EP2190587B1

EP2190587B1 - Vielloch- oder bündeldüse

Info

Publication number: EP2190587B1
Application number: EP08802252A
Authority: EP
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: ATE553848T1; US8672241B2; EP2190587A1; PL2190587T3; ES2384128T3; US20100219268A1; DE102007044272A1; WO2009036947A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vielloch- oder Bündeldüse mit mehreren Austrittsöffnungen für zu zerstäubendes Fluid.
Als Viellochdüsen werden Düsen bezeichnet, bei denen der Tropfenspray, ausgehend von einer gemeinsamen Vorkammer oder Mischkammer, über mehrere Einzelbohrungen austritt.
Bündeldüsen sind Düsen, bei denen mehrere prinzipiell funktionsfähige Einzeldüsen an einem Düsenkopf oder innerhalb eines Düsenkopfes montiert sind.
Viellochdüsen und Bündeldüsen ist gemein, dass mehrere Sprühstrahlen gleichzeitig aus der Düse austreten und einen Gesamtaustrittsstrahl bilden. Innerhalb des Gesamtaustrittsstrahls kann, muss aber nicht zwingend eine Wechselwirkung oder Vermischung der Einzelstrahlen erfolgen. Die Erfindung betrifft also Düsen zur Zerstäubung von Flüssigkeiten ohne und mit Einsatz von Druckluft, wobei alternativ mehrere Einzeldüsen an einem Düsenlanzenkopf angebracht sind, oder aus einer gemeinsamen Kammer Flüssigkeit oder ein Tropfen-Gas-Gemisch aus mehreren Austrittsöffnungen im Düsenaustrittsteil ausströmt. Mit der Erfindung sollen bei solchen Vielloch- oder Bündeldüsen neuartige Maßnahmen zur Erzeugung eines feinen Tropfensprays unter Vermeidung von Belägen am Düsenaustrittsteil eingesetzt werden.
In vielen verfahrenstechnischen Anlagen werden Flüssigkeiten in ein gasförmiges Fluid, z.B. in zu reinigendes oder abzukühlendes Rauchgas, also zur Rauchgasreinigung oder für eine Verdunstungskühlung, eingesprüht. Dabei ist es häufig von entscheidender Bedeutung, dass die Flüssigkeit in möglichst feine Tropfen zerstäubt wird. Je feiner die Tropfen sind, umso größer ist die spezifische Tropfenoberfläche. Daraus können sich erhebliche verfahrenstechnische Vorteile ergeben. So hängen beispielsweise die Größe eines Reaktionsbehälters und seine Herstellungskosten entscheidend von der mittleren Tropfengröße ab. Aber vielfach ist es keineswegs ausreichend, dass die mittlere Tropfengröße einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Schon einige wenige wesentlich größere Tropfen können zu erheblichen Betriebsstörungen führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Tropfen aufgrund ihrer Größe nicht schnell genug verdunsten, so dass noch Tropfen oder auch teigige Partikel in den nachfolgenden Komponenten, z.B. auf Gewebefilterschläuchen oder an Gebläseschaufeln, abgeschieden werden und zu Betriebsstörungen durch Inkrustierungen, Korrosion oder Unwucht führen.
Wenn Flüssigkeiten zu einem möglichst feinen Tropfenspray zerstäubt werden sollen, kommen neben Hochdruck-Einstoffdüsen, die nur mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit beschickt werden, häufig sogenannte druckgasgestützte Zweistoffdüsen zum Einsatz. Bei diesen Düsen wird die Flüssigkeit mit Hilfe eines Druckgases, z.B. Druckluft oder Druckdampf, dem ersten gasförmigen Fluid, in ein zweites gasförmiges Fluid, z.B. in Rauchgas, eingesprüht.

Definitionen:

Im Interesse einer sprachlichen Vereinfachung wird nachfolgend zur Benennung des ersten gasförmigen Fluids vielfach die Bezeichnung "Druckluft" verwandt, wobei die Bezeichnung "Druckluft" die Verwendung von Druckgas oder Druckdampf mit im Wesentlichen beliebiger chemischer Zusammensetzung mit einschließt. Ferner wird in der Regel das zweite gasförmige Fluid als Rauchgas bezeichnet, wobei die Verwendung der Bezeichnung "Rauchgas" jedwedes andere gasförmige und eventuell zusätzlich feststoffbeladene Fluid einschließt.
Die Beschreibung der Erfindung konzentriert sich auf den komplizierteren Fall der druckluftgestützten Zweistoffdüse. Die Erfindung ist jedoch auch auf Einstoff-Druckzerstäuberdüsen anwendbar, sofern diese als Vielloch- oder Bündeldüsen gestaltet sind.

Betriebliche Probleme bei Düsen und Schwächen von Laboruntersuchungen:

In Verbindung mit dem für die Zerstäubung erforderlichen Energieaufwand ist die Charakteristik des erzeugten Tropfensprays von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang muss auf die folgende Problematik hingewiesen werden: Die messtechnische Erfassung der Tropfengrößenverteilung im Spray, der mit einer Düse erzeugt wird, erfolgt in aller Regel unter idealisierten Randbedingungen in Strömungslaboratorien. Dabei werden die in großtechnischen Anlagen auftretenden Randbedingungen zum Teil erheblich verfälscht. So wird beispielsweise der Staubgehalt des Rauchgases bzw. die Beladung des Rauchgases mit leicht kondensierbaren Gasen im Labor nicht nachgebildet. Und aus diesem Grunde sind die im Labor erzielten Ergebnisse auch nur bedingt auf den Langzeitbetrieb an Großanlagen zu übertragen. Als leicht kondensierbare gasförmige Inhaltsstoffe von Rauchgas sind insbesondere Schwefeltrioxid oder Schwefelsäure zu nennen. Aber in Abwesenheit von Schwefelsäure kann auch bereits eine Unterschreitung des Wasserdampftaupunkts zu erheblichen Problemen durch Belagsbildung führen. Während die Schwefelsäure-Taupunktstemperatur beispielsweise Werte zwischen 100°C und 160°C betragen kann, liegen die Wasserdampf-Taupunkts-Temperaturen in Rauchgasen häufig zwischen ca. 45°C und 65°C. Da mit Zweistoffdüsen in aller Regel ein vergleichsweise kaltes Fluid in das Rauchgas eingesprüht wird, liegt die Oberflächentemperatur von Düsenlanze und Düsenkopf, insbesondere auch jene von Bündeldüsenköpfen, deutlich unterhalb der Taupunktstemperaturen der genannten Rauchgasinhaltsstoffe. Aus dem Rauchgas an Düsenlanze und Düsenkopf kondensierende Flüssigkeit kann mit den partikulären Inhaltsstoffen des Rauchgases, den Flugstäuben, chemisch reagieren. So ist leicht einzusehen, dass Flugstäube mit einem hohen Branntkalkgehalt (CaO) mit dem als Schwefelsäure (H₂SO₄) kondensierenden Schwefeltrioxidgehalt des Rauchgases zu Gips (CaSO₄) reagieren, so dass sich harte und fest haftende Beläge aufbauen können. Aber bei Unterschreitung des Wasserdampftaupunkts an der Lanzen- bzw. Düsenoberfläche bedarf es nicht einmal eines Schwefelsäuregehalts des Rauchgases. Bereits ein geringer Schwefeldioxidgehalt ist für den Aufbau harter Beläge ausreichend, sofern die Flugstäube, z.B. CaO oder MgO enthalten. Und eine Belagsbildung ist auch dann schon möglich, wenn nur Wasserdampf kondensiert und das Kondensat mit abgeschiedenen Flugstäuben abbindet.
Wenn jedoch im Bereich der Düsen-Austrittsöffnungen Beläge aufwachsen, ist kaum zu vermeiden, dass auch Tröpfchen aus dem Spray an diesen Belägen abgeschieden werden und dass sich hier Flüssigkeitsfilme bilden, wie bei der Diskussion zu Fig. 1 noch näher erläutert wird. Von diesen Flüssigkeitsfilmen lösen sich im Bereich geringer Schubspannungskräfte vergleichsweise große Sekundärtropfen ab. Während mit einer modernen Zweistoffdüse grundsätzlich maximale Tropfengrö-βen von z.B. 20 bis 100 µm erreichbar sind, können die Tropfen, die sich von den Flüssigkeitsfilmen ablösen, durchaus Durchmesser von 500 bis 3000 µm aufweisen. Für derart große Tropfen ist die Verweilzeit selbst in großtechnischen Anlagen viel zu kurz, als dass eine auch nur annähernd vollständige Verdunstung gelingen könnte. Unzulässig hohe Feuchtegehalte des in nachfolgenden Komponenten der Anlage anfallenden Produkts können die Folge sein. Heimtückisch ist hierbei, dass sich die Beläge an den Düsenköpfen in aller Regel erst nach einiger Zeit soweit entwickelt haben, dass sie einen stark störenden Einfluss auf die Tropfengrößenverteilung ausüben. Während in einer mit Düsen frisch bestückten Anlage sehr gute Ergebnisse erzielt werden, kann es mit der Zeit zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Betriebes kommen, wenn die Beläge entsprechend stark angewachsen sind.
Somit besteht ein großes Interesse an einer weitestgehenden Vermeidung von Belägen an Düsenlanzen im Nahbereich der Düsen und an den Düsen selbst.
Bei Düsen mit einer einzelnen Austrittsbohrung können Beläge in bekannter Weise mit Hilfe einer Schleier- oder Hüllluft-Vorrichtung vermieden werden, siehe z.B. die internationale Patentveröffentlichung WO 2007/098865 ( PCT/EP 2007/001384 ). Hierbei wird Luft mit einem vergleichsweise niedrigen Vordruck, z.B. ca. 40 mbar, durch ein die eigentliche Düsenlanze umschließendes Hüllrohr zum Düsenkopf geleitet, und mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit als gegen das Rauchgas abschirmender Hüllluft- oder Schleierluft-Mantel um den aus der Düse austretenden Tropfenstrahl gelegt. Somit ist hier eine Belagsbildung an der Einzeldüsenbohrung weitestgehend auszuschließen. Und selbst an den Düsenlanzen wird die Belagsbildung weitgehend unterdrückt. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass die Schleierluftschicht im Außenrohr eine Wärmedämmung gegenüber der kalten Düsenlanze darstellt, so dass die Außenhaut des Hüllluft-Rohres näherungsweise die Rauchgastemperatur annimmt, womit ein Austauen von Rauchgasinhaltsstoffen in den meisten Fällen unterbunden wird.
Bei herkömmlichen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen oder bei Bündeldüsen bereitet die Versorgung des Düsenkopfbereiches mit Schleierluft große Schwierigkeiten, wie nachfolgend erläutert wird. Bei derartigen Düsen nach dem Stand der Technik ist der Abstand zwischen den einzelnen Durchtrittsöffnungen sehr groß, wie z.B. in Fig. 1 und Fig. 2 zu erkennen ist. Jede einzelne Düse wirkt wie eine Strahlpumpe: Sie saugt gasförmiges Fluid, z.B. Rauchgas, aus der Umgebung an und mischt dieses in den Sprühstrahl ein. Dieses gasförmig Fluid strömt somit teilweise über die kalte Frontfläche der Düse zur Durchtrittsöffnung hin, und demzufolge kann es hier zum Aufwachsen von Belägen kommen, jedenfalls dann, wenn es sich bei dem gasförmigen Fluid um Rauchgas handelt. Aber selbst dann, wenn kein Rauchgas die kalte Frontfläche der Düse erreicht, kann es hier mit der Zeit zur Belagsbildung kommen. In diesem Falle entstehen die Beläge aus den Inhaltsstoffen der zu zerstäubenden Flüssigkeit selbst. Diese besteht in der Regel nicht aus feststofffreier Flüssigkeit, z.B. aus vollentsalztem und feinstfiltriertem Wasser, sondern aus Prozesszusatzwasser, welches mit gelösten Stoffen belastet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, können durch den Düsenstrahl Rezirkulationswirbel 17 erzeugt werden, welche kleine Tropfen auf die Frontfläche der Düse zurückführen. Wenn die Flüssigkeit die Gelegenheit findet, hier zu verdunsten, und sei es auch nur teilweise, wachsen die Inhaltsstoffe zwangsläufig als Beläge auf.
Für eine Düse mit mehreren Austrittsbohrungen ist dies beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, wo auch der Flüssigkeitsfilm 12 auf dem Belag sowie entstehende große Sekundärtropfen 13 dargestellt sind. Kritisch ist bei derartigen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen insbesondere der Zentralbereich, der häufig konstruktionsbedingt keine Austrittsbohrung trägt. Ein erster Schritt zur Verbesserung der Randbedingungen wäre somit eine Umgestaltung der Konstruktion einer Viellochdüse dergestalt, dass eine zentrale Austrittsbohrung möglich wird. Durch Anordnung einer Schleierluft-Düse nach dem Stand der Technik kann die Belagsbildung aus Rauchgasinhaltsstoffen bei derartigen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen unterbunden werden. Allerdings ist ein relativ großer Hüllluft-Volumenstrom erforderlich, wenn eine Belagsbildung an der Frontfläche der Düse zuverlässig vereitelt werden soll. Nun möchte man natürlich nicht unnötig viel Hüllluft dem Düsenstrahl zuführen, denn es soll ja nicht etwa Hüllluft, sondern das Rauchgas durch Tropfenverdunstung gekühlt werden. Somit besteht ein starkes Interesse daran, die für eine Belagsbildung in Frage kommende Frontfläche der Düse möglichst klein zu halten bzw. den Abstand zwischen den einzelnen Düsenaustrittsbohrungen so weit wie möglich zu verringern. Bei Düsen nach dem Stand der Technik ist dies nicht möglich, weil zu diesem Zweck die Austrittsbohrungen nahe um die Zentralachse angeordnet werden müssten, wie Fig. 1 zu entnehmen ist. Dann ist aber die Zuströmung zu diesen Düsenbohrungen sehr ungünstig und mit hohen Druckverlusten sowie mit Strömungsablösung in den Austrittsbohrungen und einer unbefriedigenden Zerstäubung verknüpft.
Noch kritischer ist die Situation bei Bündeldüsen nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hier müsste mit sehr viel Schleierluft und mit einem konstruktiv aufwändigen Schleierluft-Düsenkopf gearbeitet werden, wenn eine Belagsbildung aus Rauchgasinhaltsstoffen zuverlässig unterbunden werden soll. Eine Belagsbildung aus dem Feststoffgehalt der zu zerstäubenden Flüssigkeit ist hiermit jedoch noch nicht zu vermeiden.
Mit der Erfindung soll eine Vielloch- oder Bündeldüse bereitgestellt werden, bei der eine Belagsbildung wenigstens stark verringert ist und die die Erzeugung eines Gesamtsprühstrahls mit großem Sprühwinkel ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vielloch- oder Bündeldüse gemäß dem Anspruch 1 vorgesehen.
Durch die Erfindung wird somit eine konvergent/divergente Anordnung der Austrittsstrahlen erreicht, so dass einerseits die Austrittsbohrungen von Düsen mit mehreren Austrittsöffnungen oder von Bündeldüsen möglichst nahe um die Achse des Düsenkopfes gruppiert werden können und andererseits wird die Möglichkeit der Ausbildung eines Gesamtsprühstrahls mit ausreichend großem Sprühwinkel geschaffen. Die erfindungsgemäße Düsenkonfiguration weist darüber hinaus lediglich einen geringen Schleierluftbedarf auf. Der minimale Abstand der Mittellängsachsen der Austrittsöffnungen der Einzeldüsen liegt im Mündungsbereich der Gesamtdüse, kann also noch im Mundstück stromaufwärts der Austrittsöffnungen, auf Höhe der Austrittsöffnungen oder auch stromabwärts der Austrittsöffnungen angeordnet sein. Bevorzugt ist in diesem Fall ein unmittelbar stromabwärts der Austrittsöffnungen liegender Bereich des minimalen Abstands, um kurz nach der Düse eine Aufweitung des Gesamtstrahls realisieren zu können.
Durch die konvergent/divergente Anordnung der einzelnen Austrittsstrahlen bilden die aus den einzelnen Düsenlöchern bzw. aus den einzelnen Einzeldüsen austretenden Austrittsstrahlen somit im Mündungsbereich der Gesamtdüse einen Strömungsfokus, wobei dieser Strömungsfokus auch noch innerhalb des Mundstücks liegen kann. Der Begriff "Strömungsfokus" ist dabei nicht im engen Sinne zu sehen, sondern im Sinne eines minimalen Querschnitts des Gesamtstrahles, wobei stromaufwärts und stromabwärts dieses minimalen Querschnitts ein größerer Querschnitt des Gesamtstrahls vorliegt.
Die Grundidee der Erfindung besteht somit darin, die einzelnen Düsenstrahlen oder Austrittsstrahlen derart auszurichten, dass das Strahlbündel an der Einmündung in einen Prozessraum, in welchem eingesprüht wird, gewissermaßen einen Strömungsfokus bilden. Die einzelnen Düsenstrahlen oder Austrittsstrahlen verlaufen bereits vor dem Erreichen des Strömungsfokus oder des minimalen Querschnitts zur Hauptachse oder Mittellängsachse des Düse hin geneigt, sind jedoch nicht streng auf diese Mittellängsachse ausgerichtet, sondern zielen an der Mittellängsachse im Zentrum vorbei. Dabei kann das Zentrum des Gesamtstrahles vom Austrittsstrahl einer Zentraldüse gebildet sein, die parallel zur Mittellängsachse ausgerichtet ist.
In Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens zwei Austrittsöffnungen ringförmig um die Mittellängsachse der Düse angeordnet.
Auf diese Weise wird eine kompakte Anordnung der Austrittsöffnungen erreicht und bei beispielsweise kreisringförmiger Anordnung der Austrittsöffnungen kann ein rotationssymmetrischer Gesamtsprühstrahl erzeugt werden. Zur Anpassung der Form des Gesamtsprühstrahles an gegebene geometrische Verhältnisse können beispielsweise aber auch Ringkonfigurationen in Ellipsenform oder Dreiecksform realisiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittellängsachsen der wenigstens zwei Austrittsöffnungen, gesehen auf einer die Hauptlängsachse der Düse enthaltenden Ebene, im gleichen Winkel zur Hauptlängsachse an der Düse angeordnet.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittellängsachsen der wenigstens zwei Austrittsöffnungen in Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse der Düse gleichsinnig geneigt.
Auf diese Weise kann dem Gesamtsprühstrahl ein Drall verliehen werden.
In Weiterbildung der Erfindung liegen die Mittellängsachsen der wenigstens zwei Austrittsöffnungen auf der Mantelfläche eines gedachten Rotationshyperboloids.
Durch diese Maßnahmen kann ein rotationssymmetrischer Gesamtsprühstrahl erzeugt werden, dem ein Drall um die Mittellängsachse der Düse aufgeprägt ist.
In Weiterbildung der Erfindung können sich die mittels der wenigstens zwei Austrittsöffnungen erzeugten Düsenstrahlen weitgehend ohne Wechselwirkung miteinander in einem Prozessraum stromabwärts der Austrittsöffnungen ausbreiten.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Tröpfchengrößen im Gesamtsprühstrahl von Kollisionsvorgängen zwischen Einzeltropfen im Wesentlichen unabhängig sind und ausschließlich von den Zerstäubungseigenschaften der Einzeldüsen bzw. der einzelnen Austrittsöffnungen bestimmt sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine auf der Hauptlängsachse der Düse liegende zentrale Austrittsöffnung vorgesehen, um die die wenigstens zwei weiteren Austrittsöffnungen ringförmig angeordnet sind.
Vorteilhafterweise sind bei einer solchen Düse mit zentraler Austrittsöffnung die Mittellängsachsen der wenigstens zwei weiteren Austrittsöffnungen in Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse der Düse gleichsinnig geneigt, um einen Drall um die Hauptlängsachse der Düse zu erzeugen.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine, die Austrittsöffnungen umgebende und mit Druckluft beaufschlagte Ringspaltdüse vorgesehen.
Das Vorsehen einer Ringspaltdüse ist vorteilhaft, um Flüssigkeitsfilme im Bereich der Düsenmündung, die zu Sekundärtropfen mit erheblicher Größe führen können, zu vermeiden. Die Ringspaltdüse kann mit Druckluft mit hohem Druck oder auch zur Erzeugung von Hüllluft lediglich mit Schleierluft mit niedrigem Druck beaufschlagt werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Austrittsöffnungen in einem Düsenmundstück vorgesehen, das von einer Ringspaltdüse umgeben ist.
Bei einer solchen Ausbildung sind die Austrittsöffnungen beispielsweise als Bohrungen in einem massiven Düsenmundstück vorgesehen. Dieses Düsenmundstück kann von einer Ringspaltdüse umgeben sein, um das Entstehen großer Sekundärtropfen zu vermeiden.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Düsentragkörper vorgesehen, an dem mehrere, vom Düsentragkörper aus in Ausströmrichtung vorragende Einzeldüsen angeordnet sind, wobei die Einzeldüsen wenigstens auf Höhe ihrer Austrittsöffnungen von einer Ringspaltdüsenhaube umgeben sind, so dass zwischen den Einzeldüsen und der Ringspaltdüsenhaube auf Höhe der Austrittsöffnungen ein Ringspalt gebildet ist.
Vorteilhafterweise kann bei einer solchen Ausbildung der Düse vorgesehen sein, dass eine Zentraldüse mit einer auf der Hauptlängsachse der Düse liegenden Austrittsöffnung und wenigstens zwei weitere, die Hauptlängsachse der Düse ringförmig umgebende Einzeldüsen vorgesehen sind, wobei eine Stirnseite der Ringspaltdüsenhaube eine oder mehrere Ringspaltöffnungen aufweist, so dass auf Höhe der Austrittsöffnungen ein Abstand zwischen einem Außenumfang der Einzeldüsen und der oder den Ringspaltöffnungen bzw. dem Außenumfang benachbarter Einzeldüsen im Wesentlichen gleich ist.
Auf diese Weise lässt sich eine annähernd konstante Ringspaltbreite der Ringspaltdüse durch eine beispielsweise in Form eines Sterns mit abgerundeten Zacken oder gegebenenfalls auch unregelmäßig gestaltete Ringspaltöffnung in der Ringspaltdüsenhaube erreichen. Aber auch ein Ringspalt zwischen den Gehäusen der Einzeldüsen weist dann die im Wesentlichen konstante Ringspaltbreite auf, so dass im Wesentlichen über den gesamten Ringspalt, der eine geometrisch unregelmäßige Form aufweisen kann, annähernd die gleiche Strömungsgeschwindigkeit der Ringspaltluft erreicht wird. Liegen zylindrische Gehäuse der Einzeldüsen aneinander an, lässt sich eine konstante Ringspaltweite nicht oder nur näherungsweise erreichen. Gegebenenfalls kann stromaufwärts des Ringspalts im Zwischenraum zwischen den Einzeldüsen bzw. der Innenseite der Ringspaltdüsenhaube ein Drosselelement vorgesehen sein, um den Druck der Ringspaltluft in geeigneter Weise zu verringern.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Ringspaltdüse von einer ringförmigen Schleierluftdüse umgeben.
Auf diese Weise kann auch die Ringspaltdüse im Bereich der Düsenmündung von Rauchgasen im Prozessraum abgeschirmt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Düsentragkörper vorgesehen, an dem mehrere vom Düsenkörper aus in Ausströmrichtung vorragende Einzeldüsen angeordnet sind, wobei die Einzeldüsen an einer in Ausströmrichtung gesehen allgemein konkaven Vorderseite des Düsentragkörpers angeordnet sind.
Auf diese Weise lässt sich die konvergent/divergente Anordnung der Austrittsstrahlen der Einzeldüsen bzw. die entsprechende zugehörige Ausrichtung der Einzeldüsen durch die Formgebung des Düsentragkörpers erreichen. Als konkave Vorderseite wird dabei nicht lediglich eine gekrümmte Vorderseite, sondern beispielsweise auch eine Vorderfläche angesehen, die aus mehreren ebenen Teilflächen besteht, die insgesamt eine Vertiefung bilden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Austrittsöffnungen in einem Düsenmundstück vorgesehen, wobei das Düsenmundstück einen Grundkörper mit kegelartiger Außenfläche und eine den Grundkörper umgebende und abschnittsweise an dessen Außenfläche anliegende Haube aufweist und wobei der Grundkörper und/oder die Haube an den Austrittsöffnungen endende Düsenkanalnuten aufweisen.
Auf diese Weise können die Düsenkanäle in der erfindungsgemäßen Anordnung in einfacher Weise durch das Einfräsen von Nuten in den kegelartigen Grundkörper und/oder die Haube realisiert werden. Nach dem Aufsetzen der Haube auf den Grundkörper sind die Nuten dann an ihrer offenen Seite verschlossen und bilden die Düsenkanäle. Die Nuten werden beispielsweise auf den kegelartigen Grundkörper wie bei der Herstellung eines schräg verzahnten Kegelrades aufgebracht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht einer Viellochdüse nach dem Stand der Technik,
Fig. 2: eine stark vereinfachte Seitenansicht einer Bündeldüse nach dem Stand der Technik,
Fig. 3: eine abschnittsweise Schnittansicht einer Bündeldüse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4: eine Schnittansicht einer Viellochdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 5: eine schematisch Darstellung eines Düsenmundstücks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Die Darstellung der Fig. 1 gibt in groben Zügen den Stand der Technik wieder und zeigt eine Viellochdüse 3 mit einer Symmetrieachse 16, bestehend aus einem Zuführrohr 2 für die zu zerstäubende Flüssigkeit 1, einem Zuführungsrohr 4 für das Druckgas bzw. für die Druckluft 6, einem Eintrittsteil 20 für Flüssigkeit 1 und Druckgas 6 in die Mischkammer 7 mit einer Bohrung 10 für die Flüssigkeitszufuhr 1 und mehreren Bohrungen 5 für die Druckluftzufuhr 6. In der Mischkammer 7 ist ein Amboss 15 mit einer Prallfläche 11 angeordnet, an der durch die Bohrung 10 eintretende Flüssigkeit bereits in relativ kleine Tropfen zerteilt wird. Dieser primäre Tropfenspray wird von der Druckluft zu den Austrittsbohrungen 8 gefördert. Durch die starke Druckabsenkung und Beschleunigung stromabwärts der Austrittsbohrungen 8 werden die in der Mischkammer 7 erzeugenden mittelgroßen Tropfen 9 in wesentlich kleinere Tropfen zerlegt. Aus den Bohrungen 8 treten die druckgasgeförderten Tropfenstrahlen 18 aus. Dabei liegen im Strahlkern sehr feine Tropfen vor, während am Strahlrand vergleichsweise große Tropfen auftreten, die aus dem Zerfall von Wandflüssigkeitsfilmen in den Bohrungen 8, insbesondere an den Bohrungsrändern, herrühren. Dies jedenfalls dann, wenn keine Ringspaltluft vorgesehen ist. An der Düse hat sich ein zentraler Feststoffbelag 14 gebildet. Durch die Rezirkulationswirbel 17 werden kleinere Tropfen auf dem Zentralbelag 14 abgeschieden und bilden hier einen Flüssigkeitsfilm 12. An der Nasenspitze 21 des Feststoffbelages 14 lösen sich sehr große Sekundärtropfen 13 aus dem Flüssigkeitsfilm heraus.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt stark vereinfachend die äußerliche Konfiguration einer Bündeldüse 26 nach dem Stand der Technik. Bei Bündeldüsen nach dem Stand der Technik sind die Einzeldüsen 36 auf der Frontfläche 38 eines nach außen gewölbten, in Ausströmrichtung gesehen also konvexen Kegels angebracht. Hiermit sind zwar ohne weiteres Gesamtsprühstrahlen mit einem großen Gesamtöffnungswinkel α zu erzielen, aber diese konventionellen Düsen weisen eine sehr große kalte Frontfläche 38 auf, die nicht ohne weiteres mit Hilfe von Schleierluft abzuschirmen ist und an der es leicht zu einer die Entstehung großer Sekundärtropfen auslösenden Belagsbildung kommen kann. Dabei spielt es grundsätzlich keine Rolle, ob die Einzeldüsen aus Einstoff-Druckzerstäuber-Düsen oder aus druckluftunterstützten Zweistoffdüsen bestehen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Bündeldüse 45 nach der Erfindung mit einer Hauptlängsachse 16. Dargestellt sind mehrere Einzeldüsen, nämlich eine Zentraldüse 46 und eine von sechs Ringdüsen 47, die um die Zentraldüse 46 herum derart angeordnet sind, dass sie die Zentraldüse 46 im Mündungsbereich 40 fast tangieren. Anstelle von sechs Ringdüsen 47 kann auch jede andere Zahl von Einzeldüsen größer als zwei vorgesehen sein. Die Mittellängsachsen dieser als Ring angeordneten Ringdüsen 47 schneiden sich nicht mit der Hauptlängsachse 16 der Zentraldüse 46; vielmehr "zielen" die Ringdüsen 47 seitlich an der Zentraldüse 46 vorbei. Die Mittellängsachsen der Ringdüsen 47 sind somit windschief zueinander ausgerichtet, wobei sich ein Abstand zwischen den Mittellängsachsen der Ringdüsen 47 und der Mittellängsachse der Zentraldüse 46, die gleichzeitig die Hauptlängsachse 16 der Gesamtdüse darstellt, in Ausströmrichtung gesehen zunächst verringert. Die Mittellängsachsen der Ringdüsen 47 schneiden die Hauptlängsachse 16 aber nicht. Vielmehr vergrößert sich der Abstand zwischen den Mittellängsachsen der Ringdüsen 47 und der Mittellängsachse 16 nach Durchlaufen eines minimalen Abstandes oder kleinsten Querschnitts des Gesamtaustrittsstrahls wieder. Dieser Bereich minimalen Abstandes liegt dabei um etwas mehr als den Durchmesser der Austrittsöffnungen der Einzeldüsen 46, 47 stromabwärts dieser Austrittsöffnungen. Insgesamt wird damit also eine zunächst konvergente und nach Durchlaufen des kleinsten Querschnitts wieder divergente Anordnung der Sprühstrahlen 18 der einzelnen Düsen erreicht.
Die Sprühstrahlen 18, die aus den Ringdüsen 47 austreten, weisen, wie in Fig. 3 zu erkennen ist, alle eine gleichsinnige Umfangskomponente bezüglich der Hauptlängsachse 16 auf, indem sie in Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse 16 gesehen alle gleichsinnig geneigt sind. Die Mittellängsachsen der Ringdüsen 47 bzw. die Sprühstrahlen 18 dieser Ringdüsen 47 liegen aufgrund der kreisringförmigen Anordnung der Ringdüsen 47 somit auf der Mantelfläche eines Rotationshyperboloids.
Der Gesamtstrahl der Bündeldüse 45 ist durch die gewählte Ausrichtung der Ringdüsen 47 insgesamt mit einem Drall um die Hauptlängsachse 16 behaftet.
Da sich die einzelnen Sprühstrahlen 18 nicht gegenseitig durchdringen, kann sich jeder Sprühstrahl 18 weitgehend frei im Prozessraum stromabwärts der Düse 45 ausbreiten, so dass ein Gesamtsprühstrahl mit einem ausreichend großen Öffnungswinkel α entsteht.
Die Bündeldüse 45 verfügt über ein zentrales Lanzenrohr 2 für die Zuleitung der zu versprühenden Flüssigkeit 1 sowie über ein Lanzenrohr 4, das das zentrale Lanzenrohr 2 koaxial umgibt, für die Zuleitung der Druckluft 6. In einem Düsentragkörper 41 mit konkaver Vorderfläche, auf der die Ringdüsen 47 und die Zentraldüse 46 angeordnet sind, sind Bohrungen 27 für die Zuleitung der Flüssigkeit zu den einzelnen Düsen 36, 37 vorgesehen. Über feinere Bohrungen 10 in Mischkammereintrittsteilen 28, die jeweils am Übergang zwischen dem Düsentragkörper 41 und den Düsenrohren der Einzeldüsen 46, 47 angeordnet sind, tritt die Flüssigkeit in die Mischkammern 7 ein. Die Ringdüsen 47 sind dabei identisch zu der Zentraldüse 46 ausgebildet. Ferner strömt die Druckluft 6 zunächst über große Bohrungen 31 in einen primären Druckgasraum 32 ein und erreicht die Mischkammern 7 über Bohrungen 5 in den Düsenrohren der Zentraldüse 46 bzw. den Ringdüsen 47.
In der Mischkammer 7 und in dem sich anschließenden Düsenkanal wird die Flüssigkeit bei schallnahen Geschwindigkeiten der Gasphase zu derart feinen Tropfen zerstäubt, dass eine weitere Engstelle am stromabwärts gelegenen Ende des Düsenrohres, das die jeweilige Austrittsöffnung 8 bildet, in aller Regel nicht erforderlich ist.
Der primäre Druckgasraum 32 ist zwischen dem Düsentragkörper 41, einer Düsenhaube 23, den Düsenrohren der Zentraldüse 46 und der Ringdüsen 47 sowie einer Drosselscheibe 35 gebildet. Die Drosselscheibe 35 weist mehrere Öffnungen auf, durch die die jeweils eine Einzeldüse, also die Zentraldüse 46 und die Ringdüsen 47, hindurch ragt, wobei die jeweiligen Öffnungen etwas größer sind als die Außendurchmesser der jeweiligen Düsenrohre, so dass ein ringförmiger Spalt zwischen der Drosselscheibe 35 und jedem Düsenrohr gebildet ist.
Ein sekundärer Druckgasraum 34 stromabwärts der Drosselscheibe 35 ist von der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse derart umschlossen, dass am Düsenaustritt 40 nur relativ schmale Spalte 25 zwischen den Düsenrohren der Einzeldüsen 46, 47 und der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse entstehen, aus welchen die Spaltluft mit hoher Geschwindigkeit austritt. Die Öffnung der Ringspalthaube 23 ist dabei unregelmäßig und so gestaltet, dass der entstehende Ringspalt im Wesentlichen eine konstante Breite hat.
Im Zentralbereich dieser Bündeldüse 45 können keine Beläge aufwachsen, da hier keine entsprechenden Flächen angeboten werden. Beläge könnten allenfalls auf der Stirnseite der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse aufwachsen, da diese leicht unter eine Taupunkttemperatur des Rauchgases abgekühlt sein kann. Durch eine Schleierluftdüse 29, welche mit Spülluft bei vergleichsweise niedrigem Druck, z.B. 40 mbar, beschickt ist, wird die Ringspaltdüse 23 gegen das Rauchgas abgeschirmt. Die Außenhaut der Schleierluftdüse 29 erreicht näherungsweise die Rauchgastemperatur, so dass hier in aller Regel nicht mit einem Unterschreiten einer Taupunktstemperatur zu rechnen ist und eine Belagsbildung weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Das anhand der Bündeldüse 45, die als Zweistoffdüse ausgebildet ist, vorgestellte Konzept mit einem Strömungsfokus entsprechend einer konvergent/divergenten Anordnung der einzelnen Austrittsstrahlen 18 im Nahbereich der Düsenmündung 40 kann selbstverständlich auch bei Einstoff-Druckzerstäuber-Düsen angewandt werden.
Gemäß der Erfindung sind bei der Bündeldüse 45 somit eine Zentraldüse 46 und um diese Zentraldüse 46 herum sechs weitere Ringdüsen 47 gruppiert, die sich an den Austrittsabschnitt der Zentraldüse 46 anlehnen und die in Umfangsrichtung in Gestalt einer Drallrose gleichsinnig geneigt sind. Nach dem Passieren des Strömungsfokus, also dem minimalen Querschnitt des Gesamtaustrittsstrahles, der Bündeldüse 45 verlaufen die Einzelsprühstrahlen 18 somit divergent, so dass ausreichend große Gesamtstrahlöffnungswinkel α erzeugt werden können. Bei einer Düsenkonfiguration dieser Art wird kaum Frontfläche für das Aufwachsen von Belägen angeboten, und somit wird auch nur ein geringer Schleierluft-Volumenstrom durch die Schleiferluftdüse 29 benötigt. Ferner können derartige Düsenköpfe verhältnismäßig schlank ausgeführt werden.
Selbstverständlich kann eine Bündeldüse dieser Art aus Einzeldüsen aufgebaut werden, die an der Düsenmündung jeweils mit Ringspaltzerstäubung ausgestattet sind, wie z.B. in der internationalen Patentveröffentlichung mit dem Aktenzeichen PCT/EP 2007/001384 für Einzeldüsen beschrieben wurde. Aber bei Bündeldüsen besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Ringspaltluft 25 für die einzelnen Düsen des Düsenbündels über den zusammenhängenden primären Druckluftraum 32 zuzuführen. Um nicht zu viel energieträchtige Druckluft über die Ringspaltzerstäubung zu verlieren, kann ein Drosselelement zwischen dem primären Druckluftraum 32, aus welchem die primär Zerstäuberluft für die Einzeldüsen 46, 47 entnommen wird, und dem, den Ringspalt 24 versorgenden sekundären Druckluftraum 34 eingebaut werden. Der sekundäre Druckluftraum 34 wird durch die Drosselscheibe 35, die Düsenhaube 23 und die Düsenrohre 36 begrenzt. Durch das Drosselelement in Form einer Drosselscheibe 35 mit einer Anzahl von Durchgangsöffnungen, die der Anzahl der Düsen 46, 47 entspricht, wird somit der Raum innerhalb der Ringspaltdüsenhaube 23 in den primären Druckluftraum 32 und den sekundären Druckluftraum 34 unterteilt. Im primären Druckluftraum 32 herrscht ein größerer Druck und ausgehend von diesem primären Druckluftraum 32 wird die Zerstäubungsluft über die Bohrungen 5 in die Mischkammern 7 der einzelnen Düsen 46, 47 abgezweigt. Im sekundären Druckluftraum 34 herrscht ein geringerer Luftdruck, der dann den Ringspalt 24 zwischen der Ringspaltdüsenhaube 23 und dem jeweiligen Außenumfang der Düsenrohre sowie den Spalt zwischen den Düsenrohren der einzelnen Düsen 46, 47 speist. Um den Druckluftverbrauch für die Ringspaltversorgung noch weiter zu verringern, kann der Ringspalt 24 der Ringspaltdüse mit einem Abstand von z.B. 0,5 bis 1 mm an die Kontur der Einzeldüsen 46, 47 angepasst werden. Eine verhältnismäßig einfache Fertigungstechnik besteht hier darin, den Rohling der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse zunächst mit einer geschlossenen Frontfläche herzustellen und auf den Rohling des Düsentragkörpers 41 der Bündeldüse aufzusetzen. Dann können die Durchtrittsbohrungen für die Einzeldüsen an der Frontfläche der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse mit einer Lage der Bohrungsachsen eingebracht werden, die mit der Lage der Mittellängsachsen der später einzubauenden Einzeldüsen 46, 47 übereinstimmen. Die Einzelbohrungen werden dabei durch die Frontfläche der Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse bis in den Düsentragkörper 41 vorgetrieben, so dass ein einwandfreies Fluchten der Mittellängsachsen der Einzeldüsen und der Achsen der einzelnen Ringspaltöffnungen sichergestellt ist.
Dass zusätzlich eine Hüll- oder Schleierluftdüse 29 vorgesehen sein kann, bedarf für den Fachmann keiner näheren Erklärung. Hier würde die Schleierluft 33 allerdings nur zur Vermeidung von Belägen an der Düsenlanze bzw. am Außenrand der Ringspaltdüse erforderlich sein, so dass mit einer vergleichsweise geringen Schleierluftmenge gearbeitet werden kann. Selbstverständlich könnte auch die Außenkontur der Ringspaltdüse bzw. die Innenkontur der Schleierluftdüse derart ausgebildet sein, dass Ringspalte in Gestalt abgerundeter Sterne entsprechend der Einhüllenden der Einzeldüsen entstehen.
Die Darstellung der Fig. 4 zeigt eine Viellochdüse 43 gemäß der Erfindung. Wie bei der Bündeldüse 45, die in Fig. 3 dargestellt ist, wird auch hier das Prinzip verfolgt, dass alle Sprühstrahlen 18, die von den einzelnen Austrittsöffnungen herrühren, aus dem Zentralbereich des Düsenkopfes austreten. Die Richtwirkung auf die Sprühstrahlen 18 wird auch hier dadurch erreicht, dass die Bohrungen 8, an deren stromabwärts gelegenen Ende die Austrittsöffnungen liegen, innerhalb des Düsenkopfes in der Ansicht der Fig. 4 näherungsweise diagonal verlaufen. Die Mittellängsachsen 44 der einzelnen Bohrungen 8 und damit der Austrittsöffnungen sind windschief zueinander ausgerichtet, in Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse 16 der Düse gleichsinnig geneigt und der Abstand der Mittellängsachsen 44 zur Hauptlängsachse 16 der Gesamtdüse verringert sich in Ausströmrichtung gesehen zunächst, ohne die Hauptlängsachse 16 zu schneiden. Nach Durchlaufen eines Minimalabstandes zwischen den Mittellängsachsen 44 und der Hauptlängsachse 16 der Gesamtdüse vergrößert sich dieser Abstand wieder, so dass eine konvergent/divergente Anordnung gebildet ist. Die Mittellängsachsen 44 der einzelnen Bohrungen 8 liegen aufgrund der ringförmigen Anordnung der Austrittsöffnungen am stromabwärts gelegenen Ende der Bohrungen 8 somit auf der Mantelfläche eines gedachten Rotationshyperboloids. Tropfenbeladenes Fluid 9 aus dem in Fig. 4 rechten Abschnitt der Mischkammer 7 tritt somit auf der linken Seite der Düsenmündung 40 aus, wobei die Bohrungen 8 allerdings an der Zentralachse 16 vorbeigeführt sind. Die Achsen 44 der Einzelstrahlen bzw. der zugeordneten Bohrungen 8 sind derart verdrillt um die Hauptlängsachse 16 angeordnet und in zwei Ebenen zu dieser Hauptlängsachse 16 geneigt, das sich die Einzelstrahlen 18 weitgehend ohne Wechselwirkung miteinander im Gasraum 42 ausbreiten können.
Selbstverständlich kann es sinnvoll sein, den Prallteller 11, für welchen unterschiedliche Geometrien in Frage kommen, am Mischkammereintrittsteil 20 zu befestigen. Für die primäre Zerstäubung der Flüssigkeit in der Mischkammer 7 können prinzipiell viele Konzepte zum Einsatz kommen. Bei Abkopplung der Prallfläche 11 vom Düsenaustrittsteil besteht auch wieder die Möglichkeit, eine hier nicht dargestellte Zentralbohrung anzuordnen. Ferner kann der kegelförmige Frontabschnitt 19 der Viellochdüse mit den Einzeldüsenbohrungen als Düsenzentralkörper 50 gefertigt werden, welcher in eine kegelförmigen Haube 52 gleichen Öffnungswinkels eingesetzt wird, was schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Der kegelförmige Düsenzentralkörper 50 kann dann auch wieder eine Konfiguration nach Art eines schräg verzahnten Kegelrades darstellen, wobei Ausfräsungen 54 die Bohrungen 8 ersetzen. Dies bietet insbesondere fertigungstechnische aber auch verfahrenstechnische Vorteile. Selbstverständlich kann auch diese Viellochdüse 43 gemäß Fig. 4 mit einer Düsenhaube 23 einer Ringspaltdüse ausgerüstet werden. Zusätzlich könnte eine in Fig. 4 nicht dargestellte, die Ringspaltdüse außen umgebene Schleierluftdüse vorgesehen werden.
Bei der Viellochdüse 43 gemäß Fig. 4 wird die Flüssigkeit 1 somit in bekannter Weise in eine Mischkammer 7 eingespritzt bzw. an einer Prallfläche 11 in noch relativ große Primärtropfen 9 zerteilt. In dieselbe Mischkammer 7 wird auch Druckluft eingeleitet. Diese Druckluft nimmt die Primärtröpfchen mit, und bei der stark beschleunigen Passage durch die Austrittskanäle 8 werden die Primärtröpfchen in kleinere Tröpfchen zerteilt. Auch hier sind die Austrittskanäle 8 derart um die Hauptachse 16 angeordnet, dass der Fokus der einzelnen Tropfenstrahlen 18 näherungsweise in der Düsenaustrittsebene liegt, wie bei der Bündeldüse 45 gemäß Fig. 3 im Detail beschrieben wurde im Unterschied zu Fig. 3 aber noch innerhalb des Frontabschnitts 19 oder Mundstücks. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform eines Düsenmundstücks 49 sind Austrittskanäle nach Art der Nuten an einem schräg verzahnten Kegelrad angeordnet, dessen kleinerer Durchmesser in der Düsenaustrittsöffnung liegt und bei welchem das Fluid über die Kanäle zwischen den benachbarten Zähnen austritt. Und die besagten Kanäle sind ja gemäß Fig. 5 durch Ausfräsungen 54 an dem kegelförmigen Düsenzentralkörper 50 erzeugt worden, wie dies bei der Herstellung schräg verzahnter Kegelräder der Fall ist. Nach Aufsetzen des kegelhaubenförmigen Außenkörpers 52 sind dann Kanäle mit geschlossenem Querschnitt gebildet.
Bei einer derartigen Viellochdüse 43, wie sie anhand Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben wurde, bereitet die Anordnung einer Ringspalt-Sekundärzerstäubungs-Düse 23 bzw. einer Schleierluftdüse keinerlei Probleme.
Sind die Bohrungen 8 der Viellochdüse kreisrund ausgeführt, kann es vorteilhaft sein, kurze Röhrchen in die Austrittsbohrungen 8 zu stecken. Wie bei den Bündeldüsen ist auf diese Weise eine schmale Ringspaltkonfiguration für die Zuführung der Spaltluft zu erreichen. Die Düsenhaube 23 der Ringspaltdüse würde in diesem Fall dann in ihrer Frontfläche an die Außenabmessungen der eingesteckten Röhrchen angepasste Durchgangsöffnungen aufweisen.

Bezugszeichenliste

1: zu zerstäubende Flüssigkeit
2: zentrales Lanzenrohr für die Flüssigkeitszufuhr zum Kopf der Bündeldüse bzw. zur Viellochdüse
3: Zweistoff-Viellochdüse nach dem Stand der Technik
4: Lanzenrohr für die Zuleitung des Druckgases zur Zweistoffdüse
5: Bohrungen für die Einleitung de Druckgases in die Mischkammer
6: Druckgas, insbesondere Druckluft
7: Mischkammer der Zweistoffdüse
8: Düsenaustrittsbohrungen einer Viellochdüse
9: Zweistoffgemisch aus Druckgas und Flüssigkeitstropfen in der Mischkammer
10: Bohrung für die Einleitung der Flüssigkeit in die Mischkammer
11: Prallfläche für die primäre Zerteilung der Flüssigkeit
12: Flüssigkeitsfilm auf einer zentralen Belagsnase
13: Große Sekundärtropfen, die sich von dem Flüssigkeitsfilm 12 ablösen
14: Zentrale Belagsnase
15: Amboss
16: Hauptlängsachse der Viellochdüse bzw. der Bündeldüse
17: Rezirkulationswirbel
18: Tropfenstrahl mit feinen Tropfen im Kern und deutlich größeren Randtropfen, die aus Flüssigkeitsfilmen in den Austrittsbohrungen 8 in Abwesenheit einer ausreichend starken Spaltluftströmung entstehen
19: Austrittsteil der Viellochdüse, Düsenmundstück
20: Eintrittsteil der Mischkammer
21: Spitze der zentralen Belagsnase
22: Zuleitungsrohr für die Hoch- oder Mitteldruck-Spaltluft
23: Ringspaltdüse
24: Ringspalt mit kegeligem oder sternförmigem Querschnitt
25: Ringspaltluft
26: Bündeldüse nach dem Stand der Technik
27: Bohrungen für die Zuleitung der Flüssigkeit zu den einzelnen Düsen
28: Mischkammereintrittsteil für die Flüssigkeit bei der Bündeldüse
29: Schleierluftdüse
30: Austrittsspalt für die Schleierluft
31: Große Bohrungen für die Einleitung des Zerstäubungsdruckgases in den primären Druckraum 32 der Bündeldüse
32: Primärer Druckraum für die Zerstäubungsluft der Bündeldüse
33: Aus Ringspalt 30 austretende Schleierluft
34: Sekundärer Druckraum für die Ringspaltluft der Bündeldüse
35: Drosselelement zur Verringerung des Druckes der Ringspaltluft bzw. zur Abtrennung des primären Druckraumes 32 vom sekundären Druckraum des Druckgases
36: Einzeldüsen der Bündeldüse
37: Achsen der Einzeldüsen
38: Kegelige Frontfläche einer Bündeldüse nach dem Stand der Technik
39: Beläge an einer Bündeldüse nach dem Stand der Technik
40: Mündungsbereich einer Bündeldüse oder einer Viellochdüse nach der Erfindung
41: Düsentragkörper nach der Erfindung
42: Rauchgas, in welches eingesprüht wird
43: Viellochdüse gemäß der Erfindung
44: Achsen der Bohrungen bei der Viellochdüse
45: Bündeldüse nach der Erfindung
46: Zentraldüse
47: Düsen auf einem Ring um die Zentraldüse
α: Mittlerer Strahlöffnungswinkel der Bündeldüse bzw. der Viellochdüse

Claims

Vielloch- oder Bündeldüse mit wenigstens einer Mischkammer zum Erzeugen eines Gas-Tropfen-Gemischs und mehreren stromabwärts der wenigstens einen Mischkammer angeordneten Austrittsöffnungen für das Gas-Tropfen-Gemisch, worin die Mittellängsachsen (44) von wenigstens zwei der Austrittsöffnungen (56) windschief zueinander ausgerichtet sind, wobei sich ein Abstand zwischen den Mittellängsachsen (44) dieser Austrittsöffnungen (56) und der Hauptlängsachse (16) der Düse (43;45) in Ausströmrichtung gesehen zunächst verringert, ohne die Hauptlängsachse (16) zu schneiden, und nach Durchlaufen eines minimalen Abstands wieder vergrößert.
Vielloch- oder Bündeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Austrittsöffnungen (56) ringförmig um die Hauptlängsachse (16) der Düse (43; 45) angeordnet sind.
Vielloch- oder Bündeldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen (44) der wenigstens zwei Austrittsöffnungen (56), gesehen auf einer die Hauptlängsachse (16) der Düse (43; 45) enthaltenden Ebene, im gleichen Winkel zur Hauptlängsachse (16) der Düse (43; 45) angeordnet sind.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen (44) der wenigstens zwei Austrittsöffnungen (56) in Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse (16) der Düse (43; 45) gleichsinnig geneigt sind.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen (44) der wenigstens zwei Austrittsöffnungen (56) auf der Mantelfläche eines gedachten Rotationshyperboloids liegen.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mittels der wenigstens zwei Austrittsöffnungen (56, 58) erzeugten Düsenstrahlen weitgehend ohne Wechselwirkung miteinander in einem Prozessraum stromabwärts der Austrittsöffnungen (56, 58) ausbreiten können.
Vielloch- oder Bündeldüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Hauptlängsachse (16) der Düse (45) liegende zentrale Austrittsöffnung (58) vorgesehen ist, um die die wenigstens zwei weiteren Austrittsöffnungen (56) ringförmig angeordnet sind.
Vielloch- oder Bündeldüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen (44) der wenigstens zwei weiteren Austrittsöffnungen (56) in Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Hauptlängsachse (16) der Düse gleichsinnig geneigt sind, um einen Drall um die Hauptlängsachse (16) der Düse zu erzeugen.
Vielloch- oder Bündeldüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, die Austrittsöffnungen (56, 58) umgebende und mit Druckluft beaufschlagte Ringspaltdüse vorgesehen ist.
Vielloch- oder Bündeldüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (56) in einem Düsenmundstück (19; 49) vorgesehen sind, das von einer Ringspaltdüse umgeben ist.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsentragkörper (41) vorgesehen ist, an dem mehrere, vom Düsentragkörper (41) aus in Ausströmrichtung vorragende Einzeldüsen (46, 47) angeordnet sind, wobei die Einzeldüsen (46, 47) wenigstens auf Höhe ihrer Austrittsöffnungen von einer Ringspaltdüsenhaube (23) umgeben sind, so dass zwischen den Einzeldüsen (46, 47) und der Ringspaltdüsenhaube (23) auf Höhe der Austrittsöffnungen ein Ringspalt gebildet ist.
Vielloch- oder Bündeldüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentraldüse (46) mit einer auf der Hauptlängsachse (16) der Düse liegenden Austrittsöffnung und wenigstens zwei weitere, die Hauptlängsachse (16) der Düse ringförmig umgebende Einzeldüsen (47) vorgesehen sind, wobei eine Stirnseite der Düsenhaube (23) eine oder mehrere Ringspaltöffnungen aufweist, so dass auf Höhe der Austrittsöffnungen ein Abstand zwischen einem Außenumfang der Einzeldüsen (46, 47) und der oder den Ringspaltöffnungen beziehungsweise dem Außenumfang benachbarter Einzeldüsen (46, 47) im wesentlichen gleich ist.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12 wenn abhängig von Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltdüse von einer ringförmige Schleierluftdüse (29) umgeben ist.
Vielloch- oder Bündeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsentragkörper (41) vorgesehen ist, an dem mehrere vom Düsentragkörper (41) aus in Ausströmrichtung vorragende Einzeldüsen (46, 47) angeordnet sind, wobei die Einzeldüsen (46, 47) an einer in Ausströmrichtung gesehen allgemein konkaven Vorderseite des Düsentragkörpers (41) angeordnet sind.
Vielloch- oder Bündeldüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen in einem Düsenmundstück (49) vorgesehen sind, wobei das Düsenmundstück (49) einen Düsenzentralkörper (50) mit kegelartiger Außenfläche und eine den Düsenzentralkörper (50) umgebende und abschnittsweise an dessen Außenfläche anliegende Haube (52) aufweist und wobei der Düsenzentralkörper (50) und/oder die Haube (52) an den Austrittsöffnungen endende Ausfräsungen (54) aufweisen, die Düsenkanalnuten bilden.