DE19758557A1 - Niederdruckzerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten Zweistoffdüsen - Google Patents
Niederdruckzerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten ZweistoffdüsenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten
Zweistoffdüsen.
Zweistoffdüsen sind unter dem Begriff Düsen mit innerer Mischung beispielsweise aus der
DE-Fachzeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik 62 (1990) 12, Seite 983-994 bekannt. Die in
der Abb. 9 dargestellten Düsen weisen entweder einen sehr komplizierten Aufbau auf
oder führen zu einer unzureichenden Vermischung und Zerstäubung der Flüssigkeit. In die
Drallkammern hineinragende Flüssigkeitskanäle sind - insbesondere bei kleinen
Abmessungen - schwer zu fertigen. Düsenöffnungen, die auch außen an der Abströmkante
vom Gas überströmt werden, erfordern sehr genau ausgerichtete Gaskanäle und eine
dementsprechend aufwendige Fertigung. Aufgrund der relativ großen Durchflußfläche für das
Gas bewirken sie auch einen höheren Gasverbrauch und damit einen schlechteren
Wirkungsgrad.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-
Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren Zweistoffdüsen zu schaffen, die bei einfacher
Herstellbarkeit eine sehr gute Zerstäubung des flüssigen Mediums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten
Zweistoffdüsen münden jeweils wenigstens zwei am Umfang einer Drallkammer versetzt
zueinander angeordnete Eintrittskanäle in diese ein. Dadurch wird ein gleichmäßiger Drall
erzeugt, der eine sehr feine, gleichmäßige Verteilung des über die Zufuhrleitung
zuströmenden flüssigen Mediums bewirkt. Die Verwendung von mindestens zwei
Eintrittskanälen bewirkt eine derart gleichmäßige Strömung von Flüssigkeit und Gas in der
Drallkammer, daß überraschenderweise auf einen zweiten zur Austrittsöffnung der Düse
konzentrischen und schlitzförmigen Gaskanal (Chem.-Ing.-Tech. 62 (1990) 12, S. 983-994)
verzichtet werden kann. Die Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung wird dabei in axialer
Richtung durch mehrere dicht aneinandergefügte Bauteile gebildet. Dabei kann der
Düsenaustritt und wenigstens der sich verjüngende Teil der Drallkammer in einer unteren
Platte, ferner die Eintrittskanäle für das gasförmige Medium wenigstens teilweise in einer
mittleren Platte und weiterhin die Zufuhrleitung zumindestens mit ihrer Eintrittsseite an einer
oberen Platte angrenzend oder in dieser ausgebildet sein. Durch die mehrteilige Ausbildung ist
sowohl die Austrittsgeometrie der Düse, als auch die Drallkammer mit den in sie
einmundenden Leitungen und Kanälen in einfachster Weise ohne Spezialwerkzeuge
herstellbar.
Die mehreren die Düse bildenden Bauteile sind vorteilhaft in axialer Richtung formschlüssig
oder kraftschlüssig, letzteres beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden. Für die
Zentrierung und/oder Abdichtung zwischen den einzelnen Bauteilen ist es vorteilhaft, wenn
zumindestens die mittlere Platte über vorstehende Bünde mit der benachbarten oberen Platte
und/oder der benachbarten unteren Platte radial abdichtend verbunden ist.
In den aneinandergefügten Platten sind bevorzugt im Bereich von deren Trennflächen
Längskanäle zur Versorgung der Eintrittskanäle und/oder Längsleitungen zur Versorgung der
Zuführleitungen mehrerer Zweistoffdüsen ausgebildet. Durch diese Niederdruck-
Zerstäubungsvorrichtung, die modular eine beliebige Anzahl von benachbarten
Zweistoffdüsen mit gemeinsamen Versorgungsleitungen bzw. -kanälen umfaßt, ist eine
einfache Anpassung an unterschiedliche Leistungsbereiche einer solchen
Zerstäubungsvorrichtung möglich. Der Massendurchsatz an flüssigem und gasförmigem
Medium kann auf diese Art durch eine flächenmäßige oder reihenförmige Zusammensetzung
mehrerer Zweistoffdüsen beliebig gesteuert werden.
Bei einer derartigen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung stehen die Längskanäle
vorzugsweise mit den Eintrittskanälen über die Drallkammer umgebende ringnutförmige
Verbindungskanäle in Verbindung.
Bei einer Zweistoffdüse, die in einer erfindungsgemäßen Niederdruck-
Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren solcher Zweistoffdüsen zum Einsatz kommt, ist es
besonders vorteilhaft, wenn die Eintrittskanäle schlitzförmig an der der unteren Platte
zugewandten Unterseite der mittleren Platte ausgebildet sind, wobei die obere Deckfläche der
schlitzförmigen Eintrittskanäle zum Eintritt in die Drallkammer hin schräg nach unten abfällt.
Derartige Kanäle lassen sich sehr einfach mittels eines Scheibenfräsers herstellen und weisen
den Vorteil auf, daß das zugeführte gasförmige Medium durch den sich schräg verjungenden
Kanal beschleunigt wird und zusätzlich zur tangentialen Komponente auch eine axiale
Komponente aufgeprägt bekommt.
Vorteilhafterweise sind die Eintrittskanäle im wesentlichen tangential in die Drallkammer
einmündend angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Verteilung des flüssigen
Mediums entlang den Wänden der Drallkammer. Besonders vorteilhaft sind die
Eintrittskanäle dabei gleichmäßig voneinander beabstandet.
Die Zufuhrleitung für das flüssige Medium ist vorteilhaft axial in zentraler Anordnung in die
Drallkammer einmündend angeordnet. Bei der gleichzeitig tangentialen Einleitung des
gasförmigen Mediums ergibt sich hierdurch ein senkrechtes Aufeinandertreffen der beiden
Medien direkt an der Austrittsstelle der Flüssigkeit in den Drallkammerdeckel, die in
Verbindung mit der entstehenden zyklonartigen Strömung sofort eine gleichmäßige
Aufteilung der Flüssigkeit als Film auf die Wände der Drallkammer und auf den
Austrittskonus ermöglicht. Eine Vorzerteilung der Flüssigkeit, die zu einem Impulsverlust des
Gases und zu gröberen Tropfen führt, wird dadurch vermieden. Ein zentrales Zuleitrohr
(Chem.-Ing.-Tech., 62 (1990) 12, S. 983-994) führt hingegen zu einer weniger
gleichmäßigen Aufteilung der Flüssigkeit in der Drallkammer und zu einer stärkeren und
ungünstigen Abbremsung der Drallkomponente des Gases. Dies kann u. a. auf die
Vorzerteilung der Flüssigkeit zurückgeführt werden, die sich am Ende des in die Drallkammer
hineinragenden Zentralrohrs in meist unregelmäßiger Weise einstellt.
Die Drallkammer ist in einer Ausführungsform im wesentlichen zylindrisch ausgebildet,
wobei sich in Strömungsrichtung zum Düsenaustritt ein verjüngender Teil anschließt. Durch
diese Gestaltung wird der zunächst zyklonartige Wirbel im sich verjüngenden Teil zum
Düsenaustritt hin beschleunigt. Der sich verjüngende Teil kann vorteilhaft als Hohlkegel
ausgebildet sein, dessen Mantelflächen einen Konuswinkel (α) einschließen, der zwischen 45°
und 90°, vorzugsweise zwischen 50° und 70° liegt.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Drallkammer im wesentlichen
halbkugelförmig ausgebildet ist und sich in Strömungsrichtung zum Düsenaustritt an den
konkaven, halbkugelförmigen Teil ein sich konvex verjüngender Teil anschließt. Bei dieser
von der Fertigung her gegenüber der Drallkammer mit zylindrischer und hohlkegliger
Ausgestaltung aufwendigeren Variante kann eine besonders gleichmäßige Beschleunigung
und Verdünung des Flüssigkeitsfilms zum Düsenaustritt hin erfolgen.
Günstige geometrische Verhältnisse der Düse bestehen dann, wenn das Verhältnis des
Durchmessers der Drallkammer zum Durchmesser im Bereich des Düsenaustritts etwa 2-6,
vorzugsweise etwa 3 bis 4 beträgt.
Weiterhin stellen sich an der erfindungsgemäßen Düse vorteilhafte Beladungsverhältnisse
dann ein, wenn das Verhältnis der Masse an Flüssigkeit zur Masse an Gas etwa 0,1 bis 4,0
vorzugsweise 0,5 bis 2,0 beträgt.
Günstige Durchströmungsverhältnisse der Düse mit einer vorteilhaften Verwirbelung und
Zerstäubung des flüssigen Mediums ergeben sich insbesondere bei einem Flächenverhältnis
der Summe der Einströmflächen, d. h. der Querschnitte der Eintrittskanäle des gasförmigen
Mediums, zur Düsenaustrittsfläche, das etwa 0,5 bis 3, besonders vorzugsweise 1,0 bis 2,0
beträgt. Vorteilhafte Verhältnisse an der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse bestehen
weiterhin dann, wenn die Düsendruckziffer, die definiert ist durch das Produkt aus dem
Düsendurchmesser und der Druckdifferenz als Düsenvordruck dividiert durch die
Oberflächenspannung der zu zerstäubenden Flüssigkeit etwa zwischen 300 und 4000,
vorzugsweise etwa zwischen 400 und 2000 beträgt.
Die Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung eignet sich insbesondere für flüssige Brennstoffe
in Brennern von Heizvorrichtungen.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es
zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugt verwendbare Zweistoffdüse,
Fig. 2 einen Querschnitt in Höhe der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit
mehreren Zweistoffdüsen in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 in Höhe des oberen
Teils der Drallkammern,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung und
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 5 in Höhe der Schnittlinie
VI-VI.
Die in Fig. 1 dargestellte, für eine erfindungsgemäße Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung
vorteilhaft verwendbare Zweistoffdüse 20 setzt sich aus mehreren axial übereinander
angeordneten Platten zusammen. In einer oberen Platte 28 ist eine Zufuhrleitung 22 für ein
flüssiges Medium angeordnet. Die Zuführleitung 22 verläuft in zentraler axialer Lage. Sie
mündet mit ihrem unteren Ende an der Trennfläche zu einer mittleren Platte 27 in eine dort
ausgebildete Drallkammer 23 ein. Die Drallkammer 23 weist neben einem oberen
zylindrischen Teil mit einem Durchmesser DK einen nach unten daran abschließenden sich
verjüngenden Teil 33 auf, der als Hohlkegel in einer unteren Platte 26 ausgebildet ist. Der
Hohlkegel weist einen Konuswinkel α aufs der zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen
50° und 70° liegt. Die Mantelfläche des Hohlkegels geht im Bereich eines Düsenaustritts 31
in eine gerundete Kontur über. Der Düsenaustritt 31 weist einen Durchmesser D auf. Das
Verhältnis des Durchmessers der Drallkammer DK zum Durchmesser D des Düsenaustritts 31
beträgt etwa 2 bis 5, vorzugsweise etwa 3 bis 4.
In den zylindrischen Teil der Drallkammer 23 münden tangential zwei gleichmäßig am
Umfang gegeneinander versetzte Eintrittskanäle 25 ein. Die Eintrittskanäle 25 weisen einen
Durchmesser D25 auf, aus dem sich die Summe der Einströmflächen AE des gasförmigen
Mediums als Summe der Querschnittsflächen aller Eintrittskanäle 25 berechnen läßt. Das
Verhältnis dieser Summe AE zum Querschnitt des Düsenaustritts AD beträgt etwa 1,0 bis 3,0,
vorzugsweise 1,5 bis 2,0. Durch die tangentiale Einmündung der Eintrittskanäle 25 ergibt sich
im zylindrischen Teil der Drallkammer 23 ein zyklonartiger Wirbel, durch den die senkrecht
dazu über die Zufuhrleitung 22 eintretende Flüssigkeit in starker Verwirbelung mitgerissen
und entlang des konusförmigen Teils 33 beschleunigt und als Film fein verteilt und über die
Abrißkante im Düsenaustritt 31 sehr fein zerstäubt wird. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte
Anzahl von zwei Eintrittskanälen 25 stellt das Minimum für eine gute Verwirbelung des
flüssigen Mediums dar. Bei Bedarf können auch mehrere Eintrittskanäle für das gasförmige
Medium vorgesehen sein. Diese sind immer bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet.
Für eine gute Zentrierung und eine dichte Verbindung der Platten 26, 27 und 28 ist es
vorteilhaft, wenn zumindestens an der mittleren Platte 27 Bünde 37 bzw. 38 vorgesehen sind,
die zum Eingreifen in oder Umgreifen entsprechend komplementär geformter Bünde an der
oberen Platte 28 bzw. an der unteren Platte 26 dienen.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3-6 sind jeweils mehrere benachbarte
Zweistoffdüsen zu einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung zusammengefaßt. Der in
Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläuterte Aufbau einer Zweistoffdüse erleichtert
deren Zusammenfassung in einer solchen gemeinsamen Vorrichtung, wobei die
Versorgungskanäle für das gasförmige Medium und die Versorgungsleitungen für das flüssige
Medium aus gemeinsamen Versorgungskanälen bzw. -leitungen versorgt werden können, die
unmittelbar in der Vorrichtung ausgebildet sind. Die in Fig. 3 dargestellte Niederdruck-
Zerstäubungsvorrichtung setzt sich wiederum aus einer unteren Platte 6, einer mittleren Platte
7 und einer oberen Platte 8 zusammen. An der unteren Seite der oberen Platte 8, d. h. an der
Trennfläche zur mittleren Platte 7 sind längsverlaufende Längsleitungen 1 vorgesehen, in
denen das flüssige Medium zu Zufuhrleitungen 2 verschiedener benachbarter Zweistoffdüsen
gelangt. Die Zufuhrleitungen 2 sind in zentraler axialer Anordnung für jede Düse in der
mittleren Platte 7 ausgebildet. Ferner bildet die mittlere Platte 7 an ihrer Unterseite, d. h. an
der Trennfläche zur unteren Platte 6, eine obere und seitliche Begrenzung für Längskanäle 4,
in denen das gasförmige Medium zu mehreren Zweistoffdüsen geführt wird.
Die Drallkammern 3 der Zweistoffdüsen sind in der unteren Platte 5 ausgebildet. Sie setzen
sich wiederum aus einem oberen, in der Fig. 3 zylindrischen Teil und einem daran nach unten
anschließenden sich verjüngenden Teil 13 zusammen, der entweder konusförmig oder mit
einer konvexen Krümmung ausgebildet sein kann. In die Drallkammer münden tangential
wiederum zwei Eintrittskanäle 5 ein, die über einen die Wandung der Drallkammer 3 mit
Abstand umgebenden ringnutförmigen Verbindungskanal 10 mit den Längskanälen 4, in
Verbindung stehen. Das durch die Längsleitungen 1 und die Zufuhrleitungen 2 zugeführte
flüssige Medium strömt wiederum axial in die Drallkammer 3 ein und wird dort vom über die
Längskanäle 4, die Verbindungskanäle 10 und die Eintrittskanäle 5 zugeführten gasförmigen
Medium verwirbelt und an einem Düsenaustritt 11 zerstäubt.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen, erfolgt die Anordnung mehrerer Zweistoffdüsen derart, daß jeweils
drei benachbarte Zweistoffdüsen eine gleichseitiges Dreieck bilden. Die Längskanäle 4 für das
gasförmige Medium und die Längsleitungen 1 für das flüssige Medium laufen in
verschiedenen Ebenen versetzt zueinander. Aufgrund der Ausbildung der Kanäle bzw.
Leitungen in den unterschiedlichen Platten ist die Herstellung wiederum sehr einfach. Die
Platten 6, 7 und 8 sind in axialer Richtung kraftschlüssig miteinander verspannt. Hierzu sind
im Ausführungsbeispiel mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete Schrauben 9
vorgesehen. Die Verbindung der Platten 6, 7 und 8 kann alternativ jedoch auch durch eine
Klebe-, Löt-, Schweiß- oder Sintertechnik erfolgen.
Gemäß einer im unteren mittleren Teil der Fig. 4 dargestellten Variante kann die Zufuhr des
gasförmigen Mediums zu den Eintrittskanälen 5 ausgehend von den Längskanälen 4 statt über
die ringnutförmigen Verbindungskanäle 10 auch über sacklochartige Verbindungskanäle 10A
geschehen. Der Abstand der einzelnen Düsenaustritte 11 der verschiedenen Zweistoffdüsen
sollte mindestens deren zehnfachen Durchmesser betragen, damit sich die Sprühstrahlen nicht
zu stark gegenseitig durchdringen und es dadurch zu einer unerwünschten Wiedervereinigung
bereits fein zerstäubter Tröpfchen kommt.
Bei denen in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Längskanäle 4 in die
mittlere Platte 7 von der Unterseite eingesenkt. Die Eintrittskanäle 5 sind als tangentiale
Schlitze 5 ebenfalls in die Unterseite der mittleren Platte 7 eingefräst und münden mit ihrer im
linken Teil der Fig. 5 schräg nach unten verlaufenden oberen Deckfläche auf Höhe der
Zufuhrleitungen 2 in den oberen Teil der Drallkammer 3A ein. Die Drallkammer 3A selbst ist
im linken Teil der Fig. 5 wiederum vollständig in der unteren Platte 6 ausgebildet. Sie weist
einen oberen Teil auf der im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist und in einen
unteren sich verjüngenden Teil 13A übergeht, der eine konvexe Wandung aufweist. Der
Übergang von der konkaven zur konvexen Wandung ist relativ leicht herstellbar, da in der
unteren Platte 6 in diesem Beispiel keinerlei Eintrittskanäle 5 ausgebildet sind. Diese
Eintrittskanäle 5 sind ausschließlich in den Stegen 12 ausgeformt, welche die Längskanäle 4
von den Zufuhrleitungen 2 trennen. Die obere Platte 8 ist in diesem Beispiel als glatte
Deckplatte ausgebildet, da auch die Längskanäle 1 für das flüssige Medium in der mittleren
Platte 7 und zwar von oben her ausgebildet sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform im rechten Teil der Fig. 5 erstreckt sich die
Drallkammer 3A auch in die mittlere Platte 7 hinein. Die Eintrittskanäle 5A sind in diesem
Fall als gerade Schlitze tangential in die Drallkammer (im oberen Teil) einmündend in die
Unterseite der Platte 7 eingeformt. Die dünnere untere Platte 6 wird somit beim
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 nicht wie bei Fig. 3 und 4 von zusätzlichen Eintrittskanälen
geschwächt.
Durch die dargestellte Zusammenfassung mehrerer Zweistoffdüsen zu einer einzigen
Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung ist eine modulare, wirtschaftliche Herstellung von
Zerstäubungseinrichtungen auch für größere Massendurchsätze gewährleistet. Derartige
Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtungen lassen sich vorteilhaft zur Zerstäubung von flüssigen
Brennstoffen für Brenner beliebiger Leistungsklassen einsetzen. Aufgrund des relativ
niedrigen Druckniveaus ist die verbrauchte Energie vergleichsweise gering.
Erfindungsgemaße Zweistoffdüsen- bzw. Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtungen lassen sich
auch für andere Anwendungen, wie beispielsweise die Verdunstungskühlung, die
Konditionierung von Prozeßgasen oder für das Herstellen feiner Pulver durch Erstarren von
zerstäubten Tropfen nutzbringend verwenden. Eine besonders interessante Anwendung ergibt
sich auch bei einer Mikronisierung der Düsendurchmesser auf einen Durchmesser von
weniger als 0,5 mm mittels der Liga-Technik (Ätzverfahren). Auf diese Weise ließen sich
große Düsen-Arrays sehr billig aus Keramikwerkstoffen herstellen.
Bei einem Ausführungsbeispiel für einen Brenner eines Fahrzeugzusatzheizgeräts, das mit
Diesel-Kraftstoff von minus 20°C betrieben wurde, ergab sich bei einem Massendurchfluß
des Brennstoffs von MF = 0,5 kg/H, einem Vordruck der Luft von Δp = 0,07 bar, einem
Düsendurchmesser D = 2 mm, einem Drallkammerdurchmesser DK = 8 mm, einem
Konuswinkel α = 60°, einer Gaseintrittsfläche AE = 6,3 mm2 (die sich aus zwei
Eintrittsbohrungen von je 2 mm Durchmesser ergibt) ein Gasdurchsatz von MG = 0,85 kg/H,
wobei die erzielte mittlere Tröpfchengröße (Sauter-Durchmesser) d = 80 µm betrug.
Bei einem weiterem Ausführungsbeispiel wird in einem Verdunstungskühler mit 100 Düsen
in einem Düsenarray 8 kg/h Wasser zerstäubt. Die Düsendurchmesser betragen D = 0,5 mm,
die Drallkammerdurchmesser DK = 2 mm. Die Gaseintrittsfläche beträgt bei jeder Düse
0,3 mm2. Bereits bei einem vergleichsweise niedrigem Gasdruck von Δp = 0,6 bar läßt sich nach
der Ahnlichkeitstheorie eine mittlere Tropfengröße (Sauter-Durchmesser) von ca. d = 20 µm
erwarten.
Durch die Erfindung ist eine einfache und unempfindliche Bauart von Zweistoffdüsen in
Bezug auf die Einhaltung von Fertigungstoleranzen möglich. Die Fertigung einer
Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung wird dadurch erheblich günstiger. Es wird ein freies
Ansaugen der Flüssigkeit durch Unterdruck im Flüssigkeitskanal möglich. Durch die
geschichtete Zusammensetzung mehrerer bearbeiteter, unter Umständen geätzter Platten
ergibt sich eine Anwendungsmöglichkeit auch im Bereich hoher Durchsätze für kleine
Tropfengrößen. Eine Düsenplatte enthält dann eine Vielzahl von parallel geschalteten Düsen
in einer einzigen Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung.
Durch eine Injektorfahrweise kann ein höherer Druck an der Düse erzielt werden, womit
kleinere Tropfenabmessungen, höhere Betriebstemperaturen und günstiger Viskositätswerte
bei tiefen Umgebungstemperaturen erreicht werden können.
1
Längsleitung
2
Zufuhrleitung
3
,
3
A Drallkammer
4
Längskanal (für Gas)
5
Eintrittskanal
6
(untere) Platte
7
(mittlere) Platte
8
(obere) Platte
9
Schrauben
10
Verbindungskanal (Ringnut)
10
A Verbindungskanal (Sackloch)
11
Düsenaustritt
12
Steg
13
,
13
A (sich verjüngender) Teil
20
Zweistoffdüse
22
Zufuhrleitung (für flüssiges Medium)
23
Drallkammer
25
Eintrittskanal
26
(untere) Platte
27
(mittlere) Platte
28
(obere) Platte
31
Düsenaustritt
33
(sich verjüngender) Teil
37
Bund
38
Bund
D Durchmesser der Düse (bei
D Durchmesser der Düse (bei
11
bzw.
13
)
DK
DK
Drallkammer-Durchmesser
Claims (18)
1. Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten Zweistoffdüsen, von
denen jede eine Drallkammer (3, 3A) aufweist, in die wenigstens eine Zufuhrleitung
(2, 22) für ein flüssiges Medium und wenigstens ein Eintrittskanal (5, 25) für ein
gasförmiges Medium einmündet und welche in axialer Richtung durch mehrere dicht
aneinandergefügte Bauteile (Platten 6, 7, 8 bzw. 26, 27, 28) gebildet werden, wobei in
den aneinandergefügten Platten (6, 7, 8) bevorzugt im Bereich von deren Trennflächen
Längskanäle (4) zur Versorgung der Eintrittskanäle (5) und/oder Längsleitungen (1) zur
Versorgung der Zuführleistungen (2) mehrerer Zweistoffdüsen ausgebildet sind.
2. Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Längskanäle (4) über die Drallkammer (3) umgebende ringnutförmige
Verbindungskanäle (10) mit den Eintrittskanälen (5) in Verbindung stehen.
3. Zweistoffdüse (20) zur Verwendung in einer Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei am Umfang der
Drallkammer (3, 3A, 23) versetzt zueinander angeordnete Eintrittskanäle (5, 25)
vorgesehen sind.
4. Zweistoffdüse zur Verwendung in einer Niederdruck Zerstäubungseinrichtung gemäß
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskanäle (5, 25) im wesentlichen
tangential in die Drallkammer (3, 3A, 23) einmünden.
5. Zweistoffdüse gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eintrittskanäle (5, 25) gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
6. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuführleitung (2, 22) axial in zentraler Anordnung in die Drallkammer (3, 23)
einmündet.
7. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drallkammer (3, 23) im wesentlichen von einem zylindrischen Teil gebildet ist, an den
in Strömungsrichtung zum Düsenaustritt (11, 31) ein sich verjüngender Teil (13, 13A,
33) anschließt.
8. Zweistoffdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende
Teil (13, 33) als Hohlkegel ausgebildet ist, dessen Mantelflächen einen Konuswinkel
(α) einschließen, der zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 50° und 70° liegt.
9. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drallkammer (3A) im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist und sich in
Strömungsrichtung zum Düsenaustritt (11) an den konkaven, halbkugelförmigen Teil
ein sich konvex verjüngender Teil (13A) anschließt.
10. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis des Durchmessers (DK) der Drallkammer (3, 3A, 23) zum Durchmesser (D)
im Bereich des Düsenaustritts (11, 31) etwa 2 < DK/D < 6, vorzugsweise 3 < DK/D < 4
beträgt.
11. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis der Beladung mit Masse an Flüssigkeit (MF) zu Masse an Gas (MG) etwa
0,1 < MF/MG < 4,0, vorzugsweise 0,5 < MF/MG < 2,0 beträgt.
12. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Flächenverhältnis der Summe der Einströmflächen (AE) des gasförmigen Mediums zur
Düsenaustriftsfläche (AD) etwa 1,0 < AE/AD < 3,0, vorzugsweise 1,5 < AE/AD < 2,0
beträgt.
13. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Düsendruckziffer, definiert durch den Düsendurchinesser (D), die Druckdifferenz als
Düsenvordruck (Δp) und die Oberflächenspannung (σ) der zu zerstäubenden
Flüssigkeit, etwa 300 < Δp × D/σ < 4000, vorzugsweise etwa 400 < Δp × D/σ < 2000
beträgt.
14. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Düsenaustritt (11) und wenigstens der sich verjüngende Teil (13, 13A, 33) in einer
unteren Platte (6, 26), daß die Eintrittskanäle (5, 25) für das gasförmige Medium
wenigstens teilweise in einer mittleren Platte (7, 27) und daß die Zufuhrleitung (2, 22)
zumindestens mit ihrer Eintrittsseite an eine obere Platte (8, 28) angrenzt oder in dieser
ausgebildet ist.
15. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bauteile in axialer Richtung formschlüssig oder kraftschlüssig (beispielsweise durch
Schrauben 9) miteinander verbunden sind.
16. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
mittlere Platte (7, 27) über vorstehende Bünde (37 bzw. 38) mit der benachbarten
oberen Platte (8, 38) und/oder der benachbarten unteren Platte (6, 36) radial abdichtend
verbunden ist.
17. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eintrittskanäle (5) schlitzförmig an der der unteren Platte (6) zugewandten Unterseite
der mittleren Platte (7) ausgebildet sind, wobei die obere Deckfläche der
schlitzförmigen Eintrittskanäle (5) zum Eintritt in die Drallkammer (3) schräg nach
unten abfällt.
18. Zweistoffdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als Niederdruck-Zerstäuber für flüssige Brennstoffe verwendet wird.
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