РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ ФОРСУНКА
SPRAYING NOZZLE

Изобретение относится к распылительной форсунке для распыления текучей среды, в частности, жидкости, содержащей сопловое отверстие, камеру вращения и по меньшей мере один подводящий канал для подачи текучей среды в камеру вращения, причем по меньшей мере один подводящий канал присоединен к камере вращения через по меньшей мере одно впускное отверстие.
Распыление текучих сред, в частности, жидкостей, как, например, вода, применяется во многих областях. При распылении или образовании тумана жидкость разбивается на мелкие капли, то есть аэрозоль, например, спрей, причем капли находятся в газе-носителе, например, воздухе. Распыление воды или образование тумана используется, например, в противопожарной защите, причем распыленная до тумана вода используется для снижения температуры и вытеснения кислорода. Кроме того, распыляемая вода может связывать токсичные дымовые газы. Влажный туман может также применяться для связывания пыли и запахов, для охлаждения, для улучшения микроклимата помещения, для регулирования влажности и для соблюдения антистатических предписаний. В сельском хозяйстве, например, распыленную воду можно использовать для адиабатического охлаждения животноводческих помещений. В учреждениях с высокими гигиеническими стандартами распыляемые дезинфекционные средства могут применяться, например, для обеззараживания.
Например, из DE 10/138622 C2 известен распылитель для распыления жидкости, который предусмотрен для распыления воды для улучшения климата в местах содержания животных. Распылитель содержит сопловое отверстие и находящуюся перед сопловым отверстием камеру вращения с несколькими примерно тангенциально соединяющимися с камерой вращения ротационными каналами для приведения жидкости во вращательное движение коаксиально сопловому отверстию. Воду перед распылением приводят во вращательное движение, чтобы получить как можно меньшие размеры капель.
Для достижения оптимальной эффективности распылителя, например, для применения в технологии кондиционирования воздуха или для связывания пыли и частиц грязи, а также для использования в противопожарной защите, жидкость необходимо разбить на капли как можно меньшего размера.
В основе изобретения стоит задача предложить распылительную форсунку для распыления текучей среды, которая позволяет достичь максимально малого размера капель.
Поставленная задача решена распылительной форсункой с признаками пункта 1 формулы изобретения. Усовершенствования и предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах.
В распылительной форсунке для распыления текучей среды, в частности, жидкости, содержащей сопловое отверстие, камеру вращения и по меньшей мере один подводящий канал для подачи текучей среды в камеру вращения, причем по меньшей мере один подводящий канал соединен с камерой вращения через по меньшей мере одно впускное отверстие, согласно изобретению предусмотрено, что камера вращения имеет изогнутое дно, что указанное дно изогнуто в противоположную сторону от соплового отверстия, и что по меньшей мере один подводящий канал ориентирован в направлении дна.
Распылительная форсунка содержит камеру вращения, в которой распыляемая текучая среда приводится во вращение. Под распыляемой текучей средой предпочтительно имеется в виду жидкость, например, вода. Предпочтительно, поперечное сечение камеры вращения выполнено осесимметричным, в частности, круглым. Распыляемая жидкость вводится в камеру вращения через по меньшей мере один, предпочтительно два подводящих канала. Для этого камера вращения содержит впускные отверстия, через которые подводящие каналы соединяются с камерой вращения. Подводящие каналы расположены тангенциально к поперечному сечению камеры вращения и примыкают к ней по касательной. В частности, в проекции на плоскость поперечного сечения камеры вращения подводящие каналы проходят тангенциально к поперечному сечению камеры вращения. При этом подводящие каналы предпочтительно расположены так, чтобы направления течения жидкости в подводящих каналах в проекции на плоскость поперечного сечения были ориентированы в противоположные стороны. Впускные отверстия предпочтительно равномерно распределены по периметру поперечного сечения камеры вращения. В частности, два впускных отверстия расположены на расстоянии друг от друга, составляющем половину периметра. Благодаря по меньшей мере приблизительно тангенциальному вводу распыляемой жидкости в камеру вращения и осесимметричному поперечному сечению камеры вращения жидкость приводится во вращение, соосное сопловому отверстию. Так как оба подводящих канала соединены с камерой вращения, и направления течения жидкости в подводящих каналах в проекции на плоскость поперечного сечения ориентированы противоположно друг другу, вращению жидкости помогают оба подводящих канала. Камера вращения имеет изогнутое дно, которое находится на противоположном от соплового отверстия конце камеры вращения. При этом кривизна дна направлена в противоположную сторону от плоскости, в которой находится сопловое отверстие. Таким образом, по отношению к плоскости, в которой лежит сопловое отверстие, дно имеет выпуклую кривизну. Подводящие каналы, помимо тангенциального расположения относительно поперечного сечения камеры вращения, расположены также тангенциально к кривизне свода дна. Впускные отверстия обращены к дну, так что распыляемая жидкость вводится в камеру вращения в направлении дна. Таким образом, направление течения распыляемой жидкости при входе в камеру вращения ориентировано в направлении дна и от соплового отверстия. Например, свод дна может быть образован в виде полусферы. При этом точка, вокруг которой радиус описывает полусферу, лежит на высоте плоскости, определяющей впускного отверстия. В частности, исходная точка полусферы находится на центральной оси симметрии камеры вращения и соплового отверстия. Дно предпочтительно имеет меньшую кривизну, чем полусфера. Камера вращения может иметь конические внутренние стенки, располагающиеся между сопловым отверстием и дном. Впускные отверстия подводящих каналов находятся в области перехода от конической зоны камеры вращения к изогнутому дну камеры вращения. Благодаря подаче распыляемой текучей среды в эту область, в частности, благодаря введению в направлении изогнутого дна, достигается особенно хорошее распределение давления во всей камере вращения, а также ускорение подводимой текучей среды в направлении соплового отверстия. При выходе жидкости из соплового отверстия действие высокой центробежной силы обеспечивает хорошее распыление молекул жидкости.
В одном усовершенствованном варианте изобретения камера вращения по меньшей мере местами имеет коническую форму, и камера вращения расширяется, начиная с соплового отверстия, в направлении впускного отверстия. Камера вращения имеет коническую форму, при которой стенки камеры вращения расширяются, начиная от соплового отверстия, в направлении впускных отверстий подводящих каналов. Это позволяет образовать столб жидкости с очень высокой скоростью вращения. При этом, в частности, ось вращения, совпадающая с осью соплового отверстия, чтобы столб жидкости вращался, имеет очень высокую скорость вращения, так как здесь действуют очень низкие силы трения. Конусообразные боковые стенки обеспечивают, что между сопловым отверстием и впускными отверстиями подводящих каналов образуется почти постоянное отношение давлений, так что можно достичь максимально ламинарного, без турбулентности, движения потока. Кроме того, благодаря конусообразным боковым стенкам достигается проведение вращающегося столба жидкости в направлении соплового отверстия. При этом скорость течения, в частности, скорость вращения, столба жидкости повышается в направлении соплового отверстия. Это позволяет получить очень мелкие капли распыляемой жидкости даже при низком давлении жидкости.
В одном усовершенствованном варианте изобретения по меньшей мере одно впускное отверстие находится в области наибольшего просвета камеры вращения. Внутренние стенки камеры вращения могут иметь коническую форму. Подводящие каналы по меньшей мере в проекции на плоскость поперечного сечения расположены тангенциально к поперечному сечению камеры вращения. Кроме того, подводящие каналы расположены тангенциально к кривизне дна и имеют впускные отверстия во внутренней стенке камеры вращения. Расположение впускных отверстий в области наибольшего просвета камеры вращения, то есть в самом широком месте камеры вращения - в области самого большого внутреннего диаметра камеры вращения, и введение в направлении дна обеспечивают равномерное нарастание давления в камере вращения. Прежде чем распыляемая среда сможет выйти из камеры вращения через сопловое отверстие, она должна пройти через всю камеру вращения.
В одном усовершенствованном варианте изобретения по меньшей мере один подводящий канал проходит, по меньшей мере, местами тангенциально к кривизне изогнутого дна. Изогнутое дно камеры вращения имеет кривизну, обращенную в противоположную сторону от соплового отверстия. Впускные каналы в проекции на плоскость, определяемую краями изогнутого дна, расположены тангенциально к поперечному сечению камеры вращения. Кроме того, подводящие каналы расположены тангенциально к кривизне изогнутого дна. При этом, в частности, подводящие каналы и, тем самым, впускные отверстия ориентированы в сторону дна, так что жидкость, проводимая через подводящие каналы, вводится в камеру вращения в направлении дна. Таким образом, введенная жидкость течет вдоль изогнутого дна. Благодаря введению жидкости в направлении дна и, в частности, благодаря течению вдоль поверхности изогнутого дна обеспечивается бесперебойное проведение жидкости в направлении соплового отверстия. Кроме того, благодаря тангенциальному относительно поперечного сечения расположению камеры вращения обеспечивается вращательное движение жидкости, а также ускорение в направлении соплового отверстия. Это приводит к особенно тонкому распылению распыляемой жидкости при выходе из соплового отверстия.
В одном усовершенствованном варианте изобретения края дна лежат в одной плоскости, и эта плоскость параллельна плоскости, определямой сопловым отверстием. Края дна образованы областью, в которой кривизна дна переходит в изогнутую форму камеры вращения. Края изогнутого дна образуют плоскость, параллельную плоскости, в которой лежат сопловые отверстия. Такое расположение дна по отношению к сопловому отверстию обеспечивает однородное распределение давления в камере вращения и ускорение подаваемой жидкости за счет изогнутости дна.
В одном усовершенствованном варианте изобретения по меньшей мере один подводящий канал по меньшей мере местами проходит под углом к плоскости, определяемой краем зоны дна. Подводящие каналы расположены тангенциально к кривизне зоны дна. Таким образом, подводящие каналы по меньшей мере местами проходят под углом к плоскости, образованной краем зоны дна.
В одном усовершенствованном варианте изобретения распылительная форсунка выполнена по меньшей мере из двух частей, а именно распылительная форсунка имеет донную часть, содержащую изогнутое дно, и часть с соплом, содержащую сопловое отверстие, и в донной части образован по меньшей мере один подводящий канал. Конструкция из двух частей позволяет модульную сборку распылительной форсунки. Содержащая сопловое отверстие часть с соплом может иметь, например, высверленное отверстие или отверстие, выполненное иным образом, которое образует сопловое отверстие. Камера вращения может быть образована как сообщающееся с сопловым отверстием углубление в части с соплом с коническими стенками. В донной части изогнутое дно распылительной форсунки может быть образовано, например, как углубление, в частности, изогнутое углубление. Элемент с углублением так расположен по отношению к части с соплом, чтобы края, ограничивающие углубление, и края конической области камеры вращения примыкали друг к другу. В донной части подводящие каналы для подачи жидкости в камеру вращения могут быть образованы, например, как высверленные отверстия, проходящие под углом к плоскости, определяемой краем углубления.
В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один подводящий канал выполнен в виде прохода в донную часть. Донная часть может быть выполнена по существу цилиндрической. Дно камеры вращения может быть образовано как изогнутое углубление в торцевой стороне донной части. Например, донная часть может иметь на образующей зону дна торцевой стороне проходы, которые образуют, по меньшей мере местами, подводящие каналы. Например, эти проходы могут представлять собой отверстия, которые расположены тангенциально к кривизне дна и которые заканчиваются в углублении зоны дна.
В одном усовершенствованном варианте изобретения распылительная форсунка имеет две конические области, расположенные между плоскостью, определяемой краями дна, и плоскостью, определяемой сопловым отверстием, и обе конические области имеют разные углы конуса. При этом от соплового отверстия может идти полая цилиндрическая область, к которой примыкает первая коническая область камеры вращения, которая примыкает ко второй конической области. Первая коническая область имеет при этом меньший угол клина относительно плоскости соплового отверстия, чем вторая коническая область. Конфигурация с двумя коническими областями обеспечивает особенно равномерное распределение давления в камере вращения.
В одном усовершенствовании изобретения распылительная форсунка содержит по меньшей мере одну цилиндрическую область, и указанная цилиндрическая область находится между сопловым отверстием и конической областью. Для присоединения конической области к сопловому отверстию сопловое отверстие содержит полую цилиндрическую зону, то есть область в виде втулки. Цилиндрическая стенка соплового отверстия переходит в коническую область камеры вращения.
В одном усовершенствованном варианте изобретения часть с соплом по меньшей мере местами образована в виде втулки, центральная ось симметрии соплового отверстия совпадает с центральной осью симметрии зоны в виде втулки, зона в виде втулки предназначена для вмещения, по меньшей мере местами, донной части, и между донной частью и частью с соплом образован по меньшей мере один канал для проведения жидкости. Содержащая сопловое отверстие часть с соплом может включать область в форме втулки, в которую может вставляться донная часть, предпочтительно выполненная по существу в форме цилиндра. В собранном состояние центральная ось симметрии области в виде втулки совпадает с центральной осью симметрии камеры вращения и соплового отверстия, а также с центральной осью симметрии дна. Таким образом, дно камеры вращения, а также сопловое отверстие могут располагаться одно под другим. Между стенкой по существу цилиндрической донной части и внутренней стенкой зоны в виде втулки части с соплом может быть образован кольцевой зазор, через который жидкость может проникать в подводящий канал распылительной форсунки и, таким образом, может вводиться в камеру вращения.
Далее изобретение подробнее поясняется на примере осуществления, представленном на чертежах. В частности, схематически показано:
фиг. 1:
распылительная форсунка в частичном виде в разрезе,
фиг. 2:
проекция поперечного сечения распылительной форсунки с двумя подводящими каналами, и
фиг. 3:
распылительная форсунка, состоящая из двух частей, с частью с соплом и донной частью, в виде в разрезе.
На фиг. 1 показан продольный разрез распылительной форсунки 1 согласно изобретению с сопловым отверстием 2 и камерой вращения 3. К камере вращения 3 примыкают подводящие каналы для подачи жидкости в камеру вращения 3 через впускные отверстия 4. Внутренние стенки камеры вращения 3 имеют коническую форму от соплового отверстия 2 в направлении впускного отверстия 4, причем камера вращения 3 в этом направлении расширяется. Камера вращения 3 имеет изогнутое дно 5, примыкающее к конической области. Дно 5 имеет выпуклую кривизну относительно плоскости, определяемой сопловым отверстием 2, то есть эта кривизна ориентирована в противоположную сторону от соплового отверстия 2. Между областью дна 5 и конической областью камера вращения 3 имеет наибольший просвет. В этой зоне находится впускное отверстие 4. В проекции подводящих каналов на плоскость, определяемой сопловым отверстием, подводящие каналы расположены тангенциально к предпочтительно круглому поперечному сечению камеры вращения 3. При введении жидкости, в частности, воды, она приводится во вращение в камере вращения 3 и из-за изогнутого свода дна 5 ускоряется в направлении соплового отверстия 2. При выходе вращающейся жидкости из соплового отверстия 2 происходит тонкое распыление жидкости.
На фиг. 2 показана проекция распылительной форсунки 1 на плоскость поперечного сечения камеры вращения 3 распылительной форсунки 1. В проекции на эту плоскость подводящие каналы 6, 7 расположены тангенциально к осесимметричному поперечному сечению камеры вращения 3. Подводящие каналы 6, 7 соединяются с камерой вращения 3 через впускные отверстия 4, 8. Направления течения жидкости в обоих подводящих каналах 6, 7 в проекции ориентированы противоположно, так что вращательное движение жидкости облегчается обоими подводящими каналами 6, 7. Впускные отверстия 4, 8 расположены на расстоянии друг от друга, равном половине окружности камеры вращения 3.
На фиг. 3 показана распылительная форсунка 1, состоящая из двух частей, а именно донной части 9 и части 10 с соплом. Часть 10 с соплом имеет сопловое отверстие 2, от которого начинается цилиндрическая часть 11 в виде втулки. К цилиндрической части 11 примыкает первая коническая область 12, которая переходит во вторую коническую область 13. Камера вращения 3 образована первой конической областью 12 и второй областью 13. По отношению к плоскости, образованной сопловым отверстием 2, первая коническая область 12 имеет меньший угол подъема, чем вторая коническая область 13. Вторая коническая область 13 примыкает к дну 5. Дно 5 образовано изогнутым углублением в донной части 9. Радиус наибольшего просвета камеры вращения 3 соответствует радиусу углубления, образующего дно 5. В донной части 9 образован по меньшей мере один подводящий канал 6, 7, например, как проход. Подводящий канал 6 образован, например, посредством высверленного отверстия в донной части 9, причем отверстие образовано на торцевой стороне по существу цилиндрической донной части. Подводящие каналы 6, 7 ориентированы в направлении дна 5 и прилегают, благодаря тангенциальному расположению относительно кривизны дна 5, к своду дна 5. Впускные отверстия 4, 8 обращены к дну 5. Кроме того, подводящие каналы 6, 7 проходят, по меньшей мере в проекции на плоскость, определяемую краем дна 5 камеры вращения 3, тангенциально к круглому поперечному сечению камеры вращения 3. Таким образом, подводящие каналы 6, 7 проходят под углом к плоскости, определяемой краем дна 5. Таким образом, жидкость, вводимая через подводящие каналы 6, 7 в камеру вращения 3, проводится вдоль изогнутого дна 5 и внутренних стенок камеры вращения 3 в направлении соплового отверстия. Благодаря осесимметричной конструкции камеры вращения 3 жидкость приводится во вращение. Часть 10 с соплом содержит участок 14 в форме втулки, который принимает донную часть 9. Донная часть 9 является по существу цилиндрической. Между наружными стенками донной части 9 и стенками области 14 в форме втулки части с соплом образован зазор 15. Через зазор 15 распыляемая жидкость может проникать в подводящий канал 6 и, таким образом, попадать в камеру вращения 3.
Все признаки, названные в описании выше и в формуле изобретения, можно произвольным образом комбинировать с признаками независимого пункта формулы. Таким образом, раскрытие изобретение не ограничено комбинациями описанных или заявленных признаков, напротив, все комбинации признаков, приемлемые в рамках изобретения, должны рассматриваться как раскрытые.