DE3921255A1 - Verfahren zur erzeugung eines in einem traegergasstrom foerderbaren fluessigkeitsnebels und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur erzeugung eines in einem traegergasstrom foerderbaren fluessigkeitsnebels und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
in einem Trägergas förderbaren Flüssigkeitsnebels.
Die Zerstäubung oder Verneblung einer Flüssigkeit in ein
Trägergas bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn
relativ kleine Massenströme von weniger als zwei Kilogramm
je Stunden mit einem hohen Feinheitsgrad (Tropfendurchmesser
kleiner als 100 µm) zerstäubt werden sollen, d.h. kleinste
Flüssigkeitströpfchen erzeugt werden müssen. Bei der Zerstäu
bung mit Hilfe von Düsen unter hoher Druckbeaufschlagung
der zu zerstäubenden Flüssigkeit sind hierbei natürliche
Grenzen hinsichtlich der erreichbaren Tropfenfeinheit gesetzt,
da die erforderliche Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit äußerst
kleinen Strömungsquerschnitten der Düse erzeugt werden muß.
So liegen in einer Reihe von Einsatzfällen die geometrischen
Querabmessungen bei Massenströmen im Bereich von zwei
Kilogramm/Stunde bei 0,1 bis 0,3 mm, was in der Praxis zu
Verstopfungen und damit zu nicht reproduzierbaren Zerstäu
bungsgraden führt. Weiterhin läßt sich hier nicht vermeiden,
daß an der Düse selbst durch ein ungenügendes Abreißen des
Flüssigkeitsstromes sich immer wieder größere Tropfen bilden,
die in der nachgeschalteten Verwendung des erzeugten Nebels
sich nachteilig auswirken. So beispielsweise bei der Zerstäu
bung von Heizöl, wo gerade die im Tropfenkollektiv enthal
tenen größeren Tropfen die bekannten Probleme der Bildung
von Randnebelfeldern im Bereich der Flammenwurzel und damit
eine ungenügende Verbrennung bei relativ langen Flammen be
wirken. Ein weiterer Nachteil der bekannten Zerstäubungsver
fahren mit Hilfe von Düsen besteht darin, daß selbst beim
Einsatz hochfester Materialien Kavitationserscheinungen im
Bereich der Düsenmündung auftreten, die nach entsprechender
Betriebszeit zu einer Verschlechterung des Zerstäubungser
gebnisses führen. Dies tritt umso eher ein, je höher der
Zerstäubungsgrad und damit verbunden je höher der auf die
Flüssigkeit auszuübende Vordruck ist.
Zur Beseitigung dieser Nachteile sind Zerstäubungs-Nebel-
Einrichtungen bekannt, die zur Zerstäubung einer Flüssigkeit
mit einem Treibgas, insbesondere Luft, betrieben werden.
So z. B. Öl-Nebelgeräte für die Lagerschmierung oder Druck
luft-Ölzerstäuber für Heizölbrenner im Haushaltsbereich oder
Wasserdampf-Druckzerstäuber im Industriebereich. Bei diesen
Einrichtungen wird die zu zerstäubende Flüssigkeit, bei
spielsweise das Heizöl, mit Druckluft oder Wasserdampf in
einer Injektordüse oder angekrümmten Leitflächen zerstäubt.
Hiermit lassen sich zwar gute Zerstäubungsgrade bei kleinen
Durchsätzen erzielen. Nachteilig ist jedoch der Geräteaufwand
zur Erzeugung der Druckluft, z. B. bei den Druckluftzerstäu
bern. Für die erforderlichen Luftdrücke von 0,6 bis 1,2 Bar
und Volumenströme von 600 bis 1200 dm3/h können nur Kompres
soren eingesetzt werden, da mit Gebläsen diese Druckerhöhun
gen technisch nicht zu realisieren sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Erzeugung eines in einem Trägergasstrom förderbaren Flüssig
keitsnebels zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß
nur kleinste Tropfen bis zu einer in der Größe begrenzten
Tröpfchengröße vom Trägergasstrom erfaßt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
die Flüssigkeit in einen Trägergasstrom als Tropfenkollektiv
zerstäubt, das Tropfenkollektiv im Trägergasstrom umgelenkt
wird und im Umlenkungsbereich aus dem Tropfenkollektiv Trop
fen, die eine Maximalgröße überschreiten, aus dem Trägergas
strom ausgeschieden werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil,
daß auch bei einer Zerstäubung mittels einer herkömmlichen
Zerstäuberdüse, die ein Tropfenkollektiv mit großen Unter
schieden im Tropfendurchmesser erzeugt, alle für den betref
fenden Verwendungszweck zu großen Tropfen ausgeschieden wer
den, das Tropfenkollektiv also "klassiert" wird. Ein weiterer
Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß über den Träger
gasdurchsatz auch das Mischungsverhältnis zwischen Trägergas
und Nebel selbsttätig reguliert werden kann, da bei gegebenen
Strömungsquerschnitten die auf die feinsten Tröpfchen durch
das Trägergas einwirkenden Schleppkräfte abhängig von der
Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases sind. Bei konstantem
Flüssigkeitsdurchsatz und geringer Trägergasgeschwindigkeit
werden nur die feinsten Tröpfchen im Umlenkungsbereich mitge
nommen, während die größeren Tröpfchen ausgeschieden werden.
Bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des
Trägergases werden Tröpfchen bis zu einer gewissen Grenzgröße
im Umlenkungsbereich vom Trägergas noch mitgenommen, wobei
durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zugleich
im Umlenkungsbereich die auf die einzelnen Tröpfchen wirkenden
Zentrifugalkräfte ansteigen, so daß den auf die größeren
Tröpfchen einwirkenden Schleppkräften die Zentrifugalkräfte
entgegenwirken, so daß auch dann sichergestellt ist, daß
nur die Tröpfchengröße vom Trägergas mitgenommen wird, die
den gewünschten Nebel- bzw. Aerosolbedingungen genügen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesehen, daß zumindest ein Teil des Tropfen
kollektivs, insbesondere der eine Maximalgröße überschreiten
de Tropfenanteil an wenigstens einer beheizbaren Kontaktflä
che aufgefangen und zumindest zum Teil in den Trägergasstrom
verdampft wird. Diese Anordnung hat insbesondere bei größeren
Durchsätzen den Vorteil, daß die zunächst aus dem Träger
gasstrom durch unerwünscht große Tropfen ausgeschiedene Flüs
sigkeitsmenge durch die anschließende Verdampfung wenigstens
zum Teil wieder in den Trägergasstrom eingebracht wird. Ein
weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht hierbei darin,
daß über eine entsprechende Temperaturregelung eine zusätz
liche Regelungsmöglichkeit für das Mischungsverhältnis zwi
schen Trägergas und vernebelter Flüssigkeit gegeben ist.
Während mit Rücksicht auf den Zerstäubungsgrad bei gegebenem
Düsenquerschnitt der Flüssigkeitsmassestrom nur geringfügig
veränderbar ist und mit Rücksicht auf die Einhaltung der
Grenzbedingungen für die vom Trägergas aufzunehmenden Trop
fengröße auch für die Strömungsgeschwindigkeit des Trägerga
ses im Umlenkungsbereich Grenzen gesetzt sind, läßt sich
gerade beim Erreichen der hierdurch vorgegebenen Obergrenzen
durch die zusätzliche Verdampfung von Flüssigkeitstropfen
über eine beheizbare Kontaktfläche in den Trägergasstrom
das Ergebnis noch verbessern. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird sowohl mit Verdampfung als auch ohne Verdamp
fung des abgeschiedenen Tropfenanteils eine aerosolartige
Vernebelung der Flüssigkeit erzielt, die es erlaubt, bei
spielsweise bei der Vernebelung von Heizöl, den mit Nebel
beladenen Trägergasstrom wie ein Brenngas über ein Leitungs
system zur Einsatzstelle zu führen, wobei lediglich die üb
lichen Bedingungen zur Vermeidung von Taupunktunterschreitun
gen und damit von Kondensationsvorgängen an den Kanalober
flächen, beispielsweise durch Beheizung des Trägergases
und/oder Beheizung der Kanalwände, einzuhalten sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
zumindest ein Teil der zu verdampfenden Tropfenanteile im
Zerstäubungsbereich an einer beheizbaren Kontaktfläche auf
gefangen und verdampft wird. Dies kann beispielsweise in
der Art und Weise erfolgen, daß ein Teil des Düsenstrahles,
beispielsweise durch eine breitfächernde Düse direkt auf
die beheizbaren Kontaktflächen auftrifft.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zumindest ein Teil
der zu verdampfenden Tropfenanteile im Umlenkbereich von
einer beheizbaren Kontaktfläche aufgefangen und verdampft
wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, daß der zu verdampfende Tropfenanteil von
der als Kontaktfläche dienenden Oberfläche eines offenporigen
Kontaktkörpers aufgenommen, im Kontaktkörper auf Siedetempe
ratur aufgeheizt und als Tropfen-Dampf-Gemisch von der Kon
taktfläche an den Trägergasstrom wieder abgegeben wird. Der
besondere Effekt dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung er
gibt sich dadurch, daß nicht nur der verdampfende Flüssig
keitsanteil in den Trägergasstrom gelangt, sondern daß durch
die Dampfbildung im Kontaktkörper sich an der Oberfläche
zugleich Flüssigkeitsblasen bilden, die infolge des nach
drückenden Dampfes zerplatzen, wobei ein Teil der Blasen
oberfläche als allerfeinste Tropfen in den Trägergasstrom
zurückgeschleudert werden. Dieser Vorgang ist insbesondere
dann sehr effektiv, wenn eine Flüssigkeit zu zerstäuben ist,
die aus Komponenten mit unterschiedlicher Siedetemperatur
zusammengesetzt ist. Die Aufheizung im Bereich des Kontakt
körpers braucht dann nur auf die Temperatur des niedrigsie
denden Flüssigkeitsanteils zu erfolgen. Da bei dieser Verfah
rensweise neben der Verdampfung ein Teil der Flüssigkeit
rein mechanisch in feinste Tröpfchen zerstäubt wird, ergibt
sich somit eine Reduzierung der notwendigen Heizenergie.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß der aus dem Trägergasstrom ausgeschiedene
und einem Rücklauf zusammengeflossene Tropfenanteil über
einen Wärmetauscher geführt wird und seine Wärme an die zur
Zerstäubung fließenden Flüssigkeit abgibt. Diese Verfahrens
weise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zumindest ein
Teil des Trägergasstroms vor der Einleitung in den Zerstäu
bungsbereich aufgeheizt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines in einem Trägergasstrom förderbaren Flüssigkeitsnebel,
insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit einer
Mischkammer, die mit wenigstens einem Einlaß für einen Trä
gergasstrom, wenigstens einer Zerstäuberdüse für die Einlei
tung einer Flüssigkeit als Tropfenkollektiv und wenigstens
einem Auslaß für den Flüssigkeitsnebel versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß
die Mischkammer mit Abstand zur Düsenmündung mit einer Um
lenkfläche für den mit dem Tropfenkollektiv beladenen Träger
gasanteil versehen ist, an die sich der Auslaß für den mit
dem Flüssigkeitsnebel beladenen Trägergasstrom anschließt,
und daß ein Abzug für die abgeschiedenen, zu einer Rücklauf
flüssigkeit zusammengeflossenen Tropfenanteile vorgesehen
ist. Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, durch
eine rein mechanische Maßnahme, nämlich die Umlenkung des
mit dem Tropfenkollektiv beladenen Trägergasstroms alle eine
vorgebbare Maximalgröße überschreitenden Tropfen aus dem
Tropfenkollektiv auszuscheiden und nur den feinsten, vorzugs
weise aerosolartigen Tropfenanteil mit dem Trägergasstrom
weiter zu transportieren. Die jeweils gewünschte maximale
Tropfengröße läßt sich durch den Grad der Umlenkung bestimmen.
Die größte Abscheidewirkung wird bei einer Umlenkung um 180°
erzielt, d.h. wenn zunächst der Trägergasstrom und der Düsen
strahl gleichsinnig geführt werden und eine möglichst gleich
mäßige Tropfenverteilung und eine entsprechende Beschleuni
gung der Tropfen erzielt wird, so daß anschließend durch
eine Umlenkung in Gegenrichtung nur Tropfen unter einer Maxi
malgröße von den Schleppkräften des Trägergasstromes mitge
nommen werden, während alle die Maximalgröße überschreitenden
Tropfen aufgrund der Massenkräfte im Umlenkungsbereich im
wesentlichen die ursprüngliche Bewegungsrichtung beibehalten
und somit aus dem Trägergasstrom, beispielsweise durch Auf
treffen auf eine Prallwand abgeschieden werden.
In der einfachsten Ausgestaltung kann der Düsenstrahl selbst
unter einem Winkel in den Trägergasstrom eingeführt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vor
gesehen, daß die Mischkammer im Düsenbereich mit wenigstens
einer vorzugsweise in Richtung des Düsenstrahles ausgerichte
ten Einlaßöffnung für mindestens einen Teil des Trägergases
versehen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bereits
eine innige Vermischung von Tropfen und Trägergas stattfinden
kann, wobei über die Strömungsgeschwindigkeit dieses Teil
stroms vor allem größere Tropfen noch beschleunigt werden
können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht darin,
daß der Trägergasstrom als Drallströmung in die Mischkammer
eingeführt werden kann, so daß bereits in diesem Bereich
für eine Abscheidung größerer Tropfen gesorgt ist. In zweck
mäßiger Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, daß die Düse
als Venturidüse ausgebildet und mit einer Zuleitung für Druck
luft zur Unterstützung der Zerstäubung verbunden ist. Die
erforderliche Primärluft bei der Anwendung als Ölzerstäuber
für einen nachgeschalteten Brenner läßt sich zur Unterstützung
der Zerstäubung in die Mischkammer einbringen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Mischkammer rohrförmig ausgebildet und koaxial zur Düse
angeordnet ist, daß das der Düse abgekehrte Ende der Misch
kammer in eine Umlenkkammer mündet und daß die der Einmündung
der Mischkammer gegenüberliegende Wand der Umlenkkammer als
Umlenkfläche ausgebildet ist.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Umlenkkammer koaxial die rohrförmige Mischkammer
umschließt und daß der Auslaß für den mit dem Flüssigkeits
nebel beladenen Trägergasstrom in Gegenstromrichtung zum
Düsenstrahl mit Abstand zur Einmündung der Mischkammer in
die Umlenkkammer angeordnet ist. Die hierdurch bedingte
scharfe Umlenkung des mit dem Tropfenkollektiv beladenen
Trägergasstrom gewährleistet, daß nur die feinsten Tröpfchen
vom Trägergasstrom mitgenommen werden können.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wan
dung der Mischkammer eine Kontaktfläche bildet und mit einer
Heizeinrichtung verbunden ist. Hierdurch ist gewährleistet,
daß bereits in der Mischkammer selbst die auf die Wandung
auftreffenden Tropfenanteile in den Trägergasstrom verdampft
werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
die Mischkammer mit ihrer Kontaktfläche rohrförmig ausgebildet
und der Trägergasstrom als Drallströmung in die Mischkammer
eingeführt wird. Die großen Tropfen werden hierbei weitgehend
im Einzugsbereich an die Wandung der Mischkammer ausgeschleu
dert, werden dann als Flüssigkeitsfilm vom Trägergasstrom
mitgeschleppt, so daß nach Art einer Dünnschichtverdampfung
der ausgeschleuderte Tropfenanteil in den Trägergasstrom
hinein verdampft werden kann. Im Umlenkbereich sind daher
nur noch größere Tropfen, die von der Drallströmung nicht
ausgeschleudert werden sind, aus dem Trägergasstrom auszu
scheiden. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, die Anordnung
eines Wischerrotors in der rohrförmigen Mischkammer, der
der Zerstäuberdüse zugeordnet ist. Hierdurch läßt sich prak
tisch die gesamte Flüssigkeitsmenge auch bei verhältnismäßig
grober Zerstäubung auf die Kontaktfläche aufbringen und dort
verdampfen. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn der Wischerrotor
mit wenigstens zwei radial ausgerichteten Wischerblättern
versehen ist, auf die jeweils wenigstens eine Düsenöffnung
mündet. Die auf die Wischerblätter auftreffenden Flüssigkeits
anteile werden durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleu
dert, so daß bei günstigster Durchströmung des Trägergases
durch die Mischkammer praktsich die gesamte Flüssigkeitsmenge
auf die Kontaktfläche gelangt und dort verdampfen kann. Die
Wischerblätter sind zweckmäßig schraubenartig oder propeller
artig geformt, so daß bei entsprechender Antriebsleistung
eines vorzugsweise drehzahlregelbaren Motors die Wischer
blätter als Ventilator für den durch die Mischkammer geführ
ten Trägergasstrom wirken, so daß zumindest der Durchfluß
widerstand in diesem Bereich reduziert ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß
die Umlenkfläche eine Kontaktfläche bildet und mit einer
Heizeinrichtung verbunden ist. Diese Anordnung kann allein
oder in Kombination mit einer als beheizbare Kontaktfläche
ausgebildeten Mischkammerwandung eingesetzt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Umlenkfläche durch einen im Trägergasstrom angeord
neten Umlenkkörper gebildet wird. Eine derartige Anordnung
ist insbesondere dann interessant, wenn der Trägergasstrom
und der Düsenstrahl insgesamt axial geführt werden, so daß
durch den Umlenkkörper lediglich sichergestellt werden soll,
daß große mitgeführte Tropfen insbesondere im Zentralbereich
des Trägergasstromes ausgeschieden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Kontaktfläche durch die freie Oberfläche
eines offenporigen Kontaktkörpers gebildet wird, der in
seinem der Kontaktfläche abgekehrten Bereich mit einer vor
zugsweise elektrischen Heizeinrichtung verbunden ist. Die
Anordnung eines derartigen offenporigen Kontaktkörpers, der
beispielsweise auch die Wandung der Mischkammer bilden kann,
wird insbesondere bei der Vernebelung von Flüssigkeitsgemi
schen mit Flüssigkeitsanteilen unterschiedlicher Siedetempe
ratur zweckmäßig eingesetzt. Die Flüssigkeit dringt aufgrund
der Kapillarwirkung in den Kontaktkörper ein, der niedrig
siedende Anteil verdampft und treibt unter Blasenbildung
an der Kontaktoberfläche den höhersiedenden, noch flüssigen
Flüssigkeitsanteil in Blasenform aus, wobei den die zerplat
zenden Blasen in Form feinster Tropfen in den Trägergasstrom
ausgeschleudert werden. Der offenporige Kontaktkörper besteht
mit Rücksicht auf eine gute Wärmeleitfähigkeit für den zu
erzielenden Verdampfungsvorgang zweckmäßigerweise aus einem
Sintermetall und weist zweckmäßigerweise eine Porosität auf,
die einem Hohlraumvolumen zwischen etwa 30 bis 80%, vorzugs
weise 40 bis 60% des Kontaktkörpervolumens entspricht. Der
mittlere Porendurchmesser im Kontaktkörper liegt zweckmäßiger
weise zwischen etwa 20 bis 150 µm, vorzugsweise zwischen
40 und 100 µm.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß im Bereich des Abzugs für die Rücklaufflüs
sigkeit ein sich in Abhängigkeit vom Druck in der Flüssig
keitszufuhr selbsttätig einstellendes Auslaßventil angeordnet
ist. Hierdurch ist ein einwandfreier Abzug der Rücklaufflüs
sigkeit aus der Misch- bzw. der Umlenkkammer gewährleistet,
da dann das Auslaßventil in Abhängigkeit von der über die
Zerstäuberdüse in die Mischkammer eingebrachten Flüssig
keitsmenge öffnet.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erläuterung des
Funktionsprinzips,
Fig. 2 einen Aerosolgenerator,
Fig. 3 einen Heizöl-Luft-Gemisch-Generator,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform für einen
Heizöl-Luft-Gemisch-Generator,
Fig. 5 eine Ausführungssform mit
Druckluftzerstäubung,
Fig. 6 eine Ausführungsform mit mechanischer
Zerstäubung auf eine beheizte
Kontaktfläche.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine
Mischkammer 1 vorgesehen, die beispielsweise einen Kreis
querschnitt aufweist. In die Mischkammer 1 mündet eine Zer
stäuberdüse 2, die über eine Rohrleitung 3 mit einer För
derpumpe 4 in Verbindung steht. Gleichachsig zur Zerstäuber
düse 2 münden in die Mischkammer 1 zwei Zuleitungen 5 für
die Einleitung eines Trägergases ein, das in der Mischkammer
in Gleichstrom zum Sprühstrahl 6 geführt wird.
Das über den Sprühstrahl 6 in den Trägergas-Teilstrom
eingebrachte Tropfenkollektiv wird nun umgelenkt. Dies kann,
wie in Fig. 1 schematisch angedeutet dadurch erfolgen, daß
das Trägergas-Tropfen-Gemisch in einen Trägergas-Hauptstrom
7 unter einem Winkel aufgegeben wird oder aber dadurch, daß
die gleichachsig zum Sprühstrahl 6 eingeführte gesamte Trä
gergasmenge durch eine entsprechende Abwinkelung des Strö
mungskanals umgelenkt wird. Dies ist in Fig. 1 durch die
gestrichelt dargestellte Verlängerung 9 der Seitenwand 8
der Mischkammer 1 angedeutet. Der Umlenkbereich bildet die
Umlenkkammer 22 mit Auslaß 21.
Die der Düse 2 unmittelbar gegenüberliegende Wandung 10 bil
det hierbei eine Umlenkfläche. Infolge der durch die Umlen
kung auf die größeren Tropfen einwirkenden Zentrifugalkräfte,
unterstützt durch die in etwa in gleicher Richtung ver
laufenden Massenkräfte, werden die großen Tropfen auf die
Umlenkfläche 10 ausgeschleudert (Pfeil 11), so daß nur die
feinsten Tropfenanteile im Umlenkungsbereich von der
Trägergasströmung als Nebel mitgenommen werden.
Die auf die Umlenkfläche 10 auftreffenden großen Tropfen
fließen zu einer Rücklaufflüssigkeit zusammen und können
als Rücklaufflüssigkeit über einen Abzug 13 aus der Vor
richtung abgezogen werden. Ein druckabhängig steuerbares
Auslaßventil, das über eine in der Zulaufleitung 3 liegende
Drucksteuereinrichtung 15 angesteuert wird, ist sicherge
stellt, daß der für die Rücklaufflüssigkeit zur Verfügung
stehende Ablaufquerschnitt immer proportional zur aufgege
benen Flüssigkeitsmenge steht.
Wird die Flüssigkeit in einen aufgeheizten Trägergasstrom
zerstäubt, so wird zweckmäßigerweise die in der Rücklauf
flüssigkeit enthaltene Wärmeenergie über einen Wärmetauscher
16 zurückgewonnen, der mit der Förderleitung 3 verbunden
ist.
Zur Verbesserung der Venebelungsleistung ist bei dem darge
stellten Ausführungsbeispiel der die Umlenkfläche 10 bildende
Wandteil 17 beispielsweise elektrisch beheizbar ausgebildet,
was durch die Heizstäbe 18 schematisch angedeutet ist. Die
auf der Umlenkfläche zu einem Flüssigkeitsfilm zusammenlau
fenden Flüssigkeitstropfen werden nun bei Aufheizung des
Wandteils 17 auf die Siedetemperatur der Flüssigkeit zumin
dest zum Teil verdampft, so daß der sich bildende Dampf
(Pfeil 19) vom Trägergasstrom mitgenommen wird. Der Aufwand
an Wärmeenergie ist verhältnismäßig gering, da nur eine dünne
Flüssigkeitsschicht zu verdampfen ist. Wichtig ist hierbei,
daß die als beheizbare Kontaktfläche dienende Umlenkfläche
10 in ausreichender Länge über den Aufprallbereich 20 der
großen Tropfen hinausreicht, so daß eine ungestörte Dampf
bildung erreicht wird.
Der die Kontaktfläche bildende Wandteil 17 kann zur Verbes
serung der Verdampfungsleistung auch als offenporiger
Kontaktkörper ausgebildet sein, so daß durch die Kapillar
wirkung die auftreffenden Tropfen aufgesogen werden, inner
halb des Kontaktkörpers wieder eine sehr schnelle Verdamp
fung stattfindet, wobei der sich bildende Dampf einen Teil
der Flüssigkeit unverdampft an die Oberfläche wieder heraus
treibt und hierbei Blasen bildet. Die Blasen zerplatzen,
wobei ein Teil der Blasenhaut in Form feinster Tropfen vom
Trägergasstrom zusammen mit dem Dampfanteil mitgerissen wird.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zu verne
belnde Flüssigkeit aus einem Gemisch von Flüssigkeiten mit
unterschiedlichem Siedepunkt gebildet wird. Der niedrigsie
dende Flüssigkeitsanteil verdampft und treibt hierbei den
höhersiedenden Flüssigkeitsanteil in Form feinster Tröpfchen
in den Trägergasstrom aus.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Vorrichtung schematisch dar
gestellt. Teile, die die gleiche Funktion besitzen, wie sie
anhand der Ausführungsform gem. Fig. 1 bereits beschrieben
wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Flüs
sigkeit wird über eine Düse 2 als Sprühstrahl 6 als Tropfen
kollektiv in eine Mischkammer 1 eingebracht. Ein Trägergas
strom wird über die Zuleitungen 5 gleichachsig zum Sprüh
strahl 6 in die Mischkammer 1 eingeführt, wobei je nach
Einsatzzweck der Trägergasstrom im Einleitungsbereich auch
als Drallströmung in die Mischkammer 1 eingeführt werden
kann.
Aus der rohrförmig ausgebildeten Mischkammer 1 wird der Strom
des Trägergas-Tropfen-Gemisches unter scharfer Umlenkung
um 180° über einen Auslaß 21 abgezogen, so daß vom Trägergas
nur die feinsten Tröpfchen mitgenommen werden können, da
in der Umlenkkammer 22 die Einwirkung der Schleppkräfte
größer ist als die Einwirkung der Zentrifugalkräfte.
Die die hierdurch vorgegebene Maximaltropfengröße überschrei
tenden Tropfen (Pfeil 11) werden gegen eine Umlenkfläche
10 ausgeworfen, von der sie dann über einen Abzug 13 aus
der durch den Umlenkbereich definierten Umlenkkammer 22
abgezogen werden. Die Umlenkfläche 10 kann hierbei wiederum
durch einen mit einer Heizeinrichtung 18 versehenen Umlenk
körper 17 ausgebildet sein, so daß die sich hierauf sammeln
den Tropfenanteile in den Trägergasstrom hinein verdampft
werden können (Pfeil 9). Auch hier kann der Umlenkkörper
17 wieder als offenporiger Kontaktkörper ausgebildet sein,
um die Vernebelungswirkung durch Verdampfung noch zu verbes
sern.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu
sätzlich zum Umlenkkörper auch die Wandung 23 der Mischkammer
1 beheizbar ausgebildet, so daß die auf die Oberfläche der
vorzugsweise rohrförmigen Mischkammer 1 auftreffenden Flüs
sigkeitsanteile in den Trägergasstrom hinein verdampft wer
den.
Will man die Leistung reduzieren, so kann die Beheizung der
Wandung der Mischkammer 1 unterbleiben. Die auf die Misch
kammerwandung auftreffenden Flüssigkeitsanteile laufen zu
einem Film zusammen, die an dem der Düse 2 abgekehrten Ende
der Mischkammer dann in Form von großen Tropfen abreißen,
die schon von ihrer Größe her nicht von der in diesem Bereich
umgelenkten Strömung mitgenommen werden können. Schaltet
man die Heizung in diesem Falle ein, wird entsprechend der
Heizleistung die sich auf der Innenwandung der Mischkammer
1 sammelnde Flüssigkeitsmenge in den Trägergasstrom hinein
verdampft, so daß hier neben einer Regelung über die Träger
gasmenge, die sich unmittelbar auf die Strömungsgeschwindig
keit innerhalb der Vorrichtung auswirkt, über die Heizlei
stung eine zusätzliche Regelungsmöglichkeit für das Mi
schungsverhältnis zwischen Trägergas und Flüssigkeitsnebel
Einfluß genommen werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform
kann wiederum die Innenwandung der Mischkammer 1 durch einen
offenporigen Kontaktkörper gebildet werden, so daß die vor
stehend bereits beschriebenen Verdampfungsvorgänge erfolgen
können.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, wie sie insbeson
dere als Heizölbrenner eingesetzt werden kann. Bei dieser
Auführungsform wird das Heizöl über eine Förderleitung 3
unter Druck einer Zerstäuberdüse 2 aufgegeben, deren Sprüh
strahl 6 axial in eine rohrförmige Mischkammer 1 eingeleitet
wird. Koaxial zur Düse 2 wird Verbrennungsluft über den Ein
laß 5 in die Mischkammer 1 eingeführt. Die Mischkammer 1
wird durch ein Rohr 25 aus einem gut wärmeleitenden Material
gebildet, dessen Wandung an seinem der Zerstäuberdüse 2 zuge
kehrten Ende mit einer Heizeinrichtung 18 versehen ist. Mit
Abstand zur Mündung der Zerstäuberdüse 2 ist im Rohrinnern
eine Umlenkplatte 26 angeordnet, durch die der mit Heizöl
tröpfchen beladene Trägergasstrom eine Umlenkung gegen die
Innenwandung des Rohres 25 erfährt, so daß größere Tropfen
gegen die Wandung ausgeschleudert werden, bzw. auf die
Umlenkfläche 26 auftreffende Tropfen zu größeren Tropfen
zusammenlaufen und bei vorzugsweise horizontaler Anordnung
der Vorrichtung auf der Sohle des Rohres 25 sammeln.
Bei Aufnahme des Betriebes wird zunächst über die Heizein
richtung 18 die Wandung im vorderen Teil der Mischkammer
1 aufgeheizt, so daß der auf die Wandung auftreffende Teil
der Flüssigkeitstropfen verdampft wird und von der Verbren
nungsluft zusammen mit den feinsten Tropfen als Öl-Dampf-
Luft-Gemisch über das Rohr 25 geführt wird. Die Mündung 27
des Rohres 25 ist hierbei in nicht näher dargestellter Weise
mit einem Flammenhalter versehen, so daß das Rohrende zu
gleich den Brenner bildet. Schon nach kurzer Betriebszeit
heizt sich das Rohr 25 auf, so daß über die Wärmeleitung
des Rohrmaterials auch der den Heizöleintrittsbereich der
Mischkammer 1 umschließende Teil der Rohrwandung hoch aufge
heizt wird und dementsprechend die Heizeinrichtung 18 abge
schaltet werden kann. Aufgrund der Aufheizung des Rohres
verdampfen zugleich auch noch etwa vom Strom der Verbren
nungsluft mitgerissene größere, an der Umlenkfläche 26
abgeschiedene Tropfen, so daß aus der Mündung 27 der
Heizölanteil praktisch nur noch als Dampf vom Strom mitge
führt wird, so daß der Brenner praktisch wie ein Gasbrenner
betrieben werden kann.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform für einen
Heizölbrenner. Bei dieser Ausführungsform wird der Sprüh
strahl 6 in eine allseitig geschlossene Mischkammer 1 ein
geleitet, in die über entsprechende Einlässe 5 koaxial zur
Zerstäuberdüse 2 zumindest ein Teil der erforderlichen Ver
brennungsluft eingeleitet wird. Der Sprühstrahl 6 ist gegen
eine mit Heizelementen versehene Umlenkfläche 10 gerichtet,
so daß über die seitlich und mit Abstand zur Umlenkfläche
10 angeordneten Auslässe 21 nur der mit dem feinsten Tropfen
anteil beladene Trägergasstrom austreten kann. Durch die
Beheizung der Umlenkfläche wird der dort auftreffende Flüs
sigkeitsanteil entsprechend der aufgegebenen Heizleistung
verdampft und ebenfalls vom Trägergasstrom über die Auslässe
21 mitgenommen. Der nicht verdampfte Flüssigkeitsanteil wird
bei der im Schnitt in einer Aufsicht dargestellten Anordnung
über einen im Bodenbereich angeordneten Abzug 13 aus der
Mischkammer 1 abgezogen.
Die Vorrichtung ist in einem Strömungskanal 28 angeordnet,
der den gesamten Luftbedarf für die Verbrennung führt. Über
einen entsprechenden Lufteinlaß 29 wird der für den Misch
vorgang benötigte und über die Zuleitungen 5 eingeleitete
Teil der Verbrennungsluft, vorzugsweise als Primärluftmenge
bemessen, aus der Gesamtluftströmung abgezweigt, so daß die
in dem verbleibenden Teilkanal 30 strömende Luftmenge die
Sekundärluftmenge bildet, die sich jedoch im Bereich der
Auslässe 21 wieder mit der mit Heizöldampf angereicherten
Primärluft mischt, so daß im Austrittsbereich 31 des
Strömungskanals 28 wiederum ein brennfähiges Gemisch vorliegt.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, wie sie speziell für die
Vernebelung von Heizöl vorgesehen ist. Der Aufbau entspricht
im wesentlichen der Anordnung gem. Fig. 2, so daß hierauf
Bezug genommen wird. Abweichend von der Anordnung gem. Fig. 2
ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Düse 2 als Venturidüse
ausgebildet, die über einen Luftkompressor 32 mit Luft bei
einem Druck von 200 bis 400 mb beaufschlagt wird. Der Luftvo
lumenstrom beträgt etwa 5% der stöchiometrischen Luftmenge,
die für die Verbrennung erforderlich ist. Das zu verdiesende
Öl wird über die Rohrleitung 3 durch eine Förderpumpe 4 in
die Düse eingebracht und von der Luft mitgerissen und hierbei
zerstäubt. Durch den in der Erweiterung expandierenden Luft
strahl werden die Tröpfchen nach außen gerissen und als
beheizbare offenporige Kontaktfläche ausgebildete Wandung
23 der Mischkammer 1 aufgesprüht, so daß die auftreffenden
Flüssigkeitsanteile in den Trägergasstrom hinein verdampft
werden.
Im Bodenbereich ist ein Abzug 13 vorgesehen, der über ein
Ventil 33 mit der Rohrleitung 3 in Verbindung steht, so daß
die nicht verdampften und bei der Umlenkung in der Umlenk
kammer 22 abgeschiedenen groben Tropfen als geringe Flüssig
keitsmenge der frisch zugeführten Heizölmenge zugemischt
werden können.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform, die im
übrigen dem Aufbau der Ausführungsform gem. Fig. 5 ent
spricht, ist in die Mischkammer 1 ein Wischerrotor 34 einge
setzt, der mit wenigstens zwei Rotorflügeln 35 versehen ist,
die mit geringem Abstand zur Wandung 23 der Kontaktfläche
der Mischkammer 1 enden. Der Wischerrotor 34 ist nur schema
tisch angedeutet und kann in seiner konstruktiven Ausgestal
tung anders ausgebildet sein als dies in der Zeichnung
dargestellt ist. Der Wischerrotor wird über einen Motor 36
angetrieben. Über eine Axialbohrung 37 in der Welle 38 des
Wischerrotors 34 wird das zu zerstäubende Heizöl über
Düsenöffnungen 2 auf die Wischerblätter 35 aufgebracht und
hierbei radial nach außen gegen die Wandung 23 geschleudert,
so daß praktisch die gesamte eingedüste Menge auf die be
heizbare offenporige Kontaktfläche auftrifft und dort ver
dampft wird. Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird hierbei
in Form eines dünnen Films oder einer Filmsträhne nach außen
geschleudert, so daß von der Außenkante der Wischerblätter
bereits feinste Tröpfchen auf die Kontaktfläche auftreffen,
so daß hier eine sehr schnelle Verdampfung in der vorbe
schriebenen Weise stattfinden kann.
Die Düsenöffnungen 2 können auch unter einem Winkel gegenüber
der Ebene der Wischerblätter aus der Rotorwelle 2 ausmünden,
so daß zunächst in den Freiraum zwischen zwei benachbarten
Wischerblättern eine Zerstäubung in Tröpfchenform stattfin
det. Die feinsten Tröpfchen werden durch den Trägergasstrom
mitgenommen, während die gröberen Tröpfchen von den Flächen
der Wischerblätter erfaßt und wie vorstehend bereits be
schrieben, nach filmartiger Verteilung auf der Wischerblatt
fläche auf die Kontaktfläche ausgeschleudert werden.
Die Wischerblätter können, bezogen auf die Drehachse,
geradlienig, aber auch wendelförmig verlaufend ausgebildet
sein. Die Ausrichtung bei einem wendelförmigen Verlauf muß
so vorgenommen werden, daß bezogen auf die Drehrichtung die
Wischerblätter gleichzeitig auf die über die Zuleitungen
5 eingeleitete Trägerluft in Durchströmungsrichtung fördernd
wirken.
Claims (20)
1. Verfahren zur Erzeugung eines in einem Trägergasstrom
förderbaren Flüssigkeitsnebel, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit in einen Trägergasstrom als Tropfenkol
lektiv zerstäubt, das Tropfenkollektiv im Trägergasstrom
umgelenkt wird und im Umlenkungsbereich aus dem Tropfenkollek
tiv Tropfen, die eine Maximalgröße überschreiten, aus dem
Trägergasstrom ausgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest ein Teil des Tropfenkollektivs, insbesondere der
eine Maximalgröße überschreitende Tropfenanteil, von wenig
stens einer beheizbaren Kontaktfläche aufgefangen und zu
mindest zum Teil in den Trägergasstrom verdampft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Teil der zu verdampfenden Tropfenanteile
im Zerstäubungsbereich von einer beheizbaren Kontaktfläche
aufgefangen und verdampft wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zu verdampfenden
Tropfenanteile im Umlenkbereich von einer beheizbaren
Kontaktfläche aufgefangen und verdampft wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der zu verdampfenden Tropfenanteil von
der als Kontaktfläche dienenden Oberfläche eines offenporigen
Kontaktkörpers aufgenommen, im Kontaktkörper auf Siedetempe
ratur aufgeheizt und als Tropfen-Dampf-Gemisch über der
Kontaktfläche an den Trägergasstrom wieder abgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der aus dem Trägergasstrom ausgeschiedene
und zu einem Rücklauf zusammengeflossene Tropfenanteil über
einen Wärmetauscher geführt wird und seine Wärme an die zur
Zerstäubung fließende Flüssigkeit abgibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom vor der Einleitung
in den Zerstäuberbereich aufgeheizt wird.
8. Vorrichtung zur Erzeugung eines in einem Trägergasstrom
förderbaren Flüssigkeitsnebels, insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, mit einer Misch
kammer, die mit wenigstens einem Einlaß für einen Trägergas
strom, wenigstens einer Zerstäuberdüse für die Einleitung
einer Flüssigkeit als Tropfenkollektiv und wenigstens einem
Auslaß für den mit dem Flüssigkeitsnebel beladenen Trägergas
strom versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkam
mer (1) mit Abstand zur Düsenmündung mit einer Umlenkfläche
(10) für den mit dem Tropfenkollektiv beladenen Trägergasan
teil versehen ist, an die sich der Auslaß für den mit dem
Flüsssigkeitsnebel beladenen Trägergasstrom anschließt, und
daß ein Abzug (13) für die abgeschiedenen, zu einer Rücklauf
flüssigkeit zusammengeflossenen Tropfenanteile vorgesehen
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischkammer (1) im Düsenbereich mit wenigstens einer,
vorzugsweise in Richtung des Sprühstrahles (6) ausgerichteten
Einlaßöffnung (5) für mindestens einen Teil des Trägergas
stromes versehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Düse (2) als Venturidüse ausgebildet und mit
einer Zuleitung (5) für Druckluft zur Unterstützung der
Zerstäubung verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mischkammer (1) rohrförmig ausgebildet
und koaxial zur Düse (2) angeordnet ist, daß das der Düse
(2) abgekehrte Ende (24) der Mischkammer (1) in eine Umlenk
kammer (22) mündet und daß die der Einmündung der Mischkammer
(19 gegenüberliegende Wandung der Umlenkkammer (22) als
Umlenkfläche (10) ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umlenkkammer (22) koaxial die rohr
förmige Mischkammer (1) umschließt und daß der Auslaß (21)
für den mit dem Flüssigkeitsnebel beladenen Trägergasstrom
in Gegenstromrichtung zum Düsenstrahl (6) mit Abstand zur
Einmündung der Mischkammer (1) in die Umlenkkammer (22)
angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandung der Mischkammer (1) eine
Kontaktfläche bildet und mit einer Heizeinrichtung (18)
verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß in der rohrförmigen Mischkammer (1) ein
Wischerrotor (34) angeordnet ist, der der Zerstäuberdüse
(2 ) zugeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wischerrotor (34) mit wenigstens zwei radial ausgerich
teten Wischerblättern (35) versehen ist, auf die jeweils
wenigstens eine Düsenöffnung ausmündet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche (10) eine Kontaktfläche
bildet und mit einer Heizeinrichtung (18) verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche (10) durch einen im
Trägergasstrom angeordneten Umlenkkörper (17; 26) gebildet
wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche durch die Oberfläche
eines offenporigen Kontaktkörpers gebildet wird, der in
seinem der Kontaktfläche abgekehrten Bereich mit einer
vorzugsweise elektrischen Heizeinrichtung (18) verbunden
ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich des Abzugs (13) für die
Rücklaufflüssigkeit ein sich in Abhängigkeit vom Druck in
der Flüssigkeitszufuhr (3) selbsttätig einstellendes
Auslaßventil (14) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich des Abzugs (13) für die
Rücklaufflüssigkeit ein Wärmetauscher (16) angeordnet ist,
der in der Rücklaufflüssigkeit liegt und durch den die zur
Zerstäuberdüse (2) gelangende Flüssigkeit hindurchgeführt
wird.
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