DE2428268A1

DE2428268A1 - Verfahren und vorrichtung zum verspruehen eines in einzelne tropfen zerrissenen, kegelfoermigen fluessigkeitsstrahls

Info

Publication number: DE2428268A1
Application number: DE19742428268
Authority: DE
Inventors: Richard B Kelley; Richard B Ravitts; Clark B Rose
Original assignee: Richards of Rockford Inc
Current assignee: Richards of Rockford Inc
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1975-01-09
Also published as: AU476616B2; ES427338A1; NL7407972A; ES434169A1; FR2233103A2; IT1047042B; CA1020201A; JPS5037016A; IL45001A0; FR2233103B2; ES434174A1; GB1461439A; AU7004274A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen eines in einzelne Tropfen zerrissenen, kegelförmigen Flüssigkeitsstrahls.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versprühen eines kegelförmigen Flüssigkeitsstrahls unter Optimierung der Größe und Zahl von Tropfen in die Atmosphäre.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung des Gegenstandes des US-Patents 3 771 724 und beschäftigt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigkeiten, das bzw. die zum Kühlen, Belüften, Kondensieren, Befeuchten oder Abstreifen von gelösten oder mitgerissenen bzw. mitgeführten Gasen verwendbar ist . Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Wasser unter Optimierung des Größenbereichs und der Anzahl der Tropfen in einem Wasserstrahl, der Bahn und des Verhältnisses von Staudruck zu statischem Druck, um den maximalen Wärmeübergang ohne nachteilige Zerteilung bzw. Atomisierung, die einen Nebel hervorruft, der abtreibt, zu verbessern.

Die Notwendigkeit zum Kühlen, Belüften, Kondensieren, Befeuchten oder Abstreifen von gelösten oder mitgerissenen Gasen von Flüssigkeiten ist bekannt. Die dringende Notwendigkeit des Kühleris großer Wasservolumina in elektrische Nutzenergie erzeugenden Werken, industriellen Kondensier- oder Kühlanlagen und

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kommerziellen und industriellen Klimaanlagen ist ebenfalls bekannt. Die zunehmende Nuklearenergie-Industrie insbesondere muß sich derzeitig mit dem Problem auseinandersetzen, große Wassermengen zu kühlen, um die Temperatur der thermischen Abgabe aus den ErzeugungsStationen aus insbesondere ökologischen Gründen zu verringern.

Kühltürme bringen zwar häufig hinsichtlich einiger Kühlprobleme eine zufriedenstellende Lösung, es gibt jedoch viele Bedingungen, unter denen die Notwendigkeit großvolumiger Kühlung darauf hindeutet, daß Kühlen durch Sprühen ökonomisch wünschenswert und eine technisch gangbare Lösung ist.

Bei Wasserkühlung durch Sprühen wird das Kühlen in großem Ausmaß durch Verdampfung genannte Massenüberrührung bewirkt. Der Wärmeaustausch selbst zwischen der hupt und dem Wasser wird als Wärmeübergang bezeichnet. Der gesamte Wärmeübergang ist eine Funktion der Wasseroberfläche," mit der die Luft in Berührung kommen kann, der Feuchtigkeit und der Temperatur der in Berührung kommenden Luft und der Temperatur des Wassers.

Das gesamte Ausmaß, in dem Wärme einem Wasserteilchen durch Wärmeübergang selbst und Massenüberführung entzogen wird, wird durch die folgende Formel gegeben:

Qt = Hi₄(V*) - Vd

CL α Maß bzw. Menge, in der Wärme durch Wärme- und Massenüberführung entzogen wird, kcal/Std.

h = Wärme-Übergangskoeffizient (ccal/Std. · τη · ⁰C)

= Übergangsfläche der Wassertropfen fm) T = Temperatur der Viassertropfen (⁰C)

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T = Temperatur der Umgebungsluft (°C)

K = Massenübertragungskoeffizient (kg H₂0/Std;m. Triebkraft bei Einheitsfeuchtigkeit auf Massenbasis)

- = Feuchtigkeit gesättigter Luft bei Sprühtemperatur (T_w). teg-" H₂0/kg. Trockenluft)

= Feuchtigkeit gesättigter Luft bei Temperatur der Umgebungsluft (T_w), (kg H₂OAg Trockenluft)

H- == latente Verdampfungs-wärme von Wasser bei Sprühtemperatur (T );(kcal/kg)

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß das Ausmaß, in dem Wasserteilchen Wärme entzogen wird, direkt proportional zur Oberfläche der Teilchen ist.

Aus dem Obigen ist offensichtlich, daß bei einer Sprühvorrichtung, die in erster Linie eine Wasserschicht erzeugt, ein geringerer Wärmeübergang stattfindet als bei einer Sprühvorrichtung, die Tropfen erzeugt. Eine größere Anzahl von Tropfen und deshalb kleinere Abmessungen der Tropfen führen zur größten Oberfläche und deshalb zum größten Ausmaß des Wärmeübergangs .(Wärmefluß). Auf der anderen Seite aber wird bei sehr kleinen Wärmetropf en Nebel erzeugt, der abtreiben kann, Beschädigungen der Umgebungsflächen verursachen kann und nachteilige ökologische Störungen hervorrufen kann. Sprühvorrichtungen für Salzwasser sind möglicherweise gefährlich, weil abgetriebener Nebel besonders schwere Schaden hervorrufen kann. Wasser in Nebelform vermindert' die Kühlwirksamkeit auch deshalb, weil dem System kaltes Wasser verlorengeht.

Sprühvorrichtungen können vorteilhafterweise verwendet werden, um Wasser zu belüften, damit ein Stillstand verhindert wird, den Sauerstoffgehalt von Wasser anzureichern, Luft zu befeuchten oder gelöste oder mitgeführte Gase von Wasser oder Flüssigkeiten abzustreifen bzw. zu entfernen. In jeder der

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geschilderten Anwendungen ist die Tropfengröße im Strahl bezüglich der Wirksamkeit der Vorrichtung wichtig.

Bisher wurde bereits eine Vielzahl verschiedener Sprühdüsen zum Zerteilen von Flüssigkeiten verwendet. Die Sprühdüsen können folgendermaßen eingeteilt werden: Mechanische Wirbeldüsen, Druckdüsen bzw. Staurohre und Gaszerteilungsdüsen. Bestimmte besondere Düsen sind Kombinationen der geschilderten, beispielsweise eine Kombination aus einer Gaszerteilung und einer wirbelnden mechanischen Zerteilung. Eine Ausführungsform einer mechanischen Wirbeldüse zum Kühlen von Wasser ist in der US-PS 3 416 729 beschrieben. Die gewöhnliche Druckdüse zum Zerteilen weist eine Spirale auf, durch die Wasser mit hoher Geschwindigkeit durchtritt. Wenn das Wasser die Öffnung verläßt, zerreißt die Zentrifugalkraft das Wasser und zerteilt es in die vielen Tropfen des Strahls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der ein verbesserter Flüssigkeitsstrahl geschaffen werden kann, der in einer Sprüheinheit verwendbar ist, mit der ein Wärme-, Luft-, Wasseroder Gasübertritt in oder aus einer Flüssigkeit erreicht werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß an einem umgekehrten kegelförmigen Wandteil stromaufwärts einer Düsenöffnung eine kegelförmige Schicht aus unter Druck stehender Flüssigkeit gebildet wird» daß die kegelförmige Flüssigkeitsschicht längs des kegelförmigen Wandteils jenseits der Düsenöffnung in die Atmosphäre geleitet wird, daß stromaufwärts der Düsenöffnung eine zylindrische Fläche aus unter Druck stehender Flüssigkeit gebildet wird, daß die kegelförmige und die zylindrische Flüssigkeitsschicht relativ zu ihrem Durchmesser dünn sind, daß die zylindrische Flüssigkeitsschicht an einer Stelle derart auf die kegelförmige Flüssigkeitsschicht geleitet wird, daß sie die kegelförmige Flüssigkeitsschicht eine kurze Strecke bevor die kegelförmige Flüssigkeitsschicht das kegelförmige Wandteil verläßt, schneidet, und daß die kegelförmige und zylindrische Flüssigkeitsschiht relative Drucke

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und Mengen aufweisen, bei denen die resultierende Strömung bei ihrem Vorstoß in die Atmosphäre unstabil ist und in Tropfen zerreißt. .

Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, daß Tropfen jedes ■ gewünschtenGrößenbereichs und in gewünschter Anzahl erzeugt werden, indem auf einer Seite einer Düsenöffnung eine Flüssigkeitsschicht erzeugt wird, die von zumindest einer weiteren Flüssigkeitsschicht gegen eine Wand zerteilt wird, bevor die resultierende Flüssigkeitsströmung abgegeben wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung verlassen zwei flüssige Schichten die Düsenöffnung mit einem vorbestimmten, zwischen ihnen eingeschlossenen spitzen Winkel; die eine Schicht trifft an einer Wand außerhalb der Öffnung auf die andere Schicht. Die Geschwindigkeiten und die winkelige Beziehung zwischen diesen beiden Schichten bewirken, daß die resultierende Flüssigkeitsströmung sich in vorhersehbarer Weise zerteilt, was zu einzelnen Tropfen in einem vorherbestimmbaren mittleren Größenbereich und mit vorherbestimmbarer mittlerer Anzahl führt. Die Tropfen werden bis in eine vorbestimmte Höhe in die Atmosphäre in einer Bahn geschleudert, die eine optimale Lebensdauer, eine minimale Vereinigung der Tropfen und eine minimale Windabtrift mit sich bringt» ,

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die radiale Weite der öffnung wahlweise einstellbar, so daß erforderlichenfalls die Dicke der entstehenden Flüssigkeitsströmung, die die öffnung verläßt,, verändert werden kann. Auf diese Weise kann die radiale Weite der die öffnung verlassenden Wasserströmung verringert werden, so daß der statische Druck aus einer Pumpe oder Energiequelle erhöht wird; umgekehrt kann die radiale Weite der öffnung erhöht werden, um die Höhe des Strahls und den Durchmesser des Sprühfeldes zu verringern, wodurch die Strömungsmenge oder der Staudruck von der Pumpe oder Energiequelle her vergrößat wird.

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In einer derzeitigen Ausführungsform der Erfindung wird an einer umgekehrten kegelförmigen Viand eine kegelförmige Flüssigkeitsschicht gebildet, die an der kegelförmigen Wand von einer zylindrischen Flüssigkeitsschicht geschnitten wird, so daß ein ! resultierender kegelförmiger Strahl entsteht, der sich bei I seiner nach oben erfolgenden Abgabe in die Atmosphäre in Tropfen j zerteilt.

ί In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Düse an j

der Sprüheinheit als eine selbständige Baugruppe mit einer eigenen ■ Pumpe verwendbar, die von einem Auftriebsschwimmkörper getragen wird, der an erwünschter Stelle oder zusammen mit anderen Einheiten einer Gruppe in einem Kanal, Teich, See oder Tank verankert ist. Die Düse kann aber gleich vorteilhaft mit Sprüheinheiten mit ortsfesten Halterungen, wie beispielsweise eine

©insr * / Pier, ei?PGerüst oder/an Stützen angeordneten Her verwendet werden. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine Pumpeinheit von der Sprüheinheit entfernt anzubringen.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse eine verbesserte Tropfengröße im Sprühstrahl erreicht wird, wodurch dLe Wirtschaftlichkeit des Übergangs von Wärme und/oder Wasserdampfes in die umgebende Atmosphäre verbessert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit der Sprühvorrichtung die Bahn des Strahls gesteuert werden kann und/oder durch Steuerung des Verhältnisses des Staudrucks zum statischen Druck an der Öffnung die Energie optimiert werden kann.

Unter Umgebungsbedingungen mit vorwiegend hohen atmosphärischen Winden und mit der Möglichkeit unerwünschter Belegungen des Umgebungsgebietes durch die Windtrift oder Verlusten des Strahls ist es erforderlich, die Nebel-bzw. Dunstbildung zu minimalisieren. Entsprechend liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß die erfindungsgemäße Sprühvorrichtung nur minimale Nebeltrif tverluste erleidet und desweiteren

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mit unterschiedlichen Nebeltriftverlusten eingestellt werden kann, wobei das Verhältnis des statischen Druckes zum Staudruck, die von der Pumpe oder Energiequelle her zur Verfügung stehen, optimiert wird, wodurch die Eigenschaften der Sprüheinheit in Bezug auf bestehende Bedingungen optimiert werden und ein maximaler Übergang von Wärme und/oder Wasserdampf zur Atmosphäre erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Sprühdüse zerteilt die von der Düse abgegebene Flüssigkeit und verursacht deren Zerreißen in zahlreiche Tropfen in einem Größenbereich, mit dem der optimale Wärmeübergang verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Düse bzw. die Sprühvorrichtung ist besonders gut zum Versprühen von großen Flüssigkeitsmengen mit hoher Strömungsrate geeignet.

Die Kosten der Kühlung, Belüftung, Kondensierung, Befeuchtung oder des Abstreifens mitgeführter Gase aus Flüssigkeiten werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung vermindert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Darstellungenbeispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Düse,

~ Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer Düse zur Erzeugung eines kegelförmigen Strahls,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht, einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie als schwimmende Sprüheinheit verwendet wird,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die schwimmende Sprüheinheit gemäß Fig. 3 mit einigen Teilen in Seitenansicht,

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Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht der Düse der Sprüheinheit gemäß den Fig. 3 und 4,

Fig. 7 eine abgeänderte Ausführungsform einer Sprühvorrichtung,

Fig. 8 eine nochmals abgewandelte Ausfuhrungsform einer Sprühvorri chtung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird unter Druck stehende Flüssigkeit einer Düsenöffnung 10 zugeführt, aus der sie bei ihrer Leitung längs der Oberfläche eines Wandteils 11 in die Atmosphäre geschleudert wird. Das Wandteil 11 erstreckt sich von einem Einlaßende 15 zu einem Auslaßende 17, wobei das letztere an einer Stelle stromabwärts der Öffnung 10 endet. Das Einlaßende 15 befindet sich in einer Entfernung stromaufwärts der Düse 10, die genügend groß ist, damit längs des Wandteils 11 eine Flüssigkeitsschicht A einheitlicher Richtung erzeugt wird, die neben dem Wandteil 11 laminar ist und an der Außenseite des Wandteils 11 stromabwärts der Öffnung 10 zugeführt wird. Zum Erzeugen einer zweiten Flüssigkeitsschicht B einheitlicher Richtung längs eines Wandteils 12 ist ein zweites Wandteil 12 vorhanden; die zweite Flüssigkeitsschicht B ist neben dem Wandteil 12 laminar und wird von dem zweiten Wandteil 12 derart geleitet, daß sie sich längs des Wandteils 11 außerhalb der Düsenöffnung 10 und vor dem AusLaßende 17 mit der ersten Schicht A schneidet. Die entstehende Flüssigkeitsströmung C, die aus den sich schneidenden Flüssigkeitsschichten A und B gebildet wird, ist turbulent und unstabil und zerreißt und zerteilt sich bei ihrer Abgabe in die Atmosphäre in Tropfen.

Das zweite Wandteil 12 weist ein Einlaßende 14 und ein Auslaßende 16 auf, wobei das letztere vom Wandteil 11 entfernt ist, um die Düsenöffnung 10 zu bilden. Das Auslaßende des Wandteils 12 ist derart entfernt und angeordnet, daß sich die beiden Flüssigkeitsschichten A und B innerhalb der Erstreckung des

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Wandteils 11 zwischen dessen Einlaßende 15 und dessen Abgabeende 17 schneiden.

■ Die Entfernung zwischen dem Auslaßende 16 des VTandteils 12 und dem Wandteil. 11 ist längs des Umfangsrandes des Auslaßendes 16 im wesentlichen konstant, kann aber wahlfrei eingestellt werden, um die Dicke der entstehenden Flüssigkeitsschicht C zu verändern und die Tropfengröße zu variieren, wie im weiteren genauer erläutert werden wird. Das Auslaßende 16 des Wandteils 12 ist vom Wandteil 11 derart entfernt, daß die Gesamtfläche der DUsenöffnüng 10 kleiner ist als die Zufuhrleitung, damit an der Düsenöffnung eine vorbestimmte Erhöhung des Staudrucks der Flüssigkeit relativ zum statischen Druck entsteht.

Das Wandteil 12 bildet nLt der Parallelen zum Wandteil 11 einen spitzen Winkel, so daß die Flüssigkeitsschicht am Wandteil 12 die Flüssigkeitsschicht am Wandteil 11 in einem spitzen Winkel schneidet. Der spitze Winkel zwischen dem Wandteil 12 und dem Wandteil 11 ist mit 30° dargestellt, kann aber zwischen 10° und 80° liegen. Die Öffnung zwischen den Wandteilen 11 und 12 bildet normalerweise eine Vena contracta in der abgegebenen Strömung.

Das Wandteil 11 erstreckt sich wenigstens über eine Stelle hinaus, die der Innenoberfläche des Wandteils 12 entspräche, wenn sich das letztere bis über die öffnung 10 hinauserstrecken würde. Das Wandteil 11 bildet dadurch eine Schnittfläche für die beiden Flüssigkeitsschichten und führt die Bahn des austretenden Strahls wirksam. Es hat sich herausgestellt, daß ein Großteil der in der erfindungsgemäßen Düse erzeugten Tropfen eine Größe im Bereich zwischen etwa 6 und 18 ram aufweist. Weiter hat sich herausgestellt, daß der in der erfindungsgemäßen Düse erzeugte Strahl im wesentlichen frei von Tropfen mit einer Größe kleiner etwa 30 Mikron ist, die einen Nebel erzeugen, der abtreiben kann.

In Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse schematisch dargestellt. Das Wandteil 11 ist die Wand eines umgekehrten bzw. auf der Spitze stehenden rechten Kegels 19, Der Kegel 19 kann abgeschnitten oder stumpfförmig,

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wie dargestellt,sein. Die kegelige Wand 11 des Kegels 19 erstreckt sich vom Scheitel oder Einlaßende 15 zur Basis oder das Abgabeende 17, wobei das letztere in einem Kreis mit einer plötzlichen bzw. scharfen Kante endet, die stromabwärts der Düsenöffnung 10 angeordnet ist. Das Einlaßende 15 des Kegels befindet sich in einer Entfernung stromaufwärts der Düsenöffnung 10, die genügend groß zur -Erzeugung einer kegelförmigen Flüssigkeitsschicht A längs der kegelförmigen Wand 11 ist, wobei die kegelförmige Flüssigkeitsschicht neben der Wand laminar ist und an der Außenseite der Wand zur Düsenöffnung 10 geleitet wird. Zum Erzeugen einer rohrförmigen oder hülsenförmigen Flüssigkeitsschicht B längs des Wandteils 12 ist ein ro'hrförmiges, die Flüssigkeit leitendes Wandteil 12 vorhanden; die Flüssigkeitsströmung B ist neben dem Wandteil' 12 laminar und wird vom Wandteil 12 derart geleitet, daß es die kegelförmige Flüssigkeitsschicht A längs des Wandteils 11 außerhalb der öffnung 10 und neben dem Abgabeende 17 schneidet. Die entstehende kegelförmige Flüssigkeitsströmung C, die von den sich schneidenden Schichten A und B gebildet wird, ist turbulent und unstabil und zerreißt und zerteilt sich in Tropfen, wenn sie in die Atmosphäre hineinstößt.

Die kegelförmige Strömung C wird längs einer Bahn in die Atmosphäre ,gleitet, die durch den Scheitelwinkel des Wandteils 11 gebildet ist. Die optimale Bahn ist ein Kompromiß zwischen der maximalen Lebensdauer der Tropfen, der Minimalisierung der Tropfenverschmelzung und der Minimalisierung der Windtrift.

Das Wandteil 12 endet in einer plötzlichen bzw. scharfen kreisförmigen Kante, die von dem konischen Wandteil 11 zur Bildung einer ring förmigen, ringartigen öffnung 10 entfernt ist. Das Wandteil 12 hat längs einer Strecke neben der öffnung 10 einen konstanten Durchmesser, um die rohrförmige bzw. hülsenförmige Flüssigkeitsschicht B zu bilden.

Die Öffnungsfläche der ringförmigen öffnung ist der Raum, der vom Innenurafang des Wandteils 12 und dem Außenumfang des

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Kegels 19 dort gebildet ist, wo das Auslaßende 16 und das Wandteil 11 die kleinste Entfernung voneinander haben. Die Fläche der Öffnung 10 ist wesentlich kleiner als der Querschnitt der Leitung bzw. des Wandteils 12, so daß der dynamische Flüssigkeitsdruck an der Öffnung über den dynamischen Flüssigkeitsdruck in der Leitung, entfernt von der Düse, stark bzw. plötzlich erhöht wird. Wenn die Verhältnisse von dynamischem Druck bzw. Staudruck zu statischem Druck in d r Flüssigkeit zwischen der Düsenöffnung und der Leitung verglichen werden, so sollte die Querschnitts fläche der Düse genügend viel kleiner als die Querschnittsfläche der Leitung sein, damit dieses Verhältnis an der Düse im Vergleich zu dem in der Leitung wesentlich vergrößert ist.

Der Durchmesser der Basis 17 des Kegels ist größer als der Außendurchmesser der Leitung bzw. des Wandteils 12, so daß die rohrförmige Schicht B am Wandteil 11 vor der Abgabe in die Atmosphäre gegen die kegelförmige Schicht A trifft. Der Durchmesser des Basis 17 ist genügend klein, damit eine Rückbildung der turbulenten, unstabilen Strömung C in eine laminare Schicht vor der Abgabe in die Atmosphäre verhindert wird. Aus diesem Grunde ist der Durchmesser der Basis vorzugsweise in einer Größerordnung derart, daß das Wandteil 11 stromabwärts und neben der Vena contracta oder der Fläche des Wandteils 11 endet, an der sich die Schichten A und B schneiden.

Die in Fig. 2 beschriebene Düse kann in einer großen'Vielzahl von Sprüheinheiten verwendet werden. Sie kann in Sprüheinheiten mit festen Halterungen, beispielsweise einer Pier, einer Stütze oder an Streben angebrachten Pier verwendet werden. Die Quelle für den Flüssigkeitsdruck in der Leitung kann eine Pumpeinheit sein, die von der Sprüheinheit entfernt angeordnet ist. -

In einer in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Düse in einer Sprüheinheit verwendet, die eine in sich geschlossene Baugruppe mit eigener Pumpe ist

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und die von einem Auftriebsschwimmkörper abgestützt ist, der an einem erwünschten Ort allein oder zusammen mit anderen Sprüheinheiten in einem Kanal, Teich, See oder Tank verankert sein kann.

Der Kegel 19 kann relativ zur Leitung bzw. dem Wandteil 12 gedreht werden, fest sein oder frei drehend bzw. wirbelnd angeordnet sein, wenn nur die Erfindungsprinzipien, wie sie zusammen mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, beachtet werden.

In den Fig. 3 bis 6 ist eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der der Kegel 19 in der Düse gedreht wird. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, wird die Düse in einer Sprüheinheit 20 verwendet, die auf einer Flüssigkeitsoberfläche von einem Auftriebsschwimmkörper 30 getragen wird. Die Sprüheinheit auf dem Schwimmkörper kann an einem vorbestimmten Platz in der Flüssigkeit durch (nicht dargestellte) Spannkabel vom Ufer zu geeigneten Augen 31 (Fig. 4) am Schwimmkörper verankert sein. Eine Außenschale 34 des Schwimmkörpers kann aus Edelstahl sein und mit einem Material 35 geringer Dichte, beispielsweise Polyurethanschaum gefüllt sein.

Die Sprüheinheit 20 enthält eine Pumpe in Form einer Turbine oder eines Schaufelrades 40, das auf einer von einem Elektromotor 44 angetriebenen Welle 21 befestigt ist, um Flüssigkeit nach oben in die Leitung bzw. das Wandteil 12 zu treiben. Ein auf der Spitze rechter Kegel 19 ist an der drehbaren Welle 41 in einer Lage angebracht, in der die der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken, wie sie zusammen mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurden, berücksichtigt sind.

Bezugnehmend auf Fig. 4 weist das Schaufelrad 40 winkelig voneinander entfernte Schaufeln 43 auf, die von der Welle 41 radial nach außen vorstehen, um das Wasser nach oben in das Bauteil 12 zu treiben. Am unteren Einlaßende kann der Pumpeneinlaß von einem Hals 37 mit einer sich erweiternden Einlaßhaube 39 herunterhängen, die in eine Flüssigkeit eintaucht und einen Einlaß in den Hals 37 bildet. Die Sprüheinheit aber ist mit oder ohne der Einlaßhaube funktionstüchtig. Die Ver-

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Wendung der Haube bestimmt die Tiefe, aus der Flüssigkeit herangezogen wird, und bestimmt so die Eigenschaften in Flüssigkeitsvorrat. Für die Sprüheinheit sind verschiedene Einlaßanordnungen möglich.

Wie am besten aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, ist der Elektromotor 44 auf einer Plattform 45 angebracht, die mittels einer Mehrzahl von nach oben stehenden Beinen 47 am Schwimmkörper 30 abgestützt wird. Die Beine 47 werden an ihren unteren Enden zwischen einem Paar Flanschen 48 auf einem Ring 50 abgestützt, der sich von dem Xeitungsbauteil 12 aus radial auswärts erstreckt. Die oberen Enden der Beine sind an der Plattform befestigt,,

Ein im Abstand unter dem Ring 50 entfernter Ring 51 ragt radial nach außen von der Leitung 12 aus vor. Die Schale des Schwimmkörpers 30 ist an den Ringen 50 und 51 befestigt.

Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich lagert der Kegel 19 die Welle 41 an seinem unteren Ende in einer Hülse 55, ist an seinem oberen Ende aber über einen Preßsitz 60 fest mit der Welle verbunden. Der Preßsitz weist ein Element 61 mit einer inneren Nackenfläche auf, die an der Basis des Kegels 19 befestigt ist und enthält ein Element 62, das mit Keilgliedern 63 versehen ist und zwischen der Nockenfläche des Elements 61 und der Welle 41 angeordnet ist, Bolzen 64 zwischen den Elementen 61 und 62 drücken das Keilglied 63 gegen die Welle 41, um eine sichere Verbindung zwischen dem Kegel und der Welle zu schaffen.

Der .Preßsitz 60 ermöglicht, daß der Kegellängs der Achse der Welle 41 in vorbestimmten Lagen angebracht werden kann. Dazu muß der Preßsitz mittels der Bolzen 63 nur von der Welle gelöst werden, die Abmessungen der DUsenöffnung 10 können so eingestellt werden. Nach Einstellung der gewählten Düsenöffnung werden die Bolzen wieder angezogen, um den Kegel auf der .Welle zu befestigen.

In den Fig. 3 bis 6 dreht sich der Kegel 19 zwar mit der Welle_t die das Schaufelrad oder die Pumpe antreibt; der Kegel

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kann aber auch fest oder frei drehend sein. In Fig. 7 ist eine Sprüheinheit ähnlich der zusammen mit den Fig. 3 bis 6 beschriebenen dargestellt; der Kegel 19' ist dort jedoch gegenüber der Leitung bzw. dem Wandteil 12' fest. Der Kegel 19' ist dort mit den Beinen 47' bei 48' verschweißt. Das untere Ende des Kegels 19^T weist eine Öffnung 58' auf, die eine Drehung der vom Motor 44' angetriebenen Welle 41' für die Pumpe oder das Schaufelrad 40^f zuläßt. An der Antriebswelle 41' ist ein Spritzring 49', wie in der US-PS 3 416 729 dargestellt, angebracht, um zu verhindern, daß Wasser längs der Welle 41' in die Motorlager gelangt. Die konische Wand 11' des Kegels 19' bildet mit der Leitung 12¹ entsprechend den Grundsätzen, die anhand der Fig. 1 und 2 entwickelt wurden, an der Öffnung 10' eine zweiwinkelige Düse.

In Fig. 8 ist eine Sprüheinheit ähnlich dfer der Fig. 3 bis dargestellt; der Kegel 19" ist dort lediglich an der Welle 41" frei drehbar angebracht. Die Basis des Kegels 19" ist mittels eines radialen Drucklagers 57" drehbar an der Welle 41" angebracht, das Einlaßende des Kegels ist mittels eines radialen bzw. eines Querlagers 56" an der Welle 41" befestigt. Wenn der Motor 44" das Schaufelrad 40" über die Welle 41" treibt, kann sich der Kegel 19" an der Welle mittels der Lager 55" und 56" frei drehen. Die kegelige Wand 11" des Kegels 19" bildet mit der Leitung 12" an der öffnung 10" eine zweiwinkelige Düse entsprechend den Fig. 1 und 2.

Zusammen mit den Fig. 3 bis 6, 7 und 8 wurden verschiedene Sprüheinheiten mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse beschrieben. In jeder Sprüheinheit hat die Druck- bzw. Staudüse eine öffnung, die den dynamischen bzw. Staudruck relativ zum statischen Druck erhöht. Eine kegelige Wand an der Öffnung erstreckt sich von einer Stelle stromaufwärts der öffnung zu einer Stelle stromabwärts der öffnung längs der Flüssigkeitsströmung. Der Bereich der kegeligen Wand stromabwärts und außerhalb der Öffnung hat einen Basisdurchmesser, der mindestens so groß ist wie der wirksame Durchmesser der Öffnung, durch die die Flüssigkeitsströmung von der Leitungswand gelangt; der Bereich der kegeligen Wand stromaufwärts und innerhalb der Öffnung hat eine Länge, die zur Bildung einer ersten kegeligen Flüssigkeitsschicht einheit-

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licher Richtung, die neben der kegeligen Wand laminar ist, groß . genug ist. Die kegelige Schicht wird von der Innenseite zur Außenseite der Öffnung längs der kegeligen Wand geleitet. Eine rohrförmige Flüssigkeitsschicht wird an der Leitungswahd stromaufwärts und innerhalb der öffnung ganz ähnlich gebildet und wird so geführt, daß sie sich mit der kegeligen Schicht unter einem spitzen Winkel an einer Stelle außerhalb der Öffnung schneidet. Die Dicke jeder so gebildeten Flüssigkeitsschicht * ist relativ zu dem Umfang der Schicht klein. Die entstehende kegelige Strömung, die durch das Aufeinanderstoßen der beiden dünnen Flüssigkeitsschichten gebildet ist, ist unstabil und zerfällt in Tropfen, wenn sie in die Atmosphäre vorspringt. Die Durchschneidung der laminaren Flüssigkeitsschichten ruft eine Strömung hervor, die in vorher bestimmbarer Weise in Tropfen optimaler Größe und Zahl zerfällt und die durch Einstellung der Größe der Düsenöffnung vorherbestimmbar verändert werden kann. Die Oberfläche der Öffnungswände, die die Flüssigkeitsschichten bilden, haben Abmessungen und Formen, die ausreichen, um an jeder Wand von einer Stelle innerhalb der Öffnung zur Auftreffstelle der beiden Schichten aufeinander vor dem Abgabeende der kegeligen Wand außerhalb der Öffnung eine Flüssigkeitsschicht einheitlicher Richtung aufrechtzuerhalten, was zu einer abgegebenen, unstabilen Strömung führt, die in Tropfen vorherbestimmbarer Größe zerfällt, wenn die Strömung in die Atmosphäre gelangt. Desweiteren sind die relativen Drucke und Mengen der kegeligen und der rohrförmigen, so gebildeten Flüssigkeitsschicht derart, daß ihr Zusammenstoßen eine unstabile Strömung erzeugt, die in die Tropfen der erwünschten Größe zerfällt, wenn sie in die Atmosphäre abgegeben wird.

Die Vorteile der Erfindung leuchten anhand der vorangegangenen Beschreibung ein. Der Strahl beinhaltet im wesentlichen keine Tropfen einer Größe von beispielsweise weniger als 30 Mikron, die einen Nebel bilden, der abtreibt. Die erfindungsgemäße Düse kann in vielen verschiedenen Sprühein-

. heiten je nach den vorherrschenden Notwendigkeiten, Gegebenheiten und erwünschten Ergebnissen vieler verschiedener An-

- wendungsfälle verwendet werden.

- /Ansprüche:

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Claims

Ansprüche

/1 j Verfahren zum Versprühen eines kegelförmigen Flüssigkeitsstrahls unter Optimierung der Größe und Zahl von Tropfen in die Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet , daß an einem umgekehrten, kegelförmigen Wandteil stromaufwärts einer Düsenöffnung eine kegelförmige Schicht aus unter Druck stehender Flüssigkeit gebildet wird, daß die kegelförmige Flüssigkeitsschicht längs des kegelförmigen Wandteils jenseits der Düsenöffnung in die Atmosphäre geleitet wird, daß stromaufwärts der Düsenöffnung eine rohrförmige Schicht aus unter Druck stehender Flüssigkeit gebildet wird, daß die kegelförmige und die robr- -förmige Flüssigkeitsschicht relativ zu ihrem Durchmesser dünn sind, daß die rohrförmige Flüssigkeitsschicht an einer Stelle derart auf die kegelförmige Flüssigkeitsschicht geleitet wird, daß sie die kegelförmige Flüssigkeitsschicht eine kurze Strecke bevor die kegelförmige Flüssigkeitsschicht das kegelförmige Wandteil verläßt, schneidet, und daß die kegelförmige und die rohrförmige Flüssigkeitsschicht relative Drucke und Mengen aufweisen, bei denen die resultierende Strömung bei ihrem Vorstoß in die Atmosphäre unstabil ist und in Tropfen zerreißt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die hydraulische Fläche der Düsenöffnung zur Steuerung der Größe und Anzahl der Tropfen in der entstehenden Strömung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Flüssigkeitsschicht in der Form der kegelförmigen Oberfläche eines rechten Kegels oberhalb der Düsenöffnung erzeugt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

ge k e η η ze i c h η e t , daß unter Druck stehende Flüssigkeit der Düsenöffnung zugeführt wird, an der'Düsenöffnung der dynamische Druck der Flüssigkeit relativ zum statischen Druck merklich erhöht wird und daß die Tropfen, in die "!t^sultierende Strömung zerfällt, im wesentlichen keine Tropfen mit Größen unter 30 u enthalten, die einen abtreibenden Nebel bilden.
5. Vorrichtung zum Versprühen von unter Druck stehender Flüssigkeit in die Atmosphäre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die zum Kühlen, Belüften, Kondensieren, Befeuchten oder Abstreifen von gelösten oder mitgeführten Gasen geeignet ist, mit einer Düse' zum Abgeben der Flüssigkeit in einer nach oben gerichteten Bahn in die Atmosphäre und einer Leitung mit einem Auslaßende zum Zuführen der unter Druck stehenden Flüssigkeit zur Düse, g e k e η η, ζ e i c h η e t durch ein zur Leitung gehörendes, rohrförmig©s, inneres Wandteil (12), das zur Bildung einer rohrförmigen Flüssigkeitsschicht fe) neben dem Auslaßende (16) im Düsenbereich einen konstanten Durchmesser aufweist,, ein umgekehrtes, kegelförmiges Wandteil (11) mit einem ,Einlaßende (15), das stromaufwärts des Auslaßendes (16) der Leitung angeordnet ist, und eiifin Abgabeende (17), das eine scharfe Abgabekante aufweist, der Durchmesser größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Wandteils (12) ist, wobei das Einlaßende (15) des kegelförmigen. Wandteils (11) um eine Strecke stromaufwärts des Auslaßendes (16) der Leitung angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, die genügend groß sin$ um eine kegelförmige Flüssigkeitsschicht (A) auf der Oberfläche des kegelförmigen Wandteils (11) zu bilden und zum Abgabeende (17) zu leiten, das kegelförmige Wandteil (11) von dem Auslaßende (16) der Leitung derart entfernt ist, daß zwischen beiden eine Öffnung (10) mit. einer hydraulischen Öffnungsfläche gebildet ist, die wesentlich kleiner als die hydraulische Querschnittsfläche der Leitung ist, um den dynamischen Druck der Flüssigkeit in der Öffnung (10) gegenüber dem statischen Druck zu erhöhen, und das Auslaßende (16) der Leitung mit einer Abgabekante versehen ist, die vom kegelförmigen Wandteil (11) derart entfernt ist, daß die rohrförmige, an dem rohrförmigen inneren Wandteil (12) gebildete Flüssigkeitsschicht (B) die kegelförmige Flüssigkeitsschicht (A) am kegelförmigen Wandteil (11)

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,an einer Stelle siiomaufwärts des Abgabeendes (-|7)^scnne _t ^e _so daß in der resultierenden Strömung Turbulenz entsteht, die resultierende Strömung als Folge davon zerreißt und in Tropfen zerfällt, wenn sie in die Atmosphäre gelangt, und durch Mittel (37, 39» 40) zum Zuführen von Flüssigkeit zur Düse unter einem Druck, der ausreicht, damit der von der Düse abgegebene Strahl nach oben in die Atmosphäre vordringt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kegelförmige Wandteil (11) an der Oberfläche eines rechten Kegels (19) gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß das kegelförmige Wandteil (11) relativ zur Leitung (rohrförmiges Wandteil 12) einstellbar ist, um die Größe der Düsenöffnung (10) zu verändern.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das kegelförmige Wandteil (Kegel 19) gedreht wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das kegelförmige Wandteil (Kegel 19^f) relativ zur Leitung ortsfest ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das kegelförmige Wandteil (Kegel 19") auf einer Welle (41") frei drehbar ist.

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