DE1625244C3

DE1625244C3 - Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE1625244C3
Application number: DE19671625244
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Schoppe, Fritz, Dr.-Ing, 8026 Ebenhausen
Priority date: 1967-07-27
Filing date: 1967-07-27
Publication date: 1977-07-14

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit im Innenraum einer sich in Strömungsrichtung zum Austrittsende hin kegelförmig erweiternden Zerstäuberkammer, in welche ein Gasstrom mit mittels einer Eintrittsleitvorrichtung erzeugtem Drall eingeleitet wird, und mit einer vor dem Einti ittsende der Kammer zentral angeordneten Flüssigkeitsdüse.

Flüssigkeitszerstäuber, bei denen eine Flüssigkeit mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Treibmittels zerstäubt wird, sind seit langer Zeit bekannt. Diese haben jedoch fast alle den Nachteil, daß die Verteilung der erzeugten Tropfen ^über die Gesamtmenge des Treibmittels am Austritt des Zerstäubers sehr ungleichmäßig ist, daß der Impuls der erzeugten Trop- 6i> fcnwolke häufig sehr hoch ist und daß insbesondere der erforderliche Treibmitteldruck sehr groß ist, woraus ein entsprechender Energieverbrauch des Zerstäubers resultiert. Dies ist insbesondere bei transportablen Zerstäubern, wie sie beispielsweise bei der 6« Verteilung von Insektiziden eingesetzt werden, sehr nachteilig, weil entsprechend aufwendige Antriebsaggregate mitgeführt werden müssen.

Aus der DT-PS 502828 ist ein Luftbefeuchter bekanntgeworden, bei welchem der die Zerstäubungsdüse enthaltende Gehäuseteil von einem Gehäuseteil größeren Durchmessers umgeben ist, in dessen Innenraum Zusatzluft durch tangentiale Leitvorrichtungen hindurchströmt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Zerstäubung der Flüssigkeit allein durch den Flüssigkeitsdruck und nicht durch die den Flüssigkeitsnebel tragende Luft. Außerdem soll der mit den Flüsigkeitströpfchen beladene Luftstrom eine große Reichweite erzielen, dies bedeutet aber, daß der Luftstrom die Vorrichtung mit relativ hoher Impulsenergie verlassen muß. Außerdem ergibt sich aus dem Aufbau des vorbekannten Düsenluftbefeuchters, daß eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeitstropfen über den gesamten Querschnitt des Luftstromes überhaupt nicht erreichbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitszerstäuber zu schaffen, bei welchem innerhalb der Zerstäuberkammer eine Zerstäubung der Flüssigkeit mit möglichst großer Feinheit erfolgt, die zerstäubte Flüssigkeit möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des die zerstäubte Flüssigkeit tragenden Gasstromes verteilt ist und schließlich der Impufs des Gasstromes am Austrittsende der Zerstäuberkammer so klein wie möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, Flüssigkeitszerstäuber der in Betracht kommenden Art in der Weise auszubilden, daß der kleinere Durchmesser der Zerstäuberkammer in etwa das 1,5- bis l,8fache, der größere Durchmesser in etwa das 3- bis 3,6fache und die wirksame Länge in etwa das 5- bis 7fache der axialen Länge der Eintrittsleitvorrichtung beträgt, mittels welcher der Gasstrom radial mit einem Drall unter einem Winkel von etwa 5 bis lft°, vorzugsweise von etwa 8 bis 8,5°, gegen die Umfangsrichtung eingeführt wird.

Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad von Flüssigkeitszerstäubern wesentlich erhöhen. Während übliche Niederdruckzerstäuber Druckabfälle des Treibgases in der Größenordnung 600 bis 800 mm WS erfordern, arbeitet der erfindungsgemäß ausgebildete Zerstäuber bereits bei Vordrücken von etwa 200 mm WS, wobei je nach Mengenverhältnis und Flüssigkeitseigenschaften die erforderlichen Vordrücke manchmal etwas höher, häufig jedoch sogar wesentlich niedriger liegen können. Beachtlich ist auch, daß der erzielte Zerstäubungsvorgang in den erfindungsgemäß ausgebildeten Zerstäubern nicht nachteilig beeinflußt wird, wenn zwischen dem Treibgas und der zu zerstäubenden Flüssigkeit eine physikalische oder chemische Reaktion einsetzt.

In der Zeichnung ist ein besonders bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Flüssigkeitszerstäubers dargestellt, welches nachstehend im einzelnen näher erläutert ist.

Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch einen Flüssigkeitszerstäuber, beispielsweise für Insektizide, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. I.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht der Zerstäuber aus einem zylindrischen Gehäuse 10, in dessen Ringraum 12 das Treibgas über einen radialen oder tangentialen Anschlußstutzen 11 eingeleitet wird. In dem Ringraum 12 vergleichmäßigt sich die Geschwindigkeitsverteilung des Treibgases, das über die radialen Leitschaufel!! 13 mit Drall in die Zerstäuberkammer

14 eingeführt wird. Bei Einhaltung bestimmter erfin-(Jungsgemäßer Bedingungen für die Abmessungen des Zerstäubers, die nachstehend näher definiert sind, strömt das Treibgas mit einer schraubenlinienförmigen Bewegung entlang der sich kor.tsch erweiternden Wand 15 der Zerstäubungskammer 14 entlang bis zu deren größtem Durchmesser. Hier kehrt ein Teil der Strömung radial nach innen um und strömt entlang der Achse des Zerstäubers bis zur Stirnwand 16 im Bereich des Eintrittsquerschnittes zurück. Hier stülpt sich diese axiale Rückströmung regenschirmartig um und läuft dann wieder mit der frisch eintretenden Treibgasströmung dem Austrittsquerschnitt zu. Der nichtrezirkulierende Teil der Treibgasströmung verläßt durch die Austrittsöffnung 17 die Zerstäuber- >5 kammer.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird durch die Düse 18 zentral in Hauptströmungsi ichtung in die Zerstäuberkammer 14 eingetragen. Zweckmäßigerweise ist die Flüssigkeitsdüse 18 derart ausgebildet ^ao bzw. dimensioniert, daß dem Flüssigkeitsstrahl eine derartige Geschwindigkeit erteilt wird, damit er gegen die zentrale Rückströmung des Gasstromes in der Zerstäuberkammer 14 axial bis etwa zur Mitte in diese eindringen kann.

Infolge der hohen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der einströmenden Flüssigkeit und der Rückströmung des Gases wird der Flüssigkeitsstrahl sofort in kleine Tröpfchen zerrissen.

Zwischen der wandnahen Durchsatzströmung und der zentralen Rückströmung bildet sich, wie Untersuchungen zeigten, ein sehr intensives, röhrenförmiges, langgestrecktes Turbulenzfeld aus, dessen mittlerer Durchmesser etwa 50 bis 60% des jeweiligen Zerstäuberkammerdurchmessers beträgt und dessen Länge näherungsweise gleich der Länge der Zerstäuberkammer ist. Infolge der außerordentlich hohen Frequenz der turbulenten Schwankungsbewegungen dieses Turbulenzfeldes werden die erzeugten Flüssigkeitströpfchen weiter zerkleinert und durch den darin herrschenden intensiven Stoffaustausch sehr gleichmäßig über den gesamten Strömungsquerschnitt verteilt.

Da die Rückströmung einen außerordentlich starken Impuls t>esitzt, hat sie immer die Tendenz, größere, noch nicht hinreichend zerstäubte Tröpfchen gegen die eintrittsseitige Stirnwand 16 der Zerstäubungskammer 14 zurückzuwerfen und dort auszuschleudern.

Um dieses zu verhindern, ist es von Vorteil, einen Teilstrom von dem Treibgasstrom abzuzweigen und diesen aus dem Ringraum 12 durch die Öffnungen 19 in der Stirn- bzw. Trennwand 16 in den die Flüssigkeitsdüse 18 umgebenden Raum 20 einzuleiten, aus welchem dieser mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung 22 in der Wand 16 in die Zerstäuberkammer 14 einströmt, wo er auf die Rückströmung auftrifft. Die Menge dieses abgezweigten Treibgasstromes kann durch den Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 19 verändernde Klappen, Ventilteller od. dgl. 21 reguliert werden.

Die Rückströmung in der Zerstäuberkammer 14 wird durch den Impuls des durch die Öffnung 16 hindurchtretenden, ihr entgegenströmenden Teilgasstromes eine kleine Wegstrecke in die Kammer zurückgedrückt, um zu verhindern, daß die Rückströmung die zentrale Stirn- bzw. Trennwand 16 berührt und in der Umgebung der Durchtrittsöffnung 22 Tröpfchen ausschleudert. Auf diese Weise kann eine Verschmutzung der Innenwände 15 der Zerstäuberkammer 14 vermieden werden.

Voraussetzung zur Erzielung sowohl des erfindungsgemäßen Zerstäuber- wie auch des Vermischungseffektes ist die Einhaltung bestimmter Abmessungen der Zerstäuberkammer 14. Der kleinere Durchmesser der Zerstäuberkammer sei mit »d«, ihre Länge mit »L« und ihr größerer Durchmesser mit »D« sowie die axiale Länge der radialen Drallschaufeln 13 mit »b« bezeichnet. Die Drallschaufeln 13 schließen mit dem Umfangskreis (Fig. 2) den Winkel »α« ein.

Zur Erzielung eines bestmöglichen Zerstäubungsund Mischeffektes werden die Abmessungen der in Betracht kommenden Elemente des Flüssigkeitszerstäubers in folgenden Verhältnissen zueinander gewählt:

d = 1,5 bis 1,8 b
L = 5 bis 7 b
D = 3 bis 3,6 b.

Der Schaufelwinkel »α« kann zwischen 5 und 10°, vorzugsweise zwischen 8 und 8,5° liegen.

Die absolute Größe der Vorrichtung spielt insofern keine Rolle, als das in ihr auftretende Strömungsbild von der Reynolds-Zahl nicht abhängt. Bei einem gegebenen Durckgefälle des Treibgases sowie vorgegebenen Mengen werden lediglich die Abmessungen geometrisch ähnlich variiert und dadurch dem Durchsatz angepaßt.

Weiterhin ist aus der Strömungslehre bekannt, daß gewisse Abweichungen der vorgenannten relativen Abmessungen zulässig sind, sofern beispielsweise eine Abweichung durch entsprechende Variation einer anderen Abmessung kompensiert wird. So ist beispielsweise bekannt, daß man bei Leitapparaten rotierender Strömungen den Durchmesser »ei« verkleinern und die axiale Schaufelbreite »6« im gleichen Verhältnis vergrößern kann. Dieses ergibt wiederum die gleiche Umfangsgeschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt und damit den gleichen Unterdruck im Zentrum des Eintrittsquerschnittes, der die Rückströmung bewirkt. Das gleiche gilt für den Anstellwinkel α der Leitschaufeln 13.

An Stelle der radialen Leitschaufeln 13 können auch elitsprechende tangential an die Zerstäuberkammer angesetzte Leitspiralen dienen.

Sofern bei schlechter Zerstäubung oder schwierig zu zerstäubenden Flüssigkeiten größere Tropfen an die konischen Wände 15 der Zerstäuberkammer 14 ausgeschleudert werden, empfiehlt es sich, am Austrittsende 17 der Zerstäuberkammer 14 eine düsenformige Verengung 23 anzuordnen. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Treibgases erhöht und an den Wänden entlanglaufende Tröpfchen werden wieder von der Strömung mitgerissen.

Die erfindungsgemäße Zerstäubervorrichtung kann zur Zerstäubung unterschiedlichster Flüssigkeiten dienen, beispielsweise auch zur Zerstäubung von Farbe mittels Druckluft zum Farbspritzen, von Kohlenwasserstoffen mittels Wasserstoff oder einem anderen Trägergas zum Zweck der Pyrolyse oder von flüssigem Brennstoff mit Dampf oder Luft, auch der Verbrennungsluft zum Zwecke der Verbrennung.

Handelt es sich bei der zu zerstäubenden Flüssigkeit beispielsweise um eine Lösung eines Salzes in einer Flüssigkeit oder um eine Aufschwemmung von feinkörnigen festen Stoffen in einer Flüssigkeit etwa zur

Verwendung als Insektizid, so kann ohne Einfluß auf die vorteilhafte Zerstäubungswirkung gleichzeitig ein gewisser erwünschter Verdampfungs- oder Trocknungsprozeß erreicht werden. Auch chemische oder chemo-physikalische Reaktionen zwischen dem Treibmittel und der zu zerstäubenden Flüssigkeit beeinflussen die Zerstiiubungswirkung nicht nachteilig.

Vielmehr können dabei besonders beabsichtigte Reaktionen, Umsetzungen, Spaltprozesse u. dgl., z. B. zwischen einer organischen Flüssigkeit und einem Gas, etwa Luft, durch ihre intensive Berührung mit der Flüssigkeit bei ihrer Zerstäubung erst in besonders wirksamer und optimaler Weise zum Ablauf gebraeht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit im Innenraum einer sich in Strömungsrichtung S zum Austrittsende hin kegelförmig erweiternden Zerstäuberkammer, in welche ein Gasstrom mit mittels einer Eintrittsleitvorrichtung erzeugtem Drall eingeleitet wird, und mit einer vor dem Eintrittsende der Kammer zentral angeordneten Flüssigkeitsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Durchmesser (d) der Zerstäuberkammer (14) in etwa das I₁S- bis l,8fache, der größere Durchmesser (D) in etwa das 3- bis 3,6fache und die wirksame Länge (L) in etwa das ¹S S- bis 7fache der axialen Länge (6) der Eintrittsleitvorrichtung (13) beträgt, mittels welcher der Gasstrom radial mit einem Drall unter einem Winkel von etwa 5 bis 10°, vorzugsweise von etwa

8 bis 8,5°, gegen die Umfangsrichtung eingeführt ^ao wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Flüssigkeitsdüse (18) umgebender Raum (20) vorgesehen ist, in dessen Trennwand (16) zur Eintrittsleitvorrichtung (13) ^a5 hin wenigstens eine querschnittsänderbare Eintrittsöffnung (19) für einen vor der Eintrittsleitvorrichtung (13) abgezweigten Teil des Gasstromes und eine zentrale Öffnung (22) für den Durchtritt des Flüssigkeitsstrahls und den Austritt 3» des Teilgasstroms angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsdüse derart ausgebildet ist, daß der Flüssigkeitsstrahl axial bis etwa zur Mitte der Zerstäuberkammer (14) in diese eingetragen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Austrittsende der Zerstäuberkammer (14) eine düsenartige Verengung (23) befindet.