NL1018331C2

NL1018331C2 - Mondstuk en werkwijze voor het vernevelen van een vloeistof met behulp van een gas.

Info

Publication number: NL1018331C2
Application number: NL1018331A
Authority: NL
Inventors: Johannes Petrus Korsuize
Original assignee: Elka Air B V
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2002-01-17

Description

*

Mondstuk en werkwijze voor het vernevelen van een vloeistof met behulp van een gas

De onderhavige uitvinding heeft betrekking een mondstuk voor het vernevelen van een vloeistof met een gas, omvattende een centrale leiding voor vloeistof, voorzien 5 van een afvoeropening, een deze centrale leiding omringende leiding voor gas, welke gasleiding voorzien is van een uitstroomopening, waarbij die afvoeropening op afstand liggend van die uitstroomopening is aangebracht, en waarbij in de stroomrichting van het gas de doorlaat daarvan in de richting naar de uitstroomopening afneemt, waarbij het mondstuk een expansiezone voor gas omvat, aangebracht tussen het deel van die 10 gasleiding met de kleinste dwarsdoorsnede en de uitstroomopening daarvan.

Een centrale stroom vloeistof wordt voor het uittreden uit het mondstuk onderworpen aan een daaromheen aangebracht hulsvormige stroom gas. Dit gas wordt vlak voor de uitstroomopening daarvan gecomprimeerd. Tussen de plaats met kleinste doorsnede en de uitstroomopening bevindt zich een gebied waar expansie van het gas plaats 15 kan vinden. Daardoor ontstaat een mantel die de vloeistof omgeeft tot buiten het mond stuk.

Een dergelijk mondstuk is in de stand der techniek algemeen bekend. Bijvoorbeeld wordt verwezen naar de Europese aanvrage 0503187. Daarin wordt een mondstuk beschreven waarbij de dwarsdoorsnede van het gaskanaal naar de uitstroomope-20 ning toe steeds verder afneemt.

Voor velerlei toepassingen is het noodzakelijk vloeistoffen fijn te vernevelen. Een toepassing is klimaatbehandelingsinrichtingen waarbij bijvoorbeeld lucht bevochtigd moet worden. Andere toepassingen zijn het bevochtigen van gewassen en dergelijke. Dergelijke bevochtigingsinrichtingen werken met verstuivers die, hetzij elektro-25 nisch, hetzij mechanisch gestuurd worden.

Het gebruik van perslucht om een vloeistof te verstuiven, is in de stand van de techniek lang bekend. Daarbij bestaat steeds het dilemma tussen het gebruik van veel perslucht en een optimaal verstuivingspatroon. Indien dit laatste bereikt moet worden, betekent dit in het algemeen dat veel perslucht verbruikt wordt en dat daardoor de kos-30 ten toenemen.

Een voorbeeld van een dergelijke verstuiver is een verstuiver met venturiwerking.

In de stand der techniek zijn verdere verstuivers of mondstukken ontwikkeld, waarbij lucht en vloeistof in een kamer mengen alvorens uit het mondstuk te treden.

1018331* « 2 ' Hierdoor kan het persluchtgebruik aanzienlijk beperkt worden maar het is onvermijdelijk dat water aan de binnenzijde van het mondstuk zich afzet. Op de duur verdwijnt het water maar niet vermeden kan worden dat in het water aanwezige vaste stoffen, zoals kalk zich permanent nabij de uitstroomopening afzetten en op den duur tot verstopping 5 van dergelijke mondstukken leiden. Dergelijke mondstukken zijn vaak moeilijk bereikbaar en dienen gedurende zeer lange tijd te kunnen functioneren zonder dat reiniging nodig is.

Een verder voorstel is het gebruik van ultrasone geluidsgolven. Hoewel ook daarmee het luchtverbruik verminderd kan worden bij optimale verneveling van de 10 vloeistof, is ook daar verontreiniging van het mondstuk nabij de uitstroomopening met alle gevolgen daarvan, waargenomen.

Uit GB 2 168 266 A is een mondstuk bekend waarbij in de leiding voor het gas ribben aangebracht zijn om een turbulente stroming op te wekken. Door deze turbulente stroming zullen vloeistofdeeltjes de wand van de uitstroomopening raken en 15 afzettingen ontstaan.

• Uit FR 1 456 087 is een constructie bekend waarbij onderdruk opgewekt wordt in de uitwendige gasleiding. Turbulente stroming ontstaat bij het uittreden met de hierboven beschreven afzettingen. Hetzelfde geldt voor de constructie volgens het Amerikaanse octrooischrift 5 679 733.

20 Het is het doel van de onderhavige uitvinding de hierboven beschreven nadelen te vermijden en in een mondstuk te voorzien waarmee met beperkt (pers)luchtgebruik optimale verstuiving van de vloeistof, zoals water plaats kan vinden maar waaimee voorkomen wordt dat afzettingen op de langere duur het mondstuk minder werkzaam maken.

25 Dit doel wordt bij een hierboven beschreven mondstuk verwezenlijkt doordat het oppervlak van die leiding nabij die expansiekamer glad uitgevoerd is zodanig dat een laminaire stroming in die expansiezone en die uitstroomopening ontstaat.

Verrassenderwijs is gebleken dat indien, in tegenstelling tot de stand der techniek, na compressie van het gas, zoals perslucht expansie binnen het mondstuk 30 plaatsvindt, de uit het mondstuk tredende vloeistofstroom optimaal verneveld kan worden. Bovendien wordt de vloeistofstroom volledig door het gasvormige medium omringd Dat wil zeggen, tot en met het verlaten van de uitstroomopening kan de vloeistof nooit in direct contact komen met delen van het mondstuk, bedoeld voor de geleiding 1018331* « 3 van het gas zoals perslucht. Daardoor is eveneens niet mogelijk dat afzettingen van ongewenste materialen nabij de uitstroomopening van het mondstuk plaatsvinden. Daardoor kan ook gedurende langere tijd onberispelijk functioneren van het mondstuk gewaarborgd worden. Daarbij is het bestaan van een laminaire stroming van het gas 5 essentieel om te voorkomen dat de vloeistof op enigerlei wijze in contact komt met de uitstroomopeningen en daardoor afzettingen ontstaan.

Bij voorkeur wordt de expansiezone voor het gas gesitueerd in een toelopend deel van de gasleiding, dat wil zeggen, het gebied waarin het gas naar de centrale vloeistof-straal geleid wordt. Bij voorkeur ligt de hoek die het toelopende deel met de langsas 10 van de uitstroomopening maakt in het gebied 15-45° en in het bijzonder bij ongeveer

• I

30°. Dit in tegenstelling tot de constructie getoond in de stand der techniek.

Volgens een eenvoudige uitvoering van het mondstuk volgens de uitvinding is het deel waarbinnen de vloeistof bewogen wordt, hulsvormig uitgevoerd en heeft een plat eindvlak. Dit eindvlak ligt nabij het hierboven beschreven schuin toelopende deel 15 en op die plaats is het kleinste dwarsdoorsnedeoppervlak voor de lucht aanwezig, dat wil zeggen, dat daar maximale compressie plaatsvindt. In het deel liggend tussen de eindbegrenzing van het vlak van het hulsvoimige deel waardoor de vloeistof toegevoerd wordt/schuin toelopende deel en de uitstroomopening ligt de hierboven beschreven expansiezone.

20 Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is de hierboven beschreven vernauwing zodanig dat het dwarsdoorsnedeoppervlak ter plaatse tenminste 10% minder is dan in het overige deel van de gasleiding.

De uitstroomopening heeft volgens de uitvinding een diameter die bij voorkeur ligt tussen 0,2 en 2,5 mm en is meer in het bijzonder ongeveer 1,1 mm.

25 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vernevelen van een vloeistof, omvattende het vermengen met een gas nabij de uitlaat van een mondstuk, waarbij dat gas en die vloeistof toegevoerd worden en dat gas nabij de mengzone gecomprimeerd wordt, waarbij dat het gas aan expansie onderworpen wordt na die compressie en voor het uit die uitlaatopening treden daarvan, waarbij het gas met 30 een laminaire stroming aan die expansiezone toegevoerd wordt en met een laminaire stroming dat mondstuk verlaat.

Hieronder zal de uitvinding nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij tonen: 1018331« 4

Fig. 1 het vooreinde (kop) van een mondstuk volgens de uitvinding in doorsnede; en

Fig. 2 het mondstuk volgens fig. 1 tijdens gebruik.

In de figuren is een deel van een verstuivermondstuk getoond. Slechts het voorste 5 deel of de kop is afgebeeld. Het achterliggende, niet afgebeelde deel kan elke uitvoering volgens de stand der techniek omvatten.

Het voorste deel van het mondstuk volgens de uitvinding is in het geheel met 1 aangegeven. Dit bestaat uit een buitenmantel 2 waarbinnen een huls 3 aangebracht is. Tussen huls 3 en buitenmantel 2 wordt een luchttoevoerkamer 4 begrensd. Deze is ver-10 bonden met een persluchttoevoer 5 die op niet nader afgebeelde wijze met een persluchtbron verbonden is. Huls 3 eindigt met een plat eindvlak 6. Het hoekpunt van de huls ter plaatse van het eindvlak is met 7 aangegeven. Dit is een cirkelvormig deel.

Met 8 is de expansiezone aangegeven. 9 is de uitstroomopening.

In de huls is een boring 10 aangebracht en de uitlaat van boring 10 is als afvoer-15 opening 11 aangegeven.

Buitenmantel 2 is voorzien van een afschuining 12. De hoek α van het afgeschuinde deel 12 ten opzichte van de langshartlijn van de uitstroomopening ligt bij voorkeur tussen 15-45° en is meer in het bijzonder ongeveer 30°.

De hierboven beschreven constructie is zodanig uitgevoerd dat het kleinste 20 dwarsdoorsnedeoppervlak voor de gastoevoer zich bevindt nabij het hoekpunt 7. Daarna, dat wil zeggen, in de richting van uitstroomopening 9, neemt het dwarsdoorsnedeoppervlak voor gas daarna weer toe.

Met de constructie zoals hierboven beschreven, dat wil zeggen, waarbij het gas een kleinste dwarsdoorsnedeoppervlak ontmoet, daar gecomprimeerd wordt, en vervol-25 gens weer expandeert, ontstaat een stromingsverloop, zoals in fig. 2 aangegeven is. Met 13 is de vloeistofkegel aangegeven van vloeistof die door de boring 10 stroomt en die verneveld moet worden. 14 geeft de omhullende luchtmantel aan. Uit fig. 2 blijkt dat deze luchtmantel de vloeistofstroom alzijdig omgeeft bij het uittreden uit het mondstuk 1. Dat wil zeggen, deze vloeistof kan zich nergens afzetten aan buitenmantel 2. Op deze 30 wijze wordt voorkomen dat verstoppingen en dergelijke plaatsvinden.

Als voorbeeld zullen hieronder enkele waarden gegeven worden voor het mondstuk en het stroomgedrag van het gas. Begrepen zal worden dat dit slechts voorbeelden zijn.

1018331* $ 5

De diameter van de uitstroomopening 9 is volgens een van voordeel zijnde uit- Λ voering ongeveer 1,1 mm, hetgeen overeenkomt met een oppervlak van 0,95 mm . Het oppervlak nabij de vernauwing, dat wil zeggen begrenzingring 7 en afschuining 12 is ongeveer 0,5 mm2. Het overige oppervlak van kamer 4 is ongeveer 0,63 mm2. De in-5 wendige diameter van boring 3 is ongeveer 1,3 mm.

Onder druk ingevoerde perslucht heeft in kamer 4 een snelheid van bijvoorbeeld 925 km per uur. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid en druk van de gebruikte perslucht. Nabij de vernauwing, ter plaatse van begrenzingscirkel 7, vindt een verhoging van de snelheid door verkleining van het oppervlak plaatst tot ongeveer 1100 km/h. 10 Nabij de uitstroomopening 9 is door expansie deze snelheid weer verlaagd tot ongeveer 635 km/h.

De toegevoerde perslucht had in dit voorbeeld een druk van 4 bar. Het luchtgebruik lag tussen 1.8 en 2 m3/h bij het vernevelen van ongeveer 5 liter water per uur. Daarbij is het wezenlijk dat steeds een laminaire stroming aanwezig is om bevochtigen van de 15 wanden van de uitstroomopening te voorkomen.

Vanzelfsprekend zijn maatregelen genomen om in- en uitschakelen zodanig te bewerkstelligen dat water zich niet af kan zetten op buiten de mantel 2. Een voorbeeld daarvan is een klep voor water die gestuurd wordt door de lucht waarmee dit water verneveld wordt. Indien een dergelijke luchtdruk niet aanwezig is, kan eveneens geen wa-20 ter langs een dergelijke klep bewegen.

Begrepen moet worden dat de hierboven beschreven snelheden slechts benaderingen zijn. Metingen zijn bijzonder moeilijk uit te voeren.

Bovendien moet begrepen worden dat andere waarden evengoed toegepast kunnen worden bij het bereiken van hetzelfde effect als in fig. 2 getoond is of een zodanig 25 effect waarbij enerzijds optimale verneveling van de lucht plaatsvindt bij beperkte gebruik van een gas zoals perslucht, en anderzijds afzettingen in de uitstroomopening van het mondstuk voorkomen worden.

Begrepen zal worden dat talloze varianten van de uitvinding denkbaar zijn zonder buiten het bereik van de onderhavige uitvinding te geraken, zoals beschreven in de bij-30 gaande conclusies. Eveneens zijn de toepassingen velerlei.

$018331·

Claims

2. Mondstuk volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de uitwendige 15 begrenzing van die gasleiding een naar die uitlaatopening toelopend deel (12) omvat, waarbij die expansiezone in dat toelopende deel is aangebracht.
3. Mondstuk volgens conclusie 2, waarbij die expansiezone in het meest stroomopwaartse deel van dat toelopende deel (12) is aangebracht. 20
4. Mondstuk volgens conclusie 2 of 3, waarbij dat toelopende deel een hoek α van ongeveer 15-45° met de langsas van de uitstroomopening maakt.
5. Mondstuk volgens conclusie 4, waarbij die hoek α ongeveer 30° is. 25
6. Mondstuk volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de binnenbegrenzing van die gasleiding in hoofdzaak cilindrisch is uitgevoerd.
7. Mondstuk volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die vernauwing 30 tenminste 10% vermindering ten opzichte van de dwarsdoorsnede in die gasleiding omvat.
8. Mondstuk volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die 1018331* uitstroomopening een diameter heeft tussen 0,2 en 2,5 mm.
9. Mondstuk volgens conclusie 8, waarbij die uitstroomopening een diameter van ongeveer 1,1 mm heeft. 5
10. Werkwijze voor het vernevelen van een vloeistof, omvattende het vermengen met een gas nabij de uitlaat van een mondstuk, waarbij dat gas en die vloeistof toegevoerd worden en dat gas nabij de mengzone gecomprimeerd wordt, waarbij het gas aan expansie onderworpen wordt na die compressie en voor het uit die uitlaatopening tre- 10 den daarvan, met het kenmerk, dat het gas met een laminaire stroming aan die expan-siezone toegevoerd wordt en met een laminaire stroming dat mondstuk verlaat. / 1018331·