DE68910330T2 - Verfahren und vorrichtung zum versprühen von flüssigkeiten. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten für unterschiedliche Zwecke, beispielsweise zur Bildung eines Kühl-, Befeuchtungs oder Sprühnebels.
• In der Stahlindustrie werden üblicherweise lange Reihen von Düsen verwendet zur Kühlung von Stahlplatten, welche Düsen Wasser in zerstäubter Form auf die Platte sprühen. Es ist wünschenswert, daß die Wassertropfen so klein wie möglich sind, damit die größtmögliche Kühlung erreicht wird. Die Düsen, die üblicherweise verwendet werden, weisen feine Düsenöffnungen auf, durch die Wasser mit Hilfe von komprimierter Luft bei hohem Druck (üblicherweise um 600 kPa) hindurchgedrückt wird. Das erfordert die Verwendung von stark gereinigtem Wasser. Trotzdem ergeben sich oft Probleme durch Verstopfung der Düsen. Dies wird teilweise verursacht durch die heiße Umgebung. in den meisten Fällen wird das Wasser nicht fein genug verteilt. Die Erzeugung des erforderlichen hohen Luftdrucks ist im übrigen in diesem Zusammenhang teuer.
• Als Beispiele für unterschiedliche Kühlanordnungen gemäß dem Stand der Technik kann Bezug genommen werden auf die JP 59-189052 und die SE-B 434347.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeit zu schaffen, die in einfacherer, wirksamerer und zuverlässigerer Weise als bisher Kühlwasser im gewünschten Maße zerstäuben, und zwar ohne Verwendung extremer Luftdrücke, die jedoch auch verwendet werden können für andere Zwecke, bei denen das Zerstäuben einer Flüssigkeit erforderlich ist, beispielsweise beim Befeuchten von Gewächshäusern oder Verteilen von Kunstdüngernebeln in diesen, Befeuchten von Holzlagern etc. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung haben die in den nachfolgenden Ansprüche angegebenen, herausragenden Merkmale.
• Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung bauen teilweise auf auf dem sogenannten Strahlpumpenprinzip wie es Beispielsweise in "Svensk Pumpmarknad", veröffentlicht in EuroContact AB. 1977, Seiten 212-215, beschrieben ist. Entsprechend dem Grundkonzept der Erfindung kann ein Treibgas (z.B. Luft), das in eine Düse strömt, in an sich bekannter Weise durch Düsenstrahlwirkung ein äußeres gasförmiges Medium (z.B. Umgebungsluft) mitreißen. Das mitgenommene Medium kann eine Flüssigkeit mitnehmen, die angesaugt worden ist oder durch Düsenstrahlwirkung in die Strömungsbahn des Mediums gezwungen wird. Auf diese Weise ergibt sich eine ausgezeichnete Zerstäubung der kontinuierlich mitgenommenen Flüssigkeit in dem gemischten Gasstrom, so daß ein wirksamer Flüssigkeitsnebel den Düsenauslaß verlassen kann.
• Im folgenden soll die Erfindung genauer im Hinblick auf einige spezielle Ausführungsformen beschrieben werden. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
• Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeit entsprechend der Erfindung ist, die im wesentlichen zum Abwärts-Sprühen vorgesehen ist;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung in Fig. 1 ist;
• Fig. 3 ein Querschnitt durch eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1 und 2 ist, die jedoch im wesentlichen zum Aufwärts-Sprühen vorgesehen ist.
• Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemaß Fig. 3 ist;
• Fig. 5 eine Seitenansicht von zwei ähnlichen Vorrichtungen zu Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 ist, die vorgesehen sind zum Kühlen einer Stahlplatte.
• Die Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeit gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches Düsenelement 1 mit einer Einlaßöffnung 1 und einer Auslaßöffnung 3. Im Einlaßbereich ist das Düsenelement 2 umgeben durch einen ringförmigen Behälter 4 für Flüssigkeit, z.B. Kühlwasser, das durch das Düsenelement 1 zerstäubt und versprüht werden soll.
• Der Flüssigkeitsbehälter 4 ist einstückig mit dem Düsenelement 1 ausgebildet und mit einem Flanschbereich 5 versehen, von dessen äußerer Ecke eine Seitenwand 6 aufwärts verläuft, so daß ein ringförmiger Raum gebildet wird zwischen dem oberen Teil des Düsenelements 1 und der Behälterwand 6. Eine konzentrische Trennwand 7 erstreckt sich abwärts von einem oberen Bereich 8 des Behälters bis kurz vor den Boden des Behälters 4, das heißt bis zu dem Flansch 5. Die Trennwand unterteilt den Behälter 4 in zwei ringförmige Kammern, die miteinander im unteren Bereich in Verbindung stehen. Durch Verdickung der Wand des Düsenelements wird erreicht, daß die innere Wand der inneren Kammer, das heißt die äußere Wand des Düsenelements 1, im oberen Bereich radial etwas nach außen vorspringt, so daß ein relativ enger, ringförmiger Spalt 9 gebildet wird zwischen der Trennwand 7 und dem oberen Teil des Düsenelements. Ein Flüssigkeits-Zufuhrrohr 10 ist im unteren Bereich mit den ringförmigen Behälter 4 verbunden. Der obere Bereich 8 des Behälters, der nur die äußere ringförmige Kammer abdeckt, ist mit einer oder mehreren nicht dargestellten Öffnungen versehen, die eine Verbindung der äußeren Kammer mit dem umgebenden Luftdruck gestatten. Durch geeignete Einrichtungen, die nicht im einzelnen beschrieben sind, wird ein vorgegebener konstanter Flüssigkeitsspiegel 11 in der äußeren Kammer und auch in der inneren Kammer aufrechterhalten, wenn die Vorrichtung abgeschaltet ist, wie unten genauer erläutert werden soll.
• Das Innere des Düsenelements 1 weist einen konvergierenden Einlaßbereich 12, einen rohrförmigen Mischbereich 13 und einen schwach konvergierenden Diffusor-Bereich 13a auf, der an der Düsenöffnung 3 endet.
• Eine Düse 14 ist im Ende eines Gaszufuhrrohres 15 angeordnet und ragt etwas in die Düsöffnung 2 hinein. Durch das Gaszufuhrrohr 15 wird ein Gas oder Gasgemisch wie Luft, Stickstoff oder Wasserstoff, das für den jeweiligen Zweck gewünscht ist, eingeblasen mit Hilfe einer nicht gezeigten Vorrichtung, wie eines Gebläses, eines Gasbehälters etc. Der rohrförmige Bereich der Düse 14 tritt aus dem Gaszufuhrrohr 15 aus und ist mit Gewinde versehen und in den oberen Teil eines jochförmigen Halters 16 eingeschraubt, dessen unterer Teil an der äußeren Wand des Flüssigkeits-Behälters 4 befestigt ist.
• Ein Einstellring 17, dessen unterer Teil radial nach außen leicht über die Trennwand 7 hinausläuft, ist auf den unteren, rohrförmigen Teil der Düse 14 aufgeschraubt, so daß ein Spalt 18 gebildet wird zwischen dem Einstellring 17 und der oberen Oberfläche des Düsenelements 1. Dieser Spalt bildet eine Einlaßöffnung für Gas, beispielsweise Umgebungsluft, die in das Düsenelement 1 eingesaugt wird, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wie unten erläutert werden soll. Mit Hllfe des Einstellringes 17, der auf die Düse 14 aufgeschraubt ist, kann die Höhe des Spalts eingestellt werden.
• Die Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeit, die zuvor beschrieben wurde, arbeitet wie folgt. Wenn beispielsweise Luft durch das Rohr 15 mit Hilfe eines Gebläses oder dergleichen eingeblasen wird, wird ein Unterdruck durch Düsenstrahlwirkung in dem Spalt 18 zwischen dem äußeren Rand des Einstellrings und der gegenüberliegenden inneren Flüssigkeitskammer für eine geeignete Einstellung des Abstands zwischen dem Einstellring 17 und der Düsenöffnung 2 erzeugt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 11 in dem Flüssigkeitsbehälter 4 in geeigneter Weise an den Unterdruck angepaßt ist, wird der Flüssigkeitsspiegel in der Inneren Flüssigkeitskammer durch Saugwirkung in den Spalt 9 und weiter über dessen oberen Rand hinaus angehoben. Zugleich wird äußeres Gas in den Spalt gesaugt, wie durch die Pfeile 19 angedeutet ist. Das Gas kann das selbe Gas wie das durch das Rohr 15 zugeführte Gas oder ein anderes Gas oder Gasgemisch sein, beispielsweise Umgebungsluft, um die es sich im dargestellten Fall handelt. Die Luft, die eingesaugt wird, nimmt auf diese Weise kontinuierlich die vortretende Flüssigkeitssäule in den ringförmigen Spalt mit. Die mitgenommene Flüssigkeit wird vermischt in dem Düsenelement 1 mit der durch die Düse 14 eingeblasenen Luft und verläßt die Düsenöffnung 3 in zerstäubtem Zustand. Durch geeignete Einstellung der verschiedenen Parameter ergibt sich eine exzellente Zerstäubung des Wassers, so daß ein sehr homogener Flüssigkeitsnebel entsteht, wie es in strichpunktierten Linien D angedeutet ist.
• Die oben beschriebenen Vorrichtung arbeitet sehr zuverlässig, da sie verhältnismäßig einfach aufgebaut ist. Für Zwecke des Kühlens ist keine hochgradige Reinigung des Kühlwassers erforderlich, und normal mechanisch gereinigtes Wasser, das üblicherweise in der Industrie eingesetzt wird, kann verwendet werden. Für die Zufuhr beispielsweise von Luft ist eine Luftkompressionseinrichtung nicht notwendig, und ein herkömmliches Gebläse, das 11 bis 12 kPa liefert, reicht beispielsweise aus. Da das Risiko einer Verstopfung im wesentlichen ausgeschaltet ist, arbeitet die Vorrichtung zuverlässig in heißer Umgebung. Dies ist wichtig für verschiedene Kühl-Anwendungen.
• Wie oben angegeben wurde, ist die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung nicht beschränkt auf Kühlzwecke, beispielsweise das Kühlen in Walzwerken, Nutenrollen etc. Vielmehr ist die Vorrichtung auch sehr geeignet für Befeuchtungs oder Anfeuchtungszwecke, beispielsweise zum Binden von schwerem Staub (wie etwa Metalloxide) in Stahlwerken etc., für die Rückgewinnung von Wärme über feuchte Luft, zum Feuchthalten von Gewächshäusern oder zum Verteilen von Kunstdüngernebeln in Gewächshäusern (welches heute mit Hilfe von herkömmlichen Düsen geschieht). Ein anderes Anwendungsfeld für eine Befeuchtung ist gelagertes Holz.
• Eine Vorrichtung, die derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 entspricht, ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Vorrichtung ist jedoch im wesentlichen zum Aufwärtssprühen vorgesehen, beispielsweise zum Kühlen gewalzter Bleche von unten. Entsprechende Teile sind mit den selben Bezugsziffern mit hinzugefügtem Strich versehen. Der Hauptunterschied gegenüber der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 besteht darin, daß die Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4 einen Flüssigkeitsbehälter 4' auiweist, der mit der Gaszuführdüse 14 verbunden ist anstelle mit dem Düsenelement 1. Der Stellring 17 ist daher nicht erforderlich, und der Saugspalt 18' zwischen dem oberen Teil des Behälters und der Düsenöffnung 2' kann eingestellt werden, nachdem das Düsenelement 1' in den Halter 16' geschraubt ist. Die innere und äußere Kammer in dem Flüssigkeitsbehälter haben gegenüber Fig. 1 ihren Platz getauscht. Die Ziffer 26 bezeichnet zwei Flächen für einen Schlüssel. In Fig. 5 sind ähnliche Kühlvorrichtungen wie in Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 zum Kühlen von Stahlplatten, beispielsweise in einem Walzwerk für schwere Platten gezeigt. Entsprechende Teile sind wiederum mit den selben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bis 4 bezeichnet. Hier sind verschiedene Reihen von Zerstäubungsvorrichtungen quer zur Bewegungsrichtung der Platte vorgesehen. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt zwischen zwei Sprühvorrichtungen in einer Reihe derartiger Vorrichtungen.
• Daher sind verschiedene Reihen, beispielsweise zwei Reihen von Sprühvorchtungen zum Sprühen von oben auf der oberen Seite in geeignetem Abstand von einer Stahlplatte 20 vorgesehen die zu kühlen ist. Diese Vorrichtungen werden repräsentiert durch eine Vorrichtung wie sie in Fig. 1 und 2 gezelgt ist, und allgemein bezeichnet mit der Bezugsziffer 21. Auf entsprechende Weise sind Vorrichtungen zum Sprühen von unten auf der Unterseite der Platte 20 vorgesehen. Diese Vorrichtungen werden repräsentiert durch eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, und mit der Bezugsziffer 21' bezeichnet. Die oberen Sprühvorrichtungen 21 sind mit einer gemeinsamen Luftleitung 22 verbunden, und in ähnlicher Weise sind die unteren Sprühvorrichtungen 21' mit einer gemeinsamen Luftleitung 22' verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsförm ist die äußere Kammer gemäß Fig. 1 bis 4 jedoch nicht konzentrisch zur Trennwand 7,7'. Vielmehr ist diese Kammer mit einer gemeinsamen Leitung 33 für die oberen Vorrichtungen verbunden, die sich auf der Oberseite einer gleichfalls gemeinsamen Kühlbox 24 befindet. Die Vorrichtungen ohne die äußere Kammer und mit in geeigneter Weise modifizierten Trennwänden sind eingefügt in entsprechende Ausnehmungen, die sich in der Leitung 23 und der Kühlbox 24 befinden. In entsprechender Weise sind die unteren Vorrichtungen 21' ohne deren Flüssigkeitskammern in einer gemeinsamen Flüssigkeitsleitung 23' und einer gemeinsamen Kühlbox 24' in Abstand zu diesen angeordnet. Die Kühlboxen 24,24', die die Vorrichtungen 21,21' gegenüber der Hitze der Stahlplatte 20 schützen sollen, werden über Einlässe 25 und 25' am Ende der Boxen mit Kühlwasser versehen. Mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Vordnung läßt sich eine ausgezeichnete Kühlung des gewalzten Bleches aufgrund eines extrem wirksamen Kühlnebels durch die Zerstäubungsvorrichtungen gemäß der Erfindung erzielen.
• Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine Zerstäubungsvorrichtung dargestellt die im wesentlichen nach oben oder unten sprüht.
• Beim Sprühen in Winkelrichtungen mit einer Neigung der Düse von beispielsweise 30 bis 40º müssen die Vorrichtungen modifiziert werden durch geeignete schräge Anordnung der Flüssigkeitsbehälter und Saugteile der Vorrichtungen. Alternativ könnte eine geeignete Leitplatte ausreichend sein. Notwendige Modifikationen für unterschiedliche Anwendungszwecke können durch den Fachmann ohne weiteres beigetragen werden.
• Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen und insbesondere dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Zahlreiche Variationen und Modifikationen sind innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche möglich.

Claims (10)

1. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeit, bei dem ein erstes gasförmiges Medium von einem zweiten, strömenden, gasförmigen Medium durch Düsenwirkung angesaugt und mitgenommen sowie vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste gasförmige Medium flüssiges Medium mitführt, das durch die Düsenwirkung in die Strömungsbahn des ersten gasförmigen Mediums gesaugt wird, so daß das flüssige Medium mit und in dem ersten und zweiten gasförmigen Medium vermischt und zerstäubt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das erste und zweite gasförmige Medium durch das selbe Gas oder Gasgemisch gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die gasförmigen Medien Luft sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß das flüssige Medium wenigstens im wesentlichen Wasser ist, das gegebenenfalls eine oder mehrere gelöste Substanzen enthalten kann.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für Zwecke des Kühlens, Befeuchtens oder Benetzens.

6. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeit, mit einem Düsenelement (1), einer Einrichtung (14,15) zum Zuführen eines gasförmigen Treibmediums zu dem Düsenelement (1), einer Einrichtung (4,10) zum Zuführen von zu zerstäubender Flüssigkeit, und einer Einlaßeinrichtung (2,18) für ein anderes, durch Düsenwirkung dem Treibmedium anzusaugenden gasförmigen Mediums, dadurch gekennzeichnete daß die Zufuhreinrichtung für Flüssigkeit einen Behälter (4,9) mit einem wenigstens teilweise offenen oberen Bereich aufweist, der geöffnet ist in Verbindung mit der Strömungsbahn des anderen gasförmigen Mediums, so daß Flüssigkeit in dem Behälter (4,9) durch die Düsenwirkung nach und nach über den oberen Bereich des Containers und in die Strömungsbahn angehoben und kontinuierlich durch das andere gasförmige Medium, das in die Düsen strömt, zur Zerstäubung in der Mischung der gasförmigen Medien mitgenommen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behältereinrichtung (4) zwei miteinander in Verbindung stehende Kammern umfaßt, daß der Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche in einer Kammer mit der eintretenden Strömungsbahn des anderen gasförmigen Mediums in Verbindung steht, und daß der Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche in der anderen Kammer mit der Umgebung in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß sie eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsspiegels in der Kammer umfaßt, die mit der Umgebung verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer, die mit dem anderen gasförmigen Medium in Verbindung steht, sich im wesentlichen konzentrisch zu der Strömungsbahn des Treibmediums erstreckt, und daß die Einlaßeinrichtung (18) für das andere gasförmige Medium so ausgebildet und angeordnet ist, daß ein im wesentlichen radialer Eintrittsstrom über die Kammer hinweg und in das Düsenelement (1) entsteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Kammern durch eine gemeinsame vorzugsweise ringförmige Trennwand (7) gebildet werden.