DE2645142C2 - Sprühdüseneinheit zur Zerstäubung fluider Stoffe - Google Patents

Sprühdüseneinheit zur Zerstäubung fluider Stoffe

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DE2645142C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüseneinheit zur Zerstäubung flulder Stoffe mit einer ersten Dose für den Durchlaß eines ersten Stoffes, die einen In Strömungsrichtung konisch konvergierenden Durchlaß und einen mit diesem konzentrisch verbundenen konisch divergierenden Durchlaß aufweist, mit einer Zufuhröffnung für einen zweiten Stoff, die im Bereich des niedrigsten Druckes des konisch divergierenden Durchlasses angeordnet ist, und mit einer zweiten Düse für das Gemisch, die stromabwärts nach der ersten Düse angeordnet Ist und einen konisch konvergierenden Durchlaß aufweist.
Es Ist allgemein bekannt, fluide Stoffe mit Hilfe von Sprühdüsen oder Düsenzerstäubern zu versprühen, um die flulden Stoffe in möglichst kielne Teilchen zu Oberführen. In der Literatur werden die verschiedensten Konstruktionen beschrieben, um eine wirksame Zerstäubung der verschiedensten flulden Stoffe zu erreichen. So Ist z. B. aus der US-PS 27 24 583 eine Sprühdüseneinheit zur Zerstäubung und Vermischung von mindestens zwei verschiedenen flulden Stoffen bekannt, bei der eine erste zur Bewirkung eines ersten Misch- und Zerstäubungseffekts der flulden Stoffe befähigte Düse mit einem konisch konvergierenden Durchlaß und einem mit diesem konzentrisch verbundenen konisch divergierenden Durchlaß für den Durchfluß eines ersten flulden Stoffes sowie mit mindestens einer. unabhängigen Fluldumzuführöffnung, die im Bereich der durch den ersten flulden Stoff Im divergierenden , Durchlaß hydrodynamisch erzeugten Zone niedrigen Drucks angeordnet und zur separaten und gleichzeitigen Zuführung weiterer flulder Stoffe, die unter Ausnutzung des Druckunterschlcdes zwischen dem ersten und dem weiteren flulden Stoff erfolgt, bestimmt und eine zweite Düse mit einem konvergierenden Durchlaß zum Beschleunigen und Ausspritzen der In der ersten Düse gemischten und zerstäubten flulden Sloffe in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite der Düse, vorhanden sind.
Aus der FR-PS 4 00 066 Ist ferner eine Düse mit konisch konvergierendem Durchlaß mit einem auf der stromabwärts gelegenen Seite der Düse angeordneten Fluldumrcflcklor zum Aufprallen der aus der Düse gesprlt/.ten Mulden Stolle unter Wirkung eines Mlsch- und /crsläuhungsclfcktcs der gemischten fluldcn Stolle, während diese vom lluldumrcflektor dlsncrulcn
werden und mit einer Fluldumführungsleltung mit einem Hohlzylinder zur Förderung des Mlschens und Zerstäubens der durchströmenden dulden Stoffe mit Hilfe einer darin montierten Trägerstruktur zur Halterung des Reflektors bekannt.
Aus der DE-PS 1046 264 z. B. 1st weiterhin ein Zerstäubet- für medizinische Zwecke bekannt, bei dem eine auf einem Sockel stehend angeordnete, spitz zulaufende Luftdüse für Kompressorbetrieb In das kegelige Unterteil einer nach Art einer Venturidüse ausgebildeten Mischdüse hineinragt, die durch Kanäle allseitig mit einem sie umgebenden Flüssigkeitsbehälter verbunden ist und die zur Veränderung der Breite des zwischen der Luftdüse und der Venturidüse gebildeten Ringspaltes gegen die Luftdüse verstellbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sprühdüsenelnhelt von vergleichsweise einfacher Konstruktion zur Zerstäubung fluider Stoffe anzugeben, mit der eine besonders wirksame Zerstäubung fiuider Stoffe In zwei Stufen erreicht wird und der erzeugte Strom der erzeugten Stoffe In verschiedenem Verteilungswinkel sowohl in ein Gas als auch In eine Flüssigkeit versprüht werden kann.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Sprühdüseneinheit des eingangs angegebenen Typs, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein HohlzyIInder die beiden Düsen koaxial miteinander verbindet, daß Im Abstand von der zweiten Düse koaxial ein Reflektor angeordnet Ist, der einen Hohlraum zum Reflektieren eines Teils des aus der zweiten Düic austretenden Geniisches aufweist, so daß dieses mit aus der zweiten Düse austretendem Gemisch zusammenprallt, und daß zum Halten des Reflektors eine koaxial angeordnete Tragstange dient, die an In dem Hohlzylinder angeordneten Halterungsslegen befestigt Ist.
Für eine erfindungsgemäße Sprühdüsenelnhelt bieten sich beispielsweise folgende Verwendungszwecke an:
(1) Aui der Sprühdüseneinheit kann ein zerstäubter Strom von einer oder mehreren Flüssigkelten In ein Gas eingespritzt werden. In diesem Falle ist die erflndungsgemäße Sprühdüsenelnhe.i z. B. verwendbar zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs oder zum Vermischen und Zerstäuben von mindestens zwei Brennsteffen mit Wasser oder eint;1 chemischen Zusatzfiüsslgkelt und zum Dispergieren und Versprühen des zerstäubten Gemisches. In diesem Falle läßt sich die Düseneinheit z. B. zur Herstellung von Verbrennungsmaschinen, Gasturbinin und Motoren verwenden. In denen eine hochwirksame Verbrennung erfolgt.
Da dio erfindungsgemäße Sprühdüsenelnheli ferner hochviskose nledrlgklasslge Brennstoffe oder Abfallöle zu zerstäuben vermag, ohne daß ein Verstopfen, auftritt, können Verbrennungsmaschinen für qualitativ minderwertige Brennstoffe oder Abfallöle, Vorrichtungen zum Zerstäuben und Verbrennen verschiedener Abfallflüsslgkelten mit Brennstofflüsslgkelten. und Vorrichtungen zum Zerstäuben und Versprühen von Abfallflüsslgkelten In eine Brennkammer hergestellt werden.
Da eine erfindungsgemäße Sprühdüscnelnhelt ferner rasch Flüssigkelten zu verdampfen und zu trocknen vermag, laßt sie sich zur Herstellung gleichförmig feiner Pulver aus Lösungen verwenden sowie zum Zerstäuben und Versprühen von Wasser für Befeuchtungs- oder Kühlzwecke. Eine crflndungsgemäßc Sprühdusenelnhelt ISU sich ferner z. B. elnzetzen zum Versprühen von Wasser aus einem Flschzuchtbccken In Luft. Kontaktieren des Wassers mit Sauerstoff und Rückführung des mit o^uerstoff angereicherten Wassers in das Becken. Weiterhin kann eine erfinc!ungsgen»8ße Düseneinheit z. B. eingesetzt werden zur Entfernung von Chiorgas aus städtischen Versorgungswässern durch Versprühen desselben In die Atmosphäre.
(2) Aus einer erfindungsgemäßen Sprühdüseneinheit kann weiterhin ein zerstäubter Gasstrom in eine Flüssigkeit eingesprüht wenden. So läßt sich mittels einer erfindungsgemäßen Düseneinheit, z. B. Luft oder Sauerstoff In einer Flüssigkeit dispergieren oder auch eine Entschwefelung und Denltriflzlerung von Abgasen durchführen oder Sauerstoff In einer In einem Fermentationstank befindlichen Flüssigkeit lösen. Eine erfindungsgemäße Düseneinheit kann ferner z. B. als Belüftungsmittel In der Abwasseraufbereitung oder als EntgasungsmiUel eingesetzt werden. Außerdem könincn mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Düseneinheit erzeugte feine Bläschen in Trennvorrichtungen daxu verwendet werden, um ein Anheben und Abtrennen von In Flüssigkelten suspendleic-n Substanzen oder öltröpfchen aus diesen Flüssigkeite ϊ zu bewirken. Ferner können Vorrichtungen zum Ersatz von in Flüssigkeiten befindlichen Gasen durch ein anderes Gas, sowie Vorrichtungen zum Ersatz eines korrodierenden Gases- durch Stickstoffgas in Meerwasser-Entsalzurijssanlagen hergestellt werden.
(3) Die erfindungsgemäße Sprühdüseneinheit kann weiterhin In einer ersten Flüssigkeit angeordnet werden, wobei aus der Sprühdüseneinheit eint zweite Flüssigkeit In die erste Flüssigkeit eingesprüht werden kann. Dabei kann eine Recycllslerung des Flüssigkeitsgemisches In die Sprühdüseneinheit erfolgen. Auf diese Welse lassen sich mindestens zwei verschiedene Flüssigkeiten wirksam miteinander vermischen.
(4) Aus einer erfindungsgemäßen Sprühdüseneinheit ■1S kann weiterhin ein Pulver In ein Gas gesprüht werden.
Auf diese Welse Ist es möglich, Pulverpartikel gleichmäßig zu verteilen und mindestens zwei Pulvtr homogen miteinander zu vermischen.
Die Zeichnungen sollen die Erfindung näher eriäutern. Im einzelnen sind dargestellt In:
Flg. 1 ein Längsschnitt durch eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühtäüseneinheit;
Flg. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1;
■»5 Fig. 3 und 4 die Dlsperglerströmungslinlen von Fluldgemlschen am vorderen Ende der In Flg. 1 dargestellten Sprühdüsenelnhelt;
Flg. 5 ein Längsschnitt einer modifizierten AusfOhrungsform der In Flg. 1 dargestellten Sprühdüsenciln-5« helt;
Flg. 6 ein Längsschnitt einer weiteren Ausführun|jsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüseneinheit;
Flg. 7 ein Querschnitt längs der Linie 7-7 von Flg. 6;
Flg. 8 ein Schaublld einer Anwendungsform einer erflndungsgemäUen Sprühdüsenelnheil und
Flg. 9 eine jchematlschc Ansicht einer weiteren Anwendungsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüsenelnheli.
Die In den Flg. 1 und 2 dargestellte Ausführurißsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüsenelnhelt weist eine erste Vormlschdüse 11 mit einem Schraubgewinde 12 auf, das mil entsm (nicht dargestellten) Leitungssystem verbunden werden kann. Sie hat einen konisch konvergierenden Durchlaß 14 zur Beschleunigung eines fiuldcn Stoffes f\, der aus dem Einlaß 13 zufließt. Mit dem konisch konvergierenden Durchlaß 14 Ist der konisch divergierende Durchlaß 15 konzentrisch ver-
bundcn. Die Einheit weist ferner mindestens eine Fluldumzuführöffnung 17 mit einem Durchmesser (I2 an einer Stelle auf, die vom Mlnlmum-Durchmcssertcll 16. dessen Durchmesser J, Ist, In Richtung Durchlaß 15 etwas verschoben Ist. (Bei der In Flg. I dargestellten Ausführungsform sind zwei Zuführöffnungen vorhanden, die einander gegenüberliegen). Vorzugsweise sitzt die Fluldumzuführöffnung senkrecht auf der Mittelachse des konvergierenden Durchlasses 14 und des divergierenden Durchlasses 15, wie dies In Flg. 1 dargestellt Ist. Mit der Fluldumzuführöffnung 17 Ist die Zuführleitung 17a verbunden. Die Sprühdüseneinheit weist ferner einen Hohlzylinder 18 zur Führung des vom Durchlaß 15 ausgestoßenen gemischten und zerstäubten Fluldums auf. Im Falle der gezeigten Ausführungsform hat der Hohlzylinder 18 die Form einer zylindrischen Röhre. Im vorderen Teil der Sprühdüsenelnhelt befindet sich die zweite Düse 21 mit einem konisch konvergierenden Teil 19 und einer ringförmigen öffnung 20 eines Durchmessers (I3. Der Hohlzylinder 18 Ist mit der ersten Düse 11 mit Hilfe eines Außen- bzw. Innengewindes 22 verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsform lsi die zweite Düse 21 Im Vorderteil des Hohlzyllndcrs 18 Integriert. Gegebenenfalls können der Hohlzyllnder 18 und die zweite Düse 21 jedoch auch als separate Einzelteile ausgebildet und mit einer Hilfe einer Schraubanordnung miteinander verbunden sein. Die öffnung 20 der zweiten Düse 21 Ist koaxial mit der öffnung 15 der ersten Düse 11 angeordnet. Im Abstand vor der zweiten Düse 21 Ist der Refletktor 24 angeordnet, der einen Hohlraum 23 mit einem Durchmesser </4 aufweist.
Bei der dargestellten Ausführungsform sitzt der Reflektor 24 auf einer Tragstange 28, die über StUtzglleder 26 und 27 an den Halterungsstegen 25 befestigt Ist, die sich In dem Hohlraumdurchlaß des Hohlzylinders 18 radial zu diesem erstrecken, wie dies In Flg. 2 dargestellt Ist. Der Reflektor 24 Ist an der Tragstange 28 mit Hilfe einer Schraube 29 befestigt, derart, daß nach Lockerung der Schraube 29 und Einstellung des Absmndes /, von der Öffnung 20, der Reflektor 24 wieder an der Tragstange 28 mit Hilfe der Schraube 29 befestigt werden kann.
Wird der Abstand /, auf eine optimale Distanz eingestellt, wie dies welter unten beschrieben wird, so erweist es sich als besonders vorteilhaft, einen (nicht dargestellten) Haltcrungsrlng am Außenumfang des Reflektors 24 so aufzupressen, daß die Schraube 29 bedeckt und das Lösen derselben verhindert wird, so daß der Reflektor ZA fest auf der Tragstange 28 sitzt. Ist an der Tragstange 28 eine geeignete Einkerbung oder Vertiefung vorgesehen. In die das vordere Ende der Schraube 29 eingreifen kann, so kann die Befestigung des Reflektors 24 an der Tragstange 28 noch welter verbessert werden.
Da in der dargestellten Ausführungsform der Sprühdüsenelnheit der Druck in dem divergierenden Durchlaß 15, aus dem der fluide Stoff F1 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, hydrodynamisch reduziert wird, werden gewünschte Mengen an zu vermischenden und zu zerstäubenden flulden Stoffen F2 und F) aus der Fluidumzuführöffnung 17 in diese Zone verminderten Druckes durch die Zufluß-Steuerventile 30 und 3! angesaugt, wodurch die dulden Stoffe F1 und F} mit dem Stoff F, vermischt und zerstäubt werden. Wird die Fluldumzuführöffnung 17 so eingestellt, daß der Abstand I2 zwischen dem Teil 16 und der Mittellinie der Fluidumzuführöffnung 17 im Bereich von
1,5 χ (I2 bis 3 xi/2 Hegt, so können der Druckredukiionsefl'ekt und der Misch- und ZerstSubungseffekt am wirksamsten ausgenützt werden. Ist der Absland I1 kleiner als 1,5 x</; und Ist die Fluldumzuführöffnung 17 näher am Teil 16 angeordnet, so wird das mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Ausspritzen des flulden Stoffes F1 gehemmt. Ist demgegenüber der Absland I2 größer als 3 χ (I2 und Ist die Lage der Fluldumzuführöffnung 17 dementsprechend übermäßig weit entfernt vom Teil 16, so werden der Druckreduktionseffekt und der Misch- und Zersläubungseffekt vermindert.
1st ferner die erste Düse U so beschaffen, daß der Neigungswinkel Im konisch konvergierenden Durchlaß 14 etwa 10° und etwa 7,5" Im konisch divergierenden Durchlaß 15 beträgt und entspricht der effektive Querschnlttsberelch der öffnung 20 der zweiten Düse 21 (nämlich der Wert, der erhalten wird durch Substraktlon des Querschnlttsberelchs der Tragstange 28 vom gesamten Querschnittsbereich der öffnung 20) dem 1,5-bis 3,0fachen des Querschnlttsberelchs des Teiles 16 des konvergierenden Durchlasses 14, so können der hydrodynamisch erfolgende Druckreduktlonseffekt und der Misch- und Zerstäubungseffekt optimal gesteigert werden. Ist der angegebene effektive Querschnlilsbereich kleiner als das I.Sfache des Querschnlttsberelchs des Te(Ii 16, so wird der Innendruck der zweiten Düse 21 erhöbt und Ist der effektive Querschnittsbereich größer als das 3fache des Querschnlttsberelchs 16, so wird die Geschwindigkeit des aus der öffnung 20 ausgestoßenen Gemisches vermindert. In jedem dieser Fälle Ist der Fluldummlsch- und -Zerstäubungseffekt vermindert.
Das Fluldumgemlsch, das sich aus den Komponenten F1, F2 und F3 zusammensetzt, die In der ersten Vormlschstufe 11 vermischt und zerstäubt werden, gelangt durch den Hohlzyllnder 18, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Fluldumgemlsches In den konisch konvergierenden Teil 19, der so abgeschrägt Ist, daß er einen Neigungswinkel von etwa 7,5° hat, erhöht wird. Das Gemisch wird sodann aus der Öffnung 20 der zweiten Düse 21 mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen (die Verspruhgeschwlndlgkelt kann praktisch gleich Schallgeschwindigkeit sein), wobei das Gemisch In den Hohlraum 23 des Reflektors 24 gelangt. Das In den Hohlraum gelangte Fluldumgemlsch wird aus diesem reflektiert. Der reflektierte Strom prallt dann mit dem zerstäubten Fluldum, das nachfolgend aus der öffnung 20 der zweiten Düse 21 ausgestoßen wird, zusammen. In dieser Reflexions- und Aufprallzone findet daher die zweite Stufe des Misch- und Zeisiäubungprozesses statt. Ist der Reflektor 24 In solcher Welse ausgestaltet und angeordnet, daß die Tiefe /3 des ringförmigen Hohlraums 24 V2 bis '/3 des Innendurchmessers dt beträgt, und macht der Innendurchmesser d4 das 0,8- bis I,2fache des Durchmessers rf, der öffnung
20 der zweiten Düse 21 aus, und 1st ferner der Maximumdurchmesser rf, des Reflektors 24 kleiner als das l,6fache des Durchmessers rfj der öffnung 20, so kann die ReRektlerwlrkung des Fluldumgemlsches von dem Reflektor 24 und die Zusammenprallwirkung desselben mit dem später ausgestoßenen Fluldumgemisch noch weiter erhöht werden.
Der Dlsperglerwlnkel α des Fluldumgemlsches Ist durch Erhöhung oder Erniedrigung der Größe der Reflexions- und Aufprallzone durch Veränderung des Abstandes /, zwischen der öffnung 20 der zweiten Düse
21 und dem Reflektor 24 einstellbar. Wird der Abstand /, vermindert, so wird der Dlsperglerwinkel α erhöht
und wird I1 vergrößert, so wird der Dlsperglerwinkel λ verkleinert. Soll der Dlsperglerwinkel χ extrem verkleinert werden oder soll der Dlsperglerwinkcl χ über 180" ausgedehnt werden, so wird der Abstand /| verkürzt, um den Dlsperglerwlnkel χ so weit wie möglich zu s vergrößern und zusätzlich wird eine Dlsperglerwlnkel-StCLr vorrichtung 32, die koaxial an das Vorderteil der zweiten Düse 21 angepaßt Ist, nach rückwärts bewegt. Wird die Dlsperglerwlnkel-Steuervorrlchlung 32 nach vorn In den Reflektor 24 bewegt, so wird der Strom des ι» Fluldumgemlsches kräftig nach vorn abgelenkt und der Disperglerv/lnkel ar wird verkleinert. Wird demgegenüber die Dlsperglerwlnkel-Sieuervorrlchlung 32 nach rückwärts bewegt, so wird Im rückwärtigen Teil des Fluldumstromes eine Niederdruckzone Z1 gebildet (vgl. H Flg. 3), und der Strom wird nach hinten gesaugt, wie dies durch die Strömungsllnie S1 In Flg. 3 angedeutet ist. Die Dispcrgierwinkci-SicücfvOiriCMiüng 32 kann außen an der zweiten Düse 21 mit Hilfe einer Schraube 33 befestigt werden. 2I)
Ist der Hohlraum 23 derart ausgestaltet, daß ein flanschähnlicher Vorsprung 34 mit einer z. T. konischen Oberfläche vorliegt, so bildet sich, wie dies durch die Strömungslinie S1 In Flg. 4 angedeutet Ist, eine nach rückwärts gerichtete Strömung des Fluldumgeml- 2* sches unter dem Einfluß einer Niederdruckzone Z2 aus.
Dies bedeutet, daß das Anbringen des flanschähnlichen Vorsprunges dazu dient, eine Niederdruckzone rund um den Reflektor 24 zu erzeugen. In den Fällen, In denen die erflndungsgcmäße Sprühdüseneinheit In -W einer Verbrennungsvorrichtung zum Zerstäuben und Versprühen eines zu vebrennenden flüssigen Brennstoffs verwendet wird, Ist der nach rückwärts gerichtete Strom des zerstäubten flüssigen Brennstoffs, der In der angegebenen Welse gebildet wird, zur Stabilisierung des ^ Vcrbrcrinüngsvcrgsriges sehr wirksam. Der nach rückwärts gerichtete Strom aus zerstäubtem flüssigen Brennstoff Ist ferner zur Herbeiführung von genügend Luft für eine In der Verbrennungsvorrichtung ablaufende rasche Verbrennung wirksam, da der Strom die ·»(> Wirkung hat. Luft mit sich fortzureißen. Der »Umkehrstrom« des zerstaubten flüssigen Brennstoffs ist ferner In der Weise wirksam, daß er einen lokalen Temperaturanstieg In der Verbrennungsvorrichtung verhindert.
In den Fällen, In denen die erflndungsgcmäße SprühdOseneinhelt zur Erzeugung feiner Bläschen in einer Flüssigkeit zum Zwecke der Erzielung eines wirksamen Gas-FlOsslgkeltskonlaktes eingesetzt wird, kann ein Vermischen eines Gases und einer Flüssigkeit und ein Lösen eines Gases In einer Flüssigkeit durch Rühren «· wirksam gefördert werden. Zu brachten lsi ferner, daß in einer Sprühdüseneinheit des vorstehend beschriebenen Aufbaues die Durchmesser der Fluldumdurchlässc der ersten und der zweiten Düse sehr viel größer sein können als bei üblichen bekannten, mit einer feinen ^ Sprühdüse ausgestatteten DOsenelnheiten und daß deshalb die Effektivität merklich erhöht Ist und das Auftreten von Verstopfungsproblemen In vorteilhafter Welse ausgeschaltet wird.
Bei der in Flg. 5 dargestellten Ausführungsform wl einer erfindungsgemäßen Sprühdüseneinheit Ist der Reflektor 24 zu einer Prallplatte ausgebildet. Sie weist eine ebene Oberfläche auf, und Hegt der zweiten Düse 21 gegenüber. Ferner weist die In Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eine erste Vormlschdüse 11a auf, die b5 einen zylindrischen Durchlaß 36 zwischen dem konisch konvergierenden Durchlaß 14a und dem konisch divereierenden Durchlaß 15a hai. Wird der fluide Stoff F1 mit hoher Geschwindigkeit In ille erste Düse 11« eingeführt, so erfolgt eine Verminderung des Druckes in dem zylindrischen Durchlaß 36. da der zylindrische Durchlaß 36 den kleinsten Querschnitt aufweist. Die miteinander /u vermischenden fluidcn Stoffe F2 und f, werden In den fluidcn Stoff l·] über die Zuflußleltungen 17«, die gegen den zylindrischen Durchlaß 36 geöffnet sind, eingespritzt. Die vermischten fluidcn Stoffe werden dann aus der Öffnung 20 der /weiten Düse 21 gegen den Reflcklor 24a geschleudert, wobei die dulden Stoffe auf die ebene Fläche und die spitzen Kanten des Reflektors 24a auftreffen. Die dlsperglerten und reflektierten fluidcn Stoffe prallen anschließend mit dem später aus der öffnung 20 ausgestoßenen flulden Stoffen und mit der spitzen Kante der zweiten Düse 21 zusammen. Dadurch werden die fluidcn Stoffe weiter miteinander vermischt und zerstäubt.
im TaIIc- der in Flg. 5 dargestellten Ausfünrüngsforrri Ist der Reflektor 24a derart angeordnet, daß er senkrecht auf der Langsachse der zweiten Düse 21 sitzt. Gegebenenfalls kann der Reflektor 24a jedoch auch In bezug auf die Langsachse der zweiten Düse 21 geneigt sein. Aufgrund einer derartigen Neigung können die aus der öffnung 20 der zweiten Düse 21 ausgestoßenen flulden Stoffe durch den Reflektor 24a In einer bestimmten angestrebten Richtung dlspergiert werden.
Die In den Flg. 6 und 7 dargestellte Ausführungsform einer crflndungsgemäßen Sprühdoseneinheit unterscheidet sich von der In Flg. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform Insofern, als die Halterungsstege 25, die Bcfcstlgungsglleder 26, 27 und die Tragstange 28 der Flg. I und 2 wegfallen und der Reflektor 246 In einem Halterahmen 37 befestigt Ist. Der Reflektor 246 Ist dabei so angeordnet, daß der Hohlraum 23 der Öffnung 20 der zweiten Düse 21 gegenüberliegt. Der Halterahrsisii 37 weist einen Trä°2rblock 39 auf, der außen am Hohlzyllnder 18 mit Hilfe einer Befestigungsschraube 40 befestigt Ist, ferner eine ringförmige Trägerplatte 38, die mit Paßsitz am Vorderteil des Trägerblocks 39 montiert lsi. Streben 41, die sich von der ringförmigen Trägerplatte 38 nach vorn erstrecken sowie eine ringförmige Trägerplatte 42, die am Vorderteil der Streben 41 befestigt Ist. Ein Stutzen 43, der sich nach hinten zur zweiten Düse 21 erstreckt. Ist In der Mitte der rlngförmlgen Trägerplatte 42 befestigt. Der Reflektor 246 Ist In dem hinteren Teil des Stulzens 43 mit Hilfe eines am Reflektor 246 befindlichen Schraubstutzens 35 eingeschraubt. Der Reflektor 246 Ist somit abnehmbar Im Hallerrahmen 37 montiert. Daher kann der Reflektor lib nach langer Gebrauchszeit durch einen neuen ersetzt werden.
Dadurch, daß der Reflektor 246 durch den außerhalb des Konstruktionskörpers der Sprühdüseneinheit 10 angeordneten Hallerahmen 37 gehalten und abgeschnitten wird, ist es möglich, die erste Düse 11. den Hohlzyllnder 18 und die zweite Düse 21 der Düseneinheit 10 In der Weise auszugestalten, daß jeder der Sirömungsdurchlässc dieser Bauteile als Hohlraum vorliegt. Demzufolge wird selbst dann, wenn dem ersten flulden Stoff /", ein faserartlges Material einverleibt ist, dieses In keinem dieser Strömungsdurchlässe festgehalten und es treten keine Verslopfungs- und Blockierungsprobleme auf. Gleichzeitig können die effektiven Querschnittsbereiche dieser Strörriungsdurchiässe und der Öffnung 20 vergrößert werden. Ferner können durch Einverleiben von Feststoffen verursachte Abriebschäden an In den Strömungsdurchlässen vorliegenden Bauteilen vermieden werden, wodurch eine lange Lebensdauer der
Μι 'i.
Sprühdüseneinheit 10 gewährleistet Ist. AulJcrdcm kann durch den Trägerrahmen 37 die Stabilität der Einhell erhöhl werden. Slt/i der Trägcrblock 39 lest auf dem Hohizyilndcr 18 (vgl. Flg. 7) und sind die ringförmige Trägerplatte 38 und die ringförmige Trägerplatte mit dem Trägerblock 39 zentrisch vereinigt, so Ist eine koaxiale Anordnung des Reflektors 24b mit der öffnung 20 der ^wellen Düse 21 mit Sicherheit erreichbar. Der In den Flg. 6 und 7 dargestellte Trägerrahmen 37 ist nur eine beispielhafte Ausl'ührungsform. Ähnlich vorteilhafte Effekte, wie sie Im vorstehenden aufgezeigt wurden, sind auch dann crzlclbar, wenn der Trägerrahmen 37 eine andere Form hat. Ferner kann durch Einstellen der Festklemmstellung des Trägerrahmens 37 durch die Befestigungsschraube 40 der Abstand zwischen dem Reflektor 246 und der öffnung 20 entsprechend gewählt und festgesetzt werden.
ten Fallschirm ähnlichen konischen Fläche des in breitem Winkel dlspcrglertcn, aus der Düsenelnhclt ausgesioßencn zerstäuben Heizöls A. Auf diese Welse erfolgte eine Verbrennung, während ein effektives Vormlschen von Heizöl A itnd Luft L und eine Kühlung der Flamme erfolgten.
Die Sllckstoffoxldkonzentrallon Im Abgas betrug bei einem Sauerstoffgehalt von 4% 40 ppm. Bei Verwendung einer üblichen bekannten Hochdruckdüsc als Brennstoffeinspritzdüse betrug die Stlckstoffoxldkonzentratlon Im Abgas bei einem Sauerstoffgehalt von i% demgegenüber 80 ppm. Diese Ergebnisse lassen klar erkennen, daß der Zerstäubungseffekt des flüssigen Brennstoffs und der In breitem Winkel erfolgte Dlsperglereffekt, wie sie durch die erflndungsgemäße Dusenelnhelt bewirkt werden, sich als äußerst vorteilhaft zur Erzielung einer mit geringer Umweltverschmutzung
ksnrt die erste Düse m!i der zweiten verbundenen Verbrennung cr
Düse durch eine geeignete Rohrleitung verbunden sein, statt durch den angegebenen Hohlzylinder. Ferner ^n können ggf. mehrere erfindungsgemäße DUsenclnhelten parallel zueinander angeordnet sein, um auf diese Welse den Misch- und Zerstäubungseffekt zu erhöhen. Ferner können mehrere erfindungsgemaße DOsenelnhelten In einem liefen Fluldumtank In Reihe angeordnet werden, 2' so daß die Misch- und Zerstaubungsoperatloncn und die Dispcrglcroperatloncn mehrstufig erfolgen können.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung naher veranschaulichen.
Beispiel 1
Eine erfindungsgemäße SprühdUsenclnheli des in den Flg. 1 und 2 dargestellten Typs wurde als Brennstoffsprühdüse eines Feuerrohrkesselsystcms vom Flamm- J-s rohrtyp mit einer Verdampfungsgeschwlndigkclt von 0,3 Tonnen pro Stunde verwendet. Die Art der Anordnung der SprOhdOsenelnhelt ergibt sich aus Fig. 8.
Wasser (W) wurde mit 30 Liter Heizöl A pro Stunde und mit Luft [L), die auf 0.8 kg/cm2G komprimiert ·»'" war. vermischt, worauf das Gemisch versprüht und verbrannt wurde. Wurde das prozentuale Verhältnis von Wasser zu (Wasser + öl) auf 20, 25 oder 30% eingestellt, so wurde die Stickstoffoxidkonzentration Im Abgas bei einem Sauerstoffgehall von 3'V. auf 80, 55 -«5 bzw. 40 ppm vermindert. Wurden demgegenüber bei Verwendung einer üblichen bekannten Sprühdüse vom Hochdrucktyp als BrennstofTsprühdOsc 30 Liter Heizöl A pro Stunde In analoger Welse verbrannt, so betrug die Stlckstoffoxldkonzentrailon im Abgas bei einem Sauer- s< > stoffgehali von 3% 80 bis 120 ppm.
Beispiel 2
Eine erflndungsgemäße SprühdOseneinheil des in den ss Flg. I und 2 dargestellten Typs wurde als Brennstoffsprühdüse in einem Doppelmantclwasserröhrcn-Boilersystem mit natürlicher Zirkulation mit einer Verdampfungsgeschwindigkeit von 3 Tonnen pro Stunde, verwendet. Es wurden pro Stunde 2601 Heizöl A *" zerstaubt und mit Dampf versprüht, der auf 2.8 kg/cm2G komprimiert war. Sekundärluft für die Verbrennung wurde aus einem Schlitz in Form eines dünnen Luftstrahl« mit einer Geschwindigkeit von 60 m/s gleichförmig in die Umgebung der DQwnclnhelt «·* an einem Punkt, der sich etwa 200 mm vor der Öffnung 20 der DOseneinheil befand derart zugeführt, daß der dünne Luftstrahl parallel verlief zu der einem geöffne- Belspiel 3
Eine crflndungsgcmfiße Sprühdüseneinheit des in den Flg. 1 und 2 dargestellten Typs wurde vertikal im Boden eines zylindrischen Gefäßes mit einem Inneren Durchmesser von 500 mm und einer Höhe von 2000 mm angeordnet. In das Gefäß wurden 350 1 Nalriumsulfitlösung eingebracht. Mit der erflndungsgemaßen Düseneinheit wurden 150 Nl Luft pro Minute und 301 Natriumsulfitlösung pro Minute, die aus dem Gefäß mit Hilfe einer Pumpe entnommen wurden, gemischt und zerstaubt, wobei sehr fein verteilte Luftblaschen auftraten. Das gemischte und zerstaubte Fluldum wurde in die Im Gefäß befindliche Natrlumsulfltlösung gesprüht und darin dlsperglert, wodurch durch den Gas-Flüsslgkeltskontakt eine Oxidation bewirkt wurde. Die festgestellte Oxidationsgeschwindigkeit war etwa 2ma! so groß wie die mit Hilfe einer üblichen bekannten Belüftungsvorrichtung, die mit perforierten Platten versehen war, erzielte Oxidationsgeschwindigkeit. Die erflndungsgcmaß erzielten vorteilhaften Ergebnisse sind damit erklärbar, daß der Durchmesser der von der erflndungsgemaßen Sprühdoseneinheit 10 erzeugten Bläschen sehr klein war, daß der Gas-Flüssigkeltskontaktberelch vergrößert wenden konnte, und daß feine Bläschen In einem breiten Dlsperglerwlnkel verteilt werden konnten, so daß der Gas-Flüsslgkeltskontakt sehr wirksam war.
Beispiel 4
Eine erflndungsgemäße Sprühdüseneinheit des in den Flg. 1 und 2 dargestellten Typs wurde vertikal am Boden eines Gefäßes mit einem Inneren Durchmesser von 300 mm und einer Höhe von 2000 mm angeordnet. In das Gefäß wurden 100 I einer bei 55a C gehaltenen Abfallemulsion, bestehend aus einer alkalischen Entfettungslösung (E), wie sie üblicherweise In Maschlnenherstellungs- oder Automobilherstellungsprozessen verwendet wird, mit 1,5% darin enthaltenem Öl eingebracht. Mit der erfindungsgemäßen Düseneinheit wurden pro Minute 1 Nl Luft (L) und 151 Abfallemulsion, die aus dem Gefäß mit Hilfe einer Pumpe entnommen wurden, vermischt und In die in dem Tank befindliche Abfallemulslon eingesprüht unter gleichzeitiger Einleitung sehr feiner Luftblasen, wodurch an den Luftblasen haftende Öltröpfchen zum Aufsteigen gezwungen und damit von der Abfallemulslon abgetrennt wurden. Auf diese Welse wurde der Ölgehall auf unter 0,1% vermin-
11
der! und die vom Öl befreite FlUsslgkell konnte erneut als Enlfet.ungslösung verwendet werden. UcI Verwendung eines üblichen Zentrifugalseparators zur Abtrennung von öl aus der Abfallcniulslon erwies sich eine Beschleunigung von 8000 bis 10 000 G als erforderlich, s was hohe apparative Kosten erforderte. Ferner war die Vcrarbeltungskapazltäi der bekannten Vorrichtung sehr viel geringer als die der erflndungsgemäßcn Sprühdüsenelnhelt.
Das In den Beispielen 3 und 4 beschriebene Verfahren lsi schematisch In Flg. 9 dargestellt. In bezug auf Beispiel 4 bedeuten In Flg. 9; E = alkalische Entfettungslösung, B = Bütschen, D = Dispersionsstrom der zerstäubten Lösung und L = Luft.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
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Claims (10)

Patentansprüche:
1. Sprühdüseneinheit zur Zerstäubung flulder Stoffe mit einer ersten Düse für den Durchlaß eines ersten Stoffes, die einen In Strömungsrichtung konisch konvergierenden Durchlaß und einen mit diesem konzentrisch verbundenen konisch divergierenden Durchlaß aufweist, mit einer Zufuhröffnung fQr einen zweiten Stoff, die im Bereich des niedrigsten Druckes des konisch divergierenden Durchlasses angeordnet ist, und mit einer zweiten Dose für das Gemisch, die stromabwärts nach der ersten Düse , angeordnet 1st und einen konisch konvergierenden Durchlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlzylinder (18) die beiden Düsen (U, 21) koaxial miteinander verbindet, daß im Abstand von der zweiten Düse (21) koaxial ein Reflektor (24) angeordnet ssi, der einen Hohlraum (23) zum Reflektieren eines Teiis des aus der zweiten Düse austre- tenden Gemisches aufweist, so daß dieses mit aus der zweiten Düse austretendem Gemisch zusammenprallt, und daß zum Halten des Reflektors eine koaxial angeordnete Tragstange (28) dient, die an In dem Hohlzylinder angeordneten Halterungsstegen (25) befestigt Ist.
2. Sprühdoseneinheit nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (20) des konisch konvergierenden Durchlasses (19) der zweiten Düse (21) einen C;7nungsbcrelch aufweist, der 1,5- bis "> .I.Omai größer Ist als d°r Mlr'-numöffnungsberelch (16) des konisch konvertierenden Durchlasses der ersten Düse (11).
3. SprOhdüscneinhelt nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Fluldzuführöffnung (17) der ersten Düse (U) derart angeordnet ist, daß der Axialabstand, gemessen vom Mlnlmaldurchmesserende des konisch konvergierenden Durchlasses (14) bis zur Mittelachse der FluldzufOhröffnung (17) 1,5-bls 3mal größer Ist als der Durchmesser der Fluldzu- führöffnung.
4. Sprühdüseneinheit nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (24) aus einem praktisch zylindrischen Bauteil besteht, das an dem der zweiten Düse (21) gegenüberliegenden Ende *s einen ringförmigen Hohlraum (23) aufweist. In den der fluide Stoff aus der zweiten Düse (21) gespritzt wird.
5. Sprühdüseneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ciaß das zylindrische Bauteil an seinem dem Hohlraum (23) zugewandten Ende einem flanschähnllchen Vorsprung (34) zur Erzeugung einer Niederdruckzone rund um das zylindrische Bauteil während des Aussprltzcns des flulden Sloffes aus der zweiten Düse (21) aufweist.
6. Sprühdüscneinhell nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den maximalen Durchmesser r/5 des zylindrischen Bauteils, den Innendurchmesser clt, die Tiefe ls des ringförmigen Hohlraums (23) und den Durchmesser </) der Öffnung der zwei- w> ten Düse (21) die folgenden Beziehungen gelten:
ih S 1.6 (Λ; 0.8 (Z3SiZ4S 1.2 dy. und 0.33 i/4 S Zi S 0,5 r/4.
7. SprühdUsenclnhelt nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dall der Reflektor (I Iy. f.: 24Λ) In einem Hultcrahmcn (37) montiert lsi. der Über einen Trägerblock (39) auf dem Hohlzylinder (18) befestigt ist.
8. Sprühdüseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (24) von der Tragstange (28) abnehmbar und mit dieser verschraubbar ist.
9. Sprühdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.sich die durch Halterungsstege (25) gehaltene Tragstange (28) längs der Mittelachse der zweiten Düse (21) erstreckt und daß der Reflektor (24) beweglich an der Tragstange (28) befestigt ist.
10. SprühdQseneinhelt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf der zweiten Düse (21) montierte, hohle, ringförmige Dlspergierwinkel-Elnstellvorrichtung (32) aufweist, die zur Einstellung des Winkels, in dem der fluide Stoff aus der zweiten Düse (21) verspritzt wird, axial verstellbar ist.
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