DE2753788B2

DE2753788B2 - Vorrichtung zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden

Info

Publication number: DE2753788B2
Application number: DE2753788A
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Fujisawa Kanagawa Kumazawa (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2753788C3; DE2753788A1; JPS5926348B2; JPS5369913A; US4165038A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden, bestehend aus einem Düsenkörper mit kreiszylindrischer Kammer, mit mindestens einem tangentialen Fluideinlaß, einem sich in Strömungsrichtung zuerst konisch verengenden und dann konisch erweiternden Fluidauslaß und einer dem Fluidauslaß gegenüberliegenden Prallplatte.

Es ist allgemein bekannt, z. B. aus der Literaturstelle »Practical Use of an Oil Burner Device«, Herausgeber: Japan Burner Research Association, veröffentlicht am 20. Januar 1974 von Nikkan Kogyo Shimbun Sha, zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden Vorrichtungen mit einem Düsenkörper zu verwenden, bei denen eine durch die Vorrichtung selbst erzeugte Drehbewegung eines Fluides oder mehrerer Fluide dazu ausgenutzt wird, einen Dispersionsstrom des Fluides oder der Fluide zu erzeugen. Bei diesem Typ von bekannten Sprühvorrichtungen ist jedoch nachteilig, daß dann, wenn der Düsenkörper der Vorrichtung in eine gasförmige Umgebung so eingebracht wird, daß mehr als eine Flüssigkeit gleichzeitig von dem Düsenkörper in der gasförmigen Umgebung dispergiert

bo wird, eine vollständige Zerstäubung und Vermischung der Flüssigkeiten nicht erfolgt. Wird andererseits der Düsenkörper einer derartigen bekannten Vorrichtung derart in eine Flüssigkeit eingebracht, daß ein gasförmiges Fluid oder gasförmige Fluide von dem

(,5 Düsenkörper in der umgebenden Flüssigkeit dispergiert werden, so erweist sich als nachteilig, daß eine vollständige Auftrennung des gasförmigen Fluides in feine Gasbläschen nicht erzielt wird.

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Die aufgezeigten Nachteile der bekannten Vorrichtungen rühren daher, daß aufgrund der Konstruktion der Vorrichtungen eine effektive Ausnutzung der sich bildenden hydrodynamischen Unterdruck zone nicht erzielt werden kann. Dies bedeutet daß ungeachtet der Tatsache, daß hydrodynamische Unterdruckzonen gebildet werden, in einem Bereich, in dem die unter hoher Geschwindigkeit erfolgende Drehbewegung der Fluide bewirkt wird, und ebenso in anderen Bereichen, in denen die Fluide au*, der Vorrichtung dispergiert werden, ein in der Umgebung der Vorrichtung befindliches Fluid leicht in die gebildeten hydrodynamischen Unterdruckzonen hineingesaugt wird.

Aus der GB-PS 9 58 100 ist ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen bekannt für die kennzeichend ist, daß ein Gasstrom und eine fließfähige Substanz mit hoher Geschwindigkeit auf eine starr angeordnete Prallplatte auftreffen, wobei der Gasstrom in Turbulenz versetzt und die fließfähige Substanz zerteilt wird.

Aus der DE-OS 22 52 218 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Ausstoßen eines herumwirbelnden Fluides mit einer Aufprallplatte mit zwei Aufpralloberflächen im Düsenkörper bekannt Die Entfernung zwischen der Aufpralloberfläche und dem Fluidauslaß ist dabei mittels einer Mutter fest eingestellt und läßt sich während des Betriebes der Vorrichtung nich t ohne weiteres verändern.

Aus der US-PS 24 86 137 ist schließlich ein ölbrenner bekannt, bei dem öl und Dampf mit Hilfe eines Gebläses oder einer Turbine im Innern des Brennkörpers miteinander vermischt werden und das Öl-Dampfgemisch aus einem Auslaß des Brennerkörpers in Richtung eines starr angeordneten Flammendetektors ausgestoßen wird, wobei die Mischung auf der konischen Oberfläche des Flammendetektors verteilt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden anzugeben, die ein inniges Vermischen von mindestens zwei Fluiden und die Dispergierung des Fluidgemisches in einem die Vorrichtung umgebenden Fluid ermöglicht und bei der verhindert wird, daß ein Fluid von außerhalb der Vorrichtung in den Düsenkörper eintreten kann.

Ausgehend von einer Vorrichtung zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden des eingangs angegebenen Typs, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Zeichnungen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte erste Ausführungsform einer Vorrichtung,

F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie II-II der F i g. 1,

F i Z- 3 eine perspektivische Ansicht der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung,

Fig.5 eine perspektivischen Ansicht einer dritten Alisführungsform einer Vorrichtung, bo

F i g. 6 eine Seitenansicht der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 7 eine zum Teil im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer vierten Ausführungsform und

Fig.8 eine im Schnitt dargestellte fünfte Ausführungsform der Vorrichtung.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung weist einen Düsenbehälter 1 auf. der die Form eines

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40 Hohlzylinders der Länge L hat und eine axiale Innenbohrung des Durchmessers D\ aufweist An der die Axialbohrung des Dösenbehälters 1 begrenzenden Innenwand 2 befindet sich ein Fluideinlaß 3, durch den ein unter Druck stehendes Fluid Fh in den Düsenbehälter 1 einströmt Das unter Druck stehende Fluid Fh wird durch eine Fluidzuführungsleitung 4, die mit dem Fluideinlaß 3 verbunden ist, eingespeist Der auf das Fluid Fh ausgeübte Druck ist so eingestellt, daß ein starker Ausstoß des Fluides Fw aus dem Fluideinlaß 3 in die axiale Innenbohrung des Düsenbehälters 1 erfolgt. Wie insbesondere aus Fig.2 ersichtlich ist der Fluideinlaß 3 so beschaffen, daß das unter Druck stehende Fluid F« in den Düsenbehälter 1 in tangentialer Richtung, bezogen auf den Mittelpunkt der Axialbohrung des Düsenbehälters 1 ausgestoßen wird. Das ausgestoßene Fluid Fh erzeugt daher einen Fluidstrom, der sich mit hoher Geschwindigkeit längs der Innenwand 2 dreht Der sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Strom des Fluides Fh erzeugt dabei eine Unterdruckzone Vi im Innenteil der Axialbohrung des Düsenbehälters 1.

In die Axialbohrung des Düsenbehälters 1 ist ein rohrförmiges Fluidausstoßteil 5 eingeschraubt. Das Fluidausstoßteil 5 ist dabei so angeordnet, daß es koaxial mit dem Düsenbehälter 1 ist Dasjenige Teil des Fluidausstoßteiles 5, das in die axiale Innenbohrung des Düsenbehälters 1 hineinragt, hat einen äußeren Durchmesser D\ Die axiale Lage des Fluidausstoßteiles 5 in bezug auf den Düsenbehälter 1 kann mit Hilfe eines Gewinderinges 6 eingestellt werden, der sich in Schraubverbindung mit dem Fluidausstoßteil 5 befindet. Der Gewindering 6 dient ferner dazu, einen dichten Verschluß zwischen dem Fluidausstoßteil 5 und dem Düsenbehälter 1 zu schaffen. In das Fluidausstoßteil S wird das Fluid Fv eingeführt. Wird daher in der Axialbohrung des Düsenbehälters ! ein Unterdruck V, erzeugt, so bewirkt dieser, daß das in den Fluidausstoßteil 5 befindliche Fluid Fv hydrodynamisch in die Zone Vi gespritzt wird. Sobald das Fluid Fv aus dem Fluidausstoßteil 5 ausgespritzt wird, wird es zerstäubt und mit dem sich drehenden Strom des unter Druck stehender. Fluides Fh vermischt. Dies bedeutet, daß das Fluid Fv in feine Fluidpartikel im Fluid-F« überführt wird.

Am oberen Teil des Düsenbehälters 1 sitzt ein Fluidauslaßteil 7a, das eine nach oben konvergierende Fluidbeschleunigungszone begrenzt mit einem Fluidauslaß 7, der einen Durchmesser D₀ aufweist. Sind die Fluide Fn und Fy miteinander vermischt, wird das Fluidgemisch mit hoher Geschwindigkeit aus dem Fluidauslaß 7 ausgestoßen, nachdem das Fluidgemisch durch die konvergierende Fluidbeschleunigungszone beschleunigt wurde. Beim Ausstoß aus dem Fluidauslaß 7 befindet sich das Gemisch aus den Fluiden Fh und Fi noch immer in Drehbewegung. Der Fluidauslaß 7 weist eine konischkonkave Oberfläche 8 auf. Das Gemisch der Fluide wird daher gegen die Außenseite des Düsenbehälters 1 geführt und versprüht, wobei es durch die konisch-konkave Oberfläche 8 so geführt wird, daß ein filmartiger Dispersionsstrom S aus dem Gemisch der Fluide Fh und Fv erzeugt wird. Der Dispersionswinkel des versprühten Stromes aus dem Gemisch der Fluide wird dabei durch die konisch-konkave Oberfläche 8 des Fluidauslasses 7 bestimmt.

Außerhalb des Fluidauslasses 7 und diesem gegenüber ist eine Prallplatte 10 angeordnet. Diese Prallplatte weist eine Oberfläche 9 auf, die gegenüber dem

Fluidauslaß 7 konisch-konvex ist. Die konisch-konvexe Oberfläche 9 ist dabei derart ausgestaltet, daß sie praktisch komplementär zu der konisch-konkaven Oberfläche 8 verläuft. Der Vertikalwinkel der Oberfläche 9 ist daher praktisch gleich dem angegebenen Dispersionswinkel λ. Die Prallplatte 10 weist ein Basisteil mit dem Durchmesser Ds auf und ist mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel, z. B. mit Hilfe von Schrauben 12 an einen flexiblen Haltebügel 11 befestigt. In dem Falle, indem der Dispersionswinkel α 180° betragen soll, sind die normalerweise konisch-konkave Oberfläche 8 und ebenso die konisch-konvexe Oberfläche 9 entsprechend, d. h. als ebene Flächen, ausgebildet.

Der flexible Haltebügel 11 ist an einem starren Haltestab !3 befestigt, und zwar mit Hilfe der Gewindemuttern 14 und 15 an dem Haltestab festgeschraubt. Der flexible Haltebügel 11 weist die geschwungenen Abschnitte R\ und R2 auf, so daß der Dispersionsstrom Sdurch den flexiblen Haltebügel 11 in keiner Weise blockiert wird.

Der sich drehende, aus dem Fluidauslaß 7 austretende Strom der vermischten Fluide Fy und F_H wird somit mit Hilfe der konisch-konvexen Oberfläche 9, mit Hilfe der Prallplatte 10 sowie der konisch-konkaven Oberfläche 8 mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen in die Umgebung des Düsenbehälters 1 ausgestoßen Als Folge hiervon wird eine Unterdruckzone V2 in einem Bereich erzeugt, der sich längs der Innenseite des Dispersionsstromes 5, wie aus F i g. 1 ersichtlich, erstreckt. Beide Unterdruckzonen V] und V2 bewirken, daß die Prallplatte 10 unter Herabbiegen des flexiblen Haltebügels 11 gegen den Fluidauslaß gezogen wird. In F i g. 1 deuten die ausgezogenen Linien an, daß sich die Prallplatte 10 in einer Ausgangsposition außer Betrieb findet, während die gestrichelten Linien die Lage der Prallplatte 10 andeuten, wenn sich diese aufgrund der beschriebenen Anziehwirkung, welche durch die Unterdruckzonen Vi und V₂ während des Betriebes ausgeübt wird, dem Fluidauslaß 7 genähert hat Sobald sich die Prallplatte 10 dem Fluidauslaß 7 nähen, wird der Abstand zwischen der konisch-konvexen Oberfläche 9 der Prallplatte 10 und der konisch-konkaven Oberfläche 8 automatisch klein. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Dispersionsstromes 5 des Gemisches aus den Fluiden F«und Fvhochgehalten.

Der flexible Haltebügel 11 besteht aus einem elastischen Material solchen Typs und ist in solcher Weise ausgestaltet, daß die Prallplatte 10 leicht von der Ruhestellung in Richtung des Fluidauslasses 7 bewegt werden kann. Der Abstand h zwischen der Ruhestellung der Prallplatte 10 und der obersten Kante des Düsenbehälters 1 ist so ausgewählt, daß die Prallplatte 10 während der Zerstäubungsoperation in eine Stellung bewegt wird, in der die konisch-konvexe Oberfläche 9 der Prallplatte 10 praktisch parallel zur konisch-konkaven Oberfläche 8 des Düsenbehälters 1 liegt Der in F i g. 1 angedeutete Abstand h deutet die parallele Lage der Prallplatte 10 an. Dieser Abstand /1 ändert sich jedoch, wenn sich die aus dem Fluidauslaß 7 ausgestoßene Menge des Gemisches der Fluide Fh und Fv ändert Je nach Änderung der ausgestoßenen Menge an Fluidgemisch erfolgt somit die Einstellung des ursprünglichen Abstandes k der Prallplatte 10 in die neue Position. Die Einstellung des Abstandes h kann durch Drehen der Gewindemuttern 14 und 15 bewirkt werden, wodurch der flexible Haltebügel 11 nach oben oder unten bewegt werden kann.

Der Haltestab 13, an dem der flexible Haltebügel 11 befestigt ist, ist mit Hilfe eines Blockes 16 starr an der Fluidzuführleitung 4 befestigt. Der Block 16 weist eine Gewindebohrung 16a auf, in welcher der ein Gewinde aufweisende Abschnitt 13a des Haltestabes 13 so eingeschraubt ist, daß das Bodenende des Haltestabes 13 an die Fluidzuführleitung 4 anstößt.

Aufgrund der angegebenen Ausgestaltung des Düsenbehälters 1 und der Prallplatte 10 wird der Abstand zwischen der Prallplatte 10 und der Oberfläche 8 des Düsenbehälters 1 automatisch eingestellt, wenn die Prallplatte 10 durch das mit hoher Geschwindigkeit aus dem Fluidauslaß 7 ausgestoßene Fluidgemisch hochgedrückt wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist

• 5 die Zentralachse des Fluideinlasses 3 um einen Winkel S (der je nach Zweckmäßigkeit einige Grade beträgt), bezogen auf die Horizontalebene, die senkrecht auf der Zentralachse des Düsenbehälters 1 steht, nach oben geneigt. Wird daher das unter Druck befindliche Fluid Fh aus dem Einlaß 3 in die Axialbohrung des Fluidbehälters 1 ausgestoßen, so hat das Fluid Fh die Tendenz, in Richtung Fluidauslaß 7 zu strömen Mit anderen Worten: Der sich drehende Strom des unter Druck befindlichen Fluides Fh steigt in dem Düsenbehälter 1 spiralförmig gegen den Fluidauslaß 7 nach oben.

Wird die Menge des aus dem rohrförmigen

Fluidausstoßteil 5 ausgespritzten Fluides Fv allmählich erhöht, z. B. durch Druckeinwirkung auf das Fluid Fv in dem Ausstoßteil 5, so wirkt das ausgespritzte Fluid Fi

Jd dem ausgestoßenen Strom des unter Druck befindlichen Fluides Fh, der sich längs der Innenwand 2 des Düsenbehälters 1 dreht, entgegen. Als Folge hiervon wird die Drehgeschwindigkeit des Fluides F/y verringert. Die von der Unterdruckzone Vj ausgeübte hydrodynamische Wirkung wird daher geschwächt und reicht nicht mehr dazu aus, die Prallplatte 10 gegen den Fluidauslaß 7 zu ziehen. Demzufolge wird die Prallplatte 10 aufgrund der Elastizität des Haltebügels 11 vom Fluidauslaß 7 wegbewegt. Der Abstand zwischen der konisch-konvexen Oberfläche 9 der Prallplatte 10 und der Oberfläche 8 des Fluidauslaßteiles la wird daher automatisch vergrößert so daß die Geschwindigkeit des Dispersionstromes 5 des Gemisches aus den Fluiden F_H und Fv erniedrigt wird. Es erweist sich daher als besonders vorteilhaft, zusätzlich eine Einrichtung anzubringen die verhindert, daß die Prallplatte 10 vom Fluidauslaß 7 wegbewegt wird um zu erreichen, daß die Geschwindigkeit des Dispersionsstromes 5 des Fluidgemisches immer auf einem so hohen Wert gehalten werden kann, daß ein effektives Zerstäuben des Fluides Fv sowie ein effektives Vermischen und Dispergieren der Fluide Fvund F« erfolgt

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist eine zusätzliche Sperreinrichtung mit einem flexiblen Haltebügel 17 oberhalb des Haltebügels 11 vorgesehen. Der Haltebügel 17 wirkt in der Weise, daß er die Aufwärtsbewegung der Prallplatte 10 begrenzt Dieser zusätzliche Haltebügel 17 weist eine Schraube 18 auf, die derart am Vorderende des Haltebügels 17 montiert

_bo ist, daß sie auf den Haltebügel 11 weist Die Schraube 18 ist so angebracht, daß ihre Achse mit dem Zentrum des Düsenbehälters 1 ausgefluchtet ist Die vorstehende Länge /3 der Schraube 18 kann durch Drehen der Schraube eingestellt werden. Nach ihrer Einstellung

_b5 wird die Schraube 18 mit Hilfe einer Feststellschraube 19 an dem Haltebügel 17 festgestellt Bewegt sich die Prallplatte 10 nach oben, weil die hydrodynamische Anziehwirkung geschwächt ist so daß der Abstand

zwischen der Prallplatte 10 und der konisch-konkaven Oberfläche 8 des Fluidauslasses 7 über einen bestimmten Wert erhöht wird, so stößt der Haltebügel 11 an das vorstehende Ende der Schraube 18. Beim Aufeinandertreffen von Schraube 18 und Haltebügel 11 zwingt die Aufwärtsbewegung der Prallplatte 10 die Schraube 18 zu einer Bewegung in Aufwärtsrichtung. Da jedoch die Aufwärtsbewegung der Schraube 18 gegen die Elastizitätskraft erfolgen muß, welche der Haltebügel 17 ausübt, wird schließlich die Aufwärtsbewegung sowohl der Prallplatte 10 als auch der Schraube 18 durch den Haltebügel 17 gestoppt.

Dies ist damit zu erklären, daß ein stärkeres Abbiegen des Haltebügels 17 eine Erhöhung der durch den Bügel 17 ausgeübten Elastizitätskraft bewirkt. Dadurch wird verhindert, daß der Abstand zwischen der Prallplatte 10 und dem Düsenbehälter 1 vergrößert wird. Die Vergrößerung des Abstandes zwischen der Prallplatte 10 und der konisch-konkaven Oberfläche 8 wird um so geringer, um so stärker die Elastizität des flexiblen Haltebügels 17 ist.

Bei der in den Fig.5 und 6 dargestellten Ausführungsform weist der Düsenbehälter 1 mehrere Fluideinlässe 3 (beispielsweise sind drei mit den Bezugszeichen 3a bis 3c gekennzeichnete Einlasse dargestellt) auf. Vorzugsweise sind die drei Einlasse 3a bis 3c so angeordnet, daß ihre Achsen verschieden verlaufen. In die drei Einlasse 3a, 3b und 3c werden über die drei Fluidzufuhrleitungen 4a, 46 und 4c unter Druck stehende Fh ι , Fh 2 bzw. Fh₃ eingespeist. Die unterschiedlichen Positionen der drei Einlasse 3a bis 3c ermöglichen den Ausstoß einzelner unter Druck befindlicher Fluide Fh \ bis Fh3 in die Innenbohrung des Düsenbehälters 1 ohne daß sie einem nennenswerten Strömungswiderstand unterliegen.

Bei der in den Fig.5 und 6 dargestellten Ausführungsform strömen vier verschiedene Fluide Fh 1 bis Fh 3 und Fv in die Innenbohrung des Düsenbehälters 1. Die Menge der vier verschiedenen Fluide wird durch die Ventile 20a, 20Z>, 20c bzw. 2öd gesteuert. Das Verhältnis der Mengen der vier Fluide F^i bis Fh3 und Fv kann daher je nach Bedarf leicht verändert werden. Im Düsenbehälter 1 werden die vier Fluide Zerstäubungsund Mischwirkungen ausgesetzt, welche durch die Drehbewegung der drei Fluide F//i bis Fh3 verursacht werden. Die miteinander vermischten Fluide strömen spiralförmig in Richtung Fluidauslaß 7, während sie in der konvergierenden Zone des Düsenbehälters 1 beschleunigt werden. Anschließend wird das Gemisch der Fluide aus dem Fluidauslaß 7 ausgestoßen und versprüht.

Zu bemerken ist, daß die in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Vorrichtungen in jeder beliebigen, von der in den Figuren dargestellten vertikalen Lage abweichenden Lagen angeordnet sein können. Wird z. B. die in F i g. 4 dargestellte Vorrichtung in der Praxis mit der Oberseite nach unten verwendet, so daß der Fluidauslaß 7 nach abwärts gerichtet ist, so dient die an dem Haltebügel 17 befestigte Schraube 18 dazu, die Prallplatte 10 daran zu hindern, daß diese aufgrund der Schwerkraft nach unten bewegt wird, selbst wenn die Elastizität des flexiblen Haitebügels 11 nur gering ist Ferner können mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen gleichzeitig parallel miteinander oder in Reihe angeordnet werden, falls sich dies als vorteilhaft erweist

In Fig.7 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung dargestellt Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß der flexible Haltebügel 11 für die Prallplatte 10 durch eine Trägerplatte 23 ersetzt ist. Die Trägerplatte 23 hängt an einer Vielzahl von Federn -, 24, die an vertikalen Stangen 22 befestigt sind. Die Stangen 22 (drei im Falle der Ausführungsform gemäß F i g. 7) sind fest auf einer Grundplatte 21 montiert, die mit dem Düsenbehälter 1 verbunden ist. An der Trägerplatte 23 ist die Prallplatte 10 derart befestigt, daß sie dem Düsenbehälter 1 gegenüberliegt. Die ursprüngliche Stellung der Prallplatte 10 in bezug auf den Düsenbehälter 1 ist in F i g. 7 durch ausgezogene Linien angedeutet. In der ursprünglichen Stellung ist der Abstand zwischen der Prallplatte 10 und der Oberkante -, des Düsenbehälters 1 mit h angedeutet. Der Abstand h wird dadurch eingestellt, daß die Mutter 25 zum Befestigen der Federn 24 an den Stangen 22 nach oben oder nach unten bewegt werden. Die Trägerplatte 23 weist drei Bohrungen 26 auf, durch welche sich die Stangen 22 erstrecken. Der Durchmesser EH, jeder dieser drei Bohrungen 26 ist so gewählt, daß er merklich größer ist als der Durchmesser D₁ der Stangen 22, so daß eine freie Vertikalbewegung der Trägerplatte 23 möglich ist.

Bei der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform wirkt, wenn das Gemisch aus den Fluiden Fh und Fv aus dem Fluidauslaß 7 des Fluidbehälters 1 ausgestoßen wird, die angegebene hydrodynamische Anziehwirkung wiederum auf die Prallplatte 10. Diese wird daher

in angezogen und gegen den Fluidauslaß 7 bewegt, bis die in F i g. 7 durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung ereicht ist. Das heißt, daß sich der Abstand zwischen der Prallplatte 10 und dem Düsenbehälter 1 von I₂ bis h vermindert hat. Demzufolge bildet sich der Dispersions-

J₅ strom des Gemisches aus den Fluiden Fh und Fv als Hochgeschwindigkeit-Laminarstrom aus. Dadurch wird ein wirksames Vermischen der Fluide Fh und Fv und ein wirksames Zerstäuben und Dosieren des Gemisches aus den Fluiden Fh und Fv erreicht. Um zu verhindern, daß sich Staub auf der Trägerplatte 23 ablagert, kann ferner eine geeignete Abdeckung 27 oberhalb der Trägerplatte 23 angeordnet sein. Anderenfalls kann die Trägerplatte 23 eine geeignete Zahl von Durchbohrungen aufweisen.

Der Düsenbehälter 1 kann eine Vielzahl von Einlaßöffnungen aufweisen, um die Einführung einer Vielzahl von Fluiden in den Behälter 1 zu ermöglichen, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß den Fig.5 und 6 beschrieben wurde. Ferner kann die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform von F i g. 7 mit der Oberseite nach unten verwendet werden, wenn sich dies als vorteilhaft erweist Im Falle der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform kann die Bewegung der Prallplatte 10 in bezug auf den Düsenbehälter 1 ferner in solcher Weise erfolgen, daß die Prallplatte 10 stets parallel zur Oberkante des Fluidauslasses 7 des Düsenbehälters 1 gehalten wird.

Bei der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform können die Federn 24 gegebenenfalls weggelassen werden, so daß die Trägerplatte 23 zusammen mit der

bo Prallplatte 10 frei auf dem Düsenbehälter 1 ruht In diesem Falle werden die Trägerplatte 23 und die Prallplatte 10 durch die Kraft des Gemisches aus den Fluiden Fh und F_v angehoben, wenn dieses aus dem Fluidauslaß 7 des Düsenbehälters 1 ausgestoßen wird. In

(,5 diesem Stadium dienen die Schrauben 25 dazu, das Anheben der Trägerplatte 23 und der Prallplatte 10 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu begrenzen. Eine derartige Ausführungsform der Vorrichtung, bei

der die Federn weggelassen sind, erweist sich dann als vorteilhaft, wenn die Vorrichtung in einer Flüssigkeit installiert und verwendet wird, welche Schlamm enthält, da in diesem Falle die auf dem Düsenbehälter 1 ruhende Prallplatte 10 den Fluidauslaß 7 abschließt, wenn sich die Vorrichtung nicht in Betrieb befindet, so daß kein in der Flüssigkeit befindlicher Schlamm in den Düsenbehälter eindringen kann. Andererseits kann eine beliebige geeignete Feststelleinrichtung auf den Stangen 22 montiert sein, um die Trägerplatte 23 und die Prallplatte 10 daran zu hindern, frei auf der Oberseite des Düsenbehälters 1 aufzuliegen. In diesem Falle wird ein enger, der Anfangsstellung entsprechender Spalt (entsprechend dem ursprünglichen Abstand I₂) zwischen der Prallplatte 10 und der Oberkante des Fluidauslasses 7 des Düsenbehälters 1, wenn sich die Vorrichtung nicht in Betrieb befindet, gebildet. Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird daher das Zerstäuben und dispergieren des Gemisches aus den Fluiden Fh und Fv sofort gestartet.

Eine derartige Vorrichtung erweist sich als besonders wirksam zum dispergieren eines Gases oder von Gasen in einer Flüssigkeit oder in Flüssigkeiten.

In einem Versuch wurde eine derartige Vorrichtung in eine Natriumsulfitlösung eingesetzt. Die Natriumsulfitlösung wurde durch die Vorrichtung mit Hilfe einer geeigneten Pumpe als Fluid Fh zirkuliert, während gleichzeitig als Fluid Fv Luft in die Vorrichtung eingespeist wurde. Dadurch wurde bewirkt, daß die Luft in feine Bläschen verteilt und mit dem sich drehenden Strom der Natriumsulfitlösung in dem Düsenbehälter der Vorrichtung vermischt wurde. Die mit Luft vermischte Natriumsulfitlösung strömte aus dem Fluidauslaß des Düsenbehälters durch einen begrenzten Spalt zwischen der Oberfläche des Düsenbehälters und der Prallplatte aus. Die Belüftung der Natriumsulfitlösung wurde dabei mit einer Geschwindigkeit erreicht, die doppelt so hoch war wie bei einer üblichen Belüftungsmethode unter Verwendung einer Belüftungsplatte oder Belüftungsleitung. Es wurde ferner erreicht, daß die mit Hilfe dieser Vorrichtung erzielte Belüftungsgeschwindigkeit um 30% schneller als bei Verwendung einer bekannten Vorrichtung, die ebenfalls auf dem Prinzip der Fluiddrehbewegung beruht, jedoch keine Prallplatte aufwies.

Bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform ist ein Hohlzylinder 35 koaxial in bezug auf das rohrförmige Fluidausstoßteil 5 montiert Der Hohlzylinder 35 hat einen Durchmesser Dt und wird durch Plattenelemente 28 und 29 axial beweglich gehalten. Am äußeren Ende des Hohlzylinders 35 ist eine abgewandelte Form einer Prallplatte, die Prallplatte 30 angebracht, die eine nach innen dispergierende konische Form hat Der Hohlzylinder 35 und die konische Prallplatte 30 sind miteinander durch einen Trägerstab 31 verbunden. Der Hohlzylinder 35 weist am Endabschnitt eine Vielzahl von Bohrungen 32 auf. An einem Ende des Düsenbehälters la, der ähnlich dem Düsenbehälter 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen ist, befindet sich ein Fluidauslaßteil 7a' mit einer nach auswärts konvergierenden Beschleunigungszone und einem Fluidauslaß T. Die Plattenelemente 28 und 29 werden mittels eines Zylinderteiles 33 im axialen Abstand voneinander gehalten. Ein Abstandshalterung 34 im Düsenbehälter la bewirkt, daß zwischen dem Fluidauslaßteil 7a' und der Prallplatte 30 ein vorbestimmter Anfangsspalt G₂ gebildet wird. Der Abstandshalterung 34 weist einen runden Durchlaß auf, der mit einer FluideinlaBöffnung 3', die im Düsenbehälter la gebildet ist, abgestimmt ist. Ein Fluid Fh ι strömt daher in den Düsenbehälter la in ähnlicher Vv'eise ein wie in den Düsenbehälter 1 gemäß der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform.

r, Erfolgt der Zustrom des Fluides Fh \ in den Düsenbehälter la unter einem vorbestimmten Druck, so wird ein sich drehender Strom aus dem Fluid Fh ι in den Düsenbehälter la gebildet und der sich drehende Strom aus dem Fluid F_H ι wird sodann aus dem Fluidauslaß T

ίο ausgespritzt, nachdem er durch die konvergierende Beschleunigungszone des Fluidauslaß teils 7a' beschleunigt wurde. Daher wird im Zentrum des sich drehenden Stroms des Fluides F_H\ eine erste Unterdruckzone gebildet und gleichzeitig wird eine zweite Unterdruck-

• 5 zone in deir Prallplatte 30 erzeugt Ein Fluid Fy. das durch den Fluidausstoßteil 5 eingespeist wird, wird daher in den sich drehenden Strom aus dem Fluid Fh ι durch die !Bohrungen 32 gezogen, und zwar durch die von der ersten Unterdruckzone ausgeübte hydrodynamische Wirkung und mit dem Fluid F_H\ vermischt. Ferner wird die Prallplatte 30 durch die hydrodynamische Anziehwirkung, welche durch die erste und zweite Unterdruclczone ausgeübt wird, axial nach innen auf den Fluidauslaß T zu bewegt Bei der axialen Bewegung der

Prallplatte 30 wird die öffnung, welche zwischen der Prallplatte 30 und dem Fluidauslaß T des Düsenbehälters la gebildet wird, vom Abstand G₂ auf einen geringeren Abstand G vermindert Auf diese Weise kann das Gemisch aus den Fluiden Fh ι und Fvtnh hoher Geschwindigkeit durch die öffnung zwischen der Prallplatte 30 und dem Fluidauslaß T ausgestoßen werden. Daher wird ein weiteres Vermischen der Fluide Fv und Fh ι während der unter hoher Geschwindigkeit erfolgenden Dispersion des Gemisches aus den Fluiden Fh ι und Fv gefördert In der Wand des Düsenbehälters la kann eine Vielzahl von Einlaßöffnungen 3' vorgesehen sein.

Bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform ist die Achse der Einlaßöffnung 3' um einen Winkel β geneigt, und zwar aus dem gleichen Grund, wie dies im Zusammenhang mit der durch die F i g. 1 bis 3 erläuterten Ausführungsform beschrieben wurde. Vorzugsweise sind die Plattenelemente 28 und 29 mit einem Schlitz oder mit Schlitzen versehen, um die Elastizität der beiden Platten zu verbessern. Der Außendurchmesser Eh des Fluidausstoßteiles 5 und der Innendurchmesser Eh des Hohlzylinders 35 sind so gewählt, daß der Hohlzylinder in axialer Richtung, bezogen auf das Ausstoßteil 5 freibeweglich ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich ferner, ein schmales Loch oder schmale Löcher in der Peripherie des Hohlzylinders 35 nahe der Platte 28 vorzusehen, so daß derjenige Teil des Fluides Fv der gegebenenfalls in den ringförmigen Spalt zwischen dem Hohlzylinder 35 und den rohrförmigen Fluidausflußteil 5 fließt, aus diesem ringförmigen Spalt wieder in das Innere des Düsenbehälters la ausfließen kann.

Die in Fig.8 dargestellte Ausführungsform kann in jeder anderen Lage als der in Fig.8 dargestellten

_6C horizontalen Lage angeordnet werden. Die in Fig.8 dargestellte Vorrichtung ist in besonders vorteilhafter Weise verwendbar in einer gasförmigen Atmosphäre, in der mehr als zwei unterschiedliche Flüssigkeiten zerstäubt und vermischt und das Flüssigkeitsgemisch in der gasförmigen Atmosphäre dispergiert werden solL

In einem Versuch wurde eine Vorrichtung des in F i g. 8 dargestellten Typs mit zwei in axialem Abstand voneinander befindlichen Einlaßöffnungen 3' in einer

Brennstoffbeschickungseinrichtung eines Brenners verwendet. Bei diesem Versuch wurde Druckluft als erstes Fluid Fh ι in die Vorrichtung durch die Einlaßöffnung 3' eingespeist, welche sich am weitesten entfernt vom Fluidauslaß T befand. Als zweites Fluid Fh 2 wurde Wasser unter Druck durch die andere Einlaßöffnung 3', die nahe dem Fluidauslaß T angeordnet war, in die Vorrichtung eingespeist. Außerdem wurde als drittes F'uid Fv Kerosin aus dem Fluidausstoßteil 5 in dem sich drehenden Strom aus Luft und Wasser in den Düsenbehälter la eingespritzt. Beim Einspritzen wurde das Kerosin zerstäubt und die zerstäubten Kerosinpartikel wurden mit der Luft und dem Wasser vermischt Anschließend wurde das Gemisch aus Luft, Wasser und Kerosin nach außen durch die schmale öffnung is zwischen dem Fluidauslaß T und der Prallplatte 30 abgegeben, so daß ein weiteres Vermischen der Komponenten des Gemisches gefördert wurde, worauf das Gemisch außerhalb der Vorrichtung verbrannt wurde. Dabei verbrannte das Gasprodukt unter Bildung schädlicher Stickstoffoxide (NO₁) von weniger als 40 ppm unter solchen Bedingungen, daß das Volumenverhältnis von Wasser

Wasser

\ Wasser + Kerosin

χ 100

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28% und das Volumenverhältnis von Sauerstoff 4% betrug. Diese Ergebnisse zeigen, daß die in dem )₀ Gasprodukt erhaltene Menge an Stickstoffoxiden nur halb so groß war wie in dem Falle, indem dem zu verbrennenden Gemisch kein Wasser zugemischt wird. Die dargelegte Vorrichtung eignet sich in ausgezeichneter Weise zum Zerstäuben und Vermischen von js Fluiden und zum Versprühen eines Fluidgemisches in Form eines filmartigen Dispersionsstromes in ein die Vorrichtung umgebendes Fluid. Die Vorrichtung bietet sich daher für die folgenden Verwendungszwecke an:

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1. Wenn die Vorrichtung in eine Flüssigkeit eingebracht wird und wenn diese Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit vermischt und zerstäubt wird, während die Flüssigkeit in die Vorrichtung rezyklisiert und das zerstäubte Flüssigkeitsgemisch mit hoher Geschwindigkeit in der Flüssigkeit dispergiert wird, läßt sie sich zum wirksamen Vermischen von mindestens zwei Flüssigkeiten verwenden.

2. Wenn die Vorrichtung so angeordnet wird, daß der Fluidauslaß auf eine Flüssigkeit gerichtet ist, und wenn mindestens ein Gas in Form feiner Bläschen aus der Vorrichtung in die Flüssigkeit dispergiert wird, kann die Vorrichtung als Gas-Flüssigkeits-Kontakteinrichtung oder -Belüftungseinrichtung oder als Trenneinrichtung dienen, um zu bewirken, daß in der Flüssigkeit suspendierte Substanzen oder öltropfen aufsteigen, die dann von der Flüssigkeit getrennt werden können.

3. Wenn der Fluidauslaß der Vorrichtung auf ein Gas gerichtet und die Vorrichtung so angeordnet wird, daß mindestens ein Pulver aus dem Fluidauslaß dispergiert und versprüht wird, ist es möglich, das Pulver in Form gleichförmiger Pulverpartikel zu zerstäuben und mindestens zwei Pulver homogen miteinander zu vermischen.

4. Wenn die Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes oder als Düse zum Vermischen und Zerstäuben von mindestens einem Brennstoff mit Wasser oder einem chemischen flüssigen Zusatzstoff, sowie zum Dispergieren des zerstäubten Gemisches verwendet wird, kann eine Brenneinrichtung geschaffen werden, in der die Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad und unter Aufwerfung nur geringer Umweltverschmutzungsprobleme erfolgt

5. Wenn die Vorrichtung so angeordnet wird, daß eine Flüssigkeit fein zerstäubt und in einem Gas dispergiert wird, kann aufgrund der Tatsache, daß ein ausreichender Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas erzielbar ist, die Vorrichtung dazu verwendet werden, das Wasser eines Fischzuchtteiches in Luft zu versprühen, das Wasser mit Sauerstoff in Kontakt zu bringen und das an Sauerstoff angereicherte Wasser in den Teich zurückzuführen. Ferner kann die Vorrichtung dazu dienen, Chlorgas aus dem Leitungswasser zu entfernen durch Versprühen in die Atmosphäre.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung bieten sich dem Fachmann auf dem Gebiete der Fermentation, der Umweltverschmutzungsbekämpfung, der Chemie und anderer Industriezweige an.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Vorrichtung zum Zerstäuben eines Fluides oder von Fluiden, bestehend aus einem Düsenkörper mit kreiszylindrischer Kammer, mit mindestens einem tangentialen Fluideinlaß, einem sich in Strörnungsrichtung zuerst konisch verengenden und dann konisch erweiternden Fluidauslaß und einer dem Fluidauslaß gegenüberliegenden Prallplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Flächen (9, 8) der Prallplatte (10; 30) und des Fluidauslasses (7) im wesentlichen parallel verlaufen, so daß durch die Fluidströmung ein Unterdruck (Vz) in diesem Zwischenraum entstehen kann, und daß die Prallplatte (10; 30) mit einer derartigen flexiblen Halteeinrichtung (ti, 12, 13; 22, 23, 24; 28, 29,35) verbunden ist, daß die Prallplatte (10; 30) durch den infolge geeignet starker Drehbewegung des Fluids (F_H) oder der Fluide (F_H i, Fh2, F_H3) in der Kammer hervorrufbaren Unterdruck (Vi) und den Unterdruck (V₂) zwischen Prallplatte (10; 30) und Fluidauslaß (7) in Richtung der Düsenkörperachse zu dem Fluidauslaß (7) hin bewegt wird, so daß das Fluid oder die Fluide in einen aus der Vorrichtung austretenden filmartigen Dispersionsstrom überführt wird bzw. werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Düsenbehälter (1) mindestens zwei Fluideinlässe (3a, 3b, 3c) für die Einspeisung von mindestens zwei unter Druck stehenden verschiedenen Fluiden in den Düsenkörper (1) aufweist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einlasse im axialen Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Fluidausstoßteil (5) mit einem in den sich drehenden Fluidstrom hineinragenden Ausstoßabschnitt zum Einmischen eines Fluids in den sich drehenden Strom des anderen Fluids.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung aus einem fest montierten Haltestab (13), einem sich von dem Haltestab (13) bis über den Fluidauslaß (7) erstreckenden flexiblen Haltebügel (11), an dessen dem Haltestab (13) abgewandten Ende die Prallplatte (10) befestigt ist und einem Paar Gewindemuttern (14, IS), mit denen der Haltebügel (11) auf dem Haltestab (13) verschraubt ist, besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung besteht aus: mindestens zwei fest montierten, sich axial über den Fluidauslaß (7) erstreckenden, an ihren äußeren Enden Schraubengewinde aufweisenden Haltestäben (22), in Schraubverbindung mit den Schraubgewinden der Haltestäbe (22) befindlichen Feststellmuttern (25) Federelementen (24), die an einer ihrer Seiten mit den Feststellmuttern in Eingriff stehen und an ihrer anderen Seite mit einer in axialer Richtung bewegbaren Trägerplatte (23) auf der die Prallplatte (10) sitzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung besteht aus: mindestens zwei fest montierten, sich axial über den Fluidauslaß (7) erstreckenden Haltestäben (22), einer länss der Haltestäbe (22) axial verschiebbaren Trägerplatte (23) mit der Prallplatte (10) sowie Feststellelementen (24, 25) zum Einsteilen einer Ausgangsöffnung oder eines Ausgangsabstandes zwischen der Oberfläche der Prallplatte (10) und der konischen Oberfläche (8) des Düsenkörpers (1).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung besteht aus: einem im Düsenkörper (19) koaxial angeordneten, durch elastische Plattenelemente (28, 29) axial und

ίο bewegbar abgestützten Hohlzylinder (35), der an dem dem Fluidauslaß zugewandten Ende eine Halterung für die Prallplatte (30) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (35) an seinem dem Fluidauslaß zugewandten Ende radiale Bohrungen (32) aufweist und daß im Hohlzylinder koaxial zu demselben ein Fluidausstoßteil (5) angeordnet ist, dessen Ausstoßöffnung sich auf der Höhe der Bohrungen (32) des Hohlzylinders (35) befindet
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Einrichtung (17, 18, 19) zur Begrenzung der Bewegung der Prellplatte (10) und damit der Fluidaustrittsöffnung zwischen der äußeren Begrenzungsseite (8) des konischen Fluidauslasses (7) und der Oberfläche (9) der Prallplatte (10) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Begrenzung der Fluidaustrittsöffnung (17, 18, 19) ein elastisches, auf die der Oberfläche (9) der Prallplatte (10) gegenüberliegende Seite einwirkendes Verbindungsglied (17) aufweist, das die Prallplatte (10) gegen den Fluidauslaß zu drücken vermag.