DE19758557A1 - Low pressure atomizer with several adjacent two-substance nozzles, especially for fluid and gaseous mediums - Google Patents
Low pressure atomizer with several adjacent two-substance nozzles, especially for fluid and gaseous mediumsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten Zweistoffdüsen.The invention relates to a low-pressure atomization device with a plurality of adjacent ones Two-substance nozzles.
Zweistoffdüsen sind unter dem Begriff Düsen mit innerer Mischung beispielsweise aus der DE-Fachzeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik 62 (1990) 12, Seite 983-994 bekannt. Die in der Abb. 9 dargestellten Düsen weisen entweder einen sehr komplizierten Aufbau auf oder führen zu einer unzureichenden Vermischung und Zerstäubung der Flüssigkeit. In die Drallkammern hineinragende Flüssigkeitskanäle sind - insbesondere bei kleinen Abmessungen - schwer zu fertigen. Düsenöffnungen, die auch außen an der Abströmkante vom Gas überströmt werden, erfordern sehr genau ausgerichtete Gaskanäle und eine dementsprechend aufwendige Fertigung. Aufgrund der relativ großen Durchflußfläche für das Gas bewirken sie auch einen höheren Gasverbrauch und damit einen schlechteren Wirkungsgrad. Two-component nozzles are known under the term nozzles with an inner mixture, for example from the DE specialist journal Chemie-Ingenieur-Technik 62 (1990) 12, pages 983-994. The nozzles shown in Fig. 9 either have a very complicated structure or lead to inadequate mixing and atomization of the liquid. Liquid channels protruding into the swirl chambers are difficult to manufacture, particularly with small dimensions. Nozzle openings, which are also overflowed by gas on the outside of the trailing edge, require very precisely aligned gas channels and correspondingly complex production. Due to the relatively large flow area for the gas, they also cause a higher gas consumption and thus a lower efficiency.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck- Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren Zweistoffdüsen zu schaffen, die bei einfacher Herstellbarkeit eine sehr gute Zerstäubung des flüssigen Mediums ermöglicht.The present invention has for its object to provide a low pressure Atomizer with multiple two-fluid nozzles to create the simpler Manufacturability enables a very good atomization of the liquid medium.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the features of patent claim 1. Beneficial Refinements can be found in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten Zweistoffdüsen münden jeweils wenigstens zwei am Umfang einer Drallkammer versetzt zueinander angeordnete Eintrittskanäle in diese ein. Dadurch wird ein gleichmäßiger Drall erzeugt, der eine sehr feine, gleichmäßige Verteilung des über die Zufuhrleitung zuströmenden flüssigen Mediums bewirkt. Die Verwendung von mindestens zwei Eintrittskanälen bewirkt eine derart gleichmäßige Strömung von Flüssigkeit und Gas in der Drallkammer, daß überraschenderweise auf einen zweiten zur Austrittsöffnung der Düse konzentrischen und schlitzförmigen Gaskanal (Chem.-Ing.-Tech. 62 (1990) 12, S. 983-994) verzichtet werden kann. Die Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung wird dabei in axialer Richtung durch mehrere dicht aneinandergefügte Bauteile gebildet. Dabei kann der Düsenaustritt und wenigstens der sich verjüngende Teil der Drallkammer in einer unteren Platte, ferner die Eintrittskanäle für das gasförmige Medium wenigstens teilweise in einer mittleren Platte und weiterhin die Zufuhrleitung zumindestens mit ihrer Eintrittsseite an einer oberen Platte angrenzend oder in dieser ausgebildet sein. Durch die mehrteilige Ausbildung ist sowohl die Austrittsgeometrie der Düse, als auch die Drallkammer mit den in sie einmundenden Leitungen und Kanälen in einfachster Weise ohne Spezialwerkzeuge herstellbar.In the low-pressure atomization device according to the invention with several neighboring ones Two-substance nozzles each open at least two offset on the circumference of a swirl chamber entry channels arranged in relation to one another into these. This creates an even swirl generates a very fine, even distribution of the supply line inflowing liquid medium causes. The use of at least two Entry channels cause such a uniform flow of liquid and gas in the Swirl chamber that surprisingly on a second to the outlet opening of the nozzle concentric and slit-shaped gas channel (Chem.-Ing.-Tech. 62 (1990) 12, pp. 983-994) can be dispensed with. The low pressure atomization device becomes axial Direction formed by several closely connected components. The Nozzle outlet and at least the tapering part of the swirl chamber in a lower one Plate, furthermore the inlet channels for the gaseous medium at least partially in one middle plate and the supply line at least with its inlet side on one upper plate adjacent or formed in this. Due to the multi-part training both the outlet geometry of the nozzle and the swirl chamber with the one in it incoming lines and channels in the simplest way without special tools producible.
Die mehreren die Düse bildenden Bauteile sind vorteilhaft in axialer Richtung formschlüssig oder kraftschlüssig, letzteres beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden. Für die Zentrierung und/oder Abdichtung zwischen den einzelnen Bauteilen ist es vorteilhaft, wenn zumindestens die mittlere Platte über vorstehende Bünde mit der benachbarten oberen Platte und/oder der benachbarten unteren Platte radial abdichtend verbunden ist. The plurality of components forming the nozzle are advantageously form-fitting in the axial direction or non-positively, the latter connected to each other for example by screws. For the Centering and / or sealing between the individual components, it is advantageous if at least the middle plate over protruding frets with the neighboring upper plate and / or the adjacent lower plate is connected in a radially sealing manner.
In den aneinandergefügten Platten sind bevorzugt im Bereich von deren Trennflächen Längskanäle zur Versorgung der Eintrittskanäle und/oder Längsleitungen zur Versorgung der Zuführleitungen mehrerer Zweistoffdüsen ausgebildet. Durch diese Niederdruck- Zerstäubungsvorrichtung, die modular eine beliebige Anzahl von benachbarten Zweistoffdüsen mit gemeinsamen Versorgungsleitungen bzw. -kanälen umfaßt, ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche Leistungsbereiche einer solchen Zerstäubungsvorrichtung möglich. Der Massendurchsatz an flüssigem und gasförmigem Medium kann auf diese Art durch eine flächenmäßige oder reihenförmige Zusammensetzung mehrerer Zweistoffdüsen beliebig gesteuert werden.In the joined plates are preferably in the area of their parting surfaces Longitudinal channels to supply the inlet channels and / or longitudinal lines to supply the Feed lines of several two-substance nozzles are formed. Through this low pressure Atomizing device that modular any number of neighboring Two-substance nozzles with common supply lines or channels is one easy adaptation to different performance ranges of such Atomizing device possible. The mass flow rate of liquid and gaseous Medium can in this way by a flat or row-shaped composition several dual-substance nozzles can be controlled as required.
Bei einer derartigen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung stehen die Längskanäle vorzugsweise mit den Eintrittskanälen über die Drallkammer umgebende ringnutförmige Verbindungskanäle in Verbindung.In such a low-pressure atomization device, the longitudinal channels are preferably annular groove-shaped with the inlet channels surrounding the swirl chamber Connection channels in connection.
Bei einer Zweistoffdüse, die in einer erfindungsgemäßen Niederdruck- Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren solcher Zweistoffdüsen zum Einsatz kommt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Eintrittskanäle schlitzförmig an der der unteren Platte zugewandten Unterseite der mittleren Platte ausgebildet sind, wobei die obere Deckfläche der schlitzförmigen Eintrittskanäle zum Eintritt in die Drallkammer hin schräg nach unten abfällt. Derartige Kanäle lassen sich sehr einfach mittels eines Scheibenfräsers herstellen und weisen den Vorteil auf, daß das zugeführte gasförmige Medium durch den sich schräg verjungenden Kanal beschleunigt wird und zusätzlich zur tangentialen Komponente auch eine axiale Komponente aufgeprägt bekommt.In the case of a two-component nozzle which is used in a low-pressure Atomization device with several such two-substance nozzles is used, it is particularly advantageous if the inlet channels are slit-shaped on the lower plate facing underside of the middle plate are formed, the upper cover surface of the slot-shaped inlet channels for the entry into the swirl chamber sloping downwards. Such channels can be produced and assigned very easily by means of a disk milling cutter have the advantage that the gaseous medium supplied by the obliquely tapering Channel is accelerated and in addition to the tangential component also an axial Component is imprinted.
Vorteilhafterweise sind die Eintrittskanäle im wesentlichen tangential in die Drallkammer einmündend angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Verteilung des flüssigen Mediums entlang den Wänden der Drallkammer. Besonders vorteilhaft sind die Eintrittskanäle dabei gleichmäßig voneinander beabstandet.Advantageously, the inlet channels are essentially tangential to the swirl chamber arranged at the mouth. This results in a particularly good distribution of the liquid Medium along the walls of the swirl chamber. Those are particularly advantageous Entry channels evenly spaced from each other.
Die Zufuhrleitung für das flüssige Medium ist vorteilhaft axial in zentraler Anordnung in die Drallkammer einmündend angeordnet. Bei der gleichzeitig tangentialen Einleitung des gasförmigen Mediums ergibt sich hierdurch ein senkrechtes Aufeinandertreffen der beiden Medien direkt an der Austrittsstelle der Flüssigkeit in den Drallkammerdeckel, die in Verbindung mit der entstehenden zyklonartigen Strömung sofort eine gleichmäßige Aufteilung der Flüssigkeit als Film auf die Wände der Drallkammer und auf den Austrittskonus ermöglicht. Eine Vorzerteilung der Flüssigkeit, die zu einem Impulsverlust des Gases und zu gröberen Tropfen führt, wird dadurch vermieden. Ein zentrales Zuleitrohr (Chem.-Ing.-Tech., 62 (1990) 12, S. 983-994) führt hingegen zu einer weniger gleichmäßigen Aufteilung der Flüssigkeit in der Drallkammer und zu einer stärkeren und ungünstigen Abbremsung der Drallkomponente des Gases. Dies kann u. a. auf die Vorzerteilung der Flüssigkeit zurückgeführt werden, die sich am Ende des in die Drallkammer hineinragenden Zentralrohrs in meist unregelmäßiger Weise einstellt.The feed line for the liquid medium is advantageously axially in a central arrangement in the Swirl chamber arranged in the mouth. With the simultaneous tangential introduction of the gaseous medium results in a vertical meeting of the two Media directly at the point of exit of the liquid in the swirl chamber cover, which in Connection with the resulting cyclone-like flow immediately a uniform Distribution of the liquid as a film on the walls of the swirl chamber and on the Outlet cone enables. A pre-division of the liquid, which leads to a loss of momentum of the This avoids gas and coarser drops. A central feed pipe (Chem.-Ing.-Tech., 62 (1990) 12, pp. 983-994), however, leads to one less even distribution of the liquid in the swirl chamber and to a stronger and unfavorable braking of the swirl component of the gas. This can a. on the Pre-separation of the liquid can be returned, which is at the end of the swirl chamber protruding central tube in a mostly irregular manner.
Die Drallkammer ist in einer Ausführungsform im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei sich in Strömungsrichtung zum Düsenaustritt ein verjüngender Teil anschließt. Durch diese Gestaltung wird der zunächst zyklonartige Wirbel im sich verjüngenden Teil zum Düsenaustritt hin beschleunigt. Der sich verjüngende Teil kann vorteilhaft als Hohlkegel ausgebildet sein, dessen Mantelflächen einen Konuswinkel (α) einschließen, der zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 50° und 70° liegt.In one embodiment, the swirl chamber is essentially cylindrical, a tapering part adjoining the nozzle outlet in the direction of flow. By this design becomes the cyclone-like vortex in the tapered part Nozzle outlet accelerated. The tapered part can advantageously be a hollow cone be formed, the lateral surfaces of which enclose a cone angle (α) of between 45 ° and 90 °, preferably between 50 ° and 70 °.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Drallkammer im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist und sich in Strömungsrichtung zum Düsenaustritt an den konkaven, halbkugelförmigen Teil ein sich konvex verjüngender Teil anschließt. Bei dieser von der Fertigung her gegenüber der Drallkammer mit zylindrischer und hohlkegliger Ausgestaltung aufwendigeren Variante kann eine besonders gleichmäßige Beschleunigung und Verdünung des Flüssigkeitsfilms zum Düsenaustritt hin erfolgen.According to an alternative embodiment it is provided that the swirl chamber essentially is hemispherical and in the flow direction to the nozzle outlet at the concave, hemispherical part adjoins a convex tapered part. At this in terms of production compared to the swirl chamber with cylindrical and hollow cone Designing a more complex variant can result in particularly uniform acceleration and dilution of the liquid film to the nozzle outlet.
Günstige geometrische Verhältnisse der Düse bestehen dann, wenn das Verhältnis des Durchmessers der Drallkammer zum Durchmesser im Bereich des Düsenaustritts etwa 2-6, vorzugsweise etwa 3 bis 4 beträgt.Favorable geometric conditions of the nozzle exist when the ratio of the Diameter of the swirl chamber to the diameter in the area of the nozzle outlet about 2-6, is preferably about 3 to 4.
Weiterhin stellen sich an der erfindungsgemäßen Düse vorteilhafte Beladungsverhältnisse dann ein, wenn das Verhältnis der Masse an Flüssigkeit zur Masse an Gas etwa 0,1 bis 4,0 vorzugsweise 0,5 bis 2,0 beträgt. Furthermore, advantageous loading conditions arise on the nozzle according to the invention then when the ratio of the mass of liquid to mass of gas is about 0.1 to 4.0 is preferably 0.5 to 2.0.
Günstige Durchströmungsverhältnisse der Düse mit einer vorteilhaften Verwirbelung und Zerstäubung des flüssigen Mediums ergeben sich insbesondere bei einem Flächenverhältnis der Summe der Einströmflächen, d. h. der Querschnitte der Eintrittskanäle des gasförmigen Mediums, zur Düsenaustrittsfläche, das etwa 0,5 bis 3, besonders vorzugsweise 1,0 bis 2,0 beträgt. Vorteilhafte Verhältnisse an der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse bestehen weiterhin dann, wenn die Düsendruckziffer, die definiert ist durch das Produkt aus dem Düsendurchmesser und der Druckdifferenz als Düsenvordruck dividiert durch die Oberflächenspannung der zu zerstäubenden Flüssigkeit etwa zwischen 300 und 4000, vorzugsweise etwa zwischen 400 und 2000 beträgt.Favorable flow conditions of the nozzle with an advantageous swirl and Atomization of the liquid medium results in particular from an area ratio the sum of the inflow areas, d. H. the cross sections of the inlet channels of the gaseous Medium, to the nozzle exit surface, which is about 0.5 to 3, particularly preferably 1.0 to 2.0 is. There are advantageous conditions on the two-component nozzle according to the invention continue if the nozzle pressure number, which is defined by the product of the Nozzle diameter and the pressure difference as the nozzle pressure divided by the Surface tension of the liquid to be atomized approximately between 300 and 4000, is preferably between about 400 and 2000.
Die Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung eignet sich insbesondere für flüssige Brennstoffe in Brennern von Heizvorrichtungen.The low pressure atomization device is particularly suitable for liquid fuels in burners of heating devices.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugt verwendbare Zweistoffdüse, Fig. 1 shows a longitudinal section through a two-fluid nozzle preferably usable,
Fig. 2 einen Querschnitt in Höhe der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a cross section at the level of the line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren Zweistoffdüsen in einer ersten Ausführungsform, Fig. 3 is a partial longitudinal section through a low pressure sputtering device having a plurality of two-fluid nozzles in a first embodiment;
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 in Höhe des oberen Teils der Drallkammern, Fig. 4 shows a cross section through the device of FIG. 3 in height of the upper part of the swirl chambers,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung und Fig. 5 shows another embodiment of a low pressure atomization device and
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 5 in Höhe der Schnittlinie VI-VI. Fig. 6 shows a cross section through the device of FIG. 5 at the section line VI-VI.
Die in Fig. 1 dargestellte, für eine erfindungsgemäße Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung vorteilhaft verwendbare Zweistoffdüse 20 setzt sich aus mehreren axial übereinander angeordneten Platten zusammen. In einer oberen Platte 28 ist eine Zufuhrleitung 22 für ein flüssiges Medium angeordnet. Die Zuführleitung 22 verläuft in zentraler axialer Lage. Sie mündet mit ihrem unteren Ende an der Trennfläche zu einer mittleren Platte 27 in eine dort ausgebildete Drallkammer 23 ein. Die Drallkammer 23 weist neben einem oberen zylindrischen Teil mit einem Durchmesser DK einen nach unten daran abschließenden sich verjüngenden Teil 33 auf, der als Hohlkegel in einer unteren Platte 26 ausgebildet ist. Der Hohlkegel weist einen Konuswinkel α aufs der zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 50° und 70° liegt. Die Mantelfläche des Hohlkegels geht im Bereich eines Düsenaustritts 31 in eine gerundete Kontur über. Der Düsenaustritt 31 weist einen Durchmesser D auf. Das Verhältnis des Durchmessers der Drallkammer DK zum Durchmesser D des Düsenaustritts 31 beträgt etwa 2 bis 5, vorzugsweise etwa 3 bis 4.The two-substance nozzle 20 shown in FIG. 1, which can advantageously be used for a low-pressure atomization device according to the invention, is composed of several plates arranged axially one above the other. A supply line 22 for a liquid medium is arranged in an upper plate 28 . The feed line 22 runs in a central axial position. It opens with its lower end at the interface to a central plate 27 in a swirl chamber 23 formed there. The swirl chamber 23 has, in addition to an upper cylindrical part with a diameter D K, a tapering part 33 which adjoins it at the bottom and is designed as a hollow cone in a lower plate 26 . The hollow cone has a cone angle α which is between 45 ° and 90 °, preferably between 50 ° and 70 °. The lateral surface of the hollow cone merges into a rounded contour in the area of a nozzle outlet 31 . The nozzle outlet 31 has a diameter D. The ratio of the diameter of the swirl chamber D K to the diameter D of the nozzle outlet 31 is approximately 2 to 5, preferably approximately 3 to 4.
In den zylindrischen Teil der Drallkammer 23 münden tangential zwei gleichmäßig am Umfang gegeneinander versetzte Eintrittskanäle 25 ein. Die Eintrittskanäle 25 weisen einen Durchmesser D25 auf, aus dem sich die Summe der Einströmflächen AE des gasförmigen Mediums als Summe der Querschnittsflächen aller Eintrittskanäle 25 berechnen läßt. Das Verhältnis dieser Summe AE zum Querschnitt des Düsenaustritts AD beträgt etwa 1,0 bis 3,0, vorzugsweise 1,5 bis 2,0. Durch die tangentiale Einmündung der Eintrittskanäle 25 ergibt sich im zylindrischen Teil der Drallkammer 23 ein zyklonartiger Wirbel, durch den die senkrecht dazu über die Zufuhrleitung 22 eintretende Flüssigkeit in starker Verwirbelung mitgerissen und entlang des konusförmigen Teils 33 beschleunigt und als Film fein verteilt und über die Abrißkante im Düsenaustritt 31 sehr fein zerstäubt wird. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Anzahl von zwei Eintrittskanälen 25 stellt das Minimum für eine gute Verwirbelung des flüssigen Mediums dar. Bei Bedarf können auch mehrere Eintrittskanäle für das gasförmige Medium vorgesehen sein. Diese sind immer bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet.In the cylindrical part of the swirl chamber 23 open tangentially two uniformly on the periphery offset to one another entry passages 25 a. The inlet channels 25 have a diameter D 25 , from which the sum of the inflow areas A E of the gaseous medium can be calculated as the sum of the cross-sectional areas of all inlet channels 25 . The ratio of this sum A E to the cross section of the nozzle outlet A D is approximately 1.0 to 3.0, preferably 1.5 to 2.0. The tangential opening of the inlet channels 25 results in a cyclonic vortex in the cylindrical part of the swirl chamber 23 , through which the liquid entering perpendicularly thereto via the feed line 22 is entrained in strong swirling and accelerated along the conical part 33 and finely distributed as a film and over the tear-off edge is atomized very finely in the nozzle outlet 31 . The number of two inlet channels 25 shown in the exemplary embodiment represents the minimum for a good swirling of the liquid medium. If necessary, several inlet channels for the gaseous medium can also be provided. These are always preferably evenly spaced from one another.
Für eine gute Zentrierung und eine dichte Verbindung der Platten 26, 27 und 28 ist es vorteilhaft, wenn zumindestens an der mittleren Platte 27 Bünde 37 bzw. 38 vorgesehen sind, die zum Eingreifen in oder Umgreifen entsprechend komplementär geformter Bünde an der oberen Platte 28 bzw. an der unteren Platte 26 dienen. For a good centering and a tight connection of the plates 26 , 27 and 28 , it is advantageous if at least on the middle plate 27 frets 37 and 38 are provided, which for engaging in or encompassing correspondingly complementary frets on the upper plate 28 and serve on the lower plate 26 .
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3-6 sind jeweils mehrere benachbarte Zweistoffdüsen zu einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung zusammengefaßt. Der in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläuterte Aufbau einer Zweistoffdüse erleichtert deren Zusammenfassung in einer solchen gemeinsamen Vorrichtung, wobei die Versorgungskanäle für das gasförmige Medium und die Versorgungsleitungen für das flüssige Medium aus gemeinsamen Versorgungskanälen bzw. -leitungen versorgt werden können, die unmittelbar in der Vorrichtung ausgebildet sind. Die in Fig. 3 dargestellte Niederdruck- Zerstäubungsvorrichtung setzt sich wiederum aus einer unteren Platte 6, einer mittleren Platte 7 und einer oberen Platte 8 zusammen. An der unteren Seite der oberen Platte 8, d. h. an der Trennfläche zur mittleren Platte 7 sind längsverlaufende Längsleitungen 1 vorgesehen, in denen das flüssige Medium zu Zufuhrleitungen 2 verschiedener benachbarter Zweistoffdüsen gelangt. Die Zufuhrleitungen 2 sind in zentraler axialer Anordnung für jede Düse in der mittleren Platte 7 ausgebildet. Ferner bildet die mittlere Platte 7 an ihrer Unterseite, d. h. an der Trennfläche zur unteren Platte 6, eine obere und seitliche Begrenzung für Längskanäle 4, in denen das gasförmige Medium zu mehreren Zweistoffdüsen geführt wird.In the exemplary embodiments according to FIGS. 3-6, several adjacent two-substance nozzles are combined to form a low-pressure atomization device. The construction explained in connection with FIGS. 1 and 2 facilitates their combination in such a common device, the supply channels for the gaseous medium and the supply lines for the liquid medium being supplied from common supply channels or lines, which can be supplied directly are formed in the device. The low-pressure atomization device shown in FIG. 3 is in turn composed of a lower plate 6 , a middle plate 7 and an upper plate 8 . On the lower side of the upper plate 8 , ie on the separating surface from the middle plate 7 , longitudinal longitudinal lines 1 are provided, in which the liquid medium reaches supply lines 2 of different adjacent two-substance nozzles. The feed lines 2 are formed in a central axial arrangement for each nozzle in the middle plate 7 . Furthermore, the middle plate 7 forms on its underside, ie on the separating surface from the lower plate 6 , an upper and lateral boundary for longitudinal channels 4 , in which the gaseous medium is led to several two-substance nozzles.
Die Drallkammern 3 der Zweistoffdüsen sind in der unteren Platte 5 ausgebildet. Sie setzen sich wiederum aus einem oberen, in der Fig. 3 zylindrischen Teil und einem daran nach unten anschließenden sich verjüngenden Teil 13 zusammen, der entweder konusförmig oder mit einer konvexen Krümmung ausgebildet sein kann. In die Drallkammer münden tangential wiederum zwei Eintrittskanäle 5 ein, die über einen die Wandung der Drallkammer 3 mit Abstand umgebenden ringnutförmigen Verbindungskanal 10 mit den Längskanälen 4, in Verbindung stehen. Das durch die Längsleitungen 1 und die Zufuhrleitungen 2 zugeführte flüssige Medium strömt wiederum axial in die Drallkammer 3 ein und wird dort vom über die Längskanäle 4, die Verbindungskanäle 10 und die Eintrittskanäle 5 zugeführten gasförmigen Medium verwirbelt und an einem Düsenaustritt 11 zerstäubt.The swirl chambers 3 of the two-substance nozzles are formed in the lower plate 5 . They are in turn composed of an upper, cylindrical part in FIG. 3 and a tapering part 13 adjoining it downwards, which can be either conical or with a convex curvature. In the swirl chamber, two inlet channels 5 open tangentially in turn, which at a distance surrounds a the wall of the swirl chamber annular-groove 3 connecting channel 10 with the longitudinal channels 4 are connected. The liquid medium supplied through the longitudinal lines 1 and the feed lines 2 in turn flows axially into the swirl chamber 3 and is swirled there by the gaseous medium supplied via the longitudinal channels 4 , the connecting channels 10 and the inlet channels 5 and atomized at a nozzle outlet 11 .
Wie aus Fig. 4 zu ersehen, erfolgt die Anordnung mehrerer Zweistoffdüsen derart, daß jeweils drei benachbarte Zweistoffdüsen eine gleichseitiges Dreieck bilden. Die Längskanäle 4 für das gasförmige Medium und die Längsleitungen 1 für das flüssige Medium laufen in verschiedenen Ebenen versetzt zueinander. Aufgrund der Ausbildung der Kanäle bzw. Leitungen in den unterschiedlichen Platten ist die Herstellung wiederum sehr einfach. Die Platten 6, 7 und 8 sind in axialer Richtung kraftschlüssig miteinander verspannt. Hierzu sind im Ausführungsbeispiel mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete Schrauben 9 vorgesehen. Die Verbindung der Platten 6, 7 und 8 kann alternativ jedoch auch durch eine Klebe-, Löt-, Schweiß- oder Sintertechnik erfolgen.As can be seen from Fig. 4, the arrangement of several two-substance nozzles is such that three adjacent two-substance nozzles form an equilateral triangle. The longitudinal channels 4 for the gaseous medium and the longitudinal lines 1 for the liquid medium run offset from one another in different planes. Due to the formation of the channels or lines in the different plates, the production is again very simple. The plates 6 , 7 and 8 are non-positively clamped together in the axial direction. For this purpose, in the exemplary embodiment, a plurality of screws 9 are provided which are equally spaced from one another. Alternatively, the plates 6 , 7 and 8 can also be connected by an adhesive, soldering, welding or sintering technique.
Gemäß einer im unteren mittleren Teil der Fig. 4 dargestellten Variante kann die Zufuhr des gasförmigen Mediums zu den Eintrittskanälen 5 ausgehend von den Längskanälen 4 statt über die ringnutförmigen Verbindungskanäle 10 auch über sacklochartige Verbindungskanäle 10A geschehen. Der Abstand der einzelnen Düsenaustritte 11 der verschiedenen Zweistoffdüsen sollte mindestens deren zehnfachen Durchmesser betragen, damit sich die Sprühstrahlen nicht zu stark gegenseitig durchdringen und es dadurch zu einer unerwünschten Wiedervereinigung bereits fein zerstäubter Tröpfchen kommt.According to a variant shown in the lower middle part of FIG. 4, the gaseous medium can be supplied to the inlet channels 5 starting from the longitudinal channels 4 instead of via the annular groove-shaped connecting channels 10 and also via blind hole-like connecting channels 10 A. The distance between the individual nozzle outlets 11 of the various two-substance nozzles should be at least ten times their diameter, so that the spray jets do not penetrate each other too strongly and this leads to an undesired reunification of already finely atomized droplets.
Bei denen in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Längskanäle 4 in die mittlere Platte 7 von der Unterseite eingesenkt. Die Eintrittskanäle 5 sind als tangentiale Schlitze 5 ebenfalls in die Unterseite der mittleren Platte 7 eingefräst und münden mit ihrer im linken Teil der Fig. 5 schräg nach unten verlaufenden oberen Deckfläche auf Höhe der Zufuhrleitungen 2 in den oberen Teil der Drallkammer 3A ein. Die Drallkammer 3A selbst ist im linken Teil der Fig. 5 wiederum vollständig in der unteren Platte 6 ausgebildet. Sie weist einen oberen Teil auf der im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist und in einen unteren sich verjüngenden Teil 13A übergeht, der eine konvexe Wandung aufweist. Der Übergang von der konkaven zur konvexen Wandung ist relativ leicht herstellbar, da in der unteren Platte 6 in diesem Beispiel keinerlei Eintrittskanäle 5 ausgebildet sind. Diese Eintrittskanäle 5 sind ausschließlich in den Stegen 12 ausgeformt, welche die Längskanäle 4 von den Zufuhrleitungen 2 trennen. Die obere Platte 8 ist in diesem Beispiel als glatte Deckplatte ausgebildet, da auch die Längskanäle 1 für das flüssige Medium in der mittleren Platte 7 und zwar von oben her ausgebildet sind.In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the longitudinal channels 4 are sunk into the middle plate 7 from the underside. The inlet channels 5 are also milled into the underside of the middle plate 7 as tangential slots 5 and open with their upper cover surface which runs obliquely downwards in the left part of FIG. 5 at the level of the feed lines 2 into the upper part of the swirl chamber 3 A. The swirl chamber 3 A itself is again completely formed in the lower plate 6 in the left part of FIG. 5. It has an upper part which is essentially hemispherical and merges into a lower tapering part 13 A, which has a convex wall. The transition from the concave to the convex wall is relatively easy to produce, since in this example no entry channels 5 are formed in the lower plate 6 . These inlet channels 5 are formed exclusively in the webs 12 , which separate the longitudinal channels 4 from the supply lines 2 . In this example, the upper plate 8 is designed as a smooth cover plate, since the longitudinal channels 1 for the liquid medium are also formed in the middle plate 7 from above.
Bei einer alternativen Ausführungsform im rechten Teil der Fig. 5 erstreckt sich die Drallkammer 3A auch in die mittlere Platte 7 hinein. Die Eintrittskanäle 5A sind in diesem Fall als gerade Schlitze tangential in die Drallkammer (im oberen Teil) einmündend in die Unterseite der Platte 7 eingeformt. Die dünnere untere Platte 6 wird somit beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 nicht wie bei Fig. 3 und 4 von zusätzlichen Eintrittskanälen geschwächt.In an alternative embodiment in the right part of FIG. 5, the swirl chamber 3 A also extends into the middle plate 7 . In this case, the inlet channels 5 A are formed as straight slots tangentially opening into the swirl chamber (in the upper part) in the underside of the plate 7 . The thinner lower plate 6 is thus not weakened in the exemplary embodiment according to FIG. 5 as in FIGS. 3 and 4 by additional inlet channels.
Durch die dargestellte Zusammenfassung mehrerer Zweistoffdüsen zu einer einzigen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung ist eine modulare, wirtschaftliche Herstellung von Zerstäubungseinrichtungen auch für größere Massendurchsätze gewährleistet. Derartige Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtungen lassen sich vorteilhaft zur Zerstäubung von flüssigen Brennstoffen für Brenner beliebiger Leistungsklassen einsetzen. Aufgrund des relativ niedrigen Druckniveaus ist die verbrauchte Energie vergleichsweise gering. Erfindungsgemaße Zweistoffdüsen- bzw. Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtungen lassen sich auch für andere Anwendungen, wie beispielsweise die Verdunstungskühlung, die Konditionierung von Prozeßgasen oder für das Herstellen feiner Pulver durch Erstarren von zerstäubten Tropfen nutzbringend verwenden. Eine besonders interessante Anwendung ergibt sich auch bei einer Mikronisierung der Düsendurchmesser auf einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm mittels der Liga-Technik (Ätzverfahren). Auf diese Weise ließen sich große Düsen-Arrays sehr billig aus Keramikwerkstoffen herstellen.Through the illustrated combination of several two-substance nozzles into one Low pressure atomizer is a modular, economical manufacture of Atomization devices also guaranteed for larger mass throughputs. Such Low pressure atomizing devices can be used advantageously for atomizing liquid Use fuels for burners of any performance class. Because of the relative low pressure levels, the energy consumed is comparatively low. Two-substance nozzle or low-pressure atomization devices according to the invention can be also for other applications, such as evaporative cooling Conditioning of process gases or for the production of fine powders by solidification of Use atomized drops to advantage. A particularly interesting application results even with micronization of the nozzle diameter to a diameter of less than 0.5 mm using the league technique (etching process). That way Manufacture large nozzle arrays very cheaply from ceramic materials.
Bei einem Ausführungsbeispiel für einen Brenner eines Fahrzeugzusatzheizgeräts, das mit Diesel-Kraftstoff von minus 20°C betrieben wurde, ergab sich bei einem Massendurchfluß des Brennstoffs von MF = 0,5 kg/H, einem Vordruck der Luft von Δp = 0,07 bar, einem Düsendurchmesser D = 2 mm, einem Drallkammerdurchmesser DK = 8 mm, einem Konuswinkel α = 60°, einer Gaseintrittsfläche AE = 6,3 mm2 (die sich aus zwei Eintrittsbohrungen von je 2 mm Durchmesser ergibt) ein Gasdurchsatz von MG = 0,85 kg/H, wobei die erzielte mittlere Tröpfchengröße (Sauter-Durchmesser) d = 80 µm betrug.In one exemplary embodiment for a burner of a vehicle auxiliary heater, which was operated with diesel fuel of minus 20 ° C., with a mass flow of the fuel of M F = 0.5 kg / H, an air pressure of Δp = 0.07 resulted bar, a nozzle diameter D = 2 mm, a swirl chamber diameter D K = 8 mm, a cone angle α = 60 °, a gas inlet area A E = 6.3 mm 2 (which results from two inlet bores each with a diameter of 2 mm), a gas throughput of M G = 0.85 kg / H, the average droplet size achieved (Sauter diameter) being d = 80 μm.
Bei einem weiterem Ausführungsbeispiel wird in einem Verdunstungskühler mit 100 Düsen in einem Düsenarray 8 kg/h Wasser zerstäubt. Die Düsendurchmesser betragen D = 0,5 mm, die Drallkammerdurchmesser DK = 2 mm. Die Gaseintrittsfläche beträgt bei jeder Düse 0,3 mm2. Bereits bei einem vergleichsweise niedrigem Gasdruck von Δp = 0,6 bar läßt sich nach der Ahnlichkeitstheorie eine mittlere Tropfengröße (Sauter-Durchmesser) von ca. d = 20 µm erwarten. In a further exemplary embodiment, 8 kg / h of water are atomized in an evaporative cooler with 100 nozzles in a nozzle array. The nozzle diameter is D = 0.5 mm, the swirl chamber diameter D K = 2 mm. The gas entry area for each nozzle is 0.3 mm 2 . Even at a comparatively low gas pressure of Δp = 0.6 bar, an average droplet size (Sauter diameter) of approx. D = 20 µm can be expected according to the similarity theory.
Durch die Erfindung ist eine einfache und unempfindliche Bauart von Zweistoffdüsen in Bezug auf die Einhaltung von Fertigungstoleranzen möglich. Die Fertigung einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung wird dadurch erheblich günstiger. Es wird ein freies Ansaugen der Flüssigkeit durch Unterdruck im Flüssigkeitskanal möglich. Durch die geschichtete Zusammensetzung mehrerer bearbeiteter, unter Umständen geätzter Platten ergibt sich eine Anwendungsmöglichkeit auch im Bereich hoher Durchsätze für kleine Tropfengrößen. Eine Düsenplatte enthält dann eine Vielzahl von parallel geschalteten Düsen in einer einzigen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung.The invention is a simple and insensitive design of two-component nozzles in Regarding compliance with manufacturing tolerances possible. The manufacture of a Low pressure atomization device is considerably cheaper. It will be a free one Liquid suction possible due to negative pressure in the liquid channel. Through the Layered composition of several processed, possibly etched plates there is an application possibility also in the area of high throughputs for small ones Drop sizes. A nozzle plate then contains a plurality of nozzles connected in parallel in a single low pressure atomizer.
Durch eine Injektorfahrweise kann ein höherer Druck an der Düse erzielt werden, womit kleinere Tropfenabmessungen, höhere Betriebstemperaturen und günstiger Viskositätswerte bei tiefen Umgebungstemperaturen erreicht werden können. By using an injector, a higher pressure can be achieved at the nozzle, with which smaller droplet dimensions, higher operating temperatures and more favorable viscosity values can be achieved at low ambient temperatures.
11
Längsleitung
Longitudinal line
22nd
Zufuhrleitung
Supply line
33rd
, ,
33rd
A Drallkammer
A swirl chamber
44th
Längskanal (für Gas)
Longitudinal channel (for gas)
55
Eintrittskanal
Entry channel
66
(untere) Platte
(lower plate
77
(mittlere) Platte
(middle) plate
88th
(obere) Platte
(top) plate
99
Schrauben
Screws
1010th
Verbindungskanal (Ringnut)
Connecting channel (ring groove)
1010th
A Verbindungskanal (Sackloch)
A connecting channel (blind hole)
1111
Düsenaustritt
Nozzle outlet
1212th
Steg
web
1313
, ,
1313
A (sich verjüngender) Teil
A (tapered) part
2020th
Zweistoffdüse
Dual-substance nozzle
2222
Zufuhrleitung (für flüssiges Medium)
Supply line (for liquid medium)
2323
Drallkammer
Swirl chamber
2525th
Eintrittskanal
Entry channel
2626
(untere) Platte
(lower plate
2727
(mittlere) Platte
(middle) plate
2828
(obere) Platte
(top) plate
3131
Düsenaustritt
Nozzle outlet
3333
(sich verjüngender) Teil
(tapered) part
3737
Bund
Federation
3838
Bund
D Durchmesser der Düse (bei Federation
D diameter of the nozzle (at
1111
bzw. respectively.
1313
)
DK )
D K
Drallkammer-Durchmesser
Swirl chamber diameter
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