WO2007098865A1

WO2007098865A1 - Zweistoffdüse mit kreisförmig angeordneten sekundärluftdüsen

Info

Publication number: WO2007098865A1
Application number: PCT/EP2007/001384
Authority: WO
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Dieter Wurz
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-17
Publication date: 2007-09-07
Also published as: US20100163647A1; DE102006009147A1; ES2401026T3; EP1986788B1; US8857740B2; EP1986788A1; PL1986788T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweistoff düse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer (40) und einem mit der Mischkammer (40) verbundenen und stromabwärts der Mischkammer (40) angeordneten Düsenmund (46). Erfindungsgemäß, ist ein den Düsenmund (46) umgebender Ring von Sekundärluftdüsen (52a, 52b) vorgesehen. Verwendung z.B. für die Verdunstungskühlung.

Description

Beschreibung

ZWEISTOFFDÜSE MIT KREISFÖRMIG ANGEORDNETEN SEKUNDÄRLUFTDÜSEN

Die Erfindung betrifft eine Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer und einem mit der Mischkammer verbundenen und stromabwärts der Mischkammer angeordneten Düsenmund.

In vielen verfahrenstechnischen Anlagen werden Flüssigkeiten in einem Gas verteilt. Dabei ist es häufig von entscheidender Bedeutung, dass die Flüssigkeit in möglichst feinen Tropfen versprüht wird. Je feiner die Tropfen sind, umso größer ist die spezifische Tropfenoberfläche. Daraus können sich erhebliche verfahrenstechnische Vorteile ergeben. So hän- gen beispielsweise die Größe eines Reaktionsbehälters und seine Herstellungskosten erheblich 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 nachfolgenden Komponenten, z.B. auf Gewebefilterschläuchen oder an Gebläseschaufeln, abgeschieden werden und zu Betriebsstörungen durch Inkrustierungen oder Korrosion führen.

Um Flüssigkeiten fein zu versprühen, kommen entweder Hochdruck- Einstoffdüsen oder Mitteldruck-Zweistoffdüsen zum Einsatz. Ein Vorteil von Zweistoffdüsen liegt darin, dass sie relativ große Strömungsquerschnitte aufweisen, so dass auch grobpartikelhaltige Flüssigkeiten ver- sprüht werden können.

Die Darstellung der Fig. 1 zeigt beispielhaft eine zur Achse 24 im Wesentlichen symmetrische Zweistoffdüse 3 nach dem Stand der Technik. Die zu versprühende Flüssigkeit 1 wird über ein zentrales Lanzenrohr 2 an der Engstelle 10 in die Mischkammer 7 eingeleitet. Das Druckgas 15 wird über ein äußeres Lanzenrohr 4 einer Ringkammer 6 zugeführt, welche die Mischkammer ringförmig umschließt; über eine gewisse Anzahl von Bohrungen 5 wird das Druckgas in die Mischkammer 7 eingeleitet. In dieser Mischkammer findet eine erste Zerteilung der Flüssigkeit in Tropfen statt, so dass hier ein tropfenhaltiges Gas 9 gebildet wird. Auch am Austritt aus der Mischkammer 7 existiert eine Engstelle 14. An die Engstelle 14 schließt sich ein divergentes Austrittsteil 26 an, welches mit der Düsenmündung 8 endet. Der in der Mischkammer 7 gebildete trop- fenhaltige Gasstrom 9 wird in der Konvergent-Divergent-Düse, auch La- valdüse genannt, stark beschleunigt, so dass hier eine weitere Zerteilung der Tropfen bewirkt wird.

Zweistoffdüsen mit einer einzigen Austrittsbohrung herkömmlicher Bauart leiden unter der Eigenschaft, dass der aus der Düse austretende Strahl 21 aus Tropfen und Verdüsungsluft nur einen geringen Öffnungswinkel α aufweist. Dies hat zur Folge, dass für die Tropfenverdunstung relativ große Wegstrecken bzw. große Behälter benötigt werden.

Ein grundsätzliche Problem resultiert bei diesen Düsen daraus, dass die Wände in der Mischkammer 7 mit Flüssigkeit benetzt sind. Die Flüssigkeit, welche die Wand in der Mischkammer benetzt, wird von den Schubspannungs- und den Druckkräften als Flüssigkeitsfilm 20 zum Dü- senmund hingetrieben. Man ist versucht, anzunehmen, dass die Wände zum Düsenmund hin infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten der Gasphase trockengeblasen werden und dass dabei aus dem Flüssigkeitsfilm nur sehr feine Tropfen gebildet werden.

Theoretische und experimentelle Arbeiten des Erfinders haben jedoch gezeigt, dass Flüssigkeitsfilme auf Wänden selbst dann noch als stabile Filme ohne Tropfenbildung existent sein können, wenn die Gasströmung, welche den Flüssigkeitsfilm zum Düsenmund treibt, Überschall- geschwindigkeit erreicht. Und dies ist ja auch der Grund dafür, dass es möglich ist, in Raketenschubdüsen eine Flüssigkeitsfilmkühlung anzuwenden. Besonders kritisch ist die Filmströmung bei der Versprühung hochviskoser Flüssigkeiten, die gleichzeitig eine hohe Oberflächenspan- nung aufweisen, z.B. von Glykol in Kältetrocknern von Erdgaspumpstationen oder von Feststoffsuspensionen in Sprühabsorbern.

Die Flüssigkeitsfilme, die von der Gasströmung zum Düsenmund 8 getrieben werden, können aufgrund der Adhäsionskräfte sogar um eine scharfe Kante am Düsenmund herumwandern; sie bilden dann an der Außenseite des Düsenmundes einen Wasserwulst 12, siehe Fig. 1. Von diesem Wasserwulst lösen sich Randtropfen 13 ab, deren Durchmesser ein Vielfaches des mittleren Tropfendurchmessers im Strahlkern beträgt. Obwohl diese großen Randtropfen nur einen kleinen Massenanteil zur Gesamttropfenfracht beitragen, sind sie letztlich bestimmend für die Abmessungen des Behälters, in welchem beispielsweise die Temperatur eines Gases durch Verdunstungskühlung von 350⁰C auf 120⁰C abgesenkt werden soll, ohne dass es zu einem Eintrag von Tropfen in nachgeschaltete Komponenten wie Gebläse oder Gewebefilter kommt.

Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 derselben Erfinder betrifft eine Zweistoffdüse, bei der die Bildung großer Randtropfen durch eine Ringspaltverdüsung zuverlässig unterbunden wird. Der Inhalt dieser Patentanmeldung ist in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen. Fig. 2 zeigt eine entsprechende Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung. Bei der dargestellten Variante wird die Ringspaltluft, hier auch als Sekundärluft bezeichnet, über Bohrungen 19 direkt aus der Ringkammer 6 abgezweigt. Aber auch dieser Düsentyp leidet unter der Eigenschaft, einen relativ schlanken Strahl 21 zu erzeugen, mit einem Öffnungswinkel α von ca. 15°. Dass derartige Düsen grundsätzlich von einem Schleierluft- oder Sperrluftring 25 und einer Schleierluft- oder Sperrluftdüse 23 umschlossen sein können, ist bekannt. Der wesentliche Unterschied zwischen der Sperrluft 11 und der Ringspaltluft besteht darin, dass der Totaldruck der aus dem Ringspalt 16 austretenden Ringspaltluft größenordnungsmäßig mit dem Druck des Druckgases 15 für die Zerstäubung übereinstimmt, während der Druck der Sperrluft 11 in aller Regel um ein bis zwei Grö- ßenordnungen kleiner ist.

Aus dem Ringspalt 16 tritt Druckgas mit hoher Geschwindigkeit aus und sorgt dafür, dass ein Flüssigkeitsfilm an der Wandung des Düsenmundes, insbesondere des divergenten Austrittsabschnitts, zu einer sehr dünnen Flüssigkeitslamelle ausgezogen wird, die dann in kleine Tropfen zerfällt. Auf diese Weise kann die Bildung großer Tropfen aus Wandflüssigkeitsfilmen im Düsenaustrittsbereich verhindert bzw. auf ein erträgliches Maß reduziert werden und gleichzeitig kann das feine Tropfenspektrum im Strahlkern erhalten werden, ohne dass hierfür der Druck- gasverbrauch der Zweistoffdüse bzw. der hiermit verknüpfte Eigenenergiebedarf erhöht werden müsste. Die Ringspaltluftmenge kann beispielsweise 10% bis 40% der Gesamtzerstäubungsluftmenge betragen. Der Totaldruck der Luft im Ringspalt beträgt vorteilhafterweise 1 ,5 bar bis 2,5 bar absolut. Der Totaldruck der Luft im Ringspalt ist vorteilhaft- erweise so hoch, dass bei Expansion auf das Druckniveau im Behälter näherungsweise Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Die Austrittsöffnung ist mittels einer umlaufenden Wandung gebildet, deren äußerstes Ende eine Austrittskante bildet und der Ringspalt ist im Bereich der Austrittskante angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der Ringspalt zwischen der Austrittskante und einer äußeren Ringspaltwandung gebildet. In Ausströmrichtung gesehen ist die Ringspaltwandungskante nach der Austrittskante angeordnet. Vorteilhafterweise ist die Ringspaltwandungskante zwischen 5% und 20% des Durchmessers der Austrittsöffnung nach der Austrittskante angeordnet. Ein Druck des dem Ringspalt zuge- führten Druckgases und ein Druck des durch den Druckgaseinlass in die Mischkammer mündenden Druckgases kann unabhängig voneinander einstellbar sein. Die Einlassbohrungen 5 in die Mischkammer können tangential zu einem Kreis um eine Mittellängsachse der Düse ausgerich- tet sein, um einen Drall in einer ersten Richtung zu erzeugen. Mehrere Einlassbohrungen können beabstandet voneinander vorgesehen sein und unterschiedliche Einlassbohrungen können tangential so ausgerichtet sein, dass sie einen Drall in unterschiedliche Richtungen, beispiels- weise auch gegenläufige Drallrichtungen, erzeugen.

Durch Bezugnahme ist der Inhalt der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung 10 2006 001 319.0 ebenfalls in die vorliegende Anmeldung vollständig mit eingeschlossen. In dieser nicht vorveröffentlichten Pa- tentanmeldung ist eine Zweistoffdüse für den wandgebundenen Einbau beschrieben, bei der zur Vermeidung von Wandbelägen eine Hüll-, Sperr- oder Schleierluftdüse und der Wandbereich im Umfeld der Düse beheizt sind. Im Übrigen ist die dort beschriebene Düse analog zur Zweistoffdüse gemäß DE 10 2005 048 489.1 ausgestaltet.

Allen vorstehend beschriebenen Zweistoffdüsen ist gemein, dass der Öffnungswinkel eines erzeugten Sprühstrahles vergleichsweise gering ist, so dass große Wegstrecken für die Tropfenverdunstung benötigt werden.

Mit der Erfindung soll eine Zweistoffdüse bereitgestellt werden, mit der ein großer Öffnungswinkel des Sprühstrahls erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer und einem mit der Mischkammer verbundenen und stromabwärts der Mischkammer angeordneten Düsenmund vorgesehen, bei der im Bereich des Düsenmunds Sekundärluftdüsen ringförmig einmünden.

Durch Vorsehen eines im Bereich des Düsenmundes angeordneten o- der auch den Düsenmund umgebenden Rings von Sekundärluftdüsen kann ein Düsenstrahl mit wesentlich größerem Öffnungswinkel α von wenigstens ca. 30° bis 45° erzeugt werden. Aus den Sekundärluftdüsen austretende Pressluftstrahlen wirken auf den aus der Düse austretenden Strahl aus Tropfen und Verdüsungsluft ein und weiten diesen auf. Gleichzeitig können auch ohne durchgehenden Ringspalt die Vorteile der Ringspaltverdüsung gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 beibehalten werden und speziell wird die Bildung großer Randtropfen unterbunden. Die erfindungsgemäße Düse geht somit dadurch aus einer Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 hervor, indem man den Ringspalt für die Ringspaltverdüsung durch ei- nen Ring aus einzelnen Luftdüsen ersetzt, welche den Düsenmund umschließen. Mit Umschließen ist hierbei gemeint, dass die einzelnen Sekundärluftdüsen kreisförmig um den Düsenmund herum angeordnet sind und dass sich bei mehreren Sekundärluftdüsen deren Austrittsstrahlen im Bereich des Düsenmundes berühren oder sogar überlagern können, so dass ein durchgehender Ringstrahl aus Sekundärluft den Düsenmund umgibt. Es können sich dabei die gedachten Projektionen der Sekundärluftbohrungen in der Ebene der Düsenmundes zu einer geschlossenen, ringförmigen Fläche überlagern. Einzelne Sekundärluftdüsenboh- rungen nehmen ihren Anfang also im vergleichsweise breiten Ringraum außerhalb der Mischkammer, können sich aber im weiteren Verlauf in Richtung des Düsenmundes an diesem durchaus berühren oder sogar überschneiden. Neben der bereits erörterten Überschneidung der Projektionen der Verlängerungen der Düsenbohrungen auf die Ebene des Düsenmundes können Sekundärluftbohrungen natürlich auch so einge- bracht sein, dass sie sich bereits im Bereich des Austritts und im Bereich des Düsenmundes überlagern, so dass die Wandung des Düsenmundes eine ringartige, umlaufende Ausnehmung aufweist. Die erfindungsgemäße Düse bietet somit die Möglichkeit, je nach Durchmesser oder Anordnung der Sekundärluftbohrungen einen Ringspalt mit variabler Breite bereitzustellen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Düsenserien oder Düsenfamilien von Bedeutung, wenn ein und derselbe Grundkörper mit unterschiedlichen Ringspaltweiten versehen werden soll. Die erfindungsgemäße Düse kann somit eine geometrische Überschneidung der Sekundärluftbohrungen im Bereich des Düsenmundes aufweisen und entweder findet diese Überschneidung bereits im Wandungsbereich des Düsenmundes statt oder erst auf einer gedachten Ebene auf Höhe des Düsenmundes. Es kann aber zusätzlich zu den Sekundärluftdüsen auch noch eine Ringspaltverdüsung vorgesehen sein. Durch Vorsehen von ringförmig angeordneten Sekundärluftdüsen kann eine Zweistoffdüse mit Innenmischung durch eine Umgestaltung im Bereich des Düsenmundes in eine Düse mit Weitwinkelstrahl verwandelt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Hauptsprührichtung der Sekundärluftdüsen in einen vom Düsenmund ausgehenden Hauptsprühstrahl hinein ausgerichtet.

Durch eine solche Ausrichtung der Sekundärluftdüsen treten diese in den Sprühstrahl der Hauptdüse ein und weiten diesen dadurch auf.

In Weiterbildung der Erfindung sind Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen zu einer Mittellängsachse der Hauptdüse unter einem Winkel ß von 20° bis 80° angeordnet.

Auf diese Weise erhält der Sprühstrahl der Sekundärluftdüsen sowohl eine Komponente parallel zur Mittellängsachse der Hauptdüse als auch eine senkrecht hierzu angeordnete Komponente, die hauptsächlich für die Aufweitung des Sprühstrahles verantwortlich ist. Unterschiedliche Aufweitungen des Sprühstrahls können durch die Variation des Winkels ß erzielt werden.

In Weiterbildung der Erfindung schneiden die Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen die Mittellängsachse der Hauptdüse nicht.

Durch eine solche windschiefe Anordnung der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen kann eine besonders gleichmäßige Aufweitung des Sprühstrahles erreicht werden. Bei entsprechender Anordnung der Se- kundärluftdüsen kann beispielsweise dem Sprühstrahl der Hauptdüse ein Drall aufgeprägt werden, der eine Aufweitung des Sprühstrahles begünstigt.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Sekundärluftdüsen tangential zu einem zur Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrischen, gedachten Kreis ausgerichtet.

Auf diese Weise lässt sich eine sehr effektive Aufweitung des Sprüh- Strahls bei feintropfiger Verdüsung erzielen. In Blickrichtung der Mittellängsachse der Hauptdüse erscheinen die Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen als Tangenten, die an einem die Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrisch umgebenden, gedachten Kreis anliegen. Da die Sekundärluftdüsen darüber hinaus einen Winkel von weniger als 90° mit der Mittellängsachse der Hauptdüse einschließen, berühren diese somit einen gedachten Kreiszylinder, der die Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrisch umgibt. Vorteilhafterweise weist dieser gedachte Kreis einen Radius auf, der zwischen 30% und 80% des Radius des Sprühstrahls der Hauptdüse auf Höhe des Kreises beträgt. Eine solche Aus- richtung der Sekundärluftdüsen ergibt einen deutliche Aufweitung des Sprühstrahles bei feintropfiger Verdüsung. Betrachtet man also den gedachten Kreis, an dem die Projektion der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen tangential anliegen, und speziell die Ebene, in der dieser Kreis liegt, so bildet diese Ebene mit der Außenberandung des Haupt- sprühstrahles eine kreisförmige Schnittlinie mit einem Sprühstrahlradius. Der gedachte Kreis weist dann einen Radius auf, der zwischen 30% und 80% dieses Sprühstrahlradius beträgt. Vorteilhafterweise ist der gedachte Kreis stromabwärts des Düsenmundes der Hauptdüse angeordnet. Die Berührstellen der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen liegen also an einem gedachten Kreiszylinder um die Mittellängsachse der Hauptdüse stromabwärts des Düsenmundes an. In Weiterbildung der Erfindung münden die Sekundärluftdüsen stromaufwärts des Düsenmundes der Hauptdüse in den Ausströmkanal von der Mischkammer zum Düsenmund.

Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sekundärluftdüsen unmittelbar vor dem Düsenmund in den Ausströmkanal münden. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass sich die Mündungen der Sekundärluftdüsen am Eintritt in den Ausströmkanal berühren oder teilweise überschneiden.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine separate Zuluftleitung zu den Sekundärluftdüsen vorgesehen.

Auf diese Weise kann die Luftmenge und die Geschwindigkeit der aus den Sekundärluftdüsen austretenden Luft separat eingestellt werden und beispielsweise dazu benutzt werden, einen gewünschten Sprühstrahlwinkel einzustellen. Hierzu werden dann Einstellmittel zum Einstellen eines Luftdrucks an den Sekundärluftdüsen benötigt.

In Weiterbildung der Erfindung stehen die Sekundärluftdüsen mit einer Zuführleitung für Druckgas in Strömungsverbindung, wobei diese Zuführleitung auch mit der Mischkammer in Strömungsverbindung steht.

Eine einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Düse ergibt sich dann, wenn die für die Sekundärluftdüsen benötigte Luft aus der Zuführleitung für Druckgas der Hauptdüse abgezeigt wird. Vorteilhafterweise können die Sekundärluftdüsen hierzu an einen, die Mischkammer umgebenden Ringraum angeschlossen sein. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Zweistoffdüse sehr kompakt aufgebaut werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Düsenmund von einem Ringspalt umgeben, wobei der Ringspalt mit Druckluft beaufschlagbar ist. Durch Vorsehen einer solchen zusätzlichen Ringspaltverdüsung können sich Wassertropfen am Düsenmund, die von einem die Wandung des Ausströmkanals belegenden Flüssigkeitsfilm herrühren, zu Flüssigkeitslamellen ausgezogen und in feine Tropfen zerstäubt werden. Eine zu- sätzliche Ringspaltverdüsung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die einzelnen Sekundärluftdüsen am Rand des Ausströmkanals nicht berühren oder überschneiden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, ausgehend von der Mischkammer, sich ein Ausströmkanal zunächst kontinuierlich verengt und dann, ausgehend von einer Engstelle im Ausströmkanal, sich zum Düsenmund hin wieder kontinuierlich erweitert.

Auf diese Weise wird das durch den Ausströmkanal geleitete Zweistoff- gemisch in der Konvergent-Divergent-Düse stark beschleunigt und es kann eine feine Tropfenverteilung im Sprühstrahl erzielt werden. Der Ausströmkanal kann so gestaltet sein und der Druck der Flüssigkeit und des Druckgases so eingestellt sein, dass im Ausströmkanal wenigstens abschnittsweise Überschallgeschwindigkeit erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche, den Düsenmund ringförmig umgebende Schleierluftdüse vorgesehen.

Eine solche Schleierluftdüse oder Hüllluftdüse kann zusätzlich zum Ringspalt für die Ringspaltverdüsung vorgesehen sein und wird mit Schleierluft geringeren Drucks, als für die Ringspaltverdüsung benötigt wird, beaufschlagt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den An- Sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Speziell lassen sich die Merkmale der in Fig. 2 dargestellten Zweistoffdüse in beliebiger Weise mit der in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Düsen kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Zweistoffdüse nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung und Schleierluftdüse gemäß der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2005 048 489.1 ,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoff du se,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,

Fig. 5 eine Ansicht auf die Ebene V-V der Fig. 4 zur Verdeutlichung der Anordnung der Sekundärluftdüsen bei der Zweistoffdüse der Fig. 4,

Fig. 6 bis 12 verschiedene Ansichten einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,

Fig. 13 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,

Fig. 14 eine Schnittansicht eines den Düsenauslass der Zweistoffdüse der Fig. 13 definierenden Bauteils und

Fig. 15 eine Ansicht des Bauteils der Fig. 14 von unten. Die Schnittansicht der Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse 30, die ein konzentrisch zu einer Mittellängsachse 32 der Düse angeordnetes Einspeiserohr 34 für zu versprühende Flüssigkeit aufweist. Das Einspeiserohr 34 geht in eine kegelstumpfförmige Verengung 36 und anschließend in eine zylinderförmige Engstelle 38 über, an die sich eine sich kegelstumpfförmig erweiternde Mischkammer 40 anschließt. Die Mischkammer ist in ihrer umlaufenden Wandung mit Eintrittsöffnungen 42 für Druckgas versehen. Die Einlassöffnungen 42 sind in zwei, entlang der Ausströmrichtung voneinander beabstandeten Ringen in der Wan- düng der Mischkammer 40 angeordnet. An die Mischkammer 40 schließt sich ein Ausströmkanal 44 an, der am Düsenmund 46 endet und sich zunächst kontinuierlich verengt und dann ausgehend von einer Engstelle 45 wieder kontinuierlich aufweitet. In der Schnittansicht der Fig. 3 weist die Berandung des Ausströmkanals dabei eine durchgehend gekrümmte Form auf. Im Ausströmkanal 44 wird das in der Mischkammer 40 gebildet Gemisch aus Gas und Flüssigkeit, beispielsweise Luft und Wasser, stark beschleunigt und kann im divergenten Abschnitt Überschallgeschwindigkeit erreichen.

Druckgas wird der Zweistoffdüse 30 über ein Druckgasrohr 48 zugeführt, das das Einspeiserohr 34 konzentrisch umgibt. Das Druckgas wird demgemäß in dem Ringbereich zwischen Einspeiserohr 34 und Druckgasrohr 48 geführt. Ausgehend von einem, die Mischkammer 40 umgebenden Ringraum gelangt das Druckgas dann durch die Einlassöffnungen 42 in die Mischkammer 40. Am stromabwärts gelegenen Ende des Ringraums 50 sind Eintrittsöffnungen von Sekundärluftdüsen 52a, 52b angeordnet, in die Druckgas gemäß der in Fig. 3 angedeuteten Pfeile 54 eintritt. Die Sekundärluftdüsen 52 sind dabei als Bohrungen in einem Abschlussstück 56 ausgebildet, das mittig den Ausströmkanal 44 trägt und am stromaufwärts gelegenen Ende des Ausströmkanals 44 einen Flansch für die Aufnahme eines, die Mischkammer 40 definierenden Rohrbauteiles bereitstellt. Der Ringraum 50 für das Druckgas wird eben- falls durch das Bauteil 56 gebildet, und an seinem stromaufwärts gelegenen Ende ist das Bauteil 56 mit dem Druckgasrohr 48 verschraubt.

Die Sekundärluftdüsen 52a, 52b weisen Mittellängsachsen 58a, 58b auf, die mit der Mittellängsachse 32 der durch den Ausströmkanal 44 definierten Hauptdüse einen Winkel ß einschließen. Der Winkel ß beträgt in der Darstellung der Fig. 3 etwa 45° und kann zwischen etwa 20° und etwa 80° betragen. Die Sekundärluftdüsen 52a, 52b münden in den Ausströmkanal 44 unmittelbar stromaufwärts des Düsenmundes 46. Die Mittellängsachsen 58a und 58b der beiden dargestellten Sekundärluftdüsen 52a, 52b schneiden sich stromabwärts des Düsenmundes 46 mit der Mittellängsachse 32.

Weiterhin ist eine, den Düsenmund 46 ringförmig umgebende Hüllluftdü- se 66 vorgesehen, die mittels eines Hüllluftrohres 68 gebildet ist. Durch das Hüllluftrohr 68 wird Druckgas mit geringerem Druck als das der Mischkammer 40 zugeführte Druckgas zugeleitet. Die Hüllluft umgibt den Sprühstrahl 64 ringförmig.

Die Schnittansicht der Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäßen Zweistoffdü- se 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Zu der Zweistoffdüse 30 der Fig. 3 baugleiche Teile sind mit den gleichen Be- zugsziffem versehen und werden nicht erneut erläutert.

Im Unterschied zur Zweistoffdüse 30 der Fig. 2 sind bei der Zweistoffdüse 70 vier Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d vorgesehen, wobei in der Darstellung der Fig. 3 lediglich drei Sekundärluftdüsen 72a, 72b und 72d zu erkennen sind. In der Ansicht der Fig. 4 sind dahingegen die Mündungsöffnungen der vier Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d in einen Ausströmkanal 74 der Zweistoffdüse 70 angedeutet. Diese Mündungen liegen unmittelbar oberhalb eines Düsenmundes 76. Zur Verdeutlichung der Anordnung der Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d sind die jeweiligen Mittellängsachsen 78a bis 78d mit eingezeichnet. Anhand der Darstellung der Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Mittellängsachse 78a bis 78d der Zweistoffdüse 72a bis 72d zum einen um den Winkel ß zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse geneigt sind, wie bereits in Fig. 3 zu erkennen ist. Zusätzlich sind die Mittellängsachsen 78a bis 78d aber windschief zum Mittellängsachse 32 angeordnet und liegen tangential an einem Kreis an, der konzentrisch zum Mittellängsachse 32 der Hauptdüse angeordnet ist. Die Sekundärluftdüsen 72a bis 72d prägen somit dem aus dem Ausströmkanal 74 austretenden Zweistoffgemisch einen Drall auf und sorgen dadurch für eine Aufweitung des Sprühstrahles auf den Sprühwinkel α. Durch eine entsprechende Anpassung des Durchmessers der Sekundärluftdüsen kann auch in diesem Fall erreicht werden, dass sich die Düsenbohrungen an der Einmündung in den Ausströmkanal 74 berühren oder teilweise überschneiden.

Die Wirkungslinien der Sekundärluftstrahlen sind demnach nicht auf die Mittellängsachse 32 des Hauptstrahles hin gerichtet, sondern sie tauchen in diesen Hauptstrahl auf einem geeigneten Radius

ein, der zwischen 20% und 80% des Radius des Hauptstrahles an der betreffenden Stelle beträgt. Auch der Neigungswinkel ß der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen relativ zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse spielt eine erhebliche Rolle, wobei, wie erwähnt, hier der Winkelbereich zwischen 20° und 80° für diesen Winkel ß besonders vorteilhaft ist.

Die erfindungsgemäße Düse 30 geht somit dadurch aus einer Zweistoff- düse mit Ringspaltverdüsung gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 hervor, indem man den Ringspalt für die Ringspaltverdüsung durch einen Ring aus einzelnen Luftdüsen ersetzt, welche den Düsenmund umschließen. Wie bei der Zweistoffdüse 70 gezeigt ist, kann eine Ringspaltverdüsung mit dem Ringspalt 80 zusätzlich zu dem Ring aus Sekundärluftdüsen vorgesehen sein. Ein gewisser Nachteil der erfindungsgemäßen Düse könnte darin gesehen werden, dass die Beistellung der Sekundärluft einen zusätzlichen Energieaufwand bedingt. Dabei sollte man allerdings nicht übersehen, dass herkömmliche Zweistoffdüsen mit einem einzigen Düsenmund ei- nen sehr kompakten, schlanken Tropfenstrahl erzeugen. Um hier die Tropfenverdunstung in einer ähnlich kurzen Zeit bzw. auf einer vergleichbar kurzen Wegstrecke verwirklichen zu können, wie bei der neuartigen Düse, muss bei einem schlanken Düsenstrahl wesentlich feiner versprüht werden. Dies ist natürlich ebenfalls mit einer wesentlichen Steigerung des Energieaufwandes verbunden. Und konkurrierende Konzepte der Zweistoffdüsen, die anstelle eines einzigen Düsenmundes ü- ber eine Vielzahl von Düsenbohrungen verfügen, auch Bündeldüsen genannt, und die auf diese Weise einen großen Strahlöffnungswinkel erzielen, leiden unter dem Nachteil, dass die kleinen Austrittsbohrungen rela- tiv schnell verstopft sind, insbesondere bei der Versprühung von Feststoffsuspensionen. Ferner kommt es auf dem Düsenkörper zwischen den Düsenbohrungen leicht zu Anbackungen. Beide Effekte können zu einer erheblichen Störung der Verdüsung beitragen, indem sie der Entstehung großer Tropfen Vorschub leisten. Außerdem ist die Regelbarkeit von Bündeldüsen begrenzt und es ist vergleichsweise kompliziert, Bündeldüsen mit Sperrluft oder Hüllluft zu umgeben, die eine Belagsbildung auf dem Düsenkörper zwischen den Bohrungen vermeiden helfen würde.

Im Unterschied zur Zweistoffdüse 30 der Fig. 3 ist die Zweistoffdüse 70 der Fig. 4 zusätzlich zu einem Ringspalt 80, der unmittelbar an den Ausströmkanal 74 angrenzt und zur Ringspaltverdüsung zum Zweck der Vermeidung grober Flüssigkeitstropfen am Düsenmund 76 vorgesehen ist, mit einer Schleierluftdüse 82 versehen, die den Ringspalt 80 ringför- mig umgibt und für die Einspeisung von Druckgas mit geringerem Druck als in die Mischkammer 40 und den Ringspalt 80 vorgesehen ist. Die Darstellung der Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Zweistoffdüse 70 von unten und etwa auf Höhe der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten Ebene V-V. In der Darstellung der Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Mittellängsachsen 78a bis 78d etwa auf Höhe der Ebene V-V und demnach stromabwärts des Düsenmundes 76 tangential an einem gedachten Kreis mit dem Radius n anliegen. Der Radius dieses Kreises n beträgt dabei etwa 50% des Radius des Sprühstrahls der Hauptdüse an dieser Stelle, der in Fig. 4 durch die Schnittlinie der gestrichelten Ebene V-V und der ebenfalls gestrichelt angedeuteten Mantelfläche 84 des Haupt- Sprühstrahles in Fig. 4 definiert ist. Der Radius r-i kann zwischen 30% und 80% des Radius des Hauptstrahls an der betreffenden Stelle betragen. Mit anderen Worten und wie in Fig. 5 zu erkennen ist, liegt der Radius T₁ zwischen dem Radius des Düsenmundes 76 und dem Radius einer Engstelle 86 im Ausströmkanal 74. Die Mittellängsachsen 78a bis 78d berühren demnach einen gedachten Kreiszylinder tangential, der konzentrisch zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse ausgerichtet ist und dessen Radius zwischen dem Radius des Düsenmundes 76 und dem Radius der Engstelle 86 im konvergent-divergent-geformten Ausströmkanal 74 der Zweistoffdüse 70 liegt. Die Berührstelle der Mittellängsach- sen 78a bis 78d an diesen gedachten Kreiszylinder kann dabei stromabwärts des Düsenmundes liegen, bei entsprechender Auslegung der Düse aber auch durchaus auf Höhe des Düsenmundes selbst oder gar stromaufwärts hiervon.

Die Darstellung der Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse 90 mit einem Düsenkörper 92, der eine in Fig. 6 nicht sichtbare Durchgangsbohrung aufweist, die bei ihrem Austritt aus dem Düsenkörper 92 einen Düsenmund 94 bildet. Wie bereits in der Fig. 6 zu erkennen ist und wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, weist die Form des Düsenmundes 94 von einer Kreisform ab. Dies ist dadurch verursacht, dass im Bereich des Düsenmundes Düsenbohrungen von vier Sekundärluftdüsen münden. Die Darstellung der Fig. 7 zeigt die Zweistoffdüse 90 in einer Seitenansicht, wobei zusätzlich durch gestrichelte Linien Düsenbohrungen der Sekundärluftdüsen angedeutet sind. Speziell sind Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 gestrichelt angedeutet, die alle in einem Winkel von et- wa 45° zu einer Mittellängsachse der Düse angeordnet sind und im Bereich des Düsenmundes 94 in einen Ausströmkanal 104 münden.

Die Darstellung der Fig. 8 zeigt eine Ansicht der Zweistoffdüse 90 von unten, also von der Seite des Düsenmundes 94 her. Gut zu erkennen sind die vier Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 und deren zu einem Achsenkreuz durch die Mittellängsachse versetzte Anordnung. Die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 sind dadurch tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse der Düse angeordnet und schneiden die Mittellängsachse nicht. In Fig. 8 ist weiterhin die Einzel- heit D vergrößert dargestellt, die die Mündungen der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 im Bereich des Düsenmundes zeigen, wobei die Ellipsen der Einzelheit D, die den Mündungsbereich andeuten, nur dann sichtbar sind, wenn in den Düsenkörper 92 zunächst die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 der Sekundärluftdüsen noch vor dem Aus- strömkanal 94 eingebracht werden. Anhand der Einzelheit D ist zu erkennen, dass sich die Mündungen der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 berühren und insgesamt dadurch eine ringähnliche Konfiguration um die Mittellängsachse der Zweistoffdüse herum bilden. Im Betrieb bildet die aus den Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 austretende Se- kundärluft somit einen Ringluftstrahl, der den parallel zur Mittellängsachse austretenden Sprühstrahl umgibt. Es ist dadurch sichergestellt, dass ein an der Wandung des Ausströmkanals 104 anliegender Flüssigkeitsfilm, der durch die Strömung zum Düsenmund 94 hin getrieben wird, ü- ber den gesamten Umfang des Ausströmkanals 104 von Sekundärluft aus einer der Düsenbohrungen 96, 98, 100 oder 102 erfasst wird, zu einer dünnen Flüssigkeitslamelle am Düsenmund 94 ausgezogen und in feine Tropfen zerstäubt wird. Die Darstellung der Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 7. Gut zu erkennen ist die zentrale Durchgangsbohrung der Düse und die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 der Sekundärluftdüsen. Die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 kreuzen sich auf Höhe der Schnittebene A-A mit jeweils einem Sackloch 106, wobei die Sacklöcher 106 von einem Außenumfang der Düse ausgehen, wie auch in Fig. 6 zu erkennen ist, und für das Einsetzen von Drosselschrauben vorgesehen sind, um einen freien Querschnitt der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 einstellen zu können.

Die Darstellung der Fig. 10 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse 90 von der Seite des Düsenmundes 94 her und deutet den Verlauf einer Schnittlinie B-B an. Die Schnittlinie B-B verläuft zunächst mittig durch die Düsenbohrung 102, knickt auf Höhe der Mittel- längsachse senkrecht ab, durchquert den Ausströmkanal 94 und knickt dann auf Höhe der Mitte der Düsenbohrung 98 erneut rechtwinklig ab.

Die Darstellung der Fig. 11 zeigt die Schnittansicht entlang der Linie B- B. Gut zu erkennen ist der Verlauf der Düsenbohrungen 102, 98, die zu- nächst parallel zu einer Mittellängsachse der Zweistoffdüse 90 verlaufen, nach Passieren des jeweils zugeordneten Sacklochs 106 um 45° abknicken, um dann letztendlich im Bereich des Düsenmundes 94 in den Ausströmkanal 104 zu münden. Die Düsenbohrungen 98, 102 und natürlich auch die in Fig. 11 nicht erkennbaren Düsenbohrungen 96, 100 gehen von einem Ringraum 108 aus, der in der Fig. 12 dargestellt ist und durch das Einsetzen eines Mischkammerbauteils 110 in den Düsenkörper 92 entsteht. In diesen Ringraum 108 wird Druckgas eingeleitet, das dann zum einen durch Bohrungen 112 in eine Mischkammer 114 eintritt und zum anderen in die Düsenbohrungen 96, 98, 100, 102 der Sekundärluftdüsen eintritt.

Auch anhand der Fig. 12 ist die Mündung der Düsenbohrungen im Bereich des Düsenmundes 94 zu erkennen, die diesem eine von der kreis- zylindrischen Form des Ausströmkanals 104 abweichende Form verleihen.

Die Darstellung der Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungs- gemäßen Zweistoffdüse 120 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In fertigungstechnischer Hinsicht sind die schräg zur Mittellängsachse der Düse einzubringenden Düsenbohrungen der in den Fig. 3, 4, 5 und 6 bis 12 dargestellten Zweistoffdüsen 30, 70 und 90 problematisch. Bei der Zweistoffdüse 120 der Fig. 13 wurde daher eine andere Möglichkeit gewählt, einen im Bereich des Düsenmunds angeordneten Ring von Sekundärluftdüsen zu realisieren.

Die Zweistoffdüse 120 weist ein Zuführrohr 122 auf, durch das zu versprühende Flüssigkeit der Düse zugeführt wird. Das Zuführrohr 122 ist von einem konzentrischen Druckgasrohr 124 umgeben, das wiederum von einem Schleierluftrohr 126 konzentrisch umgeben ist. Es wurde bereits erläutert, dass die Schleierluft mit einem wesentlich geringeren Druck zugeführt wird als das zur Zerstäubung verwendete Druckgas. Beispielsweise kann der Druck des Druckgases zwischen 1 bar und 1 ,5 bar absolut liegen, die zugeführte Schleierluft würde dann beispielsweise mit einem Absolutdruck von etwa 40 mbar bis 80 mbar zugeführt. Das Vorsehen von Schleierluft dient im Wesentlichen dazu, Inkrustierungen im Bereich des Düsenmundes zu vermeiden. Das Druckgasrohr 124 weist ein kegelstumpfförmig auf einen Düsenmund zulaufendes Bauteil 130 auf, und auch das Schleierluftrohr 126 läuft kegelstumpfförmig auf den Düsenmund 128 und im Wesentlichen parallel zum Bauteil 130 zu.

Das Zuführrohr 122 wird mittels eines Mischkammerbauteils 132 verlän- gert, das mit mehreren Druckgasbohrungen 134, 136, 138 versehen ist. Die Druckgasbohrungen 134, 136, 138 sind jeweils in einem Winkel von etwa 45° zu einer Mittellängsachse der Düse angeordnet, wobei Druckgas dadurch in Ausströmrichtung in die Mischkammer eingebracht wird und die Verlängerungen der Mittelachsen der Druckgasbohrungen 134, 136, 138 die Mittellängsachse der Zweistoff düse 120 schneiden.

Wie Fig. 13 zu entnehmen ist, sind jeweils mehrere, beispielsweise vier, Druckgasbohrungen 134, 136, 138 gleichmäßig beabstandet und um den Umfang des Mischkammerbauteils 132 herum angeordnet. In Ausströmrichtung der Düse gesehen sind dadurch insgesamt drei Ringe mit Druckgasbohrungen 134, 136, 138 angeordnet, die alle in eine Mischkammer 140 münden. Ein Querschnitt eines Ringspalts zwischen dem Druckgasrohr 124 und dem Mischkammerbauteil 132 verringert sich stromabwärts jedes Rings aus Druckgasbohrungen 134, 136, 138.

Am Übergang vom Zuführrohr 122 zum Mischkammerbauteil 132 ist eine Flüssigkeitsdüse 142 vorgesehen, die den freien Querschnitt des Zu- führrohres 122 zunächst deutlich verengt und dann eine nochmalige Querschnittsverengung aufweist und mit einem Düsenrohr 144 in die Mischkammer 140 vorragt. In der Flüssigkeitsdüse 142 kann optional ein Dralleinsatz 146 vorgesehen sein. Das Düsenrohr 144 erstreckt sich so weit in die Mischkammer 140 hinein, dass die Verlängerungen der Druckgasbohrungen 134 mit dem Ende des Düsenrohres 144 zusammentreffen. Das durch die Druckgasbohrungen 134 in die Mischkammer 140 eintretende Druckgas sorgt dadurch dafür, dass sich am Ende des Düsenrohres 144 keine größeren Flüssigkeitstropfen bilden können, sondern am Rand des Düsenrohres 144 eventuell anhaftende Flüssig- keit fein zerstäubt wird. Das Vorsehen der Flüssigkeitsdüse 142 ist speziell dann von erheblichem Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Zweistoffdüse 120 über einen großen Bereich eines zu zerstäubenden Flüssigkeitsstroms benutzt werden soll.

Konventionelle Zweistoffdüsen sind in der Regel für einen engen Bereich des Flüssigkeitsstromes ausgelegt. Wird der vorgesehene Flüssigkeitsstrombereich unterschritten, so neigen konventionelle Zweistoffdüsen zum Spucken, da sich bereits am Eintritt in die Mischkammer keine stationären Strömungsverhältnisse mehr ergeben. Stattdessen wandert der in die Mischkammer eintretende Flüssigkeitsstrom aus und die verstärkte Bildung großer Tropfen ist die Folge. Dies wird mit dem Begriff „Spucken" umschrieben.

Die am Eingang in die Mischkammer 140 vorgesehene Flüssigkeitsdüse 142 dient also dazu, eine Dynamik und den Regelbereich der Zweistoffdüse 120 deutlich zu verbessern. Bei niedrigem Flüssigkeitsstrom neigt die Flüssigkeit beim Eintritt in die Mischkammer 140 dazu, instationär abzutropfen, was letztendlich zu instationärer Zerstäubung, dem sogenannten Spucken der Düse und einem schlechten Teillastverhalten führt. Als erste Abhilfemaßnahme ist nun die Flüssigkeitsdüse 142 vorgesehen, deren Düsenrohr 144 in die Mischkammer 140 hineinragt. Als zweite Maßnahme ist der erste Ring der Druckgasbohrungen 134 so angeordnet, dass die aus dem Düsenrohr 144 austretende Flüssigkeit ohne Zwischenspeicherung durch das für die Zerstäubung vorgesehene Druckgas mitgerissen wird. Zu diesem Zweck sind die Druckgasbohrungen 134 in dem, der Flüssigkeitsdüse 142 am Eintritt in die Mischkammer 140 am nächsten liegenden Bohrungsring so angeordnet, dass das eintretende Druckgas auf die Mündung dieser Flüssigkeitsdüse 142 gerichtet ist.

Das Mischkammerbauteil 132 ist axial mit seinem stromabwärts gelegenen Ende in ein Austrittsbauteil 148 eingeschoben, das einen Ausström- kanal 150 bildet und sich vom Ende der Mischkammer 140 bis zum Düsenmund 128 erstreckt. Die Mischkammer 140 weitet sich in Strömungsrichtung gesehen zunächst kegelstumpfförmig auf, um am Ende des Mischkammerbauteils 132 sich durch das Austrittsbauteil 148 wieder kegelstumpfförmig zu verengen. Der an die Mischkammer 140 anschlie- ßende Ausströmkanal 150 verengt sich zunächst, geht dann in eine kreiszylindrische Engstelle über, um sich zum Düsenmund 128 hin dann wieder aufzuweiten. Die Zweistoffdüse 120 ist demnach als Konvergent- Divergent-Düse oder Lavaldüse ausgebildet. Wenigstens im divergenten Bereich des Ausströmkanals 150 erreicht das Druckgas-Flüssigkeitsgemisch Schallgeschwindigkeit.

Das Austrittsbauteil 148 ist an seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit einem ringförmigen Flansch 152 versehen, in dem gleichmäßig voneinander beabstandet mehrere Durchgangsbohrungen 154 vorgesehen sind. Der Ringflansch 152 hält das Austrittsbauteil 148 zum einen zwischen dem Druckgasrohr 124 und dem Bauteil 130 und sorgt mit den Durchgangsbohrungen 154 zum anderen dafür, dass Sekundärluft in einen Zwischenraum zwischen dem Bauteil 130 und dem Austrittsbauteil 148 eintreten kann. Ausgehend von diesem Zwischenraum strömt das Druckgas dann als sogenannte Sekundärluft zwischen dem Bauteil 130 und dem stromabwärts gelegenen Ende des Austrittsbauteils 148 hindurch, um im Bereich des Düsenmundes 128 am stromabwärts gelege- nen Ende des Ausströmkanals 150 auf den Sprühstrahl zu treffen.

Wie Fig. 13 zu entnehmen ist, liegen das Austrittsbauteil 148 und das Bauteil 130 im Bereich des Düsenmundes 128 nicht aneinander an, so dass Sekundärluft über den gesamten Umfang des Ausströmkanals 150 im Bereich des Düsenmundes eintreten kann. Um der im Bereich des Düsenmundes 128 austretenden Sekundärluft einen Drall zu verleihen und dadurch den Sprühstrahl der Zweistoffdüse 120 aufzuweiten, sind am stromabwärts gelegenen Ende des Austrittsbauteils 148 Ausfräsun- gen 156 vorgesehen. Diese Ausfräsungen 156 bilden jeweils den oberen Abschnitt eines Düsenkanals und sind in Fig. 15 genauer zu erkennen. Die zwischen dem Bauteil 130 und dem Austrittsbauteil 148 hindurchtretende Sekundärluft wird somit durch die Ausfräsungen 156 kanalisiert und ausgerichtet, um dann im Bereich des Düsenmundes 128 auf den Sprühstrahl aus dem Ausströmkanal 150 zu treffen.

Anhand der Darstellungen der Fig. 14 und 15 ist die Lage der Ausfräsungen genauer zu erkennen. Speziell anhand der Fig. 15 ist zu erkennen, dass die Ausfräsungen 156 mit ihrer Mittelachse tangential zu ei- nem gedachten Kreis um die Mittellängsachse der Zweistoffdüse 120 ausgerichtet sind. Der Sprühstrahl am Düsenmund 128 wird dadurch mit einem Drall beaufschlagt und weitet sich auf. Da das Austrittsbauteil 148 separat gefertigt wird und die Düsenkanäle mittels der Ausfräsungen 156 erst nach dem Einsetzen des Austrittsbauteils 148 in das Bauteil 130 entstehen, ist die Fertigung der Zweistoffdüse 120 erheblich erleichtert. Zusätzlich oder alternativ zu den Ausfräsungen 156 im Ausströmbauteil 148 kann auch das Bauteil 130 mit Abschnitte von Düsenkanälen bildenden Ausfräsungen versehen werden. Die erfindungsgemäße Zwei- stoffdüse 120 weist demnach eine Kombination von am Düsenmund 128 mündenden Düsenbohrungen mit einem umlaufenden Ringspalt auf.

Ein Ringspalt und Sekundärluftdüsenbohrungen oder Sekundärluftdü- senkanäle können somit durch Einfräsungen an der Außenseite des ke- geligen Austrittsbauteils 148 erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ können der Ringspalt und die Sekundärluftdüsenbohrungen auch durch Einfräsungen an der Innenseite des ebenfalls kegeligen Außenkörpers, also des Bauteils 130 erzeugt werden. Wird das Austrittsteil 148 zur Anlage an die Innenseite des Bauteils 130 gebracht, ist kein durchgehen- der Ringspalt mehr gebildet, sondern lediglich noch diskrete Düsenkanäle.

Die Anfertigung der schlanken Sekundärluftdüsenbohrungen bei den Zweistoffdüse 30, 70 und 90 ist kostspielig und muss beispielsweise mit Hilfe von Funkenerosion vorgenommen werden. Die Funkenerosion erlaubt beispielsweise auch, von zylindrischen Bohrungen abzuweichen. Im Gegensatz hierzu können die Einfräsungen 156 an dem Austrittsbauteil 148 mit Hilfe von Formfräsern, z.B. als Rechtecknut oder als Halbkreisnut, vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden. Aber es ist durchaus auch eine beliebig andersartige Geometrie dieser Ausfräsungen möglich, wie z.B. eine wellenförmige Gestalt. Durch eine geeignete Beabstandung des kegeligen Außenkörpers, also des Bauteils 130, gegenüber dem zentralen Düsenaustrittsteil 148 kann hier auf einfache Weise eine Kombination von Ringspalt und Sekundärluftdüsenbohrun- gen bewirkt werden.

Anstelle die Einfräsungen 156 im Austrittsbauteil 148 vorzusehen, könn- te bei entsprechender Weiterentwicklung von Präzisionsgussverfahren das Austrittsbauteil 148 und der kegelige Außenkörper, also das Bauteil 130, auch wieder zu einem einzigen, gegossenen Bauteil vereint werden.

Claims

Patentansprüche

1. Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse mit einer Mischkammer (40) und einem mit der Mischkammer (40) verbundenen und stromabwärts der Mischkammer (40) angeordneten Düsenmund (46; 76), dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) vorgesehen sind, die im Bereich des Düsenmunds (46; 76) ringförmig einmünden.

2. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich Düsenbohrungen der Sekundärluftdüsen im Bereich des Düsenmundes überschneiden.

3. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptsprührichtung der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) in einen vom Düsenmund (46; 76) ausgehenden Hauptsprühstrahl hinein ausgerichtet ist.

4. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) zu einer Mittellängsachse (32) der Hauptdüse unter einem Winkel (ß) von 20° bis 80° angeordnet sind.

5. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) die Mittellängsachse (32) der Hauptdüse nicht schneiden.

6. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (72a, 72b, 72c, 72d) tangential zu einem zur Mittellängsachse (32) der Hauptdüse konzentrischen, gedachten Kreis ausgerichtet sind.

7. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gedachte Kreis einen Radius (n) aufweist, der zwischen 30% und 80% des Radius des Hauptstrahls auf Höhe des Kreises beträgt.

8. Zweistoffdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreis stromabwärts des Düsenmundes (76) der Hauptdüse angeordnet ist.

9. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) stromaufwärts des Düsenmundes (46; 76) der Hauptdüse in einen Ausströmkanal (44; 74) von der Mischkammer (40) zum Düsenmund (46; 76) münden.

10. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Zuluftlei- tung zu den Sekundärluftdüsen vorgesehen ist.

11. Zweistoffdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellmittel zum Einstellen eines Luftdrucks an den Sekundärluftdüsen vorgesehen sind.

12. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen mit einer Zuführleitung (48) für Druckgas in Strömungsverbindung stehen, wobei die Zuführleitung (48) auch mit der Mischkammer (40) in Strömungsverbindung steht.

13. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) an einen die Mischkammer (40) umgebenden Ringraum angeschlossen sind.

14. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenmund (46; 76) von einem Ringspalt (80) umgeben ist, wobei der Ringspalt (80) mit Druckgas beaufschlagbar ist.

15. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der Mischkammer (40), sich ein Ausströmkanal (44; 74) zunächst kontinuierlich verengt und dann, ausgehend von einer Engstelle (45; 86), sich zum Düsenmund (46; 76) wieder kontinuierlich erweitert.

16. Zweistoffdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Düse ein Zweistoffgemisch im Ausströmkanal (44; 74) wenigstens abschnittsweise Überschallgeschwindigkeit erreicht.

17. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche, den Düsenmund (76) ringförmig umgebende Schleierluftdüse (82) vorgesehen ist.

18. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen zwischen zwei sich im Bereich des Düsenmundes gegenüberliegenden Bauteilen ausgebildet sind, insbesondere mittels Ausnehmungen in wenigstens einem der beiden sich gegenüberliegenden Bauteile im Bereich des Düsenmundes.

19. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt in die Mischkammer eine Flüssigkeitsdüse (142) vorgesehen ist.

20. Zweistoffdüse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdüse (142) ein sich in die Mischkammer (140) erstreckendes Düsenrohr (144) aufweist.

21. Zweistoffdüse nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass Druckgasbohrungen (134) zum Einleiten von Druckgas in die Mischkammer (140) so angeordnet sind, um Druckgas auf eine Mündung der Flüssigkeitsdüse (142) zu leiten.