DE3688127T2

DE3688127T2 - Atomisierungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3688127T2
Application number: DE86903285T
Authority: DE
Inventors: Holm Jensen
Original assignee: DANFOIL APS
Current assignee: DANFOIL APS
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2006-06-24
Also published as: ATE87232T1; EP0227715B1; WO1987000078A1; DK283685D0; DK155175B; EP0227715A1; AU5994086A; DK283685A; DE3688127D1; DK155175C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zerstäuber mit einem in einem Strömungskanal angeordneten Injektionsorgan zum Zerstäuben einer ersten Flüssigkeit in eine durch diesen Kanal strömende zweite Flüssigkeit, wobei das Injektionsorgan die Gestalt eines Stromlinienflügels aufweist, dessen Vorderkante relativ zu der vorgesehenen Strömungsrichtung der zweiten Flüssigkeit stromaufwärts angeordnet ist, wobei der Stromlinienflügel eine von der oberen Fläche zu der unteren Fläche führende Durchgangsöffnung enthält, sowie mindestens einen Durchgangskanal, der seitlich von einem Durchbruch an einer Seitenwand der Durchgangsöffnung führt, um eine Verbindung mit einem Zuführkanal oder mit einem Rohr zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu dem Injektionsorgan herzustellen, wobei mindestens eine der genannten oberen und unteren Flächen einen Bereich aufweist, der der stromabwärts gelegenen Seite der genannten Durchgangsöffnung benachbart ist und sich in Richtung auf die stromabwärts gelegene Seite der Durchgangsöffnung verjüngt, um den Stromlinienflügel mit einer reduzierten Stärke zu versehen.
Es gehört zum Stand der Technik, wie offenbart in der US-A 2 770 501, einen solchen Zerstäuber in einem Kanal anzuordnen, der z. B. einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist und so ausgebildet ist, daß er das zweite Fluid führt, wobei zu dem zweiten Fluid ein erstes Fluid in zerstäubtem Zustand zugemischt wird, wenn das erste Fluid als Flüssigkeit oder Dampf vorliegt und das zweite Fluid eine Flüssigkeit ist, um dann eine gute Vermischung der beiden Fluide zu erhalten oder eine Dispersion des ersten Fluids in dem zweiten Fluid zu erreichen.
Zu diesem Zweck ist das flügelförmige Glied, d. h. der Stromlinienflügel, innerhalb des zweiten Fluidstroms positioniert, so daß dieses Fluid gegen die Vorderkante des flügelförmigen Glieds strömt und von dort entlang sowohl oberen als auch unteren Oberflächen passiert, wobei das flügelförmige Glied sowohl quer als auch parallel zu der Strömungsrichtung positioniert ist. Die Mischung verläßt das flügelförmige Glied an dessen Hinterkante. Diese dünnere Hinterkante kann einen scharfen Abbruch aufweisen. Im allgemeinen erstreckt sich das flügelförmige Glied quer zu der Richtung der Strömung von Seite zur Seite über die gesamte Breite des Querschnitts des Kanals und wird durch Bolzen in den Seitenwänden des Kanals festgehalten. Diese Bolzen können rohrförmig sein und mit Kanälen in dem flügelförmigen Glied verbunden sein, wobei diese Kanäle zu deren Durchgangsöffnung in dem flügelförmigen Glied führen, und die erste Flüssigkeit der Durchgangsöffnung zuführen, wobei die erste Flüssigkeit von dieser Öffnung in die zweite Flüssigkeit gesprüht wird, insbesondere entlang den Seiten des flügelförmigen Glieds.
Es gehört zum Stand der Technik, die erste Flüssigkeit über zwei gegenüberliegende Seitenwandöffnungen in die Durchgangsöffnung in dem flügelförmigen Glied zuzuführen, wobei gleiche Mengen des ersten Fluids gleichzeitig über diese Öffnungen pro Zeiteinheit zugeführt werden. Bei dieser Zufuhr des ersten Fluids trägt die Kollision der zwei zugeführten Quantitäten zu der Atomisierung des ersten Fluids in dem zweiten Fluid bei, das vorzugsweise entlang der beiden seitlichen Oberflächen des flügelförmigen Glieds passiert. Indem eine der Zuführöffnungen in der Seitenwand geschlossen wird, die sich in die Durchgangsöffnung öffnen, findet immer noch eine Atomisierung statt; jedoch nicht mehr so effektiv, und wenn die Fluids gemischt werden sollen oder eine Dispersion hergestellt werden soll, ist die Wirksamkeit geringer als wenn das erste Fluid von beiden Seiten in die Durchgangsöffnung eingebracht wird.
Aus praktischen Gründen ist es nicht besonders einfach, zwei gleiche Zufuhrströme der ersten Flüssigkeit so anzuordnen, daß sie sich aus gegenüberliegenden Richtungen innerhalb der Durchgangsöffnungen in dem flügelförmigen Glied treffen. Zuführschläuche für die erste Flüssigkeit erfordern Platz auf beiden Seiten des Kanals. Falls mehrere flügelförmige Glieder für ein und dieselbe Flüssigkeit in ein und demselben Kanal angeordnet sind, so wie es häufig der Fall ist, oder, wenn mehr als eine erste Flüssigkeit, die jeder ein eigenes flügelförmiges Glied innerhalb des zweiten Flüssigkeitsstrom aufweist, benötigt werden, wird die Anzahl der Zufuhrrohre und Schläuche, einschließlich der Verzweigungen, zu einem mechanischen als auch strömungstechnischen Problem.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausführungsform des flügelförmigen Glieds vorzusehen, durch die eine wirksame Atomisierung mit einer Zufuhr der ersten Flüssigkeit zu der Durchgangsöffnung in dem flügelförmigen Glied von einer einzige Seite erreicht wird, wobei im Grunde nur ein Zufuhrkanal zur Zufuhr der ersten Flüssigkeit in die Durchgangsöffnung benötigt wird. Jedoch verhindert das nicht, daß diese Flüssigkeit gleichzeitig über mehrere Wandöffnungen auf einer Seite der Durchgangsöffnung zugeführt werden kann, wobei diese vielfache Zufuhr in gleicher Weise stattfinden muß.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Hauptanspruch erreicht. Hierdurch wird eine bessere Vermischung der zwei Flüssigkeiten erreicht. Die Veränderung in Anspruch 2 verbessert die Vermischung. Aufgrund der Viskosität kann der Abstand abnehmen.
Im wesentlichen ist es vorteilhaft, wenn die seitlichen Seitenwände, die die stromaufwärts gelegene Wand und die stromabwärts gelegene Kante der Durchgangsöffnung verbinden, kürzer sind als die Grenzen dieser beiden Öffnungen.
Durch die Ausführungsform gemäß Anspruch 3 wird eine weitere Verbesserung erzielt. Die seitliche Wand mit der weitesten Ausdehnung entlang dem Umfang der Durchgangsöffnung ist im wesentlichen die Seitenwand, die nicht die Zuführöffnung für die erste Flüssigkeit enthält.
Durch die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 wird die Atomisierung weiter verbessert.
Abhängig von der Viskosität und Adhäsion der beiden Flüssigkeiten zu der Oberfläche kann es vorteilhaft sein, eine verbesserte Atomisierung und Mischung zu erhalten, indem die Merkmale, die in Anspruch 5 beschrieben sind, angewendet werden, da der verbesserte Flüssigkeitsablauf an den oberen und unteren Flächen des flügelförmigen Glieds dann so beeinflußt werden kann, daß er kleine Turbulenzen bildet oder Strömungshindernisse vorsieht oder das genaue Gegenteil dazu, innerhalb der Nachbarschaft dieser Flächen auf dem flügelförmigen Glied. Die schräge Ausbildung zusammen mit der geometrischen Form der Durchgangsöffnung kann, wenn in die erste Flüssigkeit nur durch eine Seitenwand der Durchgangsöffnung zugeführt wird, weiter die Atomisierung oder Mischung der Flüssigkeiten verbessern, wobei zu diesem Zweck die Merkmale gemäß Anspruch 6 wirksam werden.
Indem die Ausführungsformen gemäß Anspruch 7 und/oder Anspruch 8 verwendet werden, kann eine Atomisierung erzielt werden, die ungleichmäßige Strömungen der zweiten Flüssigkeit an den oberen und unteren Flächen des flügelförmigen Glieds ermöglicht, wobei die Merkmale gemäß Anspruch 7 eine symmetrische Strömung an den beiden Flächen des flügelförmigen Glieds vorsehen, während die Merkmale gemäß Anspruch 8 eine ungleichmäßige Strömung der ersten Flüssigkeit entlang der oberen und unteren Flächen quer zu dem Strom der zweiten Flüssigkeit vorsehen.
Auf diese Weise sind weitere Verbesserungen der Atomisierung oder Mischung erhältlich gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Indem mindestens ein Bereich des äußeren Umfangs des flügelförmigen Glieds auf einen vergrößerten Bereich der mindestens wesentlichen umfänglichen Umrissen der Durchgangsöffnung folgt, kann als eine bessere Anpassung an einen solchen ungleichmäßigen Strom entlang den oberen und unteren Flächen quer zu dem Strom der zweiten Flüssigkeit erhalten werden, teilweise als Ergebnis der strukturellen Ausmaße der Durchgangsöffnung, aber auch teilweise als Ergebnis der Ausmaße der äußeren Umrisse des flügelförmigen Glieds, so daß eine Anpassung an ungleichmäßige Ströme innerhalb der Gesamtbreite des Kanals, der die zweite Flüssigkeit führt, im größeren Umfang möglich ist.
Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden im Detail im folgenden in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform des flügelförmigen Glieds gemäß der Erfindung darstellen,
Fig. 3 und 4 eine alternative Ausführungsform des flügelförmigen Glieds gemäß der Erfindung darstellen und
Fig. 5 und 6 eine Ausführungsform des flügelförmigen Glieds darstellen, die bei ungleichmäßigen Bedingungen des Stroms, insbesondere für die zweite Flüssigkeit verwendet wird.
Die Fig. 2, 4 und 6 zeigen jeweils die Querschnitte II-II, IV-IV und VI- VI gemäß den entsprechenden Fig. 1, 3 und 5.
Innerhalb der einzelnen Figuren der Zeichnungen weisen Details von gleicher Art oder mit entsprechender Funktion dieselben Referenzzeichen auf.
Ein flügelförmiges Glied für einen Zerstäuber gemäß der Erfindung trägt die Referenznummer 1. Die obere, flache Fläche des flügelförmigen Glieds wird mit 11 bezeichnet oder entsprechend mit IIA, während die untere flache Oberfläche mit 12 bezeichnet wird oder entsprechend mit 12A, 11A und 12A bezeichnen tiefliegende Oberflächenbereiche innerhalb des flügelförmigen Glieds, wobei sich diese Bereiche in Richtung auf die Durchgangsöffnung 4, die von 11, 11A zu der Seite 12, 12A verläuft, zu einer scharfen oder abgerundeten stromabwärts gelegenen Kante 9 verjüngen, die der Öffnung 4 gegenüberliegt. Auf der Rückseite endet das flügelförmige Glied 1 in einer Kante 19, während es vorne in einer kurvigen oder geraden Kante 18 endet. Gegenüber der scharfen oder abgerundeten Kante 9 der Öffnung 4 liegt eine Seitenwand. Seitliche Wände 6 und 7 verbinden als Seitenwände die beiden Wände 9 und 8 der Öffnung 4.
Intern in dem flügelförmigen Glied 1 verläuft ein Kanal 10, der sich in die seitliche Wand 6 der Öffnung 4 öffnet. Am anderen Ende ist der Kanals 10 über einen Ansatz 10a mit der ersten Flüssigkeitszufuhr verbindbar; die erste Flüssigkeit fließt durch die Öffnung in der Seitenwand in die seitliche Wand 6 und in die Durchgangsöffnung 4 und mischt sich mit einer zweiten Flüssigkeit, die entlang dem flügelförmigen Glied 1 fließt.
Das flügelförmige Glied 1 kann durch den Ansatz 10a und einen Bolzen 5, der gegenüber dem Ansatz 10a angeordnet ist, an den Seitenwänden eines Flüssigkeitskanals, nicht dargestellt in der Zeichnung, gehalten werden, wobei in dem Kanal die zweite Flüssigkeit um das flügelförmige Glied in Richtung von links nach rechts, d. h. in Richtung der Kante 18 zu der Kante 19 strömt. Die erste Flüssigkeit fließt nach außen in beide Richtungen von der Durchgangsöffnung 4 und falls das zweite Fluid gasförmig oder dampfförmig ist, findet eine Atomisierung der ersten Flüssigkeit in die zweite Flüssigkeit statt. Dies wird bewirkt durch das Auftreffen der Flüssigkeit auf die Kanten der Öffnung 4, ist aber auch abhängig von der Bildung von Wirbeln innerhalb dieses Bereichs.
Wenn, wie dargestellt in Fig. 3 und 4, die rückseitige Kante 19 schräg ist und die Kante 19 parallel zu der Kante 9 verläuft, wird eine bessere Atomisierung erreicht. Die Seitenwände 11, 11A, 12 und 12A können Rillen oder Nuten aufweisen, die im wesentlichen zu der rechten Seite in der Zeichnung verlaufen oder sich nach rechts in der Zeichnung von dem Bereich um die Durchgangsöffnung 4 verzweigen. In vielen Fällen wird die Atomisierung hierdurch verbessert.
Um eine bessere Atomisierung zu erreichen, kann das flügelförmige Glied 1 eine Durchgangsöffnung 4 mit gekrümmten Seitenwänden aufweisen, und einen ähnlichen äußeren Umriß, wie dargestellt in Fig. 5.

Claims

1. Zerstäuber mit einem in einem Strömungskanal angeordneten Injektionsorgan zum Zerstäuben einer ersten Flüssigkeit in eine durch diesen Kanal strömende zweite Flüssigkeit, wobei das Injektionsorgan die Gestalt eines Stromlinienflügels aufweist, dessen Vorderkante relativ zu der vorgesehenen Strömungsrichtung der zweiten Flüssigkeit stromaufwärts angeordnet ist, welcher Stromlinienflügel (1) eine von der oberen Fläche (11) zu der unteren Fläche (12) führende Durchgangsöffnung (4) enthält sowie mindestens einen Durchgangskanal (10), der seitlich von einem Durchbruch in einer Seitenwand der Durchgangsöffnung führt, um eine Verbindung mit einem Zuführkanal oder mit einem Rohr zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu dem Injektionsorgan herzustellen, wobei mindestens eine der genannten oberen und unteren Flächen (11, 12) einen Bereich (11A, 12A) aufweist, der der stromabwärts gelegenen Seite (9) der genannten Durchgangsöffnung (4) benachbart ist und sich in Richtung auf die stromabwärts gelegene Seite (9) der Durchgangsöffnung verjüngt, um den Stromlinienflügel mit einer reduzierten Stärke zu versehen, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder der Zuführkanäle (10) in nur eine Seitenwand der Öffnung (4) mündet und daß gegenüber der Kante der stromabwärts gelegenen Seitenwand (9) der durch den sich verjüngenden Bereich bzw. die sich verjüngenden Bereiche begrenzte Öffnung (4) die Öffnung (4) eine stromaufwärts gelegenen Seitenwand (8) aufweist, wobei die stromaufwärts gelegene Wand (8) und die stromabwärts gelegene Seite (9) relativ zueinander schräg angeordnet sind.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der stromaufwärts gelegenen Wand (8) und der stromabwärts gelegenen Kante (9) von der Seitenwand (6), durch die die erste Flüssigkeit zugeführt wird, zunimmt.

3. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (4) mindestens zwei seitliche Seitenwände (6, 7) aufweist, die die oben genannte stromabwärts gelegene Seitenwand (9) mit der oben genannten stromaufwärts gelegenen Seitenwand (8) verbinden und ungleiche Längen in Richtung längs des Umfangs der Durchgangsöffnung (4) aufweisen.

4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei seitlichen Seitenwände (6, 7) in Richtung längs des Umfangs der genannten Durchgangsöffnung (4) gesehen, relativ zueinander schräg verlaufen.

5. Zerstäuber nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der oberen und unteren Flächen (11, 11A, 12, 12A) von der Durchgangsöffnung (4) verlaufende Rillen oder Nuten enthält, wobei die Ausführung dadurch verbessert ist, daß diese Flächen ganz oder teilweise angerauht sind.

6. Zerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rillen oder Nuten divergierend im wesentlichen in Strömungsrichtung von dem Bereich der Durchgangsöffnung (4) verlaufen.

7. Zerstäuber nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandflächen der Durchgangsöffnung (4), mit Ausnahme der stromabwärts gelegenen Seitenwand (9) der Durchgangsöffnung (4), im wesentlichen lotrecht zu den oberen und unteren Flächen (11,12) verlaufen.

8. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche mindestens einer der die Durchgangsöffnung (4) begrenzenden Wände (6, 7, 8, 9), von einer der oberen oder unteren Fläche (11, 12) zu der anderen Fläche (11,12) gesehen, eine vielflächige schwach gebogene Oberflächenstruktur aufweist, wie eine fein prismatisch gebogene, konvex oder konkav gebogene oder beide.

9. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (4) eine vieleckige Gestalt mit mindestens vier Seiten einschließlich der stromabwärts gelegenen Seite (9) hat, wobei mindestens einige der Seiten des Vielecks gegenüber den anderen Seiten verschiedene Längen aufweisen.