DE68907595T2

DE68907595T2 - Zerstäubungsdüsen.

Info

Publication number: DE68907595T2
Application number: DE89904835T
Authority: DE
Inventors: Francis Pook
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-04-08
Also published as: GB8808574D0; EP0409886A1; US5106022A; EP0409886B1; WO1989009654A1; AU3449489A; DE68907595D1; CA1321809C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Sprühdüsen und befaßt sich primär mit solchen für Badezimmerduschen, obwohl es keinen Grund dafür gibt, warum das Prinzip nicht auch auf andere Düsen für andere Verwendungszwecke sowie andere Flüssigkeiten als Wasser angewandt werden könnte.
Eine gute Badezimmerdusche sollte über eine ganze Druckbandbreite betrieben werden können und besonders bei geringem Druck und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten effektiv sein, während ein annehmbares Duschmuster beibehalten wird.
Warmwasserbereiter, die die heutigen Duschen sofort mit Warmwasser versorgen, werden zumeist elektrisch betrieben. Sie verbrauchen sehr viel Energie und normalerweise müssen leistungsstarke Kabel zu den Bereitern verlegt werden. Ein hoher Anteil der verbrauchten Wärme wird oft vergeudet, und zwar durch ein ineffektives Sprühmuster, das einen Großteil seines Zieles verfehlt, es sei denn, dies wäre sehr nah.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß die Sprühköpfe dazu neigen, durch Kalk und andere im Wasser transportierten Fremdkörper zu verstopfen. Besonders die Brause, aus der die Strahlen schließlich heraustreten und die im allgemeinen sehr feine Öffnungen hat, verstopft sehr schnell. Die Dusche arbeitet zwar trotz der verstopften Öffnungen weiter, aber der Wirkungsgrad ist natürlich noch viel geringer als zuvor Das Auseinanderbauen und Reinigen kleiner Apparaturen ist außerdem umständlich und ermüdend und wird daher oft viel zu lange aufgeschoben.
Es gibt Düsen (ohne Brause), mit denen versucht wird, den Wasserfluß in eine konische Form zu bringen. Allerdings neigen diese dazu, die Tröpfchen in einer konischen "Ummantelung" zu konzentrieren, wobei es nur wenige in der Mitte gibt. Es kann aber auch zu einer mittigen Strömung mit einem weniger dichten äußeren Bereich mit Tröpfchen kommen.
Eine Düse, die äußerlich der hier vorgeschlagehen Düse ähnelt, wird in BE-A-554494 (Lechler) beschrieben. Es wird eine Düse beschrieben, deren tangentiale Einlaßöffnungen zu einer Wirbelkammer führen. Aus dieser führt ein koaxialer, einem Venturi vergleichbarer Gang, dessen flußauf- und -abwärts gerichteten Enden konisch zulaufen und dessen Verengung zylindrisch ist. Jedoch öffnet sich der Gang an der Öffnung des flußabwärts gerichteten Endes direkt in die Grundfläche einer flachen, runden Vertiefung. Diese Basis liegt rechtwinklig zu der Achse des Ganges und der Einzelübergangswinkel beträgt ungefähr 117º. Wie sich in Experimenten gezeigt hat, bildet das von dieser Düse ausgestoßene Wasser einen Konus, wobei es sich aber an der Außenseite konzentriert und sich in der Mitte nur ein spärlicher Nebel bildet. Allerdings ist Lechlers Düse nicht für den Gebrauch im Haushalt gedacht, sondern wurde entwickelt, um Staub einzugrenzen, z. B. in Minen. Für diesen Zweck mag ein konischer Tröpfchenvorhang mit relativ wenigen inneren Tröpfchen adequat sein.
Das Ziel dieser Erfindung ist es, primär eine Sprühdüse für Duschen im häuslichen Bereich anzubieten, bei der die Nachteile einer Brausedüse zum größten Teil überwunden sind und ein gleichmäßiger verteiltes Sprühmuster erreicht wird, als dies mit einer Lechler-Düse möglich ist.
Bei dieser Erfindung gibt es eine Sprühdüse mit einer Wirbelkammer und einer Zuführung, die aus der Kammer herausführt. Die Zuführung verfügt über ein flußabwärts gerichtetes divergierendes Ende, das sich dadurch auszeichnet, daß es sehr konisch ist, mit einem Kegelwinkel von 10º bis 30º, und in einer abgeschrägten Kante endet. Dadurch entstehen zwei spitzwinklige Übergänge auf der Stirnfläche an der Zuführung zur Düse.
Vorzugsweise soll der Kegelwinkel geringer als 30º sein. Winkel von 14º bis 20º haben sich als sehr effektiv erwiesen.
Bei der abgeschrägten Kante handelt es sich um eine kegelstumpfartige Oberfläche, mit einem Kegelwinkel, der erheblich größer ist als der am flußabwärts gerichteten Ende der Zuführung.
Die Breite liegt bei 0,5mm bis 1,5mm.
Es kann auch eine Verengung mit konstantem Querschnitt vor dem flußabwärts gerichteten Ende der Zuführung vorhanden sein. Diese würde im allgemeinen einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von Imm bis 6mm haben (ein Durchmesser von 1,6mm hat sich als sehr wirkungsvoll erwiesen) und vorzugsweise über eine Länge von 2mm bis 6mm verfügen. Dieses Maß kann aber auch kürzer sein.
Die Öffnung des flußabwärts gerichteten Endes befindet sich vorzugsweise in einem runden Vorsprung, dessen Seiten nach innen und vorn abgeschrägt sind. Der Rand dieses Vorsprungs sorgt für das besagte Zuführungsende an der Stirnfläche. Die Breite dieser Stirnfläche von der Öffnung bis zu den abgeschrägten Seiten soll vorzugsweise 0,5mm bis 1,5mm betragen.
In Experimenten hat sich gezeigt, daß diese geometrische Anordnung das Wasser in feine Tröpfchen aufteilt, ohne das Wasser durch sehr enge Öffnungen zu drängen. Außerdem ist die Verteilung dieser Tröpfchen im Rahmen des Sprühkegels annehmbar ausgeglichen.
Das flußaufwärts gerichtete Ende der Zuführung ist von der Wirbelkammer aus im allgemeinen konvergent. Für diesen Fall ist der ganze Gang mit einem Venturi vergleichbar.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der der Querschnitt einer Sprühdüse dargestellt ist, exemplarisch beschrieben werden.
Bei der Düse handelt es sich im allgemeinen um einen zylindrisch geformten Körper (1), der bei (2) von außen mit einem Schraubgewinde versehen ist, um in einen röhrenförmigen Stab zu passen, der mit einer Umrißlinie (3) angezeigt wird. Dieser Stab bildet eine ringförmige Kammer um das hintere Ende der Düse, welches sich oben auf der Zeichnung befindet. Der Körper (1) verfügt über eine innere, koaxiale Wirbelkammer (4), die zylindrisch ist und am hinteren Ende mit einem Stecker (5) verschlossen ist. Die Kammer geht über in einen konischen Abschnitt (6) und schließlich in eine Verengung (7), die sich in einen konisch erweiterten Gang (8) zur Öffnung (9) am führenden Ende der Düse öffnet. Alle diese sind koaxial zum Körper (1). Bei dieser Öffnung handelt es sich um eine abgeschrägte Kante innerhalb eines kegelstumpfartigen runden Vorsprungs (10). Außerdem gibt es abrupte, winklige Übergänge zwischen dem Vorsprung und dem Gang (8) sowie der vorderen Stirnfläche (11) der Düse. Jeder abrupte Übergang wirkt sich auf die Beschaffenheit des Sprühnebels der Düse und insbesondere auf das Maß, mit dem der Sprühnebel in einen Tröpfchensprühnebel aufgeteilt wfrd, aus. Während ein einziger spitzer Winkel an der Öffnung diese verteilende Wirkung hervorruft, zeigt sich in Experimenten, daß man unter Verwendung einer abgeschrägten Kante und zweier Übergänge noch bessere Ergebnisse erhält. Außerdem wird der von den ausströmenden Tröpfchen ausgelöste Luftstrom durch die konische Flanke des runden, aus dem Hauptteil der Düse hervorragenden Vorsprungs (10) veranlaßt, konvergent nach innen und nach vorn zu strömen, um viele solcher Tröpfchen in die Mitte des Sprühkegels zu zwingen. Damit wird ihrer Neigung entgegengewirkt, sich auf der Außenseite zu konzentrieren.
In die Wirbelkammer (4) führen seitliche Einlaßöffnungen (12) durch die zylindrische Wand, deren äußere Enden sich in die von dem Stab (3) umrissene ringförtnige Kammer öffnen. Diese Öffnungen sind gleichmäßig um die Kammer verteilt und jede ist im allgemeinen tangential, um ein Wirbeln des Wassers, das durch den Stab (3) geliefert wird, zu erreichen. Das Wasser fließt durch den Venturi (6, 7, 8) ab, durch dessen Form ein konischer Sprühnebel aus feinen Tröpfchen entsteht.
Die Winkel und Maße sind bereits erwähnt worden. Zur Erinnerung seien sie hier nochmals aufgeführt. Der Kegelwinkel des Ganges (8) beträgt zwischen 10º und 30º, die Verengung hat einen Durchmesser von 1mm bis 6mm und ist 2mm bis 6mm lang. Die Breite der abgeschrägten Kante (9) und der Stirnfläche (11) beträgt 0,5mm bis 1,5mm. Die Verengung kann auch kürzer als 2mm sein oder unter besonderen Umständen ganz weggelassen werden, z. B. bei geringen Durchflußmengen bzw. niedrigen Drücken. Je kürzer die Verengung ist, desto schneller ist der Durchfluß aber damit erhöht sich auch der Verschleiß. Dadurch wird nicht nur die Axialgeschwindigkeit erhöht, sondern auch die Rotationsgeschwindigkeit, die bereits in der Wirbelkammer erzeugt wurde. Diese Erhöhung steht in Beziehung zu ihrem Durchmesser. Es wurde auch festgestellt, daß die Länge des konischen Ganges (8) eine Auswirkung auf die Größe der Tröpfchen hat. Diese sind bei einem kurzen Gang fein und werden mit zunehmender Länge des Ganges grober. Somit kann man also durch die Auswahl der passenden Geometrie der Düse die gewünschten Eigenschaften des Sprühnebels auf recht einfache Weise erreichen.

Claims

1. Sprühdose mit einer Wirbelkammer (4) und einem von dieser ausgehenden Abgabekanal (6, 7, 8), dessen stromunteres Ende (8) divergiert, dadurch gekennzeichnet, daß das stromuntere Ende (8) im wesentlichen konisch mit einem Kegelwinkel im Bereich von 10º bis 30º ist und mit einer Fase (9) endet, die zwei scharfkantige Übergänge zur abgabeseitigen Stirnfläche (11) der Düse bildet.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel in der Größenordnung von 14º bis 20º liegt.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Fase im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm liegt.

4. Düse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem stromunteren Ende (8) des Abgabekanals eine Engstelle (7) von im wesentlichen konstantem Querschnitt liegt.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 6 mm hat.

6. Düse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle (7) eine Länge im Bereich von 2 bis 6 mm hat.

7. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündung (9) des stromunteren Endes in einem vorstehenden Vorsprung (10) befindet, dessen Seiten nach innen und vorne abgeschrägt sind und dessen äußeres Ende die abgabeseitige Stirnfläche (11) bildet.

8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Stirnfläche (11) von der Mündung (9) bis zu den abgeschrägten Seiten im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm liegt.

9. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromobere Ende (6) des Abgabekanals von der Wirbelkammer (4) ausgehend konvergiert.