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DE2141291A1 - Verfahren zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels und Kegel· sprühdüse - Google Patents

Verfahren zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels und Kegel· sprühdüse

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DE2141291A1
DE2141291A1 DE19712141291 DE2141291A DE2141291A1 DE 2141291 A1 DE2141291 A1 DE 2141291A1 DE 19712141291 DE19712141291 DE 19712141291 DE 2141291 A DE2141291 A DE 2141291A DE 2141291 A1 DE2141291 A1 DE 2141291A1
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/03—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying

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Description

(Die Prioritäten der französischen Patentanmeldung No. 70.3^531 vom 16. September 197° sotiie der französischen Zusatzaameldung No. 71.18730 vom 17. Mai 1971» beide vom gleichen Anmelder, werden in Anspruch genommen)»
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ersielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels mit einem sehr kleinen Kegelwinkel. Sie bezieht sich ferner auf eine Düse zur Zerstäubung von Flüssigkeiten in Form eines Kegelstumpfes»
Die Lösung^ einen kegelstumpfförmigen Sprühnebel mit sehr kleinem Kegelwinkel· gu erhalten, besteht nach der Erfindung darin9 dem zu versprühenden Stoff eine vollständige Drehbewegung um eine Achse zu erteilen, dadurch den kreisenden Stoff zu veranlassens axial
dureh zwei -2-
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aufeinanderfolgende, konzentrisch zur besagten Achse liegenden Öffnungen von zunehmendem Durchmesser zu fixessen und die sich drehende Substanz zwischen den besagten Öffnungen durch eine Wand mit einem gekrümmten, konkaven Längsprofil in einer solchen Weise zu führen, dass sie in der Nähe der ersten Öffnung bei verminderter axialer Geschwindigkeitskomponente eine hohe Umfangskomponente der Geschwindigkeit und in der Nähe der zweiten Öffnung bei einer hohen Axialkomponente eine verminderte Umfangskomponente der Geschwindigkeit hat.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sprühdüse*!, die einen Körper mit einer Achse aufweist, wobei der besagte Körper mit einem Zuleitungskanal geformt ist, um eine unter Druck stehende Flüssigkeit aufzunehmen, mit einer ersten, ringförmigen, zur besagten Achse koaxialen Kammer, die eine erste und zweite Querwand aufweist, welche mit einem Zwischenraum zueinander angeordnet sind, mit einer ersten kreisförmigen Öffnung, die in der zweiten Querwand koaxial zur besagten Achse angeordnet ist, mit einer zweiten Kammer, die ebenfalls koaxial zur besagten Achse liegt und im Hinblick auf die erste Kammer auf der anderen Seite der zweiten Querwand angeordnet ist, wobei die besagte zweite Kammer tassenförmig ausgebildet ist, mit einem ersten Ende anliegend zur besagten ersten Öffnung und einem zweiten, mit Zwischenraum von dieser, angeordneten Ende und mit einer zweiten, koaxial zur besagten Achse liegenden Öffnung am zweiten Ende der zweiten Kammer, wobei die besagte zweite Öffnung einen grösseren Durchmesser als die erste aufweist; und Mittel, welche
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den Zuleitungskanal mit der ersten Kammer verbinden, um die unter Druck stehende Flüssigkeit vom Kanal zu veranlassen, im Innern der ersten Kammer zu wirbeln, von wo sie durch die erste Öffnung mit einer verhältnismässig hohen Winkelgeschvindigkeitskomponente und einer verhältnismässig niedrigen Axialgeschwindigkeitskomponente in die zweite Kammer hinüberfliesst und danach durch die zweite Öffnung mit einer niedrigeren Umfangskomponente der Geschwindigkeit und einer höheren Axialkomponente aus der Düse ausströmt.
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In den beigefügten Zeichnungen ist
Fig. 1 ein Längsschnitt einer Sprühdüse gemäss der Erfindung,
Fig. 2 ein durch die Linie H-II der Fig. 1 geführter Querschnitt. In dieser Abbildung bezieht sich die Linie I-I auf den Schnitt der Fig. 1,
Fig. 3 ein durch die Linie HI-III der Fig. 1 geführter Längsschnitt,
Fig. k ein Schnitt ähnlich dem von Fig. 2, jedoch eine Modifikation darstellend,
Fig. 5 ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 6 ein durch die Linie VI-VI der Fig. 5 geführter Querschnitt,
Fig. 7 ein Längsschnitt einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 8 ein durch die Linie VIII-VIII (Fig. 7) geführter Querschnitt,
Fig. 9 eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die einer Ooppeldüse entspricht,
Fig. 10 illustriert graphisch, wie eine Düse gemäss der Erfindung verwendet werden kann, um zwischen einem flüssigen oder gasförmigen Medium und einer aus der Düse austretenden Substanz einen engen Kontakt herzustellen,
Fig. 11 zeigt eine modifizierte Anordnung.
Die in den Abbildungen der Fig. bis 3 dargestellte Sprühdüse 1 enthält einen röhrenförmigen Körper 2, der eine axiale Eintrittebohrung 2a_ aufweist, die in eine erste Ringkammer 2b_ mit kreisförmigem Querschnitt (Fig. 2) führt. Die obere Vand
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der Kammer 2b_ isj mit einer ζentaalen, kreisförmigen Öffnung 2c_ ausgestattet, die in eine zweite Kammer 2d_ führt, welche die Form einer sich nach oben erweiternden Tasse hat, wobei die seitliche Wand dieser zweiten Kammer im Längsschnitt einem kohkaven Bogen eines Kreises oder einer anderen Kurve entspricht. Betrachtet man die Tangenten an die jeweiligen Enden dieses Bogens auf beiden Seiten der Düsenachse, so bestimmen diese an der Öffnung 2c_ einen verhältnismässig grossen Winkel α und an der oberen Öffnung 2e_ der Kammer 2d_, d.h. am Düsenaustritt, einen viel kleineren Winkel β (im dargestellten Beispiel für α und β etwa 120 bis I3O0 bzw. k bis 8°).
Das obere Ende der Bohrung 2a_ ist mit einem Gewinde versehen und nimmt die hohle, zylindrische Basis 3a. eines inneren Bauelementes 3 auf. Dieses Bauelement weist einen Fortsatz 3b, auf, welcher sich durch die Öffnung 2c_ erhebt und etwas oberhalb der Querkante der Öffnung 2e_ projiziert. Das untere, innerhalb der Kammer 2b_ liegende Ende dieses Fortsatzes wird durch eine flache, horizontale Oberfläche gebildet, die mit einem Zwischenraum zur Basis 3a. angeordnet ist und mit der oberen Wand 3d, dieser Basis durch eine vertikale Zwischen» wand 3c_ verbunden ist, deren Querschnitt die Form einer Spirale hat (siehe Fig. 2). Die obere Wand 3<i ist mitjdeiner Öffnung 3e_ ausgerüstet, die in den zentralen Teil dieser Spirale führt.
Unter der Annahme, dass die zu versprühende Substanz eine Flüssigkeit ist, fliesst sie unter Druck durch die Bohrung 2it, passiert die Öffnung 3e_ und wird gezwungen, einom spiral-
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förmigen Weg zu folgen, bevor sie die erste Kammer 2b_ erreicht, in der sie mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit frei wirbelt. Die wirbelbehaftete Flüssigkeit fliesst durch die Öffnung 2c_ und tritt in die zweite Kammer 2d_ ein. Infolge der bezeichneten Konizität (Winkel α) der seitlichen Wand dieser Kammer in deren zur Öffnung 2c_ anstossenden Partie beginnt die Flüssigkeit an dieser Wand in Form einer dünnen, zusammenhängenden Schicht zu fliessen und zwar mit einer kleinen axialen Geschwindigkeitskomponente und einer hohen Umfaagskomponente der Geschwindigkeit. Sobald die Flüssigkeit entlang der Wand der Kammer 2d_ hochsteigt, verringert sich die Konizität der Wand, und folglich wächst die axiale Geschwindigkeitskomponente des Flüssigkeitsstromes, während seine Umfangskomponente abnimmt. Schliesslich strömt die Flüssigkeitsschicht aus der Düse (d.h. aus deren zweiter Öffnung 2je_) in Form einer von feinen Partikeln gebildeten, kegelstumpf förmigen Fläche aus, wobei der Kegelwinkel sehr klein ist. Infolge der niedrigen Umfangskomponente der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes in der Kammer 2<1 nahe der Öffnung 2£ ist die Zentrifugalbeschleunigung vermindert, und folglich erweitert sich die Sprühschicht nur ganz schrittweise, was z.B. im Falle eines elektrostatischen Filters vorteilhaft ist, weil diese Schicht von Flüssigkeitstropfen wirkungsvoll die eine Elektrode umschliessende Hülle formen kann, wie das oftmals wünschenswert ist. In einem solchen Fall mag der Fortsatz 3a. Ionen anzuziehen und festzuhalten, die von ionisierenden Substanzen, die sich an dieser Elektrode festgesetzt haben können, emittiert werden (in einem *
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solchen Fall sind das innere Bauglißd 3 und der Körper 2 natürlich metallisch oder zumindesten mit Metall überzogen).
Es kann vorteilhaft sein, am Bauelement 3 eine kreisförmige Schulter 3f vorzusehen, die einen grösseren Durchmesser aufweist als die erste Öffnung 2c_ und zwischen letzterer und der zweiten Öffnung 2e_ liegt, wobei diese Schulter einen Schirm bildet, der Fremdkörper davon abhält, direkt durch die erste Öffnung 2c_ in die erste Kammer 2b_ zu fallen, wo sie durch die Zentrifugalwirkung festgehalten wurden. Solche Fremdkörper, wie z.B. von einer elektrostatischen Elektrode abfallende, feste Teilchen, werden zur gekrümmten Wand der Kammer 2jd hin abgelenkt, von wo sie durch die Flüssigkeit ausgestossen werden.
Die beschriebene Düse kann zum Sprühen von Festkörperpartikeln in Aufschwemmung in einer Flüssigkeit oder ein Gas verwendet werden. In einem solchen Fall, und wie in Fig. 4 dargestellt, kann am Umfang des Düsenkörpers 2 ein tangentialer Einlass 2f_ vorgesehen werden, der in die erste Kammer 2b_ führt. Dieser Einlass nimmt unter Druck stehende Flüssigkeit oder Gas auf, welche die Rotation der Festkörperteilchen in der Kammer fördern, unabhängig von der Wirkung der spiralförmigen Zwischenwand 3c_; letztere kann ebensogut durch rein vertikale Stege ersetzt werden.
In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 und 6 erweitert sich der (in zwei miteinander verschraubten Teilen ausgeführte) Düsenkörper 2 gleich oberhalb der Einlassbohrung 2a_, ao dass eine Partie von verhältni«massig grossent Durchmesser gegeben ist, in welchem ein axialer Kern 2g untergebracht
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ist, der mit dem Körper 2 mittels radialer Arme 2h_ fest verbunden ist. Der Kern 2_g_ ist so ausgebildet, dass er eine flache, horizontale obere Oberfläche aufweist, an der eine mit einer radial ausladenden Rippe 4a_ integrierte Nabe 4 angeordnet ist. Diese Rippe erhebt sich über etwas mehr als 36O spiralförmig um die Düsenachse; ihre äussere Kante ist mit der Wand des Körpers 2 in festem Kontakt. Das innere Bauelement 3 hat ein mit einem Gewinde versehenes Endteil 3jg.> das durch die Nabe 4 hindurchgeführt und in eine korrespondierende Bohrung im Kern 2j£* geschraubt ist. Wie zu sehen ist, formt die Rippe 4a_ sozusagen die untere Wand der ersten Kammer 2b_.
Die von der Eintrittsbohrung 2a_ kommende Flüssigkeit ist gewzungen, dem durch die Rippe 4<a vorgeschriebenen, schraubenförmigen Weg zu folgen, und es ist ihr daher vor dem Erreichen der ersten Kammer 2b_ eine hohe Umfangskomponente ihrer Geschwindigkeit gegeben. Ansonsten arbeitet die Düse nach Fig. und 6 wie schon erläutert.
In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 7 und 8 ist der Düsenkörper 2 an seinem unteren Ende durch eine kreis- v förmige Platte 5 geschlossen, welche in ihrer Position auf irgendeine geeignete Weise gesichert werden kann, wie beispielsweise in der Darstellung, durch Schrauben. Diese Platte trägt die Nabe 4 mit ihrer schraubenförmigen Rippe 4a_. Der Eintritt der Flüssigkeit erfolgt hier durch eine tangentiale Öffnung 2i_, welche in die Nähe des unteren Endes der Rippe 4a_ führt und das natürlich in passender Richtung (d.h. in einer Weise, dass der aus der Öffnung 2i^ austretende Flüssigkeitsstrahl geneigt ist, entlang der Rippe 4a aufwärts zu
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fHessen). Ansonsten arbeitet die Düse wie im Falle der Fig. 5 und 6.
Fig. 9 zeigt eine Doppeldüse, die man so betrachten kann, als sei sie aus zwei elementaren Düsen der Art nach Fig. 5 und 6 aufgebaut. Die erste und untere elementare Düse hat einen Düsenkörper 2 von grossem Durchmesser, ihr Kern 2^ ist rohrförmig. Dieser Kern trägt die Nabe k mit ihrer schraubenförmigen Rippe 4a_, und seine axiale Bohrung ist mit einem Gewinde zur Aufnahme des Endteiles 3,£. des korrespondierenden inneren Bauelementes 3 versehen. Aber hier ist dieses Endteil, wie der Kern 2j£ selbst, rohrförmig, während das Bauelement 3 selbst hohl ist und den Teil 12 der zweiten elementaren Düse trägt. Letztere enthält einen Kern 12jg_, eine Nabe 14 integriert mit einer schraubenförmigen Rippe l4a, ein inneres Bauelement 13» das ein Endteil 13,£, aufweist, das in den Kern *2& eingeschraubt ist, usw., wobei der Aufbau gleich wie in den Fig. 5 und 6 ist, mit den gleichen Hinweisen, zu welchen gleichwohl 10 hinzugefügt wurde, um irgendeine Verwechslung mit der unteren elementaren Düse zu vermeiden. Es ist klar, dass es möglich wäre, auf gleiche Weise Mehrfachdüsen zu verwirklichen, welche mehr als zwei Elemente enthalten.
In Fig. 10 ist angedeutet, wie eine Sprühdüse gemäss der Erfindung in einem Kanal 6, durch welchen ein flüssiges oder gasförmiges Medium (z.B. ein Gas) flieset, angeordnet werden kann, um dieses Gas mit der durch die Düse versprühten Substanz zu versetzen oder, allgemeiner, um einen engen Kontakt zwischen der Substanz und dem Gas herzustellen. Die
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Düse 1 ist axial in einer Weise angeordnet, dass sie einen kegelstumpfförmigen Sprühnebel 7 von verminderter Konizität erzeugt, dessen axiale Geschwxndxgkextskomponente entgegengesetzt zur Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen oder gasförmigen Mediums im Kanal 6 gerichtet ist. Die relative Geschwindigkeit zwischem dem flüssigen oder gasförmigen Medium und der versprühten Substanz ist daher beträchtlich, was die Kontaktbedingungen verbessert.
^ Es ist zu erkennen, dass in Fig. 10 die Sprühdüse die für den Durchgang des flüssigen oder gasförmigen Mediums im Kanal 6 zur Verfügung stehende Querschnittsfläche vermindert, was zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Mediums von Interesse sein kann. Wenn die Düse, bezogen auf den Kanal, einen verhältnismässig kleinen Durchmesser aufweist, kann eine solche Erhöhung bequem durch Formung einer Venturiartigen Einschnürung in den Kanal erzielt werden, wie das in der Fig. 11 bei 6a_ gezeigt ist.
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Claims (9)

  1. 2H129-1
    Professor Dr.-Ing.
    Me 1 d a u Prof.M/we
    Dipl.-Ing.
    Gustav M e 1 d a u · V 188 - Patentanwälte -
    483o Gütersloh
    Vennstraße 9
    Patentansprüche
    ( 1. Verfahren zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels mit einem sehr kleinen Kegelwinkel, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu versprühenden- Stoff eine vollständige Drehbewegung um eine Achse erteilt \tfird, die ihn zwingt, in axialer Richtung durch zwei aufeinanderfolgende, zu dieser Achse konzentrischen öffnungen von zunehmendem Durchmesser zu strömen und den rotierenden Stoffstrom zwischen diesen öffnungen durch eine Wand mit einem gekrümmtem, hohlen Längsprofil derart zu führen, daß in der Nähe derersten öffnung der rotierende Stoff eine höhne Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung mit einer verminderten axialen Geschwindigkeit skomponent en annimmt, und in der Nähe der zweiten öffnung dieser Stoff eine verminderte Umfangskomponente der Geschwindigkeit mit einer hohen axialen Geschwindigkeitskomponenten annimmt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Stoff zwischen der ersten und zweiten öffnung mittels einer Wand geführt wird, die ein gekrümmtes Längsprofil aufweist.
  3. 3. Sprühdüse, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Körper enthält, der eine Achse besitzt, der ferner mit einem Einlaß-
    -2-
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    kanal zur Aufnahme einer unter Druck stehenden Flüssigkeit versehen ist, ferner mit einer ersten, zu dieser Achse gleichachsigen Ringkammer, die, mit einem Zwischenraum eine erste und eine zweite Querwand aufweist,'mit einer ersten kreisförmigen öffnung, die in der zweiten Querwand koaxial zur besagten Achse vorgesehen ist, mit einer zweiten Kammer ebenfalls koaxial zur besagten Achse und hinsichtlich der ersten Kammer auf der anderen Seite der zweiten Querwand gelegen, wobei besagte zweite Kammer eine tassenförmige Form mit einem ersten, an besagte erste öffnung anstoßenden Ende aufweist, und einem, mit einem Zwischenraum davon angeordneten zweiten Ende und mit einer zweiten öffnung koaxial zur besagten Achse am zweiten Ende der zweiten Kammer, wobei die zweite öffnung einen größeren Durchmesser aufweist als die erste öffnung und Mittel einschließt, welche den Einlaßkanal mit der ersten Kammer verbinden, um die unter Druck stehende Flüssigkeit vom Kanal zu veranlassen, in der ersten Kammer zu wirbeln, f von wo sie in die zweite Kammer durch die erste Öffnung mit x einer verhältnismäßig hohen Umfangskomponente ihrer Geschwindigkeit und verhältnismäßig niedrigen axialen Geschwindigkeitskomponente überströmt und danach durch die zweite öffnung mit einer niedrigen Umfangskomponente und einer höheren axialen Geschwindigkeitskomponente aus der Düse ausströmt.
  4. 4. Sprühdüse nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie ein inneres Bauelement koaxial zur besagten Achse enthält, und wobei - über die erste Kammer - die erste öffnung und die zweite
    -3-
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    2U1291
    Kammer erstreckend, besagtes Bauelement in einer Spitze endigt, welche bis zur besagten zweiten öffnung hinreicht und/oder über letztere hinaus vorspringt»
  5. 5. Sprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Bauelement eine kreisförmige, periphere Schulter aufweist, im wesentlichen koaxial zur besagten Achse und innerhalb der zweiten Kammer befindlich, mit einem Außendurchmeseer größer als der Durchmesser der ersten öffnung.
  6. 6. Sprühdüse nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Mittel einen koaxial zur ersten Kammer angeordneten Spiralgang enthalten, wobei das innere Ende des besagten Spiralganges mit dem Einlaßkanal verbunden ist und sein äusseres Ende in die erste Kammer führte
  7. 7. Sprühdüse nach Anspruch 3S dadurch gekennzeichnets daß der Einlaßkanal koaxial zur ersten Kammer und die verbindenden Mittel in der Form eines schraubenförmigen Ganges koaxial zur besagten Achse liegen, wobei dieser Spiralgang ein erstes Ende aufweist, das mit dem Einlaßkanal verbunden ist, und ein zweites Ende, das in die erste Kammer führte
  8. 8. Sprühdüse nach Anspruch 3S dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenen Mittel einen Gang enthaltens der das Ende des Einlaßkanals bildet und der tangential in die erste Kammer führt.
    20S813/01I3
    2U1291
  9. 9. Sprühdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein inneres Bauelement enthält, im wesentlichen koaxial zur besagten Achse, und wobei - über die erste Kammer, die erste öffnung und die zweite Kammer erstreckend - besagtes inneres Bauelement mit einer axialen Durchbohrung versehen ist, die ein inneres Ende, das mit dem Einlaßkanal in Verbindung steht, und ein äußeres Ende aufweist, das so eingerichtet ist, daß es den Körper einer anderen Sprühdüse aufnimmt.
    20981 3/0163
DE2141291A 1970-09-16 1971-08-18 Sprühdüse zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels Expired DE2141291C3 (de)

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DE2141291A1 true DE2141291A1 (de) 1972-03-23
DE2141291B2 DE2141291B2 (de) 1979-06-28
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SE370502B (de) 1974-10-21
NL163971B (nl) 1980-06-16
CA933977A (en) 1973-09-18
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