) angeordnet sind, der Gas ausstößt und mit einer
Gasausstoßöffnung verbunden ist.
17. Sprühdüse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in der Form
feiner Partikel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
Gasausstoßöffnungen (1310) unter Druck stehendes Gas mit
entgegengesetzten Drehrichtungen (1317) auf
Flüssigkeitsströmungsflächen auf jeder Seite des Rands
ausstoßen.
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