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Einrichtung zum stufenweisen Zerstäuben von Flüssigkeiten mittels
eines umlaufenden Fliehkraftzerstäubers in dampf- oder gasförmigen Stoffen Die Schnellverdampfung
von Wasser durch Zerstäuben des Wassers und Einführen des Wasserstaubes in überhitzten
Dampf ist bereits bekannt. Ferner sind hierfür verschiedene Mittel bekannt. Darunter
die feststehenden oder umlaufenden Zerstäuberdüsen in verschiedenartiger Ausbildung.
Für einfache Vermischungszwecke von beispielsweise Wasser mit Gasen, etwa zum Zwecke
der Reinigung der Gase, sind auch Fliehkraftzerstäuber mit gelochten Schaufeln bekannt.
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Bei Betrachtung ,der bekannten Mittel für Schnellverdampfung zeigt
sich beim Zerstäubungsvorgang ein an sich einstufiger Arbeitsvorgang. Es zeigt sich
hierbei weiterhin sowohl bei der feststehenden als auch bei der umlaufenden Zerstäuberdüse
der Nachteil, daß sich mit ihr die Zerstäubungsfeinheit unterhalb Vollastbetrieb
außerordentlich schnell verschlechtert. Die umlaufenden Fliehkraftzerstäuber, die
zur Verdampfung von Wasser schon vorgeschlagen wurden, haben dagegen wieder den
Nachteil, daß es mit ihnen bei der Feinzerstäubung wegen .der von einem bestimmten
Punkt an sehr wirksam werdenden Oberflächenspannung nicht gelingt, die Zerstäubung
bis zu einem solchen Feinheitsgrad zu treiben, daß die Schnellverdampfung durchführbar
und wirtschaftlich verwendbar wird.
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Mit Rücksicht auf Vorstehendes hat man sich beispielsweise bei den
bekannten Gasreinigern dann damit beholfen, daß man in einer Vorrichtung die an
sich unzulänglichen Zerstäubungsmittel für wiederholten Arbeitsgang hintereinander
anordnete. Der Arbeitsvorgang wurde dann als mehrstufiger bezeichnet. Diese mehrstufige
Arbeitsweise genügte dann zwar für einfache Gaswäsche, aber sie reicht für regelbare
Schnellverdampfung nicht aus, da in jeder Arbeitsstufe der an sich unvollkommene
Zerstäubungsv organg nur wiederholt wird. Die Zerstäubung in keiner Stufe aber die
erforderliche Feinheit erhält.
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Es macht bei den bekannten Gasreinigern zwar keine Schwierigkeit,
die Feinzerstäubung wenigstens eines Teiles der Flüssigkeit bis auf etwa o, i mm
Durchmesser des einzelnen Tröpfchens zu treiben. Ein solches Flüssigkeitströpfchen
ist aber für die Schnellverdampfung noch viel zu groß, da es in überhitzterri Dampf
von etwa 400' C Temperatur noch einen Weg von etwa 1,6 m zurücklegen kann, ehe es
verdampft ist. Zur Verdampfung solchen Wasserstaubes würde ein riesiger, praktisch
nicht ausführbarer Schnellverdampfer erforderlich. Der Weg wird deswegen also erst
gangbar, wenn es mit Hilfe eines Fliehkraftzerstäubers gelingt, .die Feinzerstäubung
so weit zu treiben, daß die Flüssigkeitsstäubchen auf einem viel kürzeren Wege verdampfen.
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Da sich Flüssigkeitsstäubchen unterhalb o, i mm Durchmesser Tröpfchengröße
nur winzige Bruchteile einer Sekunde auf dieser
Größenordnung halten,
insbesondere bei Temperaturen in der Nähe des Siedepunktes, so spielt noch ein anderer
Vorgang, und zwar die augenblickliche Vermischung mit dem mitzugeführten Dampf eine
erhebliche Rolle. Die Zerstäubung und Vermischung muß hierbei beendet sein, bevor
die Flüssigkeitsstäubchen weder miteinander noch mit irgendwelchen beweglichen oder
feststehenden Bauteilen des Verdampfers in Berührung kommen.
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Sind die Bedingungen für die erforderliche Feinzerstäubung der Flüssigkeit
und augenblickliche Vermischung mit dem mitzugeführten Dampf erfüllt, so daß die
Verdampfung auf der vorgesehenen Wegstrecke zu Ende geführt wird, dann ist der Arbeitsvorgang
auch regelbar. Notwendig ist hierbei, daß sich der Arbeitsvorgang von Stufe zu Stufe
fortschreitend vervollkommnet. Das ist ein besonderes Kennzeichen der Erfindung
gegenüber dem Bekannten, beidem sich unter mehrstufiger Zerstäubung nur eine mehrmalige
Wiederholung eines in j eder Stufe unvollkommen bleibenden Zerstäubungsvorganges
ergibt.
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Um den angestrebten Zweck. zu erreichen, muß mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten
des Fliehkraftzerstäubers gearbeitet und die Zerstäubungs- und Vermischungsmittel
in größer Anzahl und so übereinander angeordnet werden, daß die Flüssigkeit sehr
schnell im Dampf wirksam verteilt, feinst zerstäubt und mit dem mitzugeführten Dampf
augenblicklich vermischt wird. Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung auf einem'
scheibenförmigen Läufer, der sich sehr rasch dreht, durchlochte sowie gegebenenfalls
unterteilte und versetzt zueinanderliegende Förderschaufeln aufgesetzt, die die
-in der Mitte des Fliehkraftzerstäubers durch Kanäle oder Siebe zugeführten und
vorverteilten Flüssigkeitsteilchen auf ihrem Wege nach außen mehrmals erfassen und
in .dem gleichfalls in der Mitte zugeführten Heißdampf zerstäuben.
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Zwecks näherer Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wird in der
Zeichnung auf ein Ausführungsbeispiel verwiesen. Fig. i stellt hierbei einen Längsschnitt
und Fig.2 einen Querschnitt einer Vorrichtung für Schnellverdampfung dar.
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Wenn sich der Erfindungsgegenstand auch sowohl zur Schnellverdampfung
als auch zu anderen Arbeitsvorgängen eignet, bei welchen eine Flüssigkeit mit dem
mitzugeführtem dampf- bzw. gasförmigen Stoff nur zu vermischen ist, wird im nachstehenden
doch als Flüssigkeit Wasser und als dampf- bzw. gasförmiger Stoff Heißdampf angenommen.
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Wie aus Fig. i ersichtlich ist, wird das Wasser in der Nähe der Achse
2 zunächst einer Vorverteilkammer 5 und von da den Vorverteilmitteln 6 bzw. 7 zugeführt.
Die Vorverteilmittel 6 bzw. 7, die das Wasser zunächst grob zerstäuben, haben außerdem
die Aufgabe, das Wasser weitgehend im ganzen Umfang des Fliehkraftzerstäubers i
zu verteilen. Der Heißdampf wird dem Fliehkraftzerstäuber i ähnlich wie bei Ventilatoren
auf der Saugseite zugeführt und gelangt mit dem vorzerstäubten Wasser gemeinsam
zwischen die Feinzerstäubungs- und Vermischungsmittel 3, die als Schaufeln mit Durchlochungen
.4 versehen sind. Die Mittel 3 können nun von verschiedener Länge und entsprechend
der angestrebten Förderleistung gekrümmt sein. Kommt es weniger auf feine Zerstäubung
des Wassers und mehr auf eine gute Förderung des Heißdampfes an, so ist es zweckmäßig,
abwechselnd lange und kurze Schaufeln 3 zu wählen (siehe untere Hälfte in Fig. a).
Kommt es dagegen auf eine sehr feine Zerstäubung des Wassers und dessen gute Vermischung
mit dem Heißdampf an, so ist es zweckmäßig, viele kleine Schaufeln 3 zu wählen,
wie bei= spielsweise die obere Hälfte der Fig. 2 zeigt. Viele kleine Schaufeln 3
haben eine günstige Zerstäubungs- und Vermischungswirkung, zumal sie starke Wirbel
bilden, sie haben aber eine kleine Förderleistung auf den Heißdampf. Das letztere
ist aber günstig, da zum Zwecke der Feinzerstäubung mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten
gearbeitet werden müß. Das ermöglicht letzten Endes .doch wieder eine ausreichende
Förderleistung auf den Heißdampf.
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Die Arbeitsweise ist dabei wie folgt zu erklären: Bei schnellem Umlauf
des Drehkörpers wird das der Verteilkammer 5 zugeführte Wasser als vorverteilt auf
die Schaufeln 3 bzw. 3' geleitet. Als träge, schwere Masse folgt es jedoch der schnellen
Umlaufbewegung der Schaufeln nicht und treibt `durch deren Kanäle q. durchgerissen
und zu feinem Staub zerlegt, hinter den Schaufeln quer ab. Gleichzeitig saugen die
Schaufeln Heißdampf an, welcher, wie bei Ventilatoren bekannt, radial das Rad durchströmt
und in den Kanal 8 gedrückt wird. Hierbei entsteht vor den Schaufeln ein höherer
Druck und hinter denselben ein geringerer bzw. Unterdruck mit Wirbelströmung. Dadurch
wird auch ein Teil Heißdampf durch die Kanäle q. gedrückt, welcher die Zerstäubung
der gleichfalls diese Kanäle durchlaufenden Flüssigkeit erheblich verbessert. Da
nun der Dampf radial durch das Rad strömt, der Flüssigkeitsstaub hinter den Schaufeln
dagegen quer abtreibt, so bewegt sich letzterer auch quer .durch den Dampfstrom,
beide kreuzen sich. Da ferner die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeln mindest doppelt
so groß gewählt wird, als die Durchflußgeschwindigkeit des
Dampfes
radial durch das Rad, so gelangen alle hinter jeder Schaufel unverdampft bleibenden
Flüssigkeitsteilchen sofort gegen die nächstfolgende Schaufel, wo sie deren Zerstäuberkanäle..durchlaufen,
weiter zu Staub zerrissen werden und schließlich hinter der nächstfolgenden Schaufel
verdampfen, zumal sie bei raschem Lauf von einer Schaufel zur folgenden zu immer
feineren Staub zerrissen werden.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung
nicht nur zur schnellen Verdampfung von Wasser mittels Heißdampf, also zum Erzeugen
von Wasserdampf, sondern auch zum Vermischen anderer Stoffe. Wird beispielsweise
Heizöl und Heißluft zugeführt, dann ist .der die Vorrichtung verlassende Stoff ein
für Ölfeuerungsanlagen verwendbares Ödampf-Luft-Gemisch. Wird einer Mischung von
beispielsweise Öl mit Kohlenstaub und einer Mischung von beispielsweise Öldämpfen,
Wasserdampf und Wasserstoffgas zugeführt und der Arbeitsvorgang unter hohem Druck
und hoher Temperatur durchgeführt, dann ist der die Vorrichtung verlassende Stoff
ein Gemisch von Öldämpfen, verflüssigter Kohle und Gasen. Für zu reinigende Gase
genügt es, wenn das zu reinigende Gas und die Waschflüssigkeit zugeführt wird. Die
Anwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist also vielgestaltig und die Anwr-ndungsmöglichkeiten
durch vorstehende Beispiele noch nicht erschöpft.
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Ist zur Verbesserung bzw. Vervollkommnung eines Arbeitsvorganges eine
starke Strömung des dampf- oder gasförmigen Stoffes durch die Vorrichtung oder für
.die Anlage erforderlich, in welche die Vorrichtung eingeschaltet ist, so kann-
man dem Fliehkraftzerstäuber eine oder mehrere Druckerzeugungsstufen vor- oder nachschalten.
Beispielsweise so, daß man in einem Gehäuse wie bei Verdichtern in verschiedenen
Kammern verteilt mehrere Fliehkraftzerstäuber einbaut, durch welche die zugeführten
Stoffe der Reihe nach strömen, oder außer dem Fliehkraftzerstäuber auch ein oder
mehrere Druckerzeugungslaufräder mit einbaut.
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Da ein Fliehkraftzerstäuber gemäß .der Erfindung sowohl jede Teilmenge
als auch die Vollastmenge der zugeführten Flüssigkeit wirksam zerstäubt und mit
dem mitzugeführten dampf- oder gasförmigen Stoff vermischt, werden alle damit durchgeführten
Arbeitsvorgänge auf einfachste Weise regelbar, und dies sowohl mengenmäßig als auch
beschaffenheitsmäßig. Letzteres insbesondere dadurch; daß man durch weitgehende
Vermehrung der Schaufelzahl und Erhöhung der Stufenzahl als auch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit
auch den Feinzerstäubungs- und Vermischungsgrad beliebig weit treiben kann und damit
Stoffe von größtmöglicher Feinheit erhält. Durch Veränderung der Drehzahl kann man
im Betriebe den Arbeitsvorgang auch ändern.