DE9418272U1

DE9418272U1 - Zerstäubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE9418272U1
Application number: DE9418272U
Authority: DE
Original assignee: BBJ SERVIS GmbH
Current assignee: BBJ SERVIS GmbH
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2004-11-05

Description

Zerstäubungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsvorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten in einem Gas- bzw. Luftstrom insbesondere für flüssigen Brennstoff.

Solche Zerstäubungsvorrichtungen sind bekannt. So wird in der DE-OS 20 23 819 eine Zerstäubungsvorrichtung beschrieben, bei der der flüssige Brennstoff in einen sich expandierenden Luftstrom in der Nähe der freien Kante einer Pralleinrichtung eingebracht wird. Dadurch wird ein Aufbrechen der flächenhaften Verteilung des austretenden flüssigen Brennstoffes in zerstäubten flüssigen Brennstoff erreicht.

Der Nachteil dieser Lösung besteht in der ungleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit an der Pralleinrichtung durch einzelne im Umfang an der Austrittsseite der Zerstäubungsvorrichtung angeordnete Düsen und in den fehlenden Möglichkeiten der Regulierung von Luft- und Brennstoffstrom. Die Herstel- - lung eines geometrisch definierten Sprühnebels ist nicht möglieh.

Anregungen dazu werden mit der in der DE-PS 27 43 567 beschriebenen Brennerdüse für Flammspritzgeräte gegeben. Diese Erfindung besitzt zwei konzentrisch angeordnete Kanäle bzw. Düsen für ein Pulver- Trägergas und für ein Brenngas. Um Einfluß auf die Strömung und die Verteilung des Pulver- Trägergases zu nehmen, ist in dem inneren Pulver- Trägergaskanal ein ebenfalls konzentrisch angeordneter Einsatz mit einer am Mündungsausgang der Pulver- Trägergasdüse konvex gewölbten oder kegelstumpfförmig hervortretenden Fläche eingebracht, so daß das Pulvergas leicht divergierend aus dem Kanal austritt und außerhalb des Brennerkopfes mit dem Brenngas zum Schnitt gebracht wird. Für ein optimales Zerstäuben eines Flüssigkeitsstromes in einem Gas ist diese Anordnung nicht verwendbar.

Auch die zahlreichen bekannten Sprüh- bzw. Sprayköpfe sind nicht für ein gleichmäßiges und geregeltes Zerstäuben flüssi-

ger Brennstoffe geeignet. Bei ihnen findet entweder eine innere Verwirbelung statt oder die Flüssigkeitspartikel werden durch ein Treibgas aus einem Behälter herausgerissen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zerstäubungsvorrichtung für Flüssigkeiten in einem Gasstrom in kompakter Bauweise zu schaffen, die ein Zerstäuben in gleichmäßiger Tröpfchengröße, die Erzeugung eines Sprühnebels in geometrisch definierter Form und eine genaue Flüssigkeitsregulierung gestattet.

Diese Aufgabe wird mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des 1. Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Zerstäubungsvorrichtung werden eine Flüssigkeit und ein Gas in getrennten Kanälen Düsenöffnungen zugeführt und durch Leiteinrichtungen die Ströme außerhalb der Zerstäubungsvorrichtung derart zum Schnitt gebracht, daß eine feine und vollständige Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt.

Beide Düsenöffnungen sind ringförmig ausgebildet und zueinander konzentrisch angeordnet, wobei die innere für den Ausstoß der Flüssigkeit und die äußere für das Gas vorgesehen ist. Vor den beiden Düsenöffnungen ist ein pilzförmiger Umlenkkörper angebracht, dessen untere, den Düsenöffnungen zugewandte Fläche vorzugsweise eine hyperboloide Form aufweist. Der Flüssigkeitsstrom, der durch die ringförmige Flüssigkeitsdüse bereits stark verengt wurde, tritt aus der Düsenöffnung aus und schmiegt sich nach dem Coandereffekt an die untere Fläche des Pilzkopfes an. Durch die besondere Form dieser Fläche wird der Flüssigkeitsfilm in einem Winkel von 90° abgelenkt und an der äußeren Kante des Umlenkkörpers, der Abrißkante, durch den ebenfalls ringförmig geführten Luft- oder Gasstrom zerstäubt. Der Durchmesser des Umlenkkörpers stimmt dabei mit dem inneren Durchmesser der ringförmigen Gasdüse überein. Die Abrißkante des Pilzkopfes ist zweckmäßigerweise abgeschrägt, so daß sie einen Winkel kleiner oder gleich 90° bildet. Der Pilzkopf wird durch einen spindel- oder nadeiförmigen Einsatz getragen, welcher koaxial in der Zerstäubungsvorrichtung und innerhalb der Flüssigkeitsdüse durch geeignete Mittel geführt

und durch einen Schrittmotor oder einem entsprechenden Getriebe über eine Spindel in seiner Längsrichtung verstellt wird.

Der Einsatz und die Flüssigkeitsdüse sind zueinander in einem unterschiedlichen Winkel konisch geformt, so daß bei Verstellung des Einsatzes sich der Düsenspalt im Querschnitt verändert und die Durchflußmenge kontinuierlich und sehr genau reguliert werden kann. An seinem vorderen Ende ist der Einsatz und die ihm umgebende Düse über eine Länge von einigen Millimetern zylinderisch ausgeführt, um den Flüssigkeitsfilm auf eine bestimmte konstante Dicke zu bringen. Der Flüssigkeitsfilm, der so aus der Düse tritt, wird an der Unterseite des Pilzkopfes gleichmäßig ringförmig verteilt und durch die besondere Geometrie der Unterseite vergrößert.

Zu einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche kann die Unterseite des Pilzkopfes zusätzlich mit Lamellen versehen oder in einer anderen geeigneten Weise strukturiert werden.

Um eine definierte Ausrichtung des erzeugten Sprühnebels zu erreichen, ist es möglich, den Düsenkopf der Zerstäubungsvorrichtung mit zusätzlichen Gas- oder Luftdüsen zu versehen, welche ringförmig die beiden konzentrisch angeordneten Düsenöffnungen umgeben. Werden diese zusätzlichen Düsen schräg in einem Winkel zur Symmetrieachse der Zerstäubungsvorrichtung ausgerichtet, wird eine Fokussierung des Gas- Flüssigkeits-Sprühnebels erreicht.

Durch den Aufbau und die Wirkungsweise der Zerstäubungsvorrichtung ist ein Nachtropfen der Flüssigkeit ausgeschlossen. Mit dem Kegel- Konusgetriebe für die Regulierung der Flüssigkeit kann der Flüssigkeitskanal gleichzeitig sicher verschlossen werden. Die Restflüssigkeit, die in der schmalen Flüssigkeitsdüse zurückbleibt, wird durch Kapilarwirkung in dieser gehalten.

An Hand von Zeichnungen wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Zerstäubungsvorrichtung in ihrer Gesamtansicht
Fig. 2 Den Düsenkopf

Fig. 3 Eine Ausführungsform der Gaskappe mit zusätzlichen Fokusierungsöffnungen

Fig. 4 Einige spezielle Formen des Pilzkopfes

Fig. 5 Eine mögliche Anordnung der Führungselemente in der Flüssigkeitsdüse

Die Zerstäubungsvorrichtung ist in Fig. 1 in ihrer Gesamtansieht abgebildet. Ein Gehäuse 1 trägt einen Düsenkopf 2, der aus einer Flüssigkeitsdüse 3 und einer Gaskappe 4 gebildet wird. Aus dem Düsenkopf 2 ragt ein pilzförmiger Umlenkkörper 5 heraus. Die Gaskappe 4 ist mit einer überwurfmutter 6 am Gehäuse 1 befestigt und die Flüssigkeitsdüse 3 ist axial mit dem Gehäuse 1 verschraubt. Der Umlenkkörper 5 wird von einem spindelförmigen Einsatz 7 getragen und ist an diesem auswechselbar befestigt. An das Gehäuse 1 ist ein Schrittmotor 8 oder ein Getriebe angeflanscht. Der Schrittmotor 8 dient zur Bewegung des in seiner Längsrichtung verschiebbaren Einsatzes

7. Die Wirkungsweise dieser Bewegung ist in Fig. 2 besser zu erkennen und beschrieben. Das Gehäuse 1 ist an seinem Umfang mit zwei Bohrungen versehen, von denen die eine als Flüssigkeitseinlaß 9 und die andere als Gaseinlaß 10 dient. Von den Bohrungen 9 und 10 verlaufen parallel zur Symmetrieachse 11 des Gehäuses 1 der Zerstäubungsvorrichtung entsprechende Kanäle 12 und 13 zum Düsenkopf 2, von denen der innere Flüssigkeitskanal 12 bereits konzentrisch um den Einsatz 7 angeordnet ist.

Damit die Flüssigkeit gleichmäßig in dem Flüssigkeitskanal 12 verteilt und zum Umlenkkörper 5 hin freigegeben wird, ist der Einsatz 7 unterhalb des Flüssigkeitseinlasses 9 durch eine Führungsmuffe 14 und den Schrittmotor 8 und im Bereich des Düsenkopfes 2 durch geeignete Führungselemente 29 (zu sehen in Fig. 5) genau konzentrisch in seiner Lage gehalten.

Der Aufbau des Düsenkopfes 2, der mit seiner Flüssigkeitsdüse 3 und seiner Gaskappe 4 entsprechend der Fig. 1 auf dem Ge-

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häuse 1 befestigt ist, und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung ist in Fig. 2 zu erkennen. Die Flüssigkeit und das Gas werden in den getrennten Kanälen 12 und 13 dem Düsenkopf 2 zugeführt und münden dort in zwei konzentrisch angeordnete Kammern, eine innere Flüssigkeitskammer 15, die aus der Flüssigkeitsdüse 3 und dem Einsatz 7 gebildet wird, und eine äußere Gaskammer 16, die sich zwischen der Gaskappe 4 und der Flüssigkeitsdüse 3 befindet. Beide Kammern enden in düsenförmigen Auslässen, dem Flüssigkeitsauslaß 17 und den Gasauslaß 18. Innerhalb des Flüssigkeitskanals 12 und der sich daran anschließenden Flüssigkeitskammer 15 ist der zusammengesetzte bewegliche Einsatz 7 zu erkennen, der axial innerhalb der Zerstäubungsvorrichtung angeordnet ist. Der Querschnitt des Einsatzes 7 korrespondiert derart mit den Querschnitten der Flüssigkeitskanalabschnitte 19 und 20, daß im Abschnitt 20 stets ein ringförmiger Querschnitt gleicher Größe und im Abschnitt 19 ein Ringquerschnitt veränderbarer Größe besteht. Die Querschnittsveränderung im Abschnitt 19 wird durch die Bewegung des Einsatzes 7 in seiner Längsrichtung entlang der Symmetrieachse 11 der Zerstäubungsvorrichtung erreicht, weil die Flüssigkeitskammer 15 und der Einsatz 7 zueinander in einem unterschiedlichen Winkel konisch ausgebildet sind. Mit dieser Kegel- Konusverbindung ist eine sehr feine Regulierung des Flüssigkeitsstromes möglich. Am vorderen Ende des Düsenkopfes 2 im Abschnitt 20 sind der Einsatz 7 und die Flüssigkeitskammer 15 zueinander zylinderisch ausgeführt, um den Flüssigkeitsfilm auf eine bestimmte konstante Größe zu bringen. Außerhalb des Flüssigkeitskanals 12, 15 ist vor den beiden düsenförmigen Auslaßöffnungen 17 und 18 der Einsatz 7 mit dem Pilzkopf 5 versehen, dessen Umhüllende 21 an der den Auslaßöffnungen 17 und 18 zugewandten Seite eine hyperboloide Form aufweist, welche sich von der Abrißkante 22 des Pilzkopfes 5 in Richtung der Flüssigkeitsaustrittsöffnung 17 auf den Querschnitt des Einsatzes 7 verjüngt,, Der Gaskanal 13 bildet zwischen der Flüssigkeitsdüse 3 und der Gaskappe 4 in einem Abschnitt 23 eine symmetrisch um die Flüssigkeitsdüse 3 angeordnete Ringkammer 24. Die gedachte Verlängerung der Innenfläche der

Ringkammer 24, die gleichzeitig die Außenfläche der Flüssigkeitsdüse 3 ist, stößt über die Gasaustrittsöffnung 18 hinaus auf die Abrißkante 22 des Pilzkopfes 5 oder überragt sie geringfügig. Durch diese Form des Pilzkopfes 5 wird der aus der Flüssigkeitsaustrittsöffnung 17 austretende Flüssigkeitsfilm an der hyperboloidisch geformten Unterkante des Pilzkopfes 5 vergrößert und demzufolge in seiner Dicke weiter verringert. An der Abrißkante 22 des Pilzkopfes 5 werden die Flüssigkeitspartikel von dem Gasstrom erfaßt und zerstäubt.

In Fig. 3 ist eine Gaskappe 4 dargestellt, die mit zusätzlich angeordneten Gasaustrittsdüsen 25 versehen ist. Die Düsen 25 bestehen aus Bohrungen, die ringförmig und konzentrisch um die Gasaustrittsöffnung 18 angeordnet sind, und vorzugsweise zur Fokusierung des Gas- Flüssigkeitsgemisches schräg in einem Winkel zur Symmetrieachse 11 der Zerstäubungsvorrichtung ausgerichtet sind.

Zwei Beispiele anderer möglicher Ausführungsformen des Pilzkopfes 5 zeigen die Figuren 4a und 4b. In Fig. 4a ist die hyperboloidisch geformte Unterkannte 21 des Pilzkopfes 5 zusätzlich zur Vergrößerung ihrer Oberfläche mit Lamellen 26 versehen und in Fig. 4b besitzt der Pilzkopf 5 eine zusätzliche rotatiomssymmetrische konkave Fläche 27 und eine zweite Abrißkante 28. Durch diese Form des Pilzkopfes 5 werden Teile der Flüssigkeit, die noch nicht an der ersten Abrißkante 22 vollständig vom Gasstrom erfaßt wurden und auf der zusätzlichen Fläche 27 weitergleiten an der zweiten Abrißkante 28 erfaßt und zerstäubt.

In Fig. 5 ist eine mögliche Anordnung der Führungselemente 29 für die Führung des Einsatzes 7 innerhalb der Flüssigkeitsdüse 3 dargestellt. Die Führungselemente 29, die parallel zum Flüssigkeitsstrom angeordnet sind, befinden sich in dem zylinderförmigen Abschnitt 20 der Flüssigkeitsdüse 3 und nehmen etwa zwei Drittel dieses Abschnittes ein, so daß etwa ein Drittel zur Flüssigkeitsauslaßseite 17 hin frei sind und eine gleichmäßige Verteilung des Flüssigkeitsfilmes über die gesamte Fläche 21 unterhalb des Pilzkopfes 5 erreicht wird.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht ausschließlich auf die in der Beschreibung und in den Zeichnungen genannten Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind weitere Gestaltungsformen denkbar, welche von den beschriebenen Lösungen abweichen.

Claims

Schutzansprüche

1. Zerstäubungsvorrichtung, bei der Flüssigkeit und Gas in getrennten Kanälen zugeführt und durch Leiteinrichtungen die Ströme außerhalb der Zerstäubungsvorrichtung zum Schnitt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß

im Flüssigkeitskanal (12,15) ein zusammengesetzter beweglicher Einsatz (7) axial in Zerstäubungsrichtung innerhalb der Zerstäubungsvorrichtung angeordnet ist, dessen Querschnitt mit den Querschnitten der Flüssigkeitskanalabschnitte (19,20) korrespondiert, derart daß im Abschnitt (20) stets ein ringförmiger Querschnitt gleicher Größe und im Abschnitt (19) ein Ringquerschnitt veränderbarer Größe besteht,

der Einsatz (7) außerhalb des Flüssigkeitskanals (15) mit einen Pilzkopf (5) versehen ist, dessen Umhüllende (21) an der der Austrittsöffnung zugewandten Seite eine hyperboloide Form aufweist, die sich von der Abrißkante (22) des Pilzkopfes (5) in Richtung der Flüssigkeitsaustrittsöffnung auf den Querschnitt des Einsatzes (7) verjüngt,

der Gaskanal in einem Abschnitt (23) eine symmetrisch um den Flüssigkeitskanal (15) angeordnete Ringkammer (24) bildet, deren gedachte Verlängerung der Innenfläche über die Gasaustrittsöffnung (18) hinaus auf die Abrißkante (22) des Pilzkopfes (5) stößt oder sie gringfügig überragt -

2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

der Flüssigkeitskanal (15) und der Gaskanal (16) konzentrisch zueinander angeordnet sind und der Flüssigkeitskanal (15) zwischen dem Einsatz (7) und einer Flüssigkeitsdüse (3) und der Gaskanal (16) zwischen der Flüssigkeitsdüse (3) und einer Gaskappe (4) angeordnet ist und die Flüssigkeitsdüse (3) und die Gaskappe (4) an einem Gehäuse (1) lösbar befestigt sind, welches eine Flüssig-

keitseintrittsöffnung (9) und eine Gaseintrittsöffnung (10) und einen Schrittmotor (8) für den Antrieb des bewegbaren Einsatzes (7) trägt.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Flüssigkeitskanal (15) im Abschnitt (19) eine konische Form, deren Querschnitt sich zur Flüssigkeitsaustrittsöffnung hin verjüngt, und im Abschnitt (20) eine zylindrische Form aufweist.

4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Einsatz (7) im Abschnitt (19) eine konische Form, deren Querschnitt sich zur Flüssigkeitsaustrittsöffnung hin verjüngt, und im Abschnitt (20) eine zylindrische Form aufweist.

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Einsatz (7) mit einem Schrittmotor (8) oder einem entsprechenden Getriebe verbunden ist, der mittels einer Spindel die Bewegung des Einsatzes (7) in Längsrichtung der Zerstäubungsvorrichtung vollzieht.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Pilzkopf (5) mit dem Einsatz (7) verschraubt ist und der Schaft des Pilzkopfes (5) im Abschnitt (20) der Einsatz (7) ist.

7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

die Verjüngung der hyperboloiden Form an der der Austrittsöffnung zugewandten Seite des Pilzkopes (5) auf einer Kreisbahn erfolgt und vorzugsweise einem Viertel eines Kreisumfanges entspricht.

Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Innen- und Außenfläche der Ringkammer (24) jeweils einen Zylinder bilden.

9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Innenfläche der Ringkammer (24) einen Zylinder bildet und die Außenfläche eine konische Form aufweist, deren Querschnitt an der Gasaustrittsöffnung (18) am kleinsten ist.

10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

die Außenfläche der Ringkammer (24) einen Zylinder bildet und die Innenfläche eine konische Form aufweist, deren Querschnitt an der Gasaustrittsöffnung (18) am kleinsten ist.

11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

die Innen- und Außenfläche der Ringkammer (24) jeweils eine konische Form aufweisen, deren Querschnitte an der Gasaustrittsöffnung (18) jeweils am kleinsten sind.

12. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• · · a

die Abrißkante (22) des Pilzkopfes (5) einen Winkel klei ner oder gleich 90° bildet.

13. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Pilzkopf (5) mit einer zusätzlichen rotationsymmetrischen konkaven Fläche (27) und einer zweiten Abrißkante (28) versehen ist.

14. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

die hyperboloide Fläche (21) des Pilzkopfes (5) zur Vergrößerung dieser Fläche (21) mit Lamellen (25) versehen ist.

15. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Gaskappe (4) zusätzliche ringförmige öffnungen (25) besitzt, die den Flüssigkeitskanal (15) und den Gaskanal (16) mit einem größeren Radius umschließen, und diese öffnungen (25) zur Fokusierung des Gas- Flüssigkeitsgemisches schräg in einem Winkel zur Symmetrieachse (11) der Zerstäubungsvorrichtung ausgerichtet sind.

16. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

für die Führung des Einsatzes (7) innerhalb der Flüssigkeitsdüse (3) Führungselemente (29) parallel zum Flüssigkeitsstrom angeordnet sind.

17. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Führungselemente (29) in dem zylinderförmigen Abschnitt (20) innerhalb der Flüssigkeitsdüse (3) längliche Ausstülpungen sind, die auf der inneren Fläche der Flüssigkeitsdüse (3) parallel zur Symmetrieachse (11) der Zerstäubungseinrichtung gleichmäßig ringförmig verteilt und im Anschluß an den konischen Abschnitt (19) etwa zwei Drittel der Länge des Abschnittes (20) einnehmen.