DE3131070A1 - "spruehduese mit hohem wirkungsgrad" - Google Patents

"spruehduese mit hohem wirkungsgrad"

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DE3131070A1 DE19813131070 DE3131070A DE3131070A1 DE 3131070 A1 DE3131070 A1 DE 3131070A1 DE 19813131070 DE19813131070 DE 19813131070 DE 3131070 A DE3131070 A DE 3131070A DE 3131070 A1 DE3131070 A1 DE 3131070A1
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James 60514 Clarendon Hills Ill. Haruch
Robert 60540 Naperville Ill. Williams
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

-Patenta^wäl-te QjpJ.-lng. C Urt Wal lach
: : ::*"; * :Djpi.-ln-g. Günther Koch
λ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 -Telex529513 wakaid
Datum;. . 3. August T98l
Unser Zeichen: 17 264 - Fk/Vi
Spraying Systems Company,
North Avenue at Schmale Road
Wheatom, Illinois 60187Ϊ
U.S.A.
Sprühdüse mit -hohem Wirkungsgrad
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sprühdüse mit hohem Wirkungsgrad zum Zerstäuben von Flüssigkeiten.
Es sind eine Vielzahl von Sprühdüsen-Konstruktionen bekannt und Sprühdüsen stellen die vielseitigsten Werkzeuge dar, die es heute in der Industrie und Landwirtschaft gibt. Die Anwendung derartiger Sprühdüsen erstreckt sich über einen weiten Bereich vom Versprühen von Erntematerial-Schutzflüssigkeiten bis zur Schneeherstellung, zu Hochdruckwasehvorgängen, zur Gasreinigung oder zur Kühlung von Kaminen und Schornsteine'n, wobei diese Beispiele nur einige von vielen Anwendungen sind, für die Düsen verwendet werden. Die Verwendung von Sprühdüsen für verschiedene Zweeke nimmt dauernd zu und führt zu einem immer weiter zunehmenden Bedarf an Energie für den Betrieb derartiger Düsen.
Die Herstellung von feinverteilten Sprühteilchen erfolgte bisher dadurch·, daß die Flüssigkeit mit ausreichend hohem Druck durch kleine Schlitze, oder Öffnungen hindurchgeleitet wurde, um der Flüssigkeit eine Verwirbelung oder Turbulenz zu erteilen, so daß sie sich beim Austritt aus der Sprühdüse in feine Sprühteilchen zerstäubt. Eine weitere allgemein zum Zerstäuben verwendete Düse verwendet Druckluft zur Lieferung der mechanischen Energie zum Aufbrechen der Teilchen und zur Erleichterung der Zerstäubung,^ die üblicherweise durch direktes Auftreffen des Luftstromes auf die Flüssigkeit erreicht wird. Beide derzeit durchgeführten Verfahren sind in der Praxis unwirtschaftlich und sehr aufwendig, weil große Druckluftkorapressoren oder Pumpen mit großer Kapazität verwendet werden müssen, um die Kapazitäten zu erreichen, die beispielsweise für ein wirkungsvolles und wirksames Waschen
und Kühlen von Rauchgasen erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sprühdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen wirkungsvollen Betrieb bei sehr feiner Zerstäubung ermöglicht und die einen sehr geringen Leistungsbedarf verglichen mit der erzielten Zerstäubung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen-und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Sprühdüse wird als hydraulische Sprühdüse unter Vewendung einer Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit und einer Hochgesehwindigkeits-Luftströrnung betrieben, um ein maximales Aufbrechen von Sprühstrahlteilchen und eine äußerst feine Zerstäubung zu erreichen, wobei beide Leistungsquellen, d.h. die Druckluftquelle als auch die Flüssigkeitsquelle in größtmöglichsten Ausmaß und mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt werden. Die erfindungsgemäße Sprühdüse wird damit mit Druckluftunterstützung betrieben und benötigt hierbei eine geringere Druckluftmenge zur Erzielung einer feineren Zerstäubung, als dies bisher der Fall war.
Ein wesentliches Merkmal der Sprühdüse besteht darin, daß die Druckluftzerstäubung in Kombination mit einer mechanischen Aufspreitzung und Zerteilung der Flüssigkeit verwendet wird. Die Flüssigkeit wird auf die Luftzerstäubung d'_rch Hydraulikkräfte vorbereitet, die normalerweise die
Flüssigkeit ohne die Hinzufügung von Druckluft zerstäuben würden, und an dieser Stelle des Überganges der Flüssigkeitsströmung in den zerstäubten Zustand und innerhalb der Umgrenzung der Düse wird Hochgeschwindigkeitr.luf t hinzugefügt, die auf die Flüssigkeit derart einwirkt, daß die Flüssigkeitsunstabilitäten vollständig ausgenutzt werden, so daß die Flüssigkeit in wesentlich größerem Ausmaß zerstäubt und verteilt wird, als dies bei ausschließlicher Verwendung der .Hydraulikkräfte möglich wäre. Die erfindungsgemäße Sprühdüse weist auf Grund ihrer Eigenart die Fähigkeit auf, wirksam mit Druckluft ζμ arbeiten und nur soviel Druckluft zu verwenden, wie dies durch das gewünschte Ausmaß der Zerstäubung erwünscht ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Zerstäubungsgrad ausgehend von einer relativ groben Sprühteilchengröße zu sehr feinen zerstäubten Sprühteilchen, die nur durch die zusätzliche Luftzerstäubung erzielt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die hydraulische als auch pneumatische Energie wirkungsvoll dadurch auszunutzen, daß eine geeignete Kombination von Hochgeschwindigkeitsluft und Hochgeschwindigkeitsflüssigkeit verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Sprühdüse ist diese beispielsweise zur Herstellung von Schnee in Skigebieten geeignet. ;■ . .
Die erfindungsgemäße Sprühdüse weist einen Düsenkörper mit einem Lufteinlaß und einem Flüssigkeitseinlaß auf. Die sprühdüse ist weiterhin mit einer Ausdehnungskammer versehen, in die die Flüssigkeit von einer Seite aus eintritt, um direkt gegen eine vorstehende Platte oder einen Tisch auf-
die --
zuprallen, durch die/Flüssigkeit in zerstäubte Teilchen aufgebrochen wird, und zur Erzielung einer Turbulenz und einer weiteren Zerstäubung der Flüssigkeit wird Hochgeschwindigkeitsluft in die zerstäubte Flüssigkeit injiziert, um eine
zusätzliche Zerstäubung zur Erzielung einer wirkungsvollen Verteilung hervorzurufen, auf die eine gründliche Mischung der Luft und der Flüssigkeit in dem Düsenrohr der Düse folgt, was zu einer fein zerstäubten Mischung der Flüssigkeit mit der Luft kurz vor dem Erreichen der Auslaßöffnung der Düse führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführ-u-ngsform der Sprühdüse ist in einem Seitenbereich des Düsenkörpers eine erste Kammer ausgebildet, die mit der Flüssigkeitseinlaßöffnung in Verbindung steht. Die Ausdehnungskammer ist zumindestens benachbart zu dieser ersten Kammer angeordnet und schließt eine Aufprallplatte oder einen Aufpralltisch ein. Die Flüssigkeitseinlaßöffnung ist in einer Seitenwand der Ausdehnungskammer ausgebildet, so daß Flüssigkeit von der Öffnung direkt mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die Aufprallplatte oder den Aufpralltisch auftrifft. Ein Lufteinlaß ist in dem Düsenkörper ausgebildet und schließt ein Einlaßteil ein, das an einem Ende in den Düsenkörper eingeschraubt ist und eine Öffnung aufweist, die mit der Ausdehnungskammer in Verbindung steht.
Das mit Gewinde versehene Drucklufteinlaßöffnungsteil ist in dem Düsenkörper strömungsaufwärts der Ausdehnungskammer befestigt und in einer zweiten Kammer in dem Düsenkörper angeordnet , die mit der Druckluft in Verbindung steht. Das Düsenrohr befindet sich auf der dieser Lufteinlaßkammer gegenüberliegenden Seite der Ausdehnungskammer, so daß die in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls von einer Seite eintretende und auf den Aufpralltisch auftreffende Flüssigkeit und der Hochgeschwindigkeitsluftstrom, der allgemein in Axialrichtung der Düse verläuft, aufeinandertreffen, wobei die Flüssigkeit über den Aufpralltisch geblasen wird und eine fein zerstäubte Kombination der Luft
und Flüssigkeit erzielt wird. Diese Korabination gelangt weiter in das Düsenrohr, in dem sie weiter gemischt wird, bevor sie durch die Austrittsöffnung an diesem Ende der Düse austritt. Die Austrittsöffnung ist in einem getrennten Kappenteil ausgebildet,das auf das Austrittsende der Düse aufgeschraubt ist. Auf diese Weise kann das getrennte Austrittskappenteil ausgewechselt werden, um Austrittsöffnungen mit unterschiedlicher Art zu erzielen. Hierbei können sowohl einen flachen als auch einen runden Sprühstrahl erzeugende Austrittsöffnungen durch Einbau einer entsprechenden Austrittskappe erzielt werden.
Die extrem feine Verteilung der Flüssigkeit ist Insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Düse zur Herstellung von künstlichem Schnee verwendet wird, da diese feinen Teilchen bei kaltem Wetter sofort gefrieren, wenn die e. Flüssigkeit aus der Düse austritt.
Bei der erfindungsgemäßen Sprühdüse wird in der geschriebenen Weise die sich auf Grund der hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeit ergebende hydraulische Zerteilung durch den Hochgeschwindigkeits-Luftstrom unterstützt, .30 daß sich eine sehr feine Zerstäubung eine wirkungsvolle Ausnutzung der Druckluft ergibt.
Die hydraulische Zerteilung erfogt durch die..Verwendung der Aufprallplatte in der Bewegungsbahn der eintretenden Flüssigkeit, wobei die eintretende Luft die Flüssigkeit über diese Aufprallplatte hinweg abstreift, um die feinverteilte Mischung zu erzielen. Diese Aufprallplatte oder der Aufprälltisch ist in einer Ausdehnungskammer angeordnet, so daß der Flüssigkeitsstrahl entstabilisiert wird und in fein zerstäubte Tropfen aufgebrochen wird, wobei die Flüssig-
keit in die Ausdehnungskamraer von der einen Seite und die Luft unter einem Winkel hierzu eintritt,worauf die Flüssig keit und Luft in ein Mischrohr hinter der Ausdehnungskammer gelangen, bevor dieses Gemisch aus der Düse austritt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine allgemein längsgerichtete Schnittansicht durch eine Ausführungsform der Zerstäubungs-Sprühdüse mit einer Ausdehnungskammer, die sich im wesentlichen in der Mitte des Düsenkörpers befindet und in der ein Auf pra-1'ltisch angeordnet ist; . .,
Fig. 2 eine Endansicht der Ausführungsform der Düse, aus der die Luft- und Flüssigkeitseintrittsöffnungen erkennbar sind;
Fig. 3 eine Quersehnittsansioht durch die Ausfüh'-'ungsform der Sprühdüse entlang der Linie 3-3 nach Fig. 1. · ·
Eine Ausführungsform der einen hohen Wirkungsgrad aufweisenden Zerstäubungs-Sprühdüsjs ist in-den Figuren 1 bis 3 gezeigt, aus denen es leicht zu erkennen ist, daß die gesamte Sprühdüse 'lediglich drei Teile einschließt, nämlich einen Haupt-Düsenkörper 10, ein getrenntes' Lufteinlaß-Öffnungteil 11 und ein AustrLttsöffnungsteil . 12. Der Düsenkörper 10 ist an e'inem Ende mit einer Lufteintrittsöffnung 13 versehen, die bei mit Innengewinde versehen ist, um eine Druckluftleitung von einer (nicht gezeigten) geeigneten Drucklüftquelle aufzunehmen.
ist Eine zweite Gewindebohrung 15/an diesem Ende des Düsen-
- νβΤ-
körpers 10 zur Befestigung des Lufteinlaßöffnungsteils 11 vorgesehen, das bei 16 mit Gewinde versehen ist, um in der Öffnung 15 befestigt zu werden. Die Gewindeöffnung 15 weist einen kleineren Durchmesser als die Eintrittsöffnung 13 auf, und eine dritte Öffnung 17 mit noch kleineren Durchmesser ist in diesem Bereich des Düsenkörpers au -.gebildet und schließt einen abgeschrägten Sitz 1-8 für ei ie kreisringförmige Schulter 19 an dem Lufteinlaßöffnuigsteil ein. Der Eingriff der Schulter 19 mit dem Sitz 18 ergibt eine Abdichtung, die durch.die Winkellage der Oberflächen noch verbessert ist.
■s
Das Lufteinlaßöffnungteil ist" mit 'einer offenen Sechsec <buchse'20 für das Einsetzen eines geeigneten Werkzeages zum Festziehen dieses Lufteinlaßöffnungsteils mit Hilfe des Gewindes 16 gegen den Sitz 18 versehen. Das Lufteinlaßöffnungteil 11 weist weiterhin einen kreisringförmigen Bund 21 auf, der mit engem Sitz in die Öffnung 17 paßt.
Auf halber Länge des Düsenkörpers 10 ist eine in der Mitte angeordnete Ausdehnungskammer 22 vorgesehen, die ein wirkungsvolles Mischen eines eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Flüssigkeitsstromes
und eines eine
hohe Geschwindigkeit aufweisenden Druckluftstromes ermöglicht, um, ein zerstäubtes oder vernebeltes Gemisch zu erzeugen, das während der weiteren Bewegung durch die Düse noch mehr zerteilt wird. Eine Aufprallplatte oder ein Aufpralltisch 23 ist im Inneren der Ausdehnungskammer angeordnet und ergibt eine Oberfläche, auf die die eintretende Flüssigkeit auftrifft, um eine unstabile feinzerstäubte Serie von Flüssigkeitsteilchen zu bilden, während der Flüssig-
keitsstrora auf diesen Tisch auftritt und zerteilt wird. Die Flüssigkeit tritt in die Düse von einer Kammer 24 an einer Seite des Düsenkörpers im allgemeinen Bereich der Ausdehnungskammer 22 durch einen Flüssigkeitneinlaß oder eine Öffnung 25 ein, die sich von der Kammer zur Ausdehnungskammer 22 erstreckt. Die Kammer 24 weist eine Innengewinde bei 26 auf, so daß eine Flüssigkeitszufuhrleitung von einer geeigneten (nicht gezeigten) Flüssigkeitsquelle angeschlossen werden kann. Dieser Gewindeeinlaß 26 führt zur Flüssigkeitskammer 24, aus der die Flüssigkeit über die Öffnung 25 der Ausdehnungskammer 22 in Form eines Hochdruckstrahls mit hoher Geschwindigkeit zugeführt wird. Dieser Hochgeschwindigkeitsstrahl ist direkt auf den Tisch oder die Platte 23 gerichtet und zerteilt sich beim Auftreffen auf diesen Tisch in einen vernebelten zerstäubten Strahl. Wie dies am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Öffnung 25 mit dem Aufpralltisch 23 ausgerichtet, so daß die in die Ausdehnungskammer unter hohem Druck eintretende Flüssigkeit unmittelbar durch das Auftreffen auf den Tisch 23 zerteilt und zerstäubt wird, um die größtmögliche Verwirbelung und Turbulenz durch dieses Auftreffen der Flüssigkeit direkt gegen den Tisch 23 zu erzielen.
Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Ausführungsform der Sprühdüse besteht in der Art, in der Luft von dem Lufteinlaßöffnungsteil 11 in die Ausdehnungskammer 22 geleitet wird. Das Lufteinlaßöffnungsteil ist mit einer Mittelöffnung 27 versehen, die in Axialrichtung in die Ausdehnungskammer 22 gerichtet und so ausgebildet ist, daß sie über die Oberfläche des Aufpralltisches 23 und um diesen herum bläst, so daß die austretende Luft auf die
von dem Tisch wegspritzenden FlüssigkeitsteilGhen in ' eiier Richtung unter einem Winkel hierzu auftrifft, und dieses Auftreffen des eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Luftstrahls auf die Flüssigkeitsteilchen bewirkt, daß die Flüssigkeitstropfen weiter zerstäubt und gründlich gemischt werden. Diese Luft-Flüssigkeitsmischung strömt durch die Ausdehnungskammer 22 in das Düsenrohr 28 jenseits der Ausdehnungskammer, wobei dieses Düsenrohr strömungsabwärts von der Ausdehnungskammer liegt. Das Düsenrohr 28 weist einen verringerten Durchmesser verglichen mit der Ausdehnungskammer 22 auf, und die Luft-Flüssigkeitsmi-, schung wird beim Hindurchlaufen durch diesen Bereich verringerten Durchmessers weiter gemischt.
Das Düsenrohr 28 ist in Axialrichtung mit der Lufteintrittsöffnung 13, dem Lufteinlaßöffnungsteil 11 und der Öffnung 27 sowie mit der Ausdehnungskammer 22 ausgerichtet, so daß eintretende Luft durch die Düse in einer Axialrichtung zum Auslaßende der Düse strömt. Druckluft wird mit hoher Geschwindigkeit über die Öffnung 27 in die Ausdehnungskammer 22 eingeleitet, während gleichzeitig die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit unter einem erheblichen Winkel zur Luftströmung über die Öffnung 25 in diese Kammer eintritt-, so daß, wenn die Luft auf die Flüssigkeit an dem Aufpralltisch 23 auftrifft, eine äußerst aktive und gründliche wirkungsvolle Mischung zwischen der Luft und der Flüssigkeit mit größtmöglicher Turbulenz erzielt wird, was zu einer vollständigen Mischung und zu einer Zerstäubung beim nachfolgenden Hindurchlaufen durch das Düsenrohr 28 führt. Die Luft wird durch die Luftkammer 13 geleitet und senkrecht gegen die unstabile Flüssigkeit in die Ausdehnungskammer geleitet, wobei die beiden Medien über die unter rechten
Winkeln zueinander stehenden Öffnungen 27 und 25 mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet werden, um eine maximale Bewegung und Turbulenz hervorzurufen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Lufteintrittsöffnung 27 in Längsrichtung oder in Axialrichtung der Düse angeordnet ist, während die Flüssigkeitseinlaßöffnung 25 quer oder unter einem Winkel hierzu angeordnet ist, so daß das Mischen von Luft und Flüssigkeit in der Ausdehnungskammer am Äufpralltisch 23 derart erfolgt, daß keine Möglichkeit besteht, daß der Luftstrahl direkt durch die Düse strömt, ohne daß er sich mit der Flüssigkeit mischt, so daß auf diese Weise eine sehr wirkungsvolle und-gründliche Mischung der beiden Medien arreicht wird. Die Lufteinlaßöffnung 27 nimmt eine Mittelposition in Axialrichtung in der Ausdehnungskammer 22 ein, so daß, wenn die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitseinlaßöffnung 25 in die Ausdehnungskammer eingespritzt wird und die Luft und die Flüssigkeit sich an dem Aufpralltisch 23 mischen und zerstäuben, die Flüssigkeit gründlich und vollständig mit der Luft gemischt wird, um eine gewünschte Mischung zu erzielen, die in das Düsenrohr 28 gelangt, das zur Auslaßöffnung der Düse führt.
Es ist wesentlich, festzustellen, daß die Flüssigkeitseinlaßöffnung 25 und die Lufteinlaßöffnung 27 zwar in den Zeichnungen als rund dargestellt sind, in der Praxis jedoch irgendeine Form aufweisen können, die_ bevorzugt wird, um das Ergebnis zu erzielen, das bei der turbulenten Mischung der Luft- und Flüssigkeitsströme erwünscht ist, die in die Ausdehnungskammer 22 eintreten. Eine oder beide dieser Einlaßöffnungen können in bestimmten Richtungen langgestreckt sein, um die Durchmischungsbeziehung der
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Strömungen an der Oberfläche des Aufpralltisches 23 vollständig auszunutzen. So kann beispielsweise die Öffnung 25 in Querrichtung der Düse langgestreckt sein, um einen langgestreckten oder flachen Strahl zu bilden, der auf die volle Breite der Oberfläche des Aufpralltisehes auftrifft. Die Öffnung 27 könnte in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Tisches 23 langgestreckt sein, um einen Luftstrahl mit voller Breite und flacher Form zu erzeugen, der sich mit der vollen Breite des Flüssigkeitsstrahls von der Öffnung 25 mischt, so daß die größtmögliche Turbulenz der sich mxteinafider mischenden Ströme erzielt wird. Die Öffnungen 25 und 27 könnten jedoch auch in anderen Richtungen langgestreckt sein, um ein erwartetes Ergebnis zu erzielen, oder sie könnten irgendeine andere Form aufweisen, um eine vorgegebene Art des Mischens der Luft- und Flüssigkeitsströme zu erzielen, die in die Kammer 22 eintreten.
Das Düsenrohr 28 endet j_n einer Auslaßöffnung 29, die bei 30 mit Innengewinde versehen ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein getrenntes Auslaßöffnungsteil oder eine Kappe 12 vorgesehen, die mit einem Gewinde 32 versehen ist, das in das Gewinde 30 eingeschraubt ist. Entsprechend ist die Kappe 12 entfernbar und durch andere Kappen ersetzbar, die eine Öffnung von einem gewünschten Typ aufweisen. Die Kappe 12 ist mit einem Flansch 31 versehen, der gegen das Ende des Düsenkörpers 10 um die Auslaßöffnung 29 herum anliegt, um einen festen Eingriff zu erzielen, wenn die Kappe in der Düsenöffnung befestigt ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine flache Sprühstrahlöffnung gezeigt, und obwohl-die Auslaßöffnung einstückig mit dem Düsenkörper ausgebildet sein könnte, ist sie vorzugsweise in einem getrennten Element als Öffnung33
ausgebildet, so daß dieses Element in den Düsenkörper in der beschriebenen Weise eingeschraubt werden kann. Die Auslaßöffnung 33 weist die Form einer Schlitzöffnung auf, die bewirkt, daß der austretende Strahl eine flache Form aufweist, so daß diese Düse insbesondere für die Herstellung von Schnee geeignet ist. Diese Düse weist weiterhin eine hohe Strömungskapazität auf, was weiter dazu beiträgt, daß sie mit Vorteil bei der Herstellung von Schnee verwendet werden kann.
Der beschriebene Düsenkörper weist damit ein Innengewinde auf und das Auslaßöffnungsteil 12 ist als getrenntes Element ausgebildet, das'als Öffnungskappe bezeichnet werden kann und in das Gewinde 30 eingeschraubt ist, um diese Öffnungskappe in dem Düsenkörper zu befestigen. Diese Öffnungskammer 12 ist dann mit der Auslaßöffnung 33 versehen, die langgestreckt ist, so daß sich ein vorteilhaftes ebenes Sprühmuster der aus der Düse austretenden Strömung ergibt. Durch Einschrauben des Öffnungselementes 12 in den Düsenkörper kann dieses Öffnungselement ausgetauscht und durch andere Elemente ersetzt werden, die Öffnungen mit vollständig anderen Sprühmustereigenschaften aufweisen, so daß die Düse leicht an verschiedene Bedingungen angepaßt werden kann. Beispielsweise kann das Öffnungsteil 12 so ausgelegt werden, daß es einen schmalen runden Strahl beim Austreten in die Atmosphäre erzeugt. ,Zu diesem Zweck würde die Öffnung 33 rund sein, so daß der austretende Strahl einen runden Querschnitt aufweist. Der Strahl kann weiterhin.in Form eines flachen Fächermusters oder in Form eines schmälwinkligen runden Sprühmusters austreten, wobei diese Muster durch die Art der Öffnungsaustrittssteuerung erzielt werden können, die an der Auslaßöffnung verwendet wird. Wenn diese Düse
zur Herstellung von Schnee verwendet wird, so tritt das gewählte Sprühmuster aus der Düsenöffnung 33 aus und gefriert unmittelbar in Form von sehr kleinen Eiskristallen, die auf einen Skihang gesprüht werden.
Das Hindurchströmen der Luft in Axialrichtung in die Düse und durch eine Öffnung mit hoher Geschwindigkeit in die Ausdehnungskammer derart, daß die Luft auf die mit hoher Geschwindigkeit auf den Aufpralltisch auftreffende Flüssigkeit auftrifft und dann in das Düsenrohr strömt, führt zu einer wirkungsvolleren Betriebsweise der Düse bei der Erzeugung einer feinzerstäubten Mischung, die aus d'er Düsenaustrittsöffnung austritt, wobei in der Praxis weniger Energie in der Menge der- Druckluft erforderlich ist, die benötigt wird, um ein Ausmaß der Zerstäubung zu erzielen, das bei bisher bekannten Sprühdüsen nicht möglich war. Eine stark turbulente Mischung der Luft und der Flüssigkeit wird im wesentlichen als Ergebnis des Aufpralls zur o-Bildung der Mischung erzielt, wobei die größtmögliche Verbesserung der Zerstäubung der Mischung erzielt wird. Die zusammengesetzten Teile der Düse bilden eine Einheit, in der alle Teile in Axialrichtung miteinander ausgerichtet sind und vollständig zusammenwirken, um die größtmögliche Zerstäubung und Vermischung zu erzielen.
Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Ausführungsform der Sprühdüse besteht in dem Verfahren der Hinzufügung von Luft zur weiteren Zerstäubung der Flüssigkei-t, die am Aufpralltisch zur Bildung von kleinen Teilchen oder Tropfen zerspritzt und zerstäubt wurde. An diesem Aufpralltisch erfolgt das Zerteilen des Flüssigkeitsstrahls, worauf unmittelbar die Hochgeschwindigkeitsmischung der Luft mit der Flüssigkeit erfolgt, und diese Durchmischung wird in dem Düsenrohr fortgesetzt. Im Betrieb der Düse wird die
Flüssigkeit zunächst durch den Aufprall auf den Aüfpralltisch 23 für eine Zerstäubung vorbereitet, wobei dieser Aufpralltisch die Flüssigkeit selbst dann zerteilen und zerstäuben würde, wenn keine Luft zugeführt würde. Dies stellt einen sehr wesentlichen Punkt in der Flüssigkeitsübergangsströmung innerhalb der Begrenzungen der Ausdehnungskammer dar, und wenn Luft mit hoher Geschwindigkeit an diesem Punkt, derart zugeführt wird, daß'die Flüssigkeitsunstabilitäten vollständig ausgenutzt werden, so wird die Flüssigkeit in einem weit größerem Ausmaß zerstäubt, als dies bei ausschließlicher Verwendung" des Luft- oder Flüssigkeitsdruckes möglich wäre.
Während des kombinierten Luft- und Flüssigkeitsbetriebs wird die Luft von dem Einlaß 13 durch die Mittelöffnung 27 eingeleitet und tritt in die Ausdehnungskammer 22 durch den unter einem Winkel gerichteten Hochgeschwindigkeits- e. strom der Flüssigkeit von der Öffnung 25 mit hoher Geschwindigkeit ein, so daß sich insgesamt eine hohe Geschwindigkeit aus der Kombination der Luft- und Flüssigkeitsströme ergibt.
Diese sehr hohe Geschwindigkeit ruft entsprechend eine sehr starke Turbulenz und .eine -.kräftige Mischung der Luft mit der Flüssigkeit hervor. Diese Luft-Flüssigkeitsmischung..strömt von der Ausdehnungskammer in das Düsenrohr 28 und dann zur Auslaßöffnung 33· Das Ausmaß der Zerstäubung und damit der Wirkungsgrad dieser Düse ist durch ein bestimmtes Volumen der Luft, bei einer bestimmten Flüssigkeitsströmungsrate entsprechend dem Verhältnis der Lufteinlaßfläche zur Austrittsöffnungsfläche bestimmt, wobei die Größe des Flüssigkeitseinlasses die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Flüssigkeitsstrom auf den Aufpralltisch bei der festgelegten Strömungsrate auftrifft.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß eine Sprühdüse mit hohem Wirkungsgrad geschaffen wurde, bei der eine sehr weitgehende Zerstäubung dadurch erzielt wird, daß ein Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrom gegen einen Aufpralltisch in einer Ausdehnungskammer zum Aufprall gebracht wird, wobei ein Hochgeschwindigkeits-Luftstrom in die aufgetroffene Flüssigkeit an dem Aufpralltisch aus einer Richtung eingeleitet wird, der unter einem Winkel hierzu verläuft, worauf eine weitere Mischung und Zerstäubung in 'einem eine verringerte Querschnittsfläche aufweisenden Düsenrohr hinter der Ausdehnungskammer erfolgt und die Mischung dann' an die Atmosphäre abgegeben wird«
Leerseite

Claims (1)

  1. .--Patentanwälte .Djpj.-Ing. Curt Wallach : " ■ : Dipj.-Ing. Günther Koch
    Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
    D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
    Datum:
    Unser Zeichen: 17 264 - Fk/Vi
    PATENTANSPRÜCHE:
    j 1 . !sprühdüse mit hohem Wirkungsgrad und mit einem Düsenl/körper,
    dadurch gekennzeichnet,
    '■- daß der Düsenkörper (10) eine Luftei-nlaßöffnung (13) und eine Flüssigkeitseinlaßöffnung (26) aufweist, daß eine . Ausdehnungskammer (22) in dem Düsenkörper (10) ausgebildet ist, daß ein Aufpralltisch (23) in der Ausdehnungskammer angeordnet ist, daß die Flüssigkeitseinlaßöffnung (26) eine mit dem Aufpralltisch (23) ausgerichtete Öffnung (25) aufweist und daß die Lufteinlaßöffnung (13) eine Öffnung (27) aufweist, die unter einem Winkel zu der Öffnung (25) der Flüssigkeitseinlaßöffnung (26) angeordnet ist. o-
    2. Sprühdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    ■:, daß die Lufteinlaßöffnung (13) auf einer Seite der Ausdehnungskammer (22) angeordnet ist, während ein Düsenrohr (28) mit verringerter Querschnittsfläche an der gegenüberliegenden Seite der; Kammer (22) angeordnet ist.
    3· Sprühdüse nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lufteinlaßöffnung (13) an einem sich in Axialrichtung der Düse erstreckenden Ende angeordnet ist, während die Flüssigkeitseinlaßöffnung (26) an einer sich quer zur Düse erstreckenden Seite angeordnet ist.
    4. Sprühdüse nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse ein öffnungsteil (11) einschließt, das in der Lufteinlaßöffnung (13) befestigt ist, und daiä eine Auslaßöffnungskappe (12) an dem Ende des Düsenrohres (28) befestigt ist.. :
    5. Sprühdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die in die Ausdehnungskammer (22) einströmende. Flüssigkeit auf den Aufpralltisch (23) auftrifft und in einzelne Teilchen zerspritzt, daß in die. Ausdehnungskammer (22) eingeleitete Luft auf die Teilchen benachbart zu dem Aufpralltisch (23) auftrifft, um die Flüssigkeit zu zerstäuben, und daß die Luft und die Flüssigkeit in das Düsenrohr (28) für eine weitere Mischung vor dem Austreten durch die Austrittsöffnung (33) strömen.
    6. Sprühdüse nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lufteinlaßöffnung in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Aufpralltisches (23) langgestreck": ist.
    7. Sprühdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Fiüssigkeitseinlaßöffnung in einer Richtung quer zur Düse langgestreckt ist.
    8. Sprühdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß sowohl die Lufteinlaßöffnung als auch die Flüssigkeitseinlaßöffnung beide eine langgestreckte Form aufweisen, um die Luft- und Flüssigkeitsströme in im wesentlichen ebener Form auf den Aufpralltisch (23) zu leiten.
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