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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine zweiphasige Durchflussdüse, genauer gesagt eine Einspritzdüse zum Zerstäuben einer gemischten Strömung aus Flüssigkeit und Gas. Im Detail ist sie zum Einsatz in Malerausrüstung, Kraftstoffverbrennungsausrüstung, Luftbefeuchtern, Bügeleisen, Lüftern, die latente Verdunstungswärme nutzen, oder Schmiervorrichtungen für Werkzeugmaschinen, etc. geeignet.
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Beschreibung von verwandtem Stand der Technik
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Das japanische Gebrauchsmuster 3202161 und das
US Patent 10335811 offenbaren eine herkömmliche zweiphasige Durchflussdüse, wie in
7 dargestellt. Gemäß
7(a) hat die zweiphasige Düse
1 eine Flüssigkeitsdüse
5, eine Gasdüse
13 und ein äußeres Gehäuse
20. Wie in
7(a),
7(b) und
7(c) dargestellt, hat die Flüssigkeitsdüse
5 demnach einen oberen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser
5a, einen unteren Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser
5b und einen ersten Flüssigkeitskanal
10, der ihren Innenraum vertikal durchsetzt. Ein Flüssigkeitsdüsenhalter
7 ist in dem äußeren Gehäuse
20 vorgesehen, wobei der Flüssigkeitsdüsenhalter
7 aus einem Basisteil
7a und einem oberen Teil mit einem kleineren Außendurchmesser
7b, das sich von dem Basisteil
7a aus nach oben erstreckt, aufgebaut ist. Dabei ist in dem oberen Teil mit dem kleineren Außendurchmesser ein Aufnahmeraum
7c für eine zylindrische Flüssigkeitsdüse angeordnet und ein zweiter Flüssigkeitsdurchgang
8 erstreckt sich von einem Basisende des Basisteils
7a zu einem unteren Ende des Aufnahmeraums
7c für die Flüssigkeitsdüse. Der äußere Durchmesser des oberen Teils mit dem größeren Durchmesser
5a der Flüssigkeitsdüse
5 und der äußere Durchmesser des oberen Teils mit dem kleineren äußeren Durchmesser
7b des Düsenhalters
7 stimmen dabei überein.
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Der untere Teil mit dem kleineren Durchmesser 5b der Flüssigkeitsdüse 5 ist mit etwas Spiel (lose eingepasst) in den die Flüssigkeitsdüse aufnehmenden Raum 7c in den Düsenhalter 7 eingepasst, wobei eine untere Oberfläche des oberen Teils mit dem großen Durchmesser 5a der Flüssigkeitsdüse 5 auf einer obere Fläche 7b des oberen Teils mit dem kleineren äußeren Durchmesser 7b angebracht ist, die senkrecht zu dem zweiten Flüssigkeitsdurchgang 8 des Flüssigkeitsdüsenhalters 7 ist.
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Ein Flüssigkeitssprühausgang 10a ist an einem oberen Ende des ersten Flüssigkeitskanals 10 vorgesehen. Eine obere Fläche 22 der Flüssigkeitsdüse 5 verläuft senkrecht zu dem ersten Flüssigkeitsdurchgang 10, wo mehrere Vorsprunge 23, die eine kleine Höhe δ haben, angeordnet sind.
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Die Gasdüse 13 hat einen kreisförmigen Scheibenabschnitt 13a und einen hohlen kreiszylindrischen Abschnitt 13b, der von dem äußeren Rand des Kreisscheibenabschnitts 13a in die untere Richtung verlängert ist. Im Zentrum des Kreisscheibenabschnitts 13a ist ein Gasauslass 14 gebildet, wobei in einer inneren Randfläche des hohlen kreiszylindrischen Abschnitts 13b ein Innengewinde 13c gebildet ist. Die Exzentrizität einer Mittelachse 14a des Gasauslasses 14 zu einer Mittelachse 14b des ersten Flüssigkeitskanals 10 soll parallel sein und nicht mehr als 10% des Durchmessers des ersten Flüssigkeitskanals 10 betragen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass beide Achsen koaxial sind.
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An dem äußeren Rand des Düsenhalters 7 in dem äußeren Gehäuse 20 ist ein säulenartiger Aufnahmeraum 21 für den Flüssigkeitsdüsenhalter 7 vorgesehen. Das Basisteil 7a des Düsenhalters 7, das einen größeren Durchmesser hat, ist mit einem kleinen Abstand in dem Aufnahmeraum 21 für die Flüssigkeitsdüse angeordnet. Zudem befindet sich an einem oberen Rand des äußeren Gehäuses 20 ein Außengewinde 20a, das zu dem Innengewinde 13c an der Gasdüse 13a passt.
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Wie in den 8(a) und 8(b) gezeigt, wird die untere Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a auf einen Vorsprung 23 gesetzt, wenn die Gasdüse 13 mittels des Innengewindes 13c und des Außengewindes 20a an dem oberen Rand des äußeren Gehäuses 20 befestigt wird. Der Vorsprung 23 ist auf einem Teil der oberen Fläche 22 der Flüssigkeitsdüse 5 ausgebildet und hat eine kleine Höhe δ, wobei in einem Raum ohne den Vorsprung 23 ein Gasaustrittspalt 17 zwischen der oberen Fläche 22 der Flüssigkeitsdüse 5 und der unteren Fläche des Kreisscheibenabschnitts der Gasdüse 13 gebildet ist.
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Wie in 7 gezeigt, befindet sich ein Gaskanal 16, der mit dem Gasaustrittspalt 17 in Verbindung steht, zwischen einer inneren Wand des Aufnahmeraums 21 des äußeren Gehäuses 20 und dem oberen Abschnitt mit dem größeren Durchmesserteil 5a sowie zwischen der inneren Wand des die Flüssigkeitsdüse aufnehmenden Raums 21 des äußeren Gehäuses 20 und der äußeren Wand des oberen Teils 7b mit einem kleineren äußeren Durchmesser des Düsenhalters 7. An dem äußeren Rand des äußeren Gehäuses 20 ist eine Gaszuleitung 15 angeordnet, um Gas zu dem Gasauslass 14 zu leiten, die zur Mittelachse des Gasaustritts 14 geneigt ist, wobei die Gaszuleitung 15 mit dem Gaskanal 16 in Verbindung steht.
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An einem unteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 20 ist ein Flüssigkeitszuführkanal 9 integral mit dem äußeren Gehäuse 20 ausgebildet. In dem Zentrum des Flüssigkeitszuführkanals 9 ist ein dritter Flüssigkeitskanal 25 ausgebildet, der mit dem zweiten Flüssigkeitskanal 8 in Verbindung steht.
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Wie in 8 dargestellt, ist eine kreisförmige Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 in der Oberseite der Flüssigkeitsdüse 5 um die Mittelachse des Flüssigkeitssprühausgangs 10a ausgebildet, wobei der Flüssigkeitssprühausgang 10a etwas unterhalb des oberen Endes der Flüssigkeitsdüse 5 angeordnet ist. Das unter Druck stehende Gas, das durch den Gasaustrittsspalt 17 ausgestoßen wird, schneidet die unter Druck stehende Flüssigkeit, die aus dem Flüssigkeitssprühausgang 10a ausgestoßen wird, und zerstäubt die Flüssigkeit, wobei der Druck des Gases in der Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 negativ wird, so dass ein Teil des Gases zum Zerstäuben, der aus dem Gasausgang 14 der Gasdüse 13 austritt, eine turbulente Strömung um den Flüssigkeitssprühausgang 10a herum erzeugt. Da diese turbulente Strömung den Hauptflüssigkeitsstrom, der von dem Flüssigkeitssprühausgang 10a ausgestoßen wird, kreuzt und in der Flüssigkeit Wirbel erzeugt, kann man einen Nebel aus kleinen Partikeln erhalten, indem Gas mit niedrigem Druck und einer niedrigen Austrittsrate eingesetzt wird.
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Wenn die Flüssigkeit Wasser ist, das Gas Luft und, wie beispielsweise in 7 gezeigt, der Durchmesser des ersten Flüssigkeitskanals 10 (Flüssigkeitssprühausgang 10a) A = 0,6 mm, der Wasserdruck 100 kPa, der Gasdruck 90 kPa, der Durchmesser der Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 B = 1,2 mm, die Tiefe der Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 D = 0,6 mm, der Durchmesser der Gasdüse 13 C = 0,9 mm, δ = 0,06 mm, die Austrittsrate der Luft 4,9 l/min. und die Strömungsrate des Wassers 7,5 ml/min. beträgt, erhält man fein zerstäubte Partikel mit einer Größe von etwa 10 bis 30 µm).
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Durch Experimente wurde zudem festgestellt, dass es wünschenswert ist, dass C/A = 1,25 bis etwa 1,55, B/C = 1,25 bis etwa 2, und D/A = 0,2 bis etwa 1,0 beträgt.
nDie wichtigste Abmessung zum Ausgestalten des Gasaustrittsspalts 17 ist die Die wichtigste Abmessung zum Ausgestalten des Gasaustrittsspalts 17 ist die Höhe δ des kleinen Vorsprungs 23. Es ist wünschenswert, dass δ/A = 0,08 bis etwa 0,15 beträgt; dies kann aber gemäß dem Einsatzzweck bestimmt werden. Bei dem am besten veranschaulichten Fall beträgt δ 0,06 mm. Weil die Gasdüse 13 mit einer Schraube so an dem äußeren Gehäuse 20 befestigt ist, dass die untere Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a an dem Vorsprung 23 der Flüssigkeitsdüse 5 anliegt ist, hängt die Höhe δ des Gasaustrittsspalts 17, die der Mindestabstand ist, nur von der Genauigkeit der Höhe δ des Vorsprungs 23 ab. Der in der Flüssigkeitsdüse 5 ausgebildete Vorsprung 23 ist durch Gießverfahren aus Kunststoff oder maschinelle Bearbeitung von Metallen, die in der Flüssigkeitsdüse 5 verarbeitet sind, hergestellt und Präzision der Höhe δ kann leicht gewährleistet werden.
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Wenn zudem die Gasdüse 13 so befestigt ist, dass die Innenfläche der Gasdüse an dem Vorsprung 23 abgebracht ist, wird ein kleiner Abstand 27 zwischen der oberen Fläche des äußeren Gehäuses 20 und der unteren Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a der Gasdüse 13 erzeugt. Dieser keine Abstand verhindert, dass die untere Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a an das äußere Gehäuse 20 anstößt, so dass der wichtige kleine Abstand δ erhalten bleibt.
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Zudem ist eine kreisförmige Aussparung 26 an der oberen Fläche des äußeren Gehäuses 20 um den Aufnahmeraum 21 herum ausgebildet. In dem Aufnahmeraum 21 sitzt ein kreisförmiges elastisches Dichtglied 24, etwa ein O-Ring, in der runden Aussparung 26 und berührt die untere Fläche der Gasdüse 13, so dass unter Druck stehendes Gas in dem Gasdurchlass 16 abgedichtet ist.
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LISTE VON VERÖFFENTLICHUNGEN ZUM STAND DER TECHNIK
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Patentveröffentlichungen
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Patentdokument 1, Japanisches Gebrauchsmuster 3202161 Patentveröffentlichung
2,
US-Patent 10,335,811 -
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung gelöste Probleme
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Obwohl der vorstehend genannte Stand der Technik lehrt, dass der Spalt δ zwischen der Gasdüse und der Flüssigkeitsdüse, der die Größe der ausgestoßenen Partikel am Stärksten beeinflusst, leicht auf einem gewünschten Wert gehalten wird, da die Abmessungen des Spalts nur von den Herstellungstoleranzen eines einzelnen Teils 5 oder 13 abhängen, gibt es andere Faktoren, die den Wert des Spalts δ zusätzlich beeinflussen.
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Bei den in dem praktischen Beispiel gezeigten Werten sind die Abmessungen der Teile, welche die Düse und den Spalt δ bilden, klein. Der Kontaktzustand der Oberseite der Vorsprünge zu der Unterseite des Kreisscheibenabschnitts ist wichtig und es ist notwendig, bei der Herstellung und dem Zusammenbau sorgfältig zu sein. Der Einfluss von Herstellungsfehlern lässt sich trotzdem nicht vermeiden.
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Wie in 9 im Detail dargestellt, gibt es als geometrischen Elemente zum Definieren einer Oberseite der Vorsprünge der Flüssigkeitsdüse 5 acht Punkte (Punkte 1 bis 8) und vier Linien (Linien 1 bis 4), so dass der Ort der Flüssigkeitsdüse in dem zusammengebauten Zustand dadurch bestimmt wird, welche diese geometrischen Elemente die Unterseite der Kreisscheibe der Gasdüse berühren.
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Nach einem geometrischen Gesetz ist durch einen Satz von zwei parallelen Geraden eine Ebene definiert. Wenn also beispielsweise in 10a die Gerade 1 und die Gerade 2 parallel sind und ihre Höhe jeweils größer als die irgendeines anderen geometrischen Elements ist, ist eine Ebene, welche die Geraden 1 und 2 enthält, eindeutig definiert, und diese Ebene liegt an der Unterseite der Gasdüse an. Wenn es jedoch wegen eines Fertigungsfehlers eine Höhendifferenz zwischen dem Punkt 1 auf der Gerade 1 und dem Punkt 3 auf der Gerade 2 gibt, wird die Flüssigkeitsdüse geneigt montiert und das aus dem Spalt austretende Gas wird zu der Mittelachse 14a des Gasaustritts 14 unsymmetrisch. Folglich wird Nebel exzentrisch zu der Mittelachse 14a des Gasausgangs 14 versprüht.
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Bei einem anderen Beispiel, das in 10b gezeigt ist, wird die Flüssigkeitsdüse 5 ohne Neigung montiert, wenn die Gerade 1 und die Gerade 2 parallel sind und ihre Höhe größer als die von allen anderen geometrischen Elementen und die Höhe der Punkte 1 bis 4 gleich ist. Obwohl jedoch der von den Punkten 5 bis 8 gebildete Vorsprung auf der rechten Seite an dem kreisförmigen oberen Scheibenabschnitt 13a der Gasdüse 13 anliegt, hat der Vorsprung auf der rechten Seite einen Abstand zu dem oberen Scheibenabschnitt 13a. Folglich wird der eingehende Gasstrom asymmetrisch zur Mittelachse der Gasdüse und der Nebel wird exzentrisch zur Mittelachse 14a des Gasausgangs 14 versprüht. Wie in 7 dargestellt, gibt es viele geometrische Elemente, die eine Ebene definieren können, so dass das geometrische Gesetz nicht auf zwei parallele Geraden beschränkt ist. Da das Einschließen von drei Punkten (beispielsweise Punkt 1, Punkt 5 und Punkt 3) oder das Einschließen einer Gerade und eines Punktes (beispielsweise Gerade 2 und Punkt 6) ebenfalls eine Ebene definieren kann, kann somit durch Herstellungsfehler die Lage der Flüssigkeitsdüse variieren.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zweiphasige Durchflussdüse zu schaffen, bei der Variationen in der Lage der Flüssigkeitsdüse, wie vorstehend erläutert, kompensiert werden und korrektes Sprühen gewährleistet ist.
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Lösung der Probleme
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Die vorstehend erwähnten Probleme werden durch eine zweiphasige Durchflussdüse eines Aufbaus gelöst, der zu dem Aufbau gemäß Patentdokument 1 die folgenden Verbesserungen (1) bis (3) hinzufügt.
- (1) An der Oberseite der Flüssigkeitsdüse sind mehrere Vorsprünge vorgesehen, um den Gasaustrittsspalt zwischen der Oberseite der Flüssigkeitsdüse und dem Kreisscheibenabschnitt der Gasdüse zu schaffen. Die Vorsprünge sind dabei als eine zunehmend gekrümmte Fläche gebildet, deren äußerer Durchmesser von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt nach und nach zunimmt.
- (2) Die Flüssigkeitsdüse ist aus einem oberen Abschnitt mit einem größeren äußeren Durchmesser und einem unteren Abschnitt mit einem kleineren äußeren Durchmesser sowie einem Zwischenabschnitt, dessen äußerer Durchmesser von dem oberen Abschnitt bis zu dem unteren Abschnitt nach und nach reduziert wird, aufgebaut, wobei eine Seitenwand des unteren Abschnitts eine sich verjüngende Oberfläche ist, die von oben nach unten gekrümmt ist.
- (3) Ein Zwischenabschnitt der Flüssigkeitsdüse hat einen ringförmigen Versatzabschnitt, der sich von einem äußeren Rand des oberen Abschnitts mit einem größeren Durchmesser und einer vorgegebenen Länge nach innen erstreckt, und einen getragenen Abschnitt mit einer konvexen sphärischen Oberfläche, die von einem inneren Rand des kreisförmigen Versatzabschnitts zu dem unteren Abschnitt verläuft, wobei andererseits an einem oberen Abschnitt des Flüssigkeitsdüsenhalters ein zylindrischer Teil des Flüssigkeitsdüsenhalters vorgesehen ist, wobei ein oberer innerer Rand des zylindrischen Teils ein Stützteil einer konkaven sphärischen Fläche bildet, die dem gestützten Abschnitt mit der konvexen sphärischen Fläche zugewandt ist und ihn stützt.
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VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Es wird angenommen, dass die erfindungsgemäße zweiphasige Durchflussdüse den Vorteil hat, den Abstand zwischen der Gasdüse und dem oberen Abschnitt der Vorsprünge der Flüssigkeitsdüse durch eine Kompensationsfunktion der Flüssigkeitsdüse, die später näher beschrieben wird, vollständig zu eliminieren und eine Parallelität zwischen der Mittelachse des Gasausgangs der Gasdüse und der Mittelachse des Flüssigkeitssprühausgangs der Flüssigkeitsdüse zu gewährleisten, wodurch der von der Gasdüse ausgestoßene Nebel korrekt zu der Mittelachse des Gasausgangs geleitet wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine seitliche Schnittansicht der zweiphasigen Durchflussdüse dieser Erfindung.
- 2 ist eine Zeichnungen einer Flüssigkeitsdüse, die für die in 1 gezeigte zweiphasige Durchflussdüse verwendet wird, wobei (a) eine Schrägansicht und (b) eine geschnittene Seitenansicht und (c) eine Draufsicht ist.
- 3 ist eine geschnittene Seitenansicht des Flüssigkeitsdüsenhalters, der für die in 1 gezeigte zweiphasige Durchflussdüse verwendet wird.
- 4 ist eine geschnittene Seitenansicht, um den Zustand zu zeigen, in dem die in 2 gezeigte Flüssigkeitsdüse von dem in 2 gezeigten Flüssigkeitsdüsenhalter gestützt wird.
- 5 ist eine geschnittene Seitenansicht der zweiphasigen Durchflussdüse, die in 1 gezeigt ist, wobei die Hauptteile vergrößert dargestellt sind.
- 6 ist eine geschnittene Seitenansicht, um die Funktion der Kompensation bei dieser Erfindung zu erläutern, wobei die Hauptteile vergrößert dargestellt sind.
- 7 ist eine Zeichnung, um einen herkömmlichen Aufbau zum Ausbilden von feinen Blasen durch eine zweiphasige Durchflussdüse zu erläutern.
- 8 ist eine Zeichnung, um einen herkömmlichen Aufbau zum Erzeugen feiner Blasen mittels einer zweiphasigen Strömung zu erläutern, wobei (b) in 8 eine Schnittansicht entlang der Linie M-M in 8 (a) ist.
- 9 ist eine Zeichnung zur Erläuterung eines Aufbaus einer herkömmlichen Flüssigkeitsdüse zum Erzeugen von feinen Blasen durch zweiphasige Strömung.
- 10 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Probleme des herkömmlichen Aufbaus zum Erzeugen feiner Blasen durch eine zweiphasige Strömung.
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BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Eine erfindungsgemäße zweiphasige Durchflussdüse wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei Namen und Symbole für die Teile oder die Materialien, die dieselbe Funktion wie in dem in den 7 bis 10 gezeigten Stand der Technik haben, dieselben sind, wie in dem Stand der Technik 1.
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1 ist eine geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen zweiphasigen Durchflussdüse und 5 ist eine vergrößerte Ansicht ihrer wesentlichen Teile. 2 ist eine Zeichnung einer Flüssigkeitsdüse, die für die in 1 gezeigte zweiphasige Durchflussdüse verwendet wird, wobei (a) eine Seitenansicht und (b) eine geschnittene Seitenansicht und (c) eine Draufsicht ist.
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Die in 1 gezeigte zweiphasige Durchflussdüse 1 weist eine Flüssigkeitsdüse 5 und ein äußeres Gehäuse 20 auf. Die Flüssigkeitsdüse 5 ist als eine zunehmend gekrümmte Fläche gebildet, die einen oberen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser 5a und einen unteren Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser 5b sowie ein Zwischenabschnitt 51, der einen von dem oberen Abschnitt zu dem unteren Abschnitt hin nach und nach abnehmenden äußeren Durchmesser hat, aufweist, wobei eine Seitenwand des unteren Abschnitts eine verjüngte Fläche ist, die von oben nach unten gekrümmt ist. Ein erster Flüssigkeitskanal 10 durchsetzt die Flüssigkeitsdüse vertikal. In dem äußeren Gehäuse 20 erstreckt sich vertikal von einer vorgegebenen Position zu einer oberen Fläche hin ein säulenartiger Aufnahmeraum 21 zum Aufnehmen des Flüssigkeitsdüsenhalters. In diesem Aufnahmeraum 21 für den Flüssigkeitsdüsenhalter ist ein Düsenhalter 7 angeordnet, wobei der Flüssigkeitsdüsenhalter 7 integral mit oder unabhängig von dem äußeren Gehäuse vorgesehen sein kann und, wie in 3 gezeigt, mit einem Entwicklungskörper versehen ist, der eine Entwicklungsachse Y aufweist. Dabei ist an dem unteren Abschnitt des Düsenhalters ein Bodenteil 7a, das einen äußeren Durchmesser hat, der passend zu dem säulenartigen Aufnahmeraum 21 ist, vorgesehen, wo ein oberer Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser 7b, der sich von dem Bodenteil zu einem Zwischenabschnitt des Aufnahmeraums für den Flüssigkeitsdüsenhalter erstreckt, vorgesehen ist. Ein oberer Abschnitt des kleineren Durchmessers ist dort ein zylindrisches Teil des Düsenhalters 7e mit einem offenen oberen Ende, in das ein Aufnahmeraum 7c für die Flüssigkeitsdüse, in den das Bodenteil eines äußeren Rands mit einem kleineren äußeren Durchmesser gleitend eingepasst ist, wobei ein zweiter Flüssigkeitskanal 8, der von dem Boden des Bodenteils 7a zu dem Boden des Aufnahmeraums 7c der Flüssigkeitsdüse verläuft, vorgesehen ist. Dabei stimmt ein Durchmesser des oberen größeren Teils 5a mit dem Durchmesser des unteren kleineren Durchmesserteils 7b überein.
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Das kleine Durchmesserteil 5b der Flüssigkeitsdüse 5 ist mit einem kleinen Abstand in dem Aufnahmeraum der Flüssigkeitsdüse 7c angeordnet.
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Wie in 2(b) dargestellt, hat der Zwischenabschnitt 51 einen umlaufenden Versatzabschnitt 51a, der sich ausgehend von einem äußeren Rand des oberen Abschnitts mit einem größeren Durchmesser und einer vorgegebenen Länge nach innen erstreckt, sowie einen gestützten Abschnitt 51b mit einer konvexen sphärischen Fläche, die sich von einem inneren Rand des ringförmigen Versatzabschnitts bis zu dem unteren Abschnitt erstreckt, wobei andererseits ein oberer innerer Rand 7f des zylindrischen Teils 7e des Flüssigkeitsdüsenhalters, wie in 3 gezeigt, ein Stützteil 7f einer konkaven sphärischen Fläche bildet, die dem unterstützten Abschnitt mit der konvexen sphärischen Fläche zugewandt ist und ihn stützt. Wenn die Flüssigkeitsdüse 5 in dem Aufnahmeraum der Flüssigkeitsdüse 7c installiert ist, kontaktiert dadurch die konvexe sphärische Fläche des unterstützten Abschnitts 51b die konkave sphärische Fläche des stützenden Teils 7f des Flüssigkeitsdüsenhalters 7. Die Flüssigkeitsdüse 5 ist neigungsfrei zur Mittelachse des Aufnahmeraums 7c der zylindrischen Flüssigkeitsdüse angeordnet, weil beide Kontaktflächen sphärisch sind.
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Die konvexe sphärische Fläche des gestützten Abschnitts 51b ist als Teil einer sphärischen Fläche ausgebildet, die einen zentralen Punkt P auf der Achse x der Flüssigkeitsdüse 5 hat, oberhalb von dem unterstützten Abschnitt 51b angeordnet ist und einen Radius Ra hat, wobei andererseits die konkave sphärische Fläche des stützenden Teils 7f als ein Teil einer sphärischen Fläche gebildet ist, die einen zentralen Punkt Q auf der Achse y des Flüssigkeitsdüsenhalters 7 hat, der oberhalb von dem stützenden Abschnitt 7f angeordnet ist, oberhalb von dem stützenden Abschnitt 7f angeordnet ist und einen Radius Rb hat, wobei es wünschenswert ist, dass Ra = (0,96-0,99) Rb.
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Die Gründe warum die gestützte Fläche des gestützten Abschnitts 51b eine konvexe sphärische Fläche ist und die stützende Fläche des stützenden Abschnitts 7f eine konkave sphärische Fläche, sind folgendermaßen. Die zweiphasige Durchflussdüse der vorliegenden Erfindung ist in der Regel ein Kunststoffformteil. Beim Gießen von Kunststoffen treten Probleme auf, die „Einfallstelle“ und „Hohlraum“ genannt werden. „Einfallstelle“ ist ein Phänomen, durch das eine Oberfläche eines Plastikformteils durch Schrumpfung etwas ausgehöhlt wird. Andererseits wird das Phänomen einer Luftblase (Hohlraum) in dem Formteil als Hohlraum bezeichnet. Es gibt Fälle, in denen die Qualität eines Formteils, das äußerlich akzeptabel erscheint, mangelhaft ist. Es gibt Fälle, in denen sich an der Oberfläche des Formteils keine Einfallstelle zeigt, aber manchmal eine Luftblase (Hohlraum) im Inneren des Formteils auftritt. Das ist ein Hohlraum. Sowohl Einfallstelle als auch Hohlraum sind Phänomene einer abnormalen Schrumpfung beim Abkühlen und Verfestigen eines Plastikformteils. Die Einfallstelle tritt auf, wenn sich ein dickes Teil und ein dünnes Teil berühren und der Dickenunterschied so groß ist, dass sich die Kühl- und Verfestigungsgeschwindigkeiten jeweils beeinflussen. Wenn der gestützte Abschnitt eine konkave Form hat, tritt eine große Dickenänderung auf, was im Hinblick auf Einfallstellen unvorteilhaft ist. Da sich Spannungen leicht an der Stelle konzentrieren können, an der ein dickes Teil und ein dünnes Teil verbunden sind, wenn das verbundene Teil ein konkaves Teil zum Stützen eines konvexen Teils ist, ist es einfach, einen Druck aufzunehmen und eine Einfallstelle oder einen Bruch zu erzeugen, obwohl es nur ein Montagezustand ist. Die erfindungsgemäße zweiphasige Durchflussdüse wird oft aus Kunststoff herstellt und diese Tendenz wird groß, insbesondere wenn eine Einfallstelle oder ein Hohlraum in einem Produkt auftreten.
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Ein Flüssigkeitssprühausgang 10a ist an einem oberen Ende des ersten Flüssigkeitskanals 10 der Flüssigkeitsdüse 5 ausgebildet, wo drei Arme 22a, die sich in radialer Richtung von dem oberen Endteil nach außen erstrecken, in gleichem Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind. Eine obere Fläche 22 des oberen Abschnitts mit dem großen äußeren Durchmesser einschließlich der Arme 22a ist dort eine Ebene, die senkrecht zu dem ersten Flüssigkeitskanal 10 verläuft, wobei an der oberen Fläche der drei Arme 22a, die Teil der oberen Fläche 22 ist, mehrere Vorsprünge 230 vorgesehen sind, um den Gasaustrittsspalt zwischen der oberen Fläche der Flüssigkeitsdüse und dem Kreisscheibenabschnitt der Gasdüse zu bilden. Die Vorsprünge sind dort als eine zunehmend gekrümmte Fläche ausgebildet, die einen äußeren Durchmesser hat, der sich nach und nach von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt vergrößert, insbesondere eine halbkugelförmige Fläche, und es ist wünschenswert, dass drei Vorsprünge zusammen mit den Armen vorgesehen sind. Um ein Drehmoment für eine automatische Korrektur, die für eine später erläuterte korrekte Anordnung der Flüssigkeitsdüse sehr wesentlich ist, zu erzeugen, ist es wünschenswert, den Ort der Vorsprünge von der Mittelachse zu separieren. Eine Möglichkeit dies zu erreichen, besteht darin, den Durchmesser der Flüssigkeitsdüse 5 groß zu machen, aber der Durchmesser des äußeren Gehäuses 20 muss groß sein, um die Querschnittsfläche des Gaskanals um die Flüssigkeitsdüse 5 zu gewährleisten, und dann werden die Abmessungen der gesamten Düse groß. Um andererseits die Position der Vorsprünge soweit wie möglich von der Mittelachse entfernt zu halten, werden die Arme installiert, wobei der Durchmesser des oberen Abschnitts mit dem großen Durchmesser 5a der Düse 5 nicht geändert wird oder sogar kleiner gemacht wird.
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An einem oberen Abschnitt des äußeren Gehäuses 20 ist eine Gasdüse 13 vorgesehen. Die Gasdüse hat einen Kreisscheibenabschnitt 13a und einen zylindrischen Körper 13b, der von dem Rand des Kreisscheibenabschnitts 13a nach unten verlängert ist. Im Zentrum des Kreisscheibenabschnitts 13a ist ein Gasausauslass 14 mit einer Mittelachse gebildet, die koaxial zu der Mittelachse 14a ist. An der inneren Wand des zylindrischen Körpers 13b ist ein Innengewinde 13c ausgebildet. Andererseits ist zudem an der oberen äußeren Umfangswand des äußeren Gehäuses 20 ein Außengewinde 20a ausgebildet, die zu dem Innengewinde 13c passt. Die Mittelachse 14a des Gasauslasses 14 ist parallel zu der Mittelachse 10b des ersten Flüssigkeitskanals 10 und die Exzentrizität der Mittelachse des Gasauslasses 14 zu der Mittelachse des ersten Flüssigkeitskanals 10 sollte nicht mehr als 10% des Durchmessers des ersten Flüssigkeitskanals 10 betragen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass beide Achsen koaxial sind.
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Wenn die Gasdüse 13 mit dem Innengewinde 13c und dem Außengewinde 20a an dem oberen Abschnitt des äußeren Gehäuses 20 befestigt wird, wird, wie in den 1, 2 und 5 gezeigt, die untere Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a der Gasdüse 13 auf einen Vorsprung 230 gesetzt, der auf einem Teil der Oberseite 22 der Flüssigkeitsdüse 5 ausgebildet ist und eine kleine Höhe δ hat, wodurch ein Gasaustrittsspalt 17 in einem Raum ohne den Vorsprung 230 zwischen der Oberseite 22 der Flüssigkeitsdüse 5 und der Unterseite der Gasdüse 13 gebildet wird.
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Wie in 1 gezeigt, wird ein Gaskanal 16 zwischen der inneren Wand des Aufnahmeraums 21 des äußeren Gehäuses 20 und der äußeren Wand des oberen Abschnitts mit dem größeren Durchmesser 5a der Flüssigkeitsdüse 5 sowie zwischen der inneren Wand des Aufnahmeraums 21 des äußeren Gehäuses 20 und der oberen Wand des oberen Abschnitts mit einem kleineren Durchmesser 7b des Düsenhalters 7 gebildet, um zu dem Gasaustrittsspalt 17 zu führen. An dem äußeren Rand des äußeren Gehäuses 20 ist eine Gaszuführleitung 15, die mit dem Gaskanal 16 in Verbindung steht, vorgesehen, um Gas unter Neigung zu der Mittelachse des flüssigen Sprühausgangs 10 zu dem Flüssigkeitssprühausgang 10a führen.
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An einem unteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 20 ist ein Flüssigkeitszuführkanal 9 integral mit dem äußeren Gehäuse 20 ausgebildet. Im Zentrum des Flüssigkeitszuführkanals 9 ist ein dritter Flüssigkeitskanal 25 ausgebildet.
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Wie in 2 dargestellt, ist eine kreisförmige Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 an der Oberseite der Flüssigkeitsdüse 5 um die Mittelachse des Flüssigkeitssprühausgangs 10a herum ausgebildet. Der Flüssigkeitssprühausgang 10a ist dabei etwas unterhalb von dem oberen Endes der Flüssigkeitsdüse 5 angeordnet. Das unter Druck stehende Gas, das durch den Gasaustrittsspalt 17 austritt, schneidet die unter Druck stehende Flüssigkeit, die aus dem Flüssigkeitssprühausgang 10a austritt, und zerstäubt die Flüssigkeit, wobei der Druck des Gases in der Flüssigkeitsdüsenaussparung 12 negativ wird, sodass ein Teil des zu zerstäubenden Gases, das aus dem Gasausgang 14 der Gasdüse 13 austritt, eine turbulente Strömung um den Flüssigkeitssprühausgang 10a erzeugt. Da diese turbulente Strömung die Hauptflüssigkeitsströmung, die aus dem Flüssigkeitssprühausgang 10a austritt, kreuzt und in der Flüssigkeit Turbulenzen erzeugt, kann ein Nebel aus feinen Partikeln durch Einsatz von Gas unter niedrigem Druck und einer geringen Austrittsrate erhalten werden.
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Wie in 4 gezeigt, werden zu Beginn der Befestigung der Gasdüse 13 ein Teil oder alle drei Vorsprünge 230 mit sphärischer Oberfläche an die Unterseite des Kreisscheibenabschnitts 13a gebracht. Wenn die Gasdüse 13 angezogen wird, wird eine Befestigungskraft P an einem Kontaktpunkt der Unterseite des Kreisscheibenabschnitts 13a und den Vorsprüngen erzeugt. Nimmt man an, dass der Abstand zwischen dem Kontaktpunkt und der Mittelachse des Aufnahmeraums 7c für die Flüssigkeitsdüse a ist, wird ein Drehmoment Pxa auf die Flüssigkeitsdüse 5 ausgeübt und die Düse dreht sich in die Richtung N. Da die Vorsprünge drei sphärische Flächen haben, berühren die drei sphärischen Flächen die untere Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a und die Drehung der Flüssigkeitsdüse endet wegen eines geometrischen Gesetzes, dass drei Punkte eine Ebene definieren. Wenn somit die Flüssigkeitsdüse 5 installiert ist, ist sie wegen der korrigierenden Wirkung wie vorstehend beschrieben in einer korrekten Position fixiert, und der kleine Spalt δ ist gewährleistet.
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Wenn die Gasdüse 13 befestigt wird, sodass die untere Fläche der Gasdüse an dem Vorsprung 230 anliegt, entsteht, wie zudem in 5 dargestellt, ein kleiner Abstand 27 zwischen der oberen Fläche des äußeren Gehäuses 20 und der unteren Fläche des Kreisscheibenabschnitts 13a der Gasdüse 13. Dieser kleine Abstand verhindert, dass die Unterseite des Kreisscheibenabschnitts 13a das äußere Gehäuse berührt, sodass der wichtige kleine Abstand δ erhalten bleibt.
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Zudem ist eine kreisförmige Aussparung 26 in der Oberseite des äußeren Gehäuses 20 um den Aufnahmeraum 21 herum ausgebildet, wobei ein kreisförmiges elastisches Dichtglied 24, wie etwa ein O-Ring, in der kreisförmigen Aussparung 26 angeordnet ist und Kontakt zu der Unterseite der Gasdüse 13 hat, sodass unter Druck stehendes Gas in dem Gaskanal 16 durch die elastische Rückstellkraft des O-Rings abgedichtet ist.
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Es ist wünschenswert, dass dieser O-Ring 24 aus einem gummiharten Material oder einem harzartig harten Material oder solchen Verbundmaterialien hergestellt ist. Beispielsweise Nitrilkautschuk, Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Polyurethankautschuk und BUCHIRUGOMO, etc. können als gummiharte Materialen verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zweiphasige Durchflussdüse
- 5
- Flüssigkeitsdüse
- 7
- Flüssigkeitsdüsenhalter
- 8
- zweiter Flüssigkeitskanal
- 9
- Flüssigkeitszuführkanal
- 10
- erster Flüssigkeitskanal
- 10a
- Flüssigkeitssprühausgang
- 12
- Sprühdüsenaussparung
- 13
- Gasdüse
- 14
- Gasausgang
- 15
- Gaszuführleitung
- 16
- Gaskanal
- 17
- Gasaustrittsspalt
- 20
- äußeres Gehäuse
- 22
- Oberseite der Flüssigkeitsdüse
- 230
- Vorsprünge mit halbkugeliger Oberfläche
- 24
- O-Ring
- 25
- dritter Flüssigkeitskanal
- 26
- ringförmige Aussparung
- 27
- kleiner Abstand
- 51
- Zwischenabschnitt
- 71
- oberer innerer und Außenrand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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