DE69410652T2 - Zerstäuber und Verfahren zur Zerstäubung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Zerstäuben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
• In der Technik ist eine große Vielfalt an Zerstäubern bekannt. Die folgenden Dokumente werden als repräsentativ für den relevantesten Stand der Technik betrachtet: US-A-3 908 903; US-A-3 980 233; US-A-4 241 877; US-A-4 335 677; US-A-4 341 530; US-A-4 406 404; US-A-4 595 143; US-A-4 773 596; US- A-4 834 343; US-A-4 943 704; US-A-4 946 101; US-A-5 044 559; US-A-5 059 357; US-A-5 181 661 und GB-A-894 776.
• US-A-4 341 530 beschreibt einen Aufschlämmungszerstäuber, worin eine spiral- bzw. schraubenartige Druckdampfströmung um eine Längsachse fortschreitet, entlang welcher ein Flüssigkeitskanal begrenzt ist. Das Auftreffen der spiral- bzw. schraubenartigen Dampfströmung auf den Flüssigkeitskanal zieht Flüssigkeit durch den Kanal und bewirkt ein Aufbrechen der resultierenden axialen Flüssigkeitsströmung in Tröpfchen.
• US-A-4 241 877, auf welcher die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 6 basieren, beschreibt einen Zerstäuber, umfassend einen Flüssigkeitseinlaß; einen Gaseinlaß, der zum Aufnehmen einer unter Druck stehenden Strömung von Gas eingerichtet bzw. angeordnet ist; einen Flüssigkeitsströmungsweg, der sich von dem Flüssigkeitseinlaß zu einem Flüssigkeitsstromauslaß erstreckt; einen Gasströmungsweg, der sich von dem Gaseinlaß zu einem Zerstäuberauslaß erstreckt und einen Überschallgasströmungsbereich aufweist; wodurch Überschallgasströmung eine Stoßwelle zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms in einem Zerstäubungsströmungswegbereich erzeugt.
• Weiterhin offenbart US-A-4 241 877 ein Verfahren zum Zerstäuben, umfassend die Schritte des Vorsehens einer unter Druck stehenden Gasströmung zu einem Gaseinlaß und durch einen Gasströmungsweg; Vorsehens eines Flüssigkeitsströmungswegs, der sich von einem Flüssigkeitseinlaß zu einem Flüssigkeitsstromauslaß erstreckt; und Bewirkens, daß die unter Druck stehende Gasströmung eine Überschallströmung an bzw. in einem Überschallgasströmungsbereich durchmacht, so daß dadurch eine Stoßwelle zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms in einem Zerstäubungsströmungswegbereich erzeugt wird.
• Schließlich beschreibt GB-A-894 776 eine Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitssprühnebels durch die Wechselwirkung eines Gases mit der Flüssigkeit. Das Gas tritt in die Einrichtung in einer Querrichtung zu der Flüssigkeitsströmung ein und strömt längs eines spiral- bzw. schraubenartigen Wegs, wodurch ein Wirbel in der Gasströmung erzeugt wird. Die wirbelnde Gasströmung tritt in Wechselwirkung mit dem Flüssigkeitsstrom und bricht die Flüssigkeit zu einem Sprühnebel auf. Das Gas, das mit Überschallgeschwindigkeiten strömt, und der Flüssigkeitssprühnebel verlassen die Einrichtung an einer Auslaßdüse der Einrichtung.
• Die vorliegende Erfindung trachtet danach, einen verbesserten Zerstäuber und ein verbessertes Verfahren zum Zerstäuben zur Verfügung zu stellen.
• Diese Ziele werden durch die Merkmale erreicht, welche in den Ansprüchen 1 bzw. 6 definiert sind.
• Vorzugsweise erstreckt sich der generell spiral- bzw. schraubenartige Strömungsweg um den Flüssigkeitsströmungsweg, welcher vorzugsweise axial ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Zerstäubers gemäß der Erfindung weist der generell spiral- bzw. schraubenartige Strömungsweg einen kegelstumpfförmigen Unterschallströmungs bereich stromaufwärts von und benachbart zu dem Überschallgasströmungsbereich auf.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung strömt das Gas durch einen kegelstumpfförmigen Unterschallströmungsbereich stromaufwärts von und benachbart zu dem Überschallgasströmungsbereich.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Strömung des Flüssigkeitsstroms durch Sog erzeugt, der von der Gasströmung resultiert.
• Andere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
• Die vorliegende Erfindung läßt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung vollständiger verstehen und schätzen, gesehen in Verbindung mit den Zeichnungen, worin:
• Fig. 1 eine bildliche Veranschaulichung einer Zerstäubereinrichtung ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und funktionsfähig ist;
• Fig. 2 eine Schnittdarstellung ist, gesehen längs den Linien II-II in Fig. 1;
• Fig. 3 eine Darstellung der Einrichtung der Fig. 2 in aufgelösten Einzelteilen in Schnittdarstellung ist;
• Fig. 4 eine vergrößerte Veranschaulichung eines Teils der Einrichtung der Fig. 2 und 3 ist; und
• Fig. 5 eine weiter vergrößerte Veranschaulichung eines Teils der Einrichtung der Fig. 2 und 3 ist.
• Es sei nun auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen, welche eine Zerstäubungseinrichtung veranschaulichen, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und funktionsfähig ist. Die Zerstäubungseinrichtung der Erfindung umfaßt vorzugsweise ein Gehäuse 10, das eine Druckgaseinlaßöffnung 12 und eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 14 begrenzt. Die Druckgaseinlaßöffnung 12 ist vorzugsweise mit Gewinde versehen, um so eins geeignet mit Gewinde versehene Druckgasnippelanordnung 16 abdichtend aufzunehmen, durch welche Druckgas, wie Luft unter einem Druck in dem Bereich von 5,40 bis 6,38 bar (5,5 bis 6,5 Atmosphären), zu dem Gehäuse 10 zugeführt wird. Alternativ kann eine andere Einlaßanordnung vorgesehen sein.
• Die Flüssigkeitseinlaßöffnung 14 steht vorzugsweise mit einer mehrfach abgestuften Axialbohrung 18 in Verbindung, welche mit der Druckgaseinlaßöffnung 12 in Verbindung steht. Die mehrfach abgestufte Axialbohrung 18 weist einen mit Gewinde versehenen Teil 20 benachbart dem Einlaß 14 auf, gefolgt von einem verengten, zwischenliegenden Teil 22. Auf den zwischenliegenden Teil 22 folgt ein weiter verengter zwischenliegender Teil 24, welcher mit dem Einlaß 12 in Verbindung steht. Auf den zwischenliegenden Teil 24 folgt ein sich verjüngender Teil 26, auf den seinerseits ein noch weiter verengter Teil 28 folgt. Auf den Teil 28 folgt ein anderer sich verjüngender Teil 30, auf den ein langgestreckter Auslaßteil 32 folgt.
• Ein einen Flüssigkeitseinlaßweg begrenzendes Teil 34 ist in Gewindeeingriff in der Bohrung 18 und weist einen Einlaßteil 38 auf, welcher sich benachbart dem Einlaß 14 befindet. Das Teil 34 weist außerdem einen mit Gewinde versehenen Teil 40 auf, der mit dem Bohrungsteil 20 in Eingriff ist, gefolgt von einem verengten zwischenliegenden Teil 42, welcher mit einer Ausnehmung 44 ausgebildet ist, die einen Dichtungsring 46 aufnimmt. Auf den Teil 42 folgt ein weiter verengter zwischenliegender Teil 48, auf den ein einen genuteten bzw. ausgekehlten spiral- bzw. schraubenartigen Gasweg begrenzender Teil 50 folgt, der mit dem Gaseinlaß 12 in Verbindung steht.
• Auf den Teil 50 folgt ein sich leicht verjüngender Teil 52, welcher in einem sich scharf verjüngenden Endteil 54 endet.
• Besonders aus einer Betrachtung der Fig. 5 kann man sehen, daß der sich scharf verjüngende Endteil 54 des Teils 34 benachbart dem sich verjüngenden Bohrungsteil 30 und dem langgestreckten Auslaßbohrungsteil 32 liegt. Die Verbindungsstelle des sich verjüngenden Bohrungsteils 30 und des Auslaßbohrungsteils 32 definiert die Grenze zwischen dem Unterschallgasströmungsbereich 64 und dem Überschallgasströmungsbereich 66.
• Flüssigkeit strömt durch eine sich aufeinanderfolgend verengende Bohrung 58 im Teil 34 von einem mit Gewinde versehenen Flüssigkeitseinlaß 60, welcher eine Flüssigkeitseinlaßnippelanordnung 62 aufnimmt, zu einem Auslaß benachbart dem Endteil 54 und dem langgestreckten Auslaßbohrungsteil 32. Die Tangentialkomponente der Gasströmung benachbart der Flüssigkeitsströmung zieht die Flüssigkeitsströmung durch die Bohrung 58 aus einem Flüssigkeitsvorrat, welcher drucklos sein kann. Stoßwellen, die durch Überschallströmung von Gas im Bereich 66 zwischen dem Endteil 54 des Teils 34 und dem langgestreckten Auslaßbohrungsteil 32 des Gehäuses 10 erzeugt werden, treffen schräg auf die Flüssigkeitsströmung auf und erzeugen eine Zerstäubung derselben.
• Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die im wesentlichen tangentiale Gasströmung ein signifikantes Vakuum bzw. einen signifikanten Unterdruck erzeugt, das bzw. der die Flüssigkeit in Überschallzerstäubungeingriff damit zieht. Es wird angenommen, daß das relativ hohe Vakuum bzw. der relativ hohe Unterdruck, das bzw. der bei Benutzung der vorliegenden Erfindung realisiert wird, ihre Zerstäubungsleistungsfähigkeit bzw. ihren Zerstäubungswirkungsgrad signifikant erhöht, und zwar unter anderem aufgrund eines hohen Niveaus an Verdampfung, das daraus resultiert.
• In der Praxis sind die folgenden Ergebnisse unter Benutzung der oben beschriebenen und in den Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Einrichtung erhalten worden:
• Gasströmungsrate: 50-60 Liter/min (1,76 cfm - 2,12 cfm)
• Gaseinlaßdruck: 6 bar
• Flüssigkeitsströmungsrate: 5,5-6 Liter/Stunde
• Ausgangsflüssigkeitstropfengröße (mittel): 2-10 Nikron
• Vakuum- bzw. Unterdruckniveau: 588,6-686,7 mbar (6-7 m Wassersäule)
• Verdampfung: angenähert 10% des Wassers.
• Es versteht sich für den Fachmann, daß die vorliegende Erfindung nicht durch das, was oben speziell gezeigt und beschrieben worden ist, beschränkt ist. Vielmehr wird der Bereich der vorliegenden Erfindung nur durch die Patentansprüche, welche folgen, definiert:

Claims (10)

1. Zerstäuber, umfassend:

einen Flüssigkeitseinlaß (60);

einen Gaseinlaß (12), der zum Aufnehmen einer unter Druck stehenden Strömung von Gas eingerichtet bzw. angeordnet ist;

einen Flüssigkeitsströmungsweg, der sich von dem Flüssigkeitseinlaß (60) zu einem Flüssigkeitsstromauslaß erstreckt;

einen Gasströmungsweg, der sich von dem Gaseinlaß (12) zu einem Zerstäuberauslaß (32) erstreckt und einen Überschallgasströmungsbereich aufweist;

wodurch Überschallgasströmung eine Stoßwelle zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms in einem Zerstäubungsströmungswegbereich erzeugt;

dadurch gekennzeichnet, daß der Gasströmungsweg einen generell spiral- bzw. schraubenartigen Gasströmungsweg (50) aufweist bzw. umfaßt, der sich von dem Gaseinlaß (12) zu einem Ort benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß erstreckt und den Überschallgasströmungsbereich (66) benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß aufweist bzw. umfaßt,

und der Zerstäubungsströmungswegbereich einen langgestreckten, generell zylindrischen Teil (32) lichter Weite umfaßt, der stromabwärts von dem Überschallströmungsbereich ist und sich zu dem Zerstäuberauslaß erstreckt, wodurch Überschallgasströmung benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß in dem genannten Bereich (66) benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß und in dem langgestreckten Teil (32) lichter Weite die Stoßwellen erzeugt, welche schräg auf einen durch den Flüssigkeitsstromauslaß hindurchgehenden Flüssigkeitsstrom zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms auftreffen.

2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der generell spiral- bzw. schraubenartige Strömungsweg (50) um den Flüssigkeitsströmungsweg erstreckt.

3. Einrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsströmungsweg axial ist.

4. Einrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gezeichnet, daß der generell spiral- bzw. schraubenartige Gasströmungsweg (50) einen kegelstumpfförmigen Unterschallströmungsbereich stromaufwärts von und benachbart zu dem Überschallgasströmungsbereich aufweist bzw. umfaßt.

5. Einrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom längs des Flüssigkeitsstromwegs von dem Flüssigkeitseinlaß (60) zu dem Flüssigkeitsstromauslaß durch ein Vakuum bzw. einen Unterdruck gezogen wird, das bzw. der mittels der unter Druck stehenden Strömung des Gases, die tangential zu der Flüssigkeit ist, erzeugt wird.

6. Verfahren zum Zerstäuben, umfassend die Schritte des:

Vorsehens einer unter Druck stehenden Gasströmung zu einem Gaseinlaß (12) und durch einen Gasströmungsweg; Vorsehens eines Flüssigkeitsströmungswegs, der sich von einem Flüssigkeitseinlaß (60) zu einem Flüssigkeitsstromauslaß erstreckt;

Bewirkens, daß die unter Druck stehende Gasströmung eine Überschallströmung an bzw. in einem Überschallgasströmungsbereich durchmacht, so daß dadurch eine Stoßwelle zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms in einem Zerstäubungsströmungswegbereich erzeugt wird;

gekennzeichnet durch

Vorsehen der unter Druck stehenden Gasströmung durch einen generell spiral- bzw. schraubenartigen Gasströmungsweg (50); und

Bewirken, daß der Überschallgasströmungsbereich (60) benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß lokalisiert ist, so daß dadurch in dem genannten Bereich (66) benachbart dem Flüssigkeitsstromauslaß und in einem langgestreckten, generell zylindrischen Teil (32) lichter Weite, der stromabwärts von dem Überschallströmungsbereich ist und sich zu dem Zerstäuberauslaß erstreckt, die Stoßwellen erzeugt werden, welche schräg auf den Flüssigkeitsstrom zur Zerstäubung des Flüssigkeitsstroms auftreffen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsströmungsweg axial ist und sich der generell spiral- bzw. schraubenartige Gasströmungsweg (50) um den Flüssigkeitsströmungsweg erstreckt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des Flüssigkeitsstroms durch Sog erzeugt wird, der von der Gasströmung resultiert.

9. Verfahren gemäß Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch einen kegelstumpfförmigen Unterschallströmungsbereich stromaufwärts von und benachbart zu dem Überschallgasströmungsbereich strömen gelassen wird.

10. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom längs des Flüssigkeitsstromwegs von dem Flüssigkeitseinlaß (60) zu dem Flüssigkeitsströmungsauslaß durch ein Vakuum bzw. einen Unterdruck gezogen wird, das bzw. der mittels der unter Druck stehenden Gasströmung, die tangential zu der Flüssigkeit ist, erzeugt wird.