雾化器喷嘴的制作方法

本发明涉及一种雾化器喷嘴，其可应用在用于喷射液体的喷射装置处。雾化器喷嘴可布置在移动的或静止的喷射装置处。

雾化器喷嘴用于精细地雾化输送给雾化器喷嘴的液体，例如水或者液体混合物，其还可具有添加物，比如净化剂等。为了简化起见接下来谈及液体，其中，应还包括这样的液体混合物。为了将液体雾化成精细的液体颗粒使用压缩气体，其在混合腔中掺和液体并且辅助雾化。借助于压缩气体雾化的液体作为雾化的射流在雾化器喷嘴的至少一个排出孔处被排出。

雾化器喷嘴可使用在不同的应用区域中，例如用于在农场中喷射肥料、农药或杀真菌剂或用于加湿或冷却在工业生产中的对象，用于喷射水和/或净化剂或者在化学工业中为了简易化通过雾化来使液体汽化。原则上，雾化器喷嘴在此可使用在需要非常精细地雾化液体的任何地方。

背景技术：

例如由文件ep0714706b1已知一种雾化器喷嘴。该雾化器喷嘴具有液体联接部以及气体联接部。液体联接部与液体通道流体连接，液体通道沿着喷嘴轴线同轴地延伸并且通入到混合腔中。液体流作为射束沿着喷嘴轴线流入到混合腔中。多个与气体联接部流体相连的注射通道径向于喷嘴轴线通入到混合腔中。在混合腔中轴向的液体流动经由横向于此流动的气体被雾化并且在下游沿着喷嘴轴线通过排出孔向外排出。

技术实现要素：

由该已知的雾化器喷嘴触发可将如下视作本发明的目的，即借助于气体实现液体的经改善的雾化。

该目的通过带有权利要求1的特征的雾化器喷嘴来实现。

雾化器喷嘴具有用于输送液体的液体联接部。液体可以是单独的液体或液态的混合物。液体联接部与液体通道相连接，被输送的液体流动通过液体通道并且在下游通入到环形混合腔中。环形混合腔环形地包围雾化器喷嘴的喷嘴轴线并且相对于喷嘴轴线同轴地布置。

直接通入到环形混合腔中的端部区段朝向环形混合腔扩宽。端部区段的外直径朝向环形混合腔变大。在该端部区段中，可优选地布置有中央件。喷嘴轴线可优选地在中间穿过中央件。借助于雾化器喷嘴的包括例如中央件和/或涡流产生器件的器件由通过端部区段流动的液体形成流动层，其远离喷嘴轴线分散并且优选地在周向上绕喷嘴轴线被完全环形地封闭。流动层倾斜于喷嘴轴线指离。优选地形成空心锥形或空心平截锥形的流动层，其也可被称为液体膜。

环形混合腔联接到液体通道的端部区段处。流动层的液体从端部区段中流入到环形混合腔中。

经由气体联接部将压缩气体输送给雾化器喷嘴的气体管路系统中。原则上，在每种温度和/或每种压力的情况中每种处于压力下的气体或气体混合物可用作压缩气体，不取决于气体或气体混合物的饱和蒸汽压和/或临界温度。作为压缩气体可例如使用增压空气和/或氮气和/或氢气。作为压缩气体在一些应用中还可使用蒸汽，例如水蒸气。

气体管路系统具有至少一个外部注射通道和至少一个内部注射通道。经由注射通道将压缩气体引入到环形混合腔中。外部注射通道在外部注射部位处而内部注射通道在内部注射部位处通入到环形混合腔中。内部注射部位被同轴地绕喷嘴轴线延伸的环形混合腔封闭。径向于喷嘴轴线观察，外部注射部位位于环形混合腔的径向外侧而内部注射部位位于环形混合腔的径向内侧。

由此，气体从外部和内部流入环形混合腔中并且在此处撞击到流动层上。压缩气体从径向外部和径向内部对着空心平截锥形的流动层指向。通过产生膜式的液体层和经由两个注射部位从相对而置的侧将压缩气体注射到环形混合腔中实现液体的明显改善的雾化。这可产生非常小的液体颗粒，液体颗粒在下游穿过雾化器喷嘴被排出。此外，可通过将压缩气体注射到相对薄的、空心平截锥形的流动层中来将用于雾化所需的压缩气体消耗保持较低。于是，压缩气体消耗通过使用雾化器喷嘴被降低，这减少了装配有雾化器喷嘴的喷射装置的运行成本。

优选地，外部的注射部位和内部的注射部位在环形混合腔的延伸方向上彼此偏移地布置。环形混合腔的延伸方向理解成在液体通道的端部区段处开始穿过环形混合腔直至在至少一个排出孔之前的环形混合腔的外端部的中间平面的走向。环形混合腔的延伸方向相应地不涉及其在周向上绕喷嘴轴线的走向，而是垂直于此沿着中间平面。外部和内部注射部位还可在环形混合腔的延伸方向上彼此相对地布置。

在一实施例中，内部注射部位在环形混合腔的延伸方向上相对于外部注射部位布置在上游。经由内部的注射部位输送的压缩气体给予液体流动朝向外部注射部位的径向分量或流动分量。在此同样输送压缩气体，其中，通过激励或径向向外指向的流动分量产生进一步改善的成较小液体颗粒的雾化。通过从不同的方向上进入到两个注射部位处的气体流可此外将剪切效应作用到流动层上，于是，当外部和内部的注射部位在环形混合腔的延伸方向上偏移但彼此靠近地布置时，则尤其是这种情况。两个注射部位在空间上靠近的布置方案理解成，由两个注射部位中的一个中流入的压缩气体至少部分直接撞击到相应地另一注射部位上或撞击到直接邻接到相应地另一注射部位处的壁区段上。

在一优选的实施例中，内部注射部位规定一主流出方向，其与环形混合腔的中间平面相切成第一角度。相应地，外部注射部位可规定一主流出方向，其与环形混合腔的中间平面相切成第二角度。优选地，第二角度的大小小于第一角度的大小。第一角度可例如在45°至90°的范围内，优选地在60°与90°之间。第二角度优选地小于70°且优选地小于45°。

在一优选的实施例中，气体管路系统使内部的注射通道和外部地注射通道相应地与气体联接部流体相连。提供在气体联接部处的压缩气体由此流入到两个注射通道中。在此，气体通道系统实施成，经由外部注射通道流入到环形混合腔中的气体体积流大于经由内部注射通道流入到环形混合腔中的气体体积流。经由外部注射通道流入到环形环形混合腔中的气体体积流可大于经由两个注射通道流入到环形混合腔中的总气体体积流的50%且优选地直至80%。通过该分配可在进一步减少的压缩气体消耗的情况下实现良好的雾化。根据事件和需求而定，必要时还可选择少于50%或大于80%的气体体积流份额。

在环形混合腔的下游存在至少一个排出孔。含有通过气体雾化的液体的射流从至少一个排出孔中离开。优选地，在周向上绕喷嘴轴线分布地且根据示例以相同的周缘区段分布地存在多个排出孔。排出孔具有优选地相应地旋转对称的外形并且可例如实施成柱形的和/或扩宽的和/或实施成拉伐尔喷嘴。

在一实施例中，液体的进一步改善的雾化由此来实现，即使得环形混合腔在注射部位与至少一个排出孔之间具有在喷嘴轴线的方向上一次或多次弯曲的走向。在该区域中，环形混合腔可沿着喷嘴轴线观察弯向喷嘴轴线和/或弯离喷嘴轴线。

在一优选的实施例中，环形混合腔相对于喷嘴轴线旋转对称地实施。

在一优选的实施形式中，雾化器喷嘴可具有涡流产生器件。涡流产生器件对此设定成，给予在液体通道中流动且尤其流入液体通道的端部区段中的液体以涡流。涡流产生器件可例如由此来形成，即使得用于将液体输送到液体通道中的流入口相对于喷嘴轴线径向偏移且倾斜定向。由此，已流入到液体通道中的液体螺旋形地以涡流沿着液体通道流动。

备选地或附加于此，涡流产生器件可具有涡流产生器，其布置在液体通道中且尤其地在液体通道的端部区段的上游。涡流产生器由此被液体流过且给予液体流以涡流。这可通过合适地和/或螺旋形伸延的引导面和/或引导通道和/或通过涡流产生器例如翼轮的转子来引起。原则上可单独地或组合地使用所有已知的涡流产生器件。

有利的是，涡流产生器布置在液体通道的在上游联接到液体通道的端部区段处的涡流产生区段中。涡流产生区段可例如布置在液体通道的过渡区段的上游和紧邻地布置在过渡区段旁边，该过渡区段导向端部区段并且其横截面或直径朝向端部区段变细。可供液体使用的流动横截面在涡流产生区段中在此可在流动方向上基本上恒定。

此外有利的是，气体管路系统具有中央通道，其沿着喷嘴轴线在中央件中延伸。中央通道在中央件中通入液体通道中。压缩气体基本上可从中央通道中对着液体的轴向流动方向分量直接在液体通道的端部区段的上游流入并且在此有助于改善空心平截圆锥形的流动层的构造。

在一实施例中，雾化器喷嘴具有喷嘴体，在其中构造有液体通道和环形混合腔。喷嘴体优选地整体地由不含焊接部位和焊缝部位的材料制成。优选地，其可通过所谓的附加的制造方法制成，像例如3d打印方法。此外优选的是，引导流体的全部的管路和通道构造在该喷嘴体中。优选地，中央件是该喷嘴体的集成的组成部分。

附图说明

本发明的有利的设计方案由从属权利要求、说明书和附图得出。接下来根据附图详细阐述本发明的优选的实施例。其中：

图1显示了雾化器喷嘴的一实施例的透视图，

图2显示了沿着穿过图1的雾化器喷嘴的实施例的喷嘴轴线的纵截面，和

图3显示了根据本发明的雾化器喷嘴的示意性的、类似框图的原理图。

具体实施方式

在附图中图解说明了雾化器喷嘴10。图1和2显示了优选的实施例，而图3图解说明了功能原理。

雾化器喷嘴10应用在移动的或静止的喷射装置处并且用于在使用压缩气体l的情况下将输送的流体f雾化并且将经精细雾化的液体颗粒作为射流s或射雾排出。在根据图3的框图中通过方框箭头示意性地图解说明了流动的液体f且通过简单的箭头示意性地图解说明了压缩气体l。通过点密度在图3中示意性地图解了液体f的精细的雾化，其中较小点密度表示更精细的雾化。

雾化器喷嘴10具有喷嘴壳体11。在喷嘴壳体处存在用于输送液体f的液体联接部12和用于输送压缩气体l的气体联接部13。液体联接部12布置在喷嘴壳体11的空心柱形联接接管14处。联接接管14相对于喷嘴轴线a同轴地布置。气体联接部13根据示例环形地绕联接接管14与喷嘴轴线a同轴地布置。气体连接部13或液体联接部12的数量和布置可根据喷射装置以其它布置和定向设置在喷嘴壳体11处，在喷射装置处使用有雾化器喷嘴10。

在此处所显示的实施例中，喷嘴壳体11具有几乎柱形轮廓化的壳体件11a，喷嘴壳体11的联接接管14从该壳体件伸离。壳体件11a布置成与喷嘴轴线a同轴。气体联接部13同轴地绕联接接管14布置在壳体件11a的端壁中。在壳体件11a处可设置有带有一个或多个用于工具的作用面的工具作用区段11b，以便于使例如雾化器喷嘴10在其固定在喷射装置的情况中在周向u上绕喷嘴轴线a旋转并且与喷射装置机械地且流体地相连接。

喷嘴壳体11根据示例实施成一件式的、集成的喷嘴体15并且可例如作为3d打印或通过其它附加的制造方法来制成。喷嘴体15无焊接部位和焊缝部位地来制造并且由一致的材料制成。

液体联接部12与液体通道19流体相连。液体通道19的联接液体联接部12处的第一区段19a具有柱形形状并且同轴于喷嘴轴线a延伸。在第一区段19a处紧邻地联接有液体通道19的涡流产生区段19b。在该涡流产生区段19b中布置有涡流产生器20，其给予从第一区段19a流入涡流产生区段19b中的液体f以涡流。通过该涡流的给予，液体f在涡流产生区段19b中或在其之后不再轴向地沿着液体通道19流动，而是其产生空心平截锥形的射流走向或必要时产生盘旋形或螺旋形的流动走向。

涡流产生器20在该实施例中通过涡流体20形成，涡流体20同轴于喷嘴轴线a布置在涡流产生区段19b中。涡流体21可具有引导面或引导通道，以便于给予液体f以涡流。还可行的是，使用带有叶轮的涡流产生器20。

原则上可使用一个或多个合适的涡流产生器件，以便于在流入液体通道19中或在流动在液体通道19中期间给予液体以涡流。还可使用流动效应，例如科恩达效应来用于涡流给予。此外还可行的是，液体f到液体通道19中的流入实施成径向偏移于喷嘴轴线a、相切于液体通道19的通道壁22且斜向倾斜于喷嘴轴线a，从而使得已由此实现带有涡流的液体流动。

作为另外的备选方案代替涡流产生器20还可在液体通道19中布置冲撞体(未示出)，其合适地例如大致呈板形地来设计，从而在液体f冲撞在冲撞体上的情况中产生大致呈盘形的流体层，其还可被称为冲撞射束。

在此处所说明的实施例中，在涡流产生区段19b中由此辅助涡流产生，即使得涡流产生区段19b的通道横截面或在下游紧邻跟随涡流产生区段19b的在此未详细绘出的过渡区段的通道横截面在流动方向上变细。这由此来实现，即使得涡流产生区段19b或过渡区段的直径从第一区段19a开始变小。优选地，涡流产生紧邻在过渡区段前结束。

在一应用实施例中，液体通道19的直径在涡流产生区段19b中可以是恒定的且省去变细的过渡区段，这示例性示意地在根据图3的原理图中图解说明。

液体通道19的端部区段19c必要时经由过渡区段联接在涡流产生区段19b处。在液体通道19的端部区段19c中，通道壁22的直径远离涡流产生区段19b地增大。沿通道壁22处流动的液体从最小的通道壁直径出发在涡流产生区段19b与端部区段19c之间的过渡部位处具有继续沿通道壁22流动的趋势。由此在端部区段中构造液体f的流动层fh，其具有空心平截锥的外形。流动层fh与喷嘴轴线a同轴地形成在雾化器喷嘴10中。流动层fh在图3中极为示意性地通过端部区段19c中的方框箭头和点来图解说明。

为了进一步辅助空心平截锥形的流动层fh的构造，在液体通道的端部区段19c中布置有中央件25，其直径朝向环形混合腔26扩宽，液体通道19通入到环形混合腔中。根据示例，环形混合腔26直接联接到液体通道19的端部区段19c处。

中央件25在中间被喷嘴轴线a穿过。通过中央件25的布置和端部区段19c的扩宽的通道横截面，端部区段19c实施成轴向于喷嘴轴线a的、在周向u上绕喷嘴轴线a环形地封闭的、类似空心平截锥的通道。

液体通道19的通道壁22在涡流产生区段19b和端部区段19c中沿着喷嘴轴线a弯曲地延伸。在涡流产生区段19b中由此使通道横截面减小并且在端部区段19中又变大。于此适配地，中央件25的外面27沿着喷嘴轴线a同样弯曲并且根据示例凹地弯曲。中央件25的外面27与通道壁22相对而置并且优选地如此适配于通道壁的走向，即中央件25的外面27相对端部区段19c的位于外部的内壁之间的垂直于喷嘴轴线a的径向壁距离基本上保持恒定，其中，环形的流动横截面面积在下游方向上随着相对于喷嘴轴线a增加的距离而变大。

在雾化器喷嘴10中由此在环形混合腔26之间产生空心平截锥形的流动层fh，其流入到环形混合腔26中。对此可使用涡流产生器件和/或带有布置在其中的中央件25的扩宽的端部区段19c。根据示例，共同实现两种措施。

在联接到端部区段19c处的环形混合腔26中输送压缩气体l，以便于将液体f雾化成小的液体颗粒。为此，将气体联接部13联接到雾化器喷嘴10的气体管路系统28处。气体管路系统28可具有气体软管，其布置在喷嘴壳体11之外，其中，如在此处图解说明的优选的实施例的情况中那样，优选地仅使用气体通道，其布置或构造在喷嘴壳体11中且根据示例在壳体件11a中。在该实施例的情况中，在制造喷嘴体15的情况中形成气体管路系统28的所有气体通道。

气体通道系统28包括外部的注射通道29，其在周向u上绕喷嘴轴线a环形地绕液体通道19的至少一个区段延伸并且在外部的注射部位30处通入环形混合腔26中。外部的注射部位30实施成圆环形的间隙并且同轴于喷嘴轴线a布置。

在该实施例的情况中，径向在外部相对于环形混合腔26且根据示例轴向于环形混合腔26在喷嘴壳体11内布置有气体管路系统28的环形连接通道31，其经由一个或多个通孔32与气体管路系统28的中央气体通道33流体相连。中央气体通道33沿着喷嘴轴线a延伸并且被环形混合腔26在周向u上包围。压缩气体l的被输送给中央气体通道33的一部分通入到在环形混合腔26的径向内侧处的内部注射通道34中。内部的注射通道34可通过中央气体通道33的区段形成或通过分隔壁分离地从中央气体通道33分支出来。内部的注射通道34在内部的注射部位35处通入环形混合腔26中。内部的注射部位35实施成在周向u上绕喷嘴轴线a优选地封闭的、尽可能不中断的圆环形间隙。

在内部注射通道34旁边，中央气体通道33流体连接有中央通道36，其可从中央气体通道33分支出来或可通过中央气体通道33的区段形成。中央通道36在端部区段19c的上游通入液体通道19a中。中央通道36的入口37同轴于喷嘴轴线a来布置并且在喷嘴轴线a的方向上远离端部区段19c或环形混合腔26地定向。在此处流出的压缩气体l由此近乎逆着液体f流动并且辅助流动层fh在液体通道19的端部区段19c中的构成。

在雾化器喷嘴10的排出至少一个射流s的端部处存在至少一个排出孔40。在此处在图1和2中图解说明的优选的实施例中，雾化器喷嘴10具有多个、例如8个在周向u上绕喷嘴轴线a分布地布置的排出孔40。该至少一个排出孔40可实施成柱形的钻孔、裂缝或优选地以拉伐尔喷嘴的形式来实施。根据示例，该至少一个排出孔40具有在流动方向上呈圆锥形地扩宽的横截面。每个排出孔40的纵轴线相对于喷嘴轴线a倾斜。排出孔40的钻孔轴线的倾斜角度相对于喷嘴轴线a优选地在10°与30°之间的范围内。通过多个排出孔40产生各一个射流s，其指离喷嘴轴线a(图1和图3)。

排出孔40布置在与环形混合腔26流体连接的管件41中。在管件41之间由此形成通孔32，即在周向u上彼此以间隔布置有直接相邻的管件41。由此在管件41之间在连接通道31与中央气体通道33之间形成流体连接。

在联接通道31与外部的注射通道29之间存在分隔壁45。其将在外部的注射通道29中的气体流动引导朝向外部的注射部位30。在压缩气体l的流动方向上，与外部的注射部位30间隔开地在分隔壁45中存在有至少一个联通孔46，压缩气体l可通过其从气体联接部13出发流入连接通道31中。由此，不仅外部的注射通道29而且内部注射通道34经由气体联接部13被供给以压缩气体l。

经由联通孔46，根据需求一方面确定了在连接通道31直至中央气体通道33和内部注射部位35中的体积流，另一方面确定了穿过外部的注射通道29和外部的注射部位30的体积流。在优选的实施形式中联通孔46的横截面面积与外部注射部位30的横截面面积的比值例如在大约20%至40%的范围内，优选地大约30%。

在此，在气体管路系统28中的横截面可根据需求如此来选择，即经由外部注射通道29和外部注射部位30流入到环形混合腔26中气体体积流大于经由内部注射通道34或内部注射部位35流入的气体体积流。根据示例，外部注射部位30相对于内部注射部位35的面积比规定在1.5:1至2.5:1的比例中。在该优选的实施例中，面积比为大约2：1。那么，根据示例，流入到环形混合腔26中的气体的至少大约三分之二经由外部注射部位30流入。

在内部注射部位35与中央通道36的入口37之间面积比在该实施例中为大约1:10至1:15。

如在图2和3中图解说明的那样，液体f在环形混合腔26中在两个注射部位30,35处被输送以压缩气体l。在图2中示意性地图解说明了环形混合腔26的中间平面e，其大致也相应于在环形混合腔26中的液体射流的中央。从端部区段19c进入到环形混合腔26中的中央液体射流通过点画线来表明。在环形混合腔26的延伸方向上沿着中间平面e穿过环形混合腔26彼此偏移地布置有两个注射部位30,35。根据示例，从内部注射部位35流出的压缩气体l首先撞击到流动经过的液体f或流动层fh上，而压缩气体l从外部的注射部位30进一步在下游流入环形混合腔26中。在图2中通过第一箭头示意性地图解说明了从外部注射通道29进入到环形混合腔26中的第一主排出方向p1。在此处例如近乎平行于喷嘴轴线a伸延的该第一主排出方向p1与中央液体射流相交成第一角度α。相应地，通过第二箭头绘出了用于来自内部注射通道34的压缩气体l的第二主排出方向p2，其与喷嘴轴线a布置成锐角并且与中央液体射流包夹第二角度β。根据示例，第二角度β在大小上大于第一角度α。第一角度α尤其小于45°，而第二角度β在70°与90°之间。

根据本发明的雾化器喷嘴10如以下工作：

液体f流动穿过液体通道19。经由涡流产生器件和根据示例涡流产生器20给予在涡流产生区段19b中的液体流动以涡流。备选地，通过冲撞体产生涡流射束。由此且/或通来自中央通道26经由入口27穿过中央件25流入的压缩气体和/或通过液体通道19的端部区段19c的朝向环形混合腔26扩宽的直径在此产生空心平截锥形的流动层fh，其流入环形混合腔26中。

在环形混合腔26中，压缩气体l首先在内部注射部位35处撞击到流动层fh上并且影响其流动方向，在其中，其给予在流动层fh中的液体流动以远离喷嘴轴线a朝向环形混合腔26的径向外侧的附加的横向分量。压缩气体l在少许下游在外部注射部位30处被输送。由此在内部注射部位35处在上游已将激励给予液体流动，可通过压缩气体l从环形混合腔外侧的流入实现液体的非常精细的雾化。在此，从不同侧流入到环形混合腔中的压缩气体l产生所谓的剪切效应。

在环形混合腔26的另一走向中在两个注射部位30,35下游，可通过在环形混合腔26的延伸上朝向喷嘴轴线a和/或远离喷嘴轴线a的一次或多次弯曲获得在液体气体混合物中的液体颗粒的进一步雾化和均匀的分布，其紧接着通过排出孔40以射流s的形式被排出。根据示例，环形混合腔26在两个注射部位的下游首先朝向喷嘴轴线a弯曲且紧接着又远离喷嘴轴线a弯曲。

代替在注射部位30,35与排出孔40之间的环形混合腔26的弯曲的走向还可在相对于这里图解所说明的实施例的变型方案中在该区段中设置环形混合腔的空心柱形的实施方案。

本发明涉及带有液体通道19的雾化器喷嘴10，环形混合腔26在下游流体联接到该液体通道19处。经由液体联接部12将液体f输送给液体通道19。此外，雾化器喷嘴10具有气体联接部13。其联接到气体管路系统28处。此外压缩气体l被引导至外部的注射通道29和内部的注射通道34。两个注射通道29,34在相应地注射部位30,35处通入环形混合腔26中。外部注射部位30关于环形混合腔26同轴地绕其延伸的喷嘴轴线a存在于在径向外部的混合腔壁处而内部的注射部位35存在于径向内部的混合腔壁处。流入的液体可以较小的压缩气体消耗在环形混合腔26中被精细地雾化且在环形混合腔26下游经由至少一个排出孔40相应地作为射流s被排出。

附图标记清单

10雾化器喷嘴

11喷嘴壳体

11a壳体件

11b工具作用区段

12液体联接部

13气体联接部

14联接接管

15喷嘴体

19液体通道

19a液体通道的第一区段

19b涡流产生区段

19c端部区段

20涡流体

22液体通道的通道壁

25中央件

26环形混合腔

27中央件的外面

28气体管路系统

29外部注射通道

30外部注射部位

31连接通道

32通孔

33中央气体通道

34内部注射通道

35内部注射部位

36中央通道

37中央通道的入口

40排出孔

41管件

45分隔壁

46联通孔

α第一角度

β第二角度

a喷嘴轴线

e中间平面

f液体

fh流动层

l压缩气体

p1第一排出方向

p2第二排出方向

s射流

u周向。