DE4011891A1 - Zweistoffzerstaeubungsduese - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweistoffzerstäubungsdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Zweistoffdüsen mit sogenannter innerer Mischung der bei­ den Komponenten Flüssigkeit und Gas bekannt. Hierbei werden Gas- und Flüssigkeitskomponente in einer Mischkammer innerhalb des Düsengehäuses zusammengeführt. Anschließend wird dieses Gemisch dann durch eine Lavaldüse beschleunigt, wobei gleichzeitig die Flüssigkeit zerstäubt wird.

Die im vorstehenden beschriebenen bekannten Zweistoffzerstäubungs­ düsen haben den Nachteil, daß die Schallgeschwindigkeit, die in der Lavaldüse erreicht werden kann, lediglich die des Flüssig­ keitsgasgemisches ist. Die Schallgeschwindigkeit des Gemisches kann aber erheblich tiefer liegen als die Schallgeschwindigkeit eines reinen Gases. Für die angestrebte gute Zerstäubung der Flüssigkeit ist es jedoch wichtig, die Gaskomponente mit mög­ lichst hoher Geschwindigkeit mit der Flüssigkeitskomponente in Kontakt zu bringen, um damit große Scherkräfte und eine ent­ sprechend gute Zerteilung der Flüssigkeit zu erreichen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Zerstäubungsdüsen besteht darin, daß sie einen vergleichsweise kleinen Sprühwinkel haben, wodurch die Tropfen sehr schnell fliegen und eine Verteilung des Sprühstromes auf eine größere Fläche erst in einem gewissen Abstand von dem Düsenaustritt möglich ist. Durch die hohen Tropfengeschwindigkeiten sind überdies nachteiligerweise nur kurze Verweilzeiten der Tropfen im Gasstrom bedingt, wodurch sich für die erwünschten Reaktionen (Verdunstung der Flüssig­ keit, Abkühlung etc.) entsprechend lange Wegstrecken ergeben.

Schließlich ist ein weiterer Nachteil der bekannten Zweistoff­ zerstäubungsdüsen mit innerer Mischung darin zu sehen, daß die Flüssigkeit beim Expandieren des Strahles hinter dem Düsenaus­ tritt, insbesondere durch Turbulenzen, aus dem Bereich großer Gasgeschwindigkeiten herausgedrückt werden kann. Dies kann den Nachteil zur Folge haben, daß die Flüssigkeit im Randbereich des Sprühstrahles nicht mehr optimal zerstäubt wird. Die Folge ist das Entstehen unerwünschter großer Tropfen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die im vorstehenden geschilderten Nachteile bekannter Zweistoffzerstäubungsdüsen zu beseitigen. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Die erfindungsgemäße Zweistoffzerstäubungsdüse zeichnet sich demgemäß durch eine äußere Mischung der Komponenten Gas und Flüssigkeit aus, weil die Flüssigkeitskomponente erst nachdem die Gaskomponente die Lavaldüse durchströmt hat, mit der Gas­ komponente in Kontakt gebracht wird. Aufgrund dieser Konzeption lassen sich vorteilhafterweise sehr hohe Relativgeschwindigkei­ ten zwischen der Gaskomponente und der Flüssigkeitskomponente erzielen. Zum Beispiel können in Lavaldüsen, die mit Luft be­ trieben werden, Geschwindigkeiten bis über 700 Meter pro Sekunde erreicht werden. Durch die erfindungsgemäße Vorschaltung eines kegelförmigen Pralltellers wird vorteilhafterweise ein dünner Flüssigkeitsfilm erzielt, der die anschließende Zerstäubung der Flüssigkeit mittels des eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Gasstromes begünstigt.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Patentansprüchen 2-5 zu entnehmen.

Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt und nachstehend ausführlich beschrieben ist.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer Zweistoffzer­ stäubungsdüse im vertikalen Längsschnitt.

Es bezeichnet 10 ein Düsengehäuse mit einem nach Art einer Laval­ düse ausgestalteten Innenraum 11. Das Düsengehäuse 10 ist oben offen ausgebildet und besitzt dort ein Gewinde 12, in das ein Anschlußteil 13 mit einem entsprechenden Außengewinde 14 einge­ schraubt ist. Zwischen Anschlußteil 13 und Düsengehäuse 10 ist ein elastischer Dichtring 15 eingelegt. Das Anschlußteil 13 weist einen mit 16 bezifferten Anschluß für eine Flüssigkeits­ komponente, z. B. Wasser, auf, der sich in einem Rohrteil 17 fortsetzt. Das Rohrteil 17 endet in dem mit 18 bezifferten Aus­ trittsbereich des Gehäuseinnenraumes 11.

Das Düsengehäuse 10 besitzt noch einen zweiten Anschluß, der mit 19 bezeichnet ist und zur Zuführung einer Gaskomponente, z. B. Luft, in den Innenraum des Düsengehäuses 10 dient.

An seinem Austrittsbereich 18 ist das Düsengehäuse 10 von einer Schutzblende 20 umgeben. Hierzu ist am Düsengehäuse 10 ein Außen­ gewinde 21 vorgesehen, auf das die Schutzblende 20 mit einem entsprechenden Innengewinde 22 aufgeschraubt ist. Die Schutzblende 20 weist einen dem Winkel α des aus dem Austrittsbereich 18 des Düsengehäuses 10 austretenden Gasstromes angepaßten konisch di­ vergierenden Austritt 23 für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch auf. Ferner ist an der Schutzblende 20 ein dem Austrittsbereich 18 des Düsengehäuses 10 vorgeschalteter konischer Prallteller 24 angeordnet und gehalten.

Des weiteren besitzt die Schutzblende 20 einen seitlichen An­ schluß 25 zur Zuführung von Sekundärluft. Schließlich ist zwischen der mit 26 bezifferten Außenwandung des Düsengehäuses 10 und der Innenwandung der Schutzblende 20 eine schlitzförmige Öffnung 27 zur selbsttätigen Zufuhr von Umgebungsluft (als Sekundärluft) ausgebildet. Die Sekundärluftanschlüsse 25, 27 sind vorzugsweise alternativ vorgesehen, können aber auch kumulativ angeordnet sein.

Die im vorstehenden beschriebene und aus der Zeichnung ersichtliche Zweistoffzerstäubungsdüse arbeitet nun wie folgt. Die Flüssigkeits­ komponente, z. B. Wasser, wird in Pfeilrichtung 28 durch die sich stufenförmig verjüngende Innenbohrung 29 des Rohrteils 17 hin­ durchgeführt und strömt schließlich bei 30 in den Austrittsbereich 18 des Düsengehäuses 10 aus. Die Austrittsebene der Lavaldüse 11, 18 ist mit 31 beziffert. Der ausströmende Flüssigkeitsstrahl wird nun aufgeweitet, damit die Flüssigkeit unter einem möglichst großen Winkel in den aus dem Austrittsbereich 18 austretenden Hochge­ schwindigkeitsgasstrom eintreten kann, um dort zerstäubt zu werden. Diese Funktion wird von dem konischen Prallteller 24 wahrgenommen, durch dessen Kegelform dem Flüssigkeitsstrom gleichzeitig ein be­ stimmter Winkel aufgeprägt werden kann. Der Prallteller 24 kann gegebenenfalls auch kugel- oder ebenflächige Form besitzen.

Auf dem Prallteller 24 wird der auftretende Flüssigkeitsstrahl gleichzeitig in einen Film zerteilt, dessen Dicke deutlich kleiner ist als der Durchmesser des Flüssigkeitsstrahles vor dem Aufprall auf den Prallteller. Hierdurch wird die nachfolgende feine Zer­ stäubung der Flüssigkeit begünstigt, weil nun nicht mehr ein dicker Flüssigkeitsstrahl, sondern vielmehr ein dünner Flüssig­ keitsfilm vom umgebenden Gasstrom zerteilt zu werden braucht. Der Prallteller 24 lenkt im übrigen nicht nur den Flüssigkeitsstrom, sondern auch den Gasstrom ab, so daß ein großer Sprühwinkel eines gleichmäßig verteilten Zweistoffgemisches entsteht.

Der Prallteller 24 kann in dem kegelförmigen Austritt 23 der Schutzblende 20 in geeigneter Weise, z. B. mittels Stegen 32, 33, gehalten sein.

Der nach "Variante 1" vorgesehene Sekundärluftanschluß 25 kann aus mehreren radialen Bohrungen bestehen, die am Umfang der Schutz­ blende 20 in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sein können. In diesem Fall bietet sich die bereits oben er­ wähnte Verschraubung der Schutzblende 20 bei 21, 22 mit dem Düsengehäuse 10 an.

Für den Fall, daß ein ringförmiger Zuführungsschlitz 27 zur Zu­ fuhr der Sekundärluft vorgesehen sein soll ("Variante 2"), ist die Schutzblende 20 zweckmäßigerweise punktförmig an mehreren Stellen mit dem Düsengehäuse 10 verbunden. Eine Verschraubung ist in diesem Fall nicht opportun.

Die Zufuhr der Sekundärluft (bei 25 und/oder bei 27) erfolgt selbsttätig durch den bei 18 durch den austretenden Gasstrom er­ zeugten Unterdruck innerhalb der Schutzblende 20. Durch die zu­ geführte Sekundärluft wird vermieden, daß in den "toten Zonen" außerhalb des Gasstrahles Turbulenzen entstehen, die zum Anhaften von Flüssigkeitsteilchen am Düsengehäuse 10 oder an der Innenseite der Schutzblende 20 führen und damit eine Ursache zum Entstehen unerwünschter gröberer Tropfen bilden könnten. Die Sekundärluft­ strömung bewirkt, daß diese strömungstechnisch gesehen "toten Zonen" mit Umgebungsluft gespült werden.

Bei Düsen, die in Anlagen (z. B. zur Rauchgasentschwefelung) mit einer zusätzlichen Sperrluft gegen Verschmutzung geschützt werden müssen, können die Sekundärluftöffnungen 25 bzw. 27 auch zum An­ schluß der Sperrluftzufuhr verwendet werden.

Gegenüber bekannten Düsen, die ebenfalls mit Außenmischung ar­ beiten, bringt die Erfindung insgesamt gesehen den Vorteil eines großen Zustromquerschnitts für die Flüssigkeit, wodurch die Düse verstopfungsunempfindlich wird. Durch den konzentrierten hoch­ beschleunigten Gasstrom sind kleinereTropfen möglich. Außerdem wird ein großer Sprühwinkel mit gleichzeitig kleineren Tropfenge­ schwindigkeiten erreicht.

Claims (5)

1. Zweistoffzerstäubungsdüse mit einem Düsengehäuse, das einen axialen Anschluß für ein flüssiges Medium, z. B. Wasser, und einen radialen Anschluß für ein gasförmiges Medium, z. B. Druck­ luft, aufweist, wobei der radiale Anschluß für das gasförmige Medium in einen nach Art einer Lavaldüse geformten Innenraum des Düsengehäuses einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschluß (13, 16) für das flüssige Medium sich innerhalb des Düsengehäuses (10) in einem den lavaldüsenförmigen Innenraum (11) zentrisch durch­ setzenden und im Austrittsbereich (18) desselben endenden Rohrteil (17, 29) fortsetzt und daß dem Austrittsbereich (18) und dem Rohrteil (17, 29) ein kegelförmiger, kugelförmiger oder ebenflächiger Prallteller (24) vorgeschaltet ist.

2. Zweistoffzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsengehäuse (10) an seinem Austrittsbereich (18) von einer Schutzblende (20) umgeben ist, die einen dem Winkel (α) des aus dem Austrittsbereich (18) des Düsengehäuses (10) austretenden Gasstromes ange­ paßten, konisch divergierenden Austritt (23) für das Gas- Flüssigkeits-Gemisch aufweist, und daß der Prallteller (24), im Austritt (23) der Schutzblende (20) angeordnet und gehal­ ten ist (32, 33).

3. Zweistoffzerstäubungsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzblende (20) auf das Düsengehäuse (10) (bei 21, 22) aufgeschraubt ist und einen oder mehrere seitliche Anschlüsse (25) zur Zuführung von Sekundärluft besitzt.

4. Zweistoffzerstäubungsdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Außenwandung (26) des Düsengehäuses (10) und Innenwandung der Schutzblende (20) eine schlitzförmige Öffnung (27) zur selbsttätigen Zufuhr von Umgebungsluft (Sekundärluft) ausgebildet ist.

5. Zweistoffzerstäubungsdüse nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschluß (13, 16) für das flüssige Medium zusammen mit dem sich daran anschließenden Rohrteil (17, 29) ein gemeinsames Bauteil bildet, welches dichtend (15) auf das oben offene Düsengehäuse (10) aufge­ schraubt ist (bei 12, 14).