AT515995A1

AT515995A1 - Apparatus and method for atomizing a liquid

Info

Publication number: AT515995A1
Application number: ATA50482/2014A
Authority: AT
Inventors: Günter Dr Ing Brenn; Patrick Dipl Ing Salman
Original assignee: Tech Universität Graz
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-01-15
Also published as: AT515995B1

Abstract

Vorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit. Um insbesondere auf ein zusätzliches Fluid zur Zerteilung eines Stroms der Flüssigkeit in Tröpfchen verzichten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Strömungskanal (3) umfasst, welcher in einem Betriebszustand der Vorrichtung ausschließlich von der Flüssigkeit durchströmbar ist, wobei der Strömungskanal (3) einen Austrittsabschnitt (13) aufweist, welcher Austrittsabschnitt (13) zumindest abschnittsweise von einer ersten Fläche (6) und einer zweiten Fläche (7) begrenzt wird, wobei die Vorrichtung weiters einen Austrittsquerschnitt (4) mit einer Breite (l) zum Austreten der Flüssigkeit aus dem Austrittsabschnitt (13) aufweist, wobei weiters die erste Fläche (6) und/oder die zweite Fläche (7) gekrümmt sind/ist, um eine zentrifugale Instabilität der Strömung der Flüssigkeit mit Wirbeln im Austrittsabschnitt (13) zu erzeugen und anwachsen zu lassen, und wobei die Krümmung der ersten Fläche (6) und/oder der zweiten Fläche (7) und die Breite (l) des Austrittsquerschnitts (4) derart aufeinander abgestimmt sind, um ein Austreten der Flüssigkeit durch den Austrittsquerschnitt (4) in Form von entlang von Wirbelachsen (2) der Wirbel verlaufenden Flüssigkeitsstrahlen (11) zu ermöglichen.Device for atomizing a liquid. In order, in particular, to be able to dispense with an additional fluid for dividing a flow of the liquid into droplets, it is provided according to the invention that the device comprises a flow channel (3), which in an operating state of the device can only be flowed through by the liquid, wherein the flow channel ( 3) has an outlet section (13), which outlet section (13) is delimited, at least in sections, by a first surface (6) and a second surface (7), the device further having an outlet cross-section (4) with a width (1) for emergence the liquid from the exit section (13), further wherein the first surface (6) and / or the second surface (7) is curved to create a centrifugal instability of the fluid flow with vortices in the exit section (13) and to grow, and wherein the curvature of the first surface (6) and / or the second surface (7) and the Width (L) of the outlet cross-section (4) are coordinated with each other in such a way to allow leakage of the liquid through the outlet cross section (4) in the form of along vortex axes (2) of the vortex extending liquid jets (11).

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ZERSTÄUBUNG EINER FLÜSSIGKEITDEVICE AND METHOD FOR SPRAYING A LIQUID

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zurZerstäubung einer Flüssigkeit, die Vorrichtung umfassend einenStrömungskanal.The present invention relates to a device for atomizing a liquid, the device comprising a flow channel.

Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zurZerstäubung einer Flüssigkeit.Furthermore, the present invention relates to a method for atomizing a liquid.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendungeiner erfindungsgemäßen Vorrichtung.Finally, the present invention relates to the use of a device according to the invention.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Flüssigkeiten werden in vielen technischen Anwendungen inzerstäubter Form, d.h. in Form von Flüssigkeitströpfchen (auchals „Spray” bezeichnet), eingesetzt. Dabei ist es bei vielenAnwendungen wünschenswert, dass die Flüssigkeitströpfchenmöglichst gleich groß („monodispers") sind.Liquids become atomized in many engineering applications, i. in the form of liquid droplets (also called "spray") used. It is desirable in many applications for the liquid droplets to be as equal as possible ("monodisperse").

Zur Umwandlung eines zusammenhängenden Flüssigkeitsstroms ineinzelne Tröpfchen sind aus dem Stand der Technik Verfahrenbzw. Vorrichtungen bekannt, die als aufwendig bezeichnetwerden müssen, da ein zusätzliches Fluid zur Zerteilung desFlüssigkeitsstroms in einzelne Tröpfchen verwendet wird. Sosind beispielsweise aus der US 5679135 A oder der US 5129583 ADüsen zur Zerstäubung einer Flüssigkeit bekannt, bei welchen neben der Flüssigkeit ein Gas in die Düse eingeleitet wird, umeine Zerstäubung der Flüssigkeit beim Austritt aus der Düse zubewirken.For converting a contiguous liquid stream into individual droplets, prior art methods are known. Devices are known which must be said to be expensive, since an additional fluid is used to break the flow of liquid into individual droplets. For example, US Pat. No. 5,679,135 A or US Pat. No. 5,195,583 discloses nozzles for atomizing a liquid in which, in addition to the liquid, a gas is introduced into the nozzle to cause atomization of the liquid as it leaves the nozzle.

Schließlich sind bekannte Verfahren bzw. Düsen nur bedingt inder Lage, hohe Anforderungen betreffend Monodispersität derTröpfchen zu erfüllen.Finally, known methods or nozzles are only partially able to meet high requirements regarding droplet monodispersibility.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eineVorrichtung sowie ein Verfahren zur Zerstäubung vonFlüssigkeiten zur Verfügung zu stellen, die einen geringenkonstruktiven Aufwand erfordern und dennoch eine hoheMonodispersität der Tröpfchen garantieren. Insbesondere sollauf ein zusätzliches Fluid zur Zerteilung eines Stroms derFlüssigkeit in Tröpfchen verzichtet werden können.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for atomizing liquids which require a low constructive effort and yet guarantee a high monodispersibility of the droplets. In particular, it should be possible to dispense with an additional fluid for dividing a stream of the liquid into droplets.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Grundsätzlich ist es bekannt, dass ein feinerFlüssigkeitsstrahl aufgrund auftretender Kapillarkräfte inTröpfchen zerfallen kann, was auch als Plateau-Rayleigh-Instabilität bezeichnet wird. Dabei entstehen aufgrund vonUnregelmäßigkeiten in der Strahlströmung, die aus derFlüssigkeitszufuhr stammen oder aus der Umgebungsluftübertragen werden können, „Störungen" bzw. Verformungen desStrahls. Diese Störungen können anwachsen und zu einemAbschnüren des Flüssigkeitsstrahls und damit zur Bildung vonTröpfchen führen.Basically, it is known that a fine stream of liquid can disintegrate into droplets due to capillary forces, also referred to as plateau Rayleigh instability. As a result, due to irregularities in the jet flow, which may originate from the liquid feed or may be transferred from the ambient air, "disturbances" occur. or deformations of the beam. These perturbations may increase and lead to clogging of the jet of liquid and hence droplet formation.

Ein Aspekt der Erfindung ist es, für die Erzeugung vonFlüssigkeitströpfchen aus einem Flüssigkeitsstrom diesePlateau-Rayleigh-Instabilität auszunutzen. Dies bedingt dieOne aspect of the invention is to exploit this plateau Rayleigh instability for the generation of liquid droplets from a liquid stream. This requires the

Erzeugung von Flüssigkeitsstrahlen, die in weiterer Folgeaufgrund der Plateau-Rayleigh-Instabilität in einzelneTröpfchen zerfallen können. Je genauer dieGeneration of jets of liquid, which can subsequently disintegrate into individual droplets due to plateau Rayleigh instability. The more accurate the

Flüssigkeitsstrahlen dabei dimensioniert werden können, destogenauer lässt sich die Tröpfchengröße sowie deren Dispersitäteinstellen. Kern der Erfindung ist es nun, zur Erzeugung derFlüssigkeitsstrahlen den Flüssigkeitsstrom nicht etwa durchLochblenden oder Bohrungen zu führen oder gar mittels einesMechanismus mit bewegten Teilen aufzuteilen, da dies dasRisiko von rascher Verstopfung bzw. Defektanfälligkeit mitsich bringen würde. Stattdessen ist erfindungsgemäß dieAusnutzung des - an sich bekannten - Phänomens derzentrifugalen Instabilität von Flüssigkeitsströmungenvorgesehen.Liquid jets can be dimensioned thereby, the droplet size and their dispersity can be adjusted more distantly. The essence of the invention is now not to guide the flow of liquid through holes or bores or even by means of a moving parts mechanism to produce the liquid jets, as this would involve the risk of rapid clogging or susceptibility to defects. Instead, according to the invention, the use of the phenomenon known per se - the centrifugal instability of liquid flows - is envisaged.

Die zentrifugale Instabilität von Flüssigkeitsströmungen istgrundsätzlich für drei verschiedene Strömungsformen bekannt:die Taylor-Strömung zwischen zwei koaxialen Kreiszylindern,die um ihre Achse rotieren; die Görtler-Strömung, welche durchZentrifugalkräfte in Grenzschichten längs gekrümmter Wändebeeinflusst wird; und die Dean-Strömung, die unterDruckeinfluss zwischen zwei gekrümmten, still stehenden Wändenverläuft. In all diesen Fällen erzeugt die zentrifugaleInstabilität Wirbel mit Wirbelachsen bzw. Drehachsen längs dergekrümmten Wände.The centrifugal instability of liquid flows is basically known for three different flow forms: the Taylor flow between two coaxial circular cylinders rotating about their axis; the Görtler flow, which is affected by centrifugal forces in boundary layers along curved walls; and the Dean flow, which is under pressure between two curved, stationary walls. In all these cases, centrifugal instability creates vortices with vertices along the curved walls.

Im Falle von Flüssigkeitsströmungen strukturieren diese Wirbeldas Strömungsfeld in einer Weise, dass bei der Dean-Strömungam Austritt aus einem Strömungskanal einzelne Wirbelfäden invon einander getrennte Flüssigkeitsstrahlen umgewandelt werdenkönnen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, über einemAustrittsquerschnitt statt einer geschlossenen Lamelleeinzelne Strahlen der Flüssigkeit zu erzeugen. Es sei betont,dass dies ohne das Vorhandensein von Bohrungen in einem festenBauteil geschieht - und damit ohne die Verstopfungsgefahr, die mit der Durchströmung von Bohrungen durch Flüssigkeitenverbunden ist.In the case of liquid flows, these swirls structure the flow field in such a way that in the Dean flow at the exit from a flow channel, individual vortex filaments can be converted into separate liquid jets. This gives rise to the possibility of generating individual jets of liquid over an exit cross section instead of a closed lamella. It should be emphasized that this is done without the presence of holes in a solid component - and thus without the risk of clogging associated with the passage of fluid bores.

Die theoretische Grundlage für die zentrifugale Instabilitätin der Dean-Strömung findet sich in W.R. Dean, Proc. R. Soc.Lond. A 121, 402 (1928). Etwas später wurde in W.H. Reid,The theoretical basis for the centrifugal instability in the Dean flow is found in W.R. Dean, Proc. R. Soc.Lond. A 121, 402 (1928). Somewhat later, in W.H. Reid,

Proc. R. Soc. Lond. A 244, 186 (1958) der mathematischeFormalismus weiterentwickelt, der es ermöglicht, diezentrifugale Instabilität in der Dean-Strömung sowie dieresultierenden Wirbelstrukturen zu berechnen. Die genanntenArbeiten beziehen sich explizit nur auf eine Zylinder-Geometrie, jedoch kann beispielsweise eine Anpassung für einesphärische Geometrie leicht vorgenommen werden.Proc. R. Soc. Lond. A 244, 186 (1958) further developed the mathematical formalism which makes it possible to calculate the centrifugal instability in the Dean flow as well as the resulting vortex structures. The operations mentioned explicitly only relate to a cylinder geometry, however, for example, an adjustment for a spherical geometry can be made easily.

In aufwendigen Versuchsreihen wurde herausgefunden, dass esfür die Erzeugung sowie Dimensionierung, d.h. Einstellung derAnzahl und Dicke bzw. des Durchmessers, derFlüssigkeitsstrahlen erforderlich ist, die Krümmung derFlächen, entlang derer die Flüssigkeitsströmung imStrömungskanal geführt wird, sowie eine Breite desAustrittsquerschnitts aufeinander abzustimmen. Dabei wurdeinsbesondere herausgefunden, dass grundsätzlich auch schondann Flüssigkeitsstrahlen erzeugt werden können, wenn dieFlüssigkeitsströmung lediglich entlang einer gekrümmten Flächegeführt wird. Allerdings wird ein schnelleres Anwachsen derzentrifugalen Instabilität - und damit eine bessereWirbelbildung - beobachtet, wenn die Flüssigkeit zwischen zweigekrümmten Flächen strömt.In elaborate series of experiments it has been found that it is necessary for the generation and dimensioning, i. Adjusting the number and thickness or diameter of the liquid jets required to match the curvature of the surfaces along which the liquid flow is directed in the flow channel and a width of the outlet cross section. In particular, it has been found that, in principle, liquid jets can also be produced when the liquid flow is guided only along a curved surface. However, a faster increase in centrifugal instability - and thus better vortex formation - is observed as the liquid flows between two curved surfaces.

Durch das Abstimmen der Krümmung der gekrümmten Fläche(n) undder Breite des Austrittsquerschnitts wird sichergestellt, dassdie zentrifugale Instabilität nicht nur entsteht, sondern auchsoweit anwächst, dass die Flüssigkeit durch denAustrittsquerschnitt in Form von Flüssigkeitsstrahlendurchtritt, wobei die Flüssigkeitsstrahlen entlang vonWirbelachsen der durch die zentrifugale Instabilität verursachten Wirbel verlaufen. Nachdem dieBy adjusting the curvature of the curved surface (s) and the width of the exit cross section, it is ensured that the centrifugal instability not only arises but also increases so that the liquid passes through the exit cross section in the form of liquid jets, the liquid jets along swirl axes causing the centrifugal instability Whirling. after the

Flüssigkeitsstrahlen den Austrittsquerschnitt passiert haben,verlaufen sie selbstverständlich prinzipiell dem Einfluss derSchwerkraft folgend.As a matter of principle, liquid jets have passed the exit cross-section, in principle following the influence of gravity.

Es zeigt sich, dass die so erzeugten Flüssigkeitsstrahlen sehrregelmäßig ausgebildet und zueinander sehr ähnlich sind. Zudemist bei der Tröpfchenbildung durch die Plateau-Rayleigh-Instabilität das Spektrum der anwachsenden Störungen, dieletztlich zur Ausbildung der Tröpfchen führen, sehr begrenzt.Typischerweise ist der Tröpfchendurchmesser innerhalb desZweifachen des Durchmessers des Flüssigkeitsstrahls aus demdie Tröpfchen mittels Plateau-Rayleigh-Instabilitäthervorgehen. Insgesamt ergibt sich somit eine äußerst homogenebzw. enge (monodisperse) Verteilung der erfindungsgemäßerzeugten Tröpfchen.It turns out that the liquid jets produced in this way are very regular and very similar to each other. In addition, droplet formation by plateau Rayleigh instability has a very limited spectrum of increasing perturbations ultimately leading to the formation of droplets. Typically, the droplet diameter is within twice the diameter of the jet of liquid from which the droplets are caused by plateau Rayleigh instability. Overall, this results in a very homogenebzw. close (monodisperse) distribution of the droplets produced according to the invention.

Im Vergleich dazu ist das Spektrum anwachsender Störungen z.B.bei Kelvin-Helmholtzscher Instabilität, d.h. insbesondere beider Zerstäubung von Flüssigkeitsstrahlen durch Einwirkungeiner begleitenden Gasströmung, wesentlich - typischerweise umzwei Größenordnungen - breiter. Entsprechend weit ist dieGrößenverteilung der so erhaltenen Tröpfchen.By comparison, the spectrum of increasing perturbations is, for example, Kelvin-Helmholtz instability, i. especially sputtering of liquid jets by the action of an accompanying gas flow, substantially wider, typically by two orders of magnitude. The size distribution of the droplets thus obtained is correspondingly wide.

Daher ist es bei einer Vorrichtung zur Zerstäubung einerFlüssigkeit erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtungeinen Strömungskanal umfasst, welcher in einem Betriebszustandder Vorrichtung ausschließlich von der Flüssigkeitdurchströmbar ist, wobei der Strömungskanal einenAustrittsabschnitt aufweist, welcher Austrittsabschnittzumindest abschnittsweise von einer ersten Fläche und einerzweiten Fläche begrenzt wird, wobei die Vorrichtung weiters einen Austrittsquerschnitt zumAustreten der Flüssigkeit aus dem Austrittsabschnitt aufweist,wobei eine Randlinie des Austrittsquerschnitts zumindestabschnittsweise in der ersten Fläche und/oder in der zweitenTherefore, in a device for atomising a liquid, it is provided according to the invention that the device comprises a flow channel which in an operating state of the device can only flow through the liquid, the flow channel having an outlet section, which outlet section is bounded at least in sections by a first surface and a second surface Device further comprises an outlet cross section for the discharge of the liquid from the outlet portion, wherein an edge line of the outlet cross-section at least partially in the first surface and / or in the second

Fläche verläuft und wobei der Austrittsquerschnitt eine Breiteaufweist, welche einem geringsten Abstand der ersten Flächezur zweiten Fläche entspricht, wobei dieser Abstand in einerSchnittebene gemessen ist, in welcher Schnittebene eineLängsachse des Austrittsabschnitts verläuft,wobei weiters die erste Fläche und/oder die zweite Flächegekrümmt sind/ist, um eine zentrifugale Instabilität derStrömung der Flüssigkeit mit Wirbeln im Austrittsabschnitt zuerzeugen und anwachsen zu lassen, und wobei die Krümmung der ersten Fläche und/oder der zweitenFläche und die Breite des Austrittsquerschnitts derartaufeinander abgestimmt sind, um ein Austreten der Flüssigkeitdurch den Austrittsquerschnitt in Form von entlang vonWirbelachsen der Wirbel verlaufenden Flüssigkeitsstrahlen zuermöglichen.Surface and wherein the outlet cross-section has a width which corresponds to a minimum distance of the first surface to the second surface, said distance is measured in a sectional plane in which sectional plane extends a longitudinal axis of the exit portion, further wherein the first surface and / or the second surface is curved / to cause and increase centrifugal instability of fluid flow with vortices in the exit section, and wherein the curvature of the first surface and / or the second surface and the width of the exit cross section are matched to permit fluid leakage through the exit section in the form of of vertebral axes of the vortex-extending fluid jets.

Analog ist es bei einem Verfahren zur Zerstäubung einerFlüssigkeit erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren diefolgenden Schritte umfasst: - Erzeugen einer Strömung der Flüssigkeit durch einenStrömungskanal, wobei lediglich die Flüssigkeit durch denStrömungskanal strömt und wobei die Flüssigkeit aus einemAustrittsabschnitt des Strömungskanals durch einenAustrittsquerschnitt austritt; - Bildung von Flüssigkeitsstrahlen am Austrittsquerschnittdurch Erzeugen und Anwachsenlassen einer zentrifugalenInstabilität der Strömung der Flüssigkeit imSimilarly, in a method of atomizing a liquid, according to the invention, the method comprises the following steps: generating a flow of the liquid through a flow channel, wherein only the liquid flows through the flow channel and the liquid exits an exit section of the flow channel through an exit cross section; Formation of liquid jets at the exit cross section by creating and growing a centrifugal instability of the flow of the liquid in the

Austrittsabschnitt mit Wirbeln, wobei die Flüssigkeitsstrahlenim Austrittsquerschnitt entlang von Wirbelachsen der Wirbelverlaufen und wobei die Flüssigkeitsstrahlen derartdimensioniert werden, dass die Flüssigkeitsstrahlen inweiterer Folge aufgrund der Plateau-Rayleigh-Instabilität zuTröpfchen zerfallen.Whirling exit section wherein the liquid jets in the exit section are spaced along vortex axes of the vortex paths and wherein the jets of liquid are sized such that the jets of liquid further disintegrate into droplets due to plateau Rayleigh instability.

Die Strömung wird dabei mittels Druckbeaufschlagung erzeugt,z.B. durch eine Druckdifferenz von 3,2 bar gegenThe flow is generated by pressurization, z. by a pressure difference of 3.2 bar against

Atmosphärendruck. Der Austrittsquerschnitt steht normal aufdie HauptStrömungsrichtung und damit auch normal auf dieWirbelachsen.Atmospheric pressure. The outlet cross section is normal to the main direction of flow and thus normal to the vertices.

Dieses Verfahren funktioniert grundsätzlich nicht nur mitzentrifugalen Instabilitäten einer Dean-Strömung, sondern aucheiner Taylor-Strömung oder einer Görtler-Strömung. Diekonstruktiv am einfachsten zu realisierende Strömung istjedoch die Dean-Strömung. Daher ist es bei einer bevorzugtenAusführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,dass für die Erzeugung der zentrifugalen Instabilität dieströmende Flüssigkeit im Austrittsabschnitt entlang zumindesteiner gekrümmten Fläche geführt wird, welche gekrümmte Flächeden Austrittsabschnitt begrenzt und in welcher eine Randliniedes Austrittsquerschnitts zumindest abschnittsweise verläuft.This method basically works not only with centrifugal instabilities of a Dean flow but also with a Taylor flow or Görtler flow. However, the most easily realized flow is the Dean flow. Therefore, it is provided in a preferred embodiment of the method according to the invention that for the generation of centrifugal instability the flowing liquid is guided in the outlet section along at least one curved surface which defines a curved surface of the outlet section and in which an edge line of the outlet cross-section extends at least in sections.

Wie bereits gesagt, können die Anzahl und die Dicke derFlüssigkeitsstrahlen eingestellt werden, indem die Krümmungder Flächen, entlang derer die Flüssigkeitsströmung imStrömungskanal bzw. Austrittsabschnitt geführt wird, sowie dieBreite des Austrittsquerschnitts aufeinander abgestimmtwerden. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform deserfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass dieDimensionierung der Flüssigkeitsstrahlen durch Abstimmen derKrümmung der mindestens einen Fläche und einer Breite desAustrittsquerschnitts erfolgt.As already stated, the number and the thickness of the liquid jets can be adjusted by matching the curvature of the surfaces along which the liquid flow in the flow channel or outlet section is guided, as well as the width of the outlet cross section. Therefore, in a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the dimensioning of the liquid jets takes place by adjusting the curvature of the at least one surface and a width of the outlet cross section.

Optimal lässt sich dies mit einer erfindungsgemäßenVorrichtung erreichen, weshalb es bei einer bevorzugtenAusführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenist, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.Optimally, this can be achieved with a device according to the invention, which is why it is provided in a preferred embodiment of the method according to the invention that a device according to the invention is used.

Um eine für die Erzeugung und für das Anwachsen derzentrifugalen Instabilität geeignete Krümmung der erstenund/oder zweiten Fläche zu garantieren, ist es bei einerbevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungvorgesehen, dass die erste Fläche mindestens einenIn order to guarantee a curvature of the first and / or second surface suitable for the generation and growth of the centrifugal instability, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the first surface is at least one

Krümmungsradius aufweist und/oder dass die zweite Flächemindestens einen Krümmungsradius aufweist, wobei dermindestens eine Krümmungsradius 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 4 mm bis 15 mm groß ist. Dabei sind die Randpunkte der hier undim Folgenden angegebenen Intervalle stets als zum jeweiligenIntervall dazu gehörend zu lesen, sofern nicht explizitanderes angegeben ist.Has a radius of curvature and / or that the second surface has at least one radius of curvature, wherein the at least one radius of curvature is 1 mm to 50 mm, preferably 4 mm to 15 mm in size. In this case, the boundary points of the intervals indicated here and below are always to be read as belonging to the respective interval, unless explicitly stated otherwise.

Obiges bedeutet, dass die Krümmung der ersten und/oder zweitenFläche auch variieren kann, d.h. die Krümmung kann konstantsein oder variabel. Der angegebene mindestens eineKrümmungsradius bezieht sich klarerweise nur auf jene Teileder ersten bzw. zweiten Fläche, die nicht eben sind.The above means that the curvature of the first and / or second surface may also vary, i. the curvature can be constant or variable. Clearly, the specified at least one radius of curvature only applies to those parts of the first and second surfaces which are not flat.

Ebenso ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Breite desAustrittsquerschnitts 0,02 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,07 mmbis 0,4 mm groß ist, um die Ausbildung vonFlüssigkeitsstrahlen zu begünstigen. Überraschenderweise zeigt es sich, dass bei sich einstellendenFlüssigkeitsstrahlen durch Änderung der Breite desAustrittsquerschnitts direkt die Größe der Tröpfchen, in diedie Flüssigkeitsstrahlen in der Folge zerfallen, variiertwerden kann. Daher ist es bei einer bevorzugtenAusführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,dass die Breite des Austrittsquerschnitts variiert wird, umeinen mittleren Durchmesser der Tröpfchen zu variieren.Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Breite desAustrittsquerschnitts verstellbar ist.Similarly, in a preferred embodiment of the device of the invention, the width of the exit section is 0.02 mm to 2 mm, preferably 0.07 mm to 0.4 mm, to promote the formation of liquid jets. Surprisingly, it turns out that by adjusting the width of the exit cross section, the size of the droplets into which the liquid jets disintegrate in the sequence can be varied as the liquid jets settle. Therefore, in a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the width of the outlet cross section is varied to vary a mean diameter of the droplets. Accordingly, in a preferred embodiment of the device according to the invention, the width of the outlet cross section is adjustable.

Um besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf dieMonodispersität der erzeugten Tröpfchen zu erzielen, ist esbei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßenVorrichtung vorgesehen, dass die erste Fläche mindestens einenKrümmungsradius aufweist und/oder dass die zweite Fläche mindestens einen Krümmungsradius aufweist und dass dasVerhältnis der Breite des Austrittsquerschnitts zum mindestenseinen Krümmungsradius 0,0047 bis 0,1 beträgt.In order to achieve particularly good results with regard to the monodispersity of the droplets produced, it is provided in a preferred embodiment of the device according to the invention that the first surface has at least one radius of curvature and / or that the second surface has at least one radius of curvature and the ratio of the width of the outlet cross section to at least one Radius of curvature is 0.0047 to 0.1.

Die Krümmung der ersten bzw. zweiten Fläche kann soausgestaltet sein, dass sich die jeweilige Fläche zumAustrittsquerschnitt hin („konvexe Krümmung") oder vomAustrittsquerschnitt weg („konkave Krümmung") wölbt. Dabeisind grundsätzlich sämtliche Kombinationen von Krümmungen fürdie erste und zweite Fläche, insbesondere im Bereich desAustrittsquerschnitts, möglich: konvex-eben; konkav-eben;eben-konvex; eben-konkav; konvex-konkav; konkav-konvex;konvex-konvex; konkav-konkav. Daher ist es bei einerbevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungvorgesehen, dass die erste Fläche und/oder die zweite Flächegegen den Austrittsquerschnitt konvex gekrümmt sind/ist.The curvature of the first and second surfaces may be such that the respective surface bulges toward the exit section ("convex curve") or away from the exit section ("concave curve"). In principle, all combinations of curvatures are possible for the first and second surfaces, in particular in the region of the outlet cross section: convex-planar; concave-flat; plane-convex; plane-concave; convex-concave; concavo-convex; convex-convex; concavo-concave. Therefore, in a preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the first surface and / or the second surface is convexly curved against the outlet cross-section.

Ebenso ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die zweiteFläche und/oder die erste Fläche gegen denAustrittsquerschnitt konkav gekrümmt sind/ist.Likewise, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the second surface and / or the first surface is concavely curved against the outlet cross-section.

Um eine besonders einfache Realisierung der gekrümmten Flächenzu erreichen, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die ersteFläche und/oder die zweite Fläche zumindest abschnittsweisedie Form eines Abschnitts eines Zylindermantels aufweist.In order to achieve a particularly simple realization of the curved surfaces, it is provided in a preferred embodiment of the device according to the invention that the first surface and / or the second surface at least in sections has the shape of a portion of a cylinder jacket.

Insbesondere - aber nicht nur - im Fall, dass sowohl die ersteals auch die zweite Fläche im Wesentlichen als Abschnitte vonZylindermänteln geformt sind, kann der Austrittsquerschnitt imWesentlichen eine rechteckige Form aufweisen. Daher ist es beieiner bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßenVorrichtung vorgesehen, dass der Austrittsquerschnittrechteckig ist.In particular, but not only, in the case where both the first and second surfaces are substantially shaped as sections of cylinder jackets, the exit section may be substantially rectangular in shape. Therefore, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the outlet cross-section is rectangular.

Ebenso ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die zweiteLikewise, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the second

Fläche und/oder die erste Fläche zumindest abschnittsweise dieForm eines Abschnitts einer Kugelfläche aufweist. Auf dieseWeise lässt sich leicht eine Drehsymmetrie des Strömungskanalsbzw. des Austrittsabschnitts erzeugen, was sich wiederumgünstig auf die Herstellung auswirkt. Insbesondere - abernicht nur - im Falle eines drehsymmetrischenAustrittsabschnitts kann der Austrittsabschnitt imWesentlichen ringförmig sein.Surface and / or the first surface at least partially having the shape of a portion of a spherical surface. In this way, a rotational symmetry of the flow channel can be easily achieved. produce the exit portion, which in turn has a favorable effect on the production. In particular, but not limited to, in the case of a rotationally symmetrical exit section, the exit section may be substantially annular.

Es ist auch denkbar, dass aus Konstruktionsgründen ein odermehrere Stege vorgesehen sind, sodass sich mehrereAustrittsquerschnitte ergeben. Insbesondere können sichmehrere Austrittsquerschnitte ergeben, die jeweils rechteckigsind oder die Form von Ringsegmenten haben.It is also conceivable that, for design reasons, one or more webs are provided so that several exit cross-sections result. In particular, several exit cross-sections may result, each rectangular in shape or in the form of ring segments.

Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass derAustrittsquerschnitt ringförmig oder ringsegmentförmig ist.Accordingly, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the outlet cross-section is annular or ring segment-shaped.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßenVorrichtung ist es außerdem vorgesehen, dass die Vorrichtungmindestens eine Abrisskante aufweist. Die mindestens eineAbrisskante bewirkt eine Lokalisierung der Abströmung derFlüssigkeit nach Verlassen der Vorrichtung. Das bedeutet, dasskeine Flüssigkeit unkontrolliert nach dem Austrittsquerschnittvon der Vorrichtung herunter tropft. Stattdessen finden sichannähernd 100% der die Vorrichtung durch denIn a preferred embodiment of the device according to the invention it is also provided that the device has at least one tear-off edge. The at least one rupture edge causes localization of the outflow of the liquid after leaving the device. This means that no fluid drips down the device unchecked after the exit cross section. Instead, approximately 100% of the device is found by the device

Austrittsquerschnitt verlassenden Flüssigkeit in den mittelszentrifugaler Instabilität erzeugten Flüssigkeitsstrahlen.Outgoing cross-section leaving liquid in the means of centrifugal instability generated liquid jets.

Um Flüssigkeitsverlust durch Heruntertropfen praktischvollständig auszuschließen, ist es bei einer besondersbevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungvorgesehen, dass zwei Abrisskanten vorgesehen sind, diebezogen auf den Austrittsquerschnitt einander gegenüberliegendangeordnet sind. Vorzugsweise schließt dabei die eineIn order to virtually eliminate fluid loss by dripping down, it is provided in a particularly preferred embodiment of the device according to the invention that two tear-off edges are provided, which are arranged opposite one another in relation to the outlet cross-section. Preferably, the one closes

Abrisskante an die erste Fläche an und die andere Abrisskantean die zweite Fläche.Tear-off edge on the first surface and the other tear-off edge on the second surface.

Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtungbzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Zerstäubungvon Wasser, sondern für unterschiedlichste Flüssigkeiten. DieErzeugung von Flüssigkeitsstrahlen mittels der zentrifugalenInstabilität kann bei Flüssigkeiten mit unterschiedlicherViskosität insbesondere dadurch erreicht werden, indem gewisseReynolds-Zahlen bei der Durchströmung des Strömungskanals bzw.des Austrittsabschnitts sichergestellt werden, wobei dieBreite des Austrittsquerschnitts das für die Reynolds-Zahlrelevante Längenmaß bildet. Selbstverständlich gilt dies nichtnur für chemisch unterschiedliche Flüssigkeiten, sondern auchfür eine Flüssigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen unddamit unterschiedlichen kinematischen Viskositäten. TypischeWerte für die kinematische Viskosität liegen z.B. im Bereichzwischen 1CT6 m2/s und 1,38*1CT5 m2/s.Basically, the device according to the invention is or. the inventive method not only for the atomization of water, but for a wide variety of liquids. The generation of liquid jets by means of centrifugal instability can be achieved in liquids of different viscosity, in particular by ensuring certain Reynolds numbers in the flow through the flow channel or the outlet section, wherein the width of the outlet cross section forms the length measure relevant for the Reynolds number. Of course, this applies not only to chemically different liquids, but also to a liquid at different temperatures and with different kinematic viscosities. Typical values for the kinematic viscosity are e.g. in the range between 1CT6 m2 / s and 1.38 * 1CT5 m2 / s.

Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform deserfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass einevolumenstromäquivalente mittlere Geschwindigkeit v derFlüssigkeit, eine Breite 1 des Austrittsquerschnitts sowie diekinematische Viskosität V der Flüssigkeit so aufeinanderabgestimmt bzw. gewählt werden, dass für die Reynolds-ZahlRe = v * 1 / V gilt: 10 ^ Re ^ 10000, vorzugsweise 50 ^ Re ^ 2500, besondersbevorzugt 70 ^ Re ^ 2400.Therefore, in a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that a volume flow-equivalent average velocity v of the liquid, a width 1 of the outlet cross-section and the kinematic viscosity V of the liquid are matched so that the Reynolds number Re = v * 1 / V: 10 ^ Re ^ 10000, preferably 50 ^ Re ^ 2500, more preferably 70 ^ Re ^ 2400.

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäßeVorrichtung können aufgrund der ausgezeichnetenMonodispersität der erzeugten Tröpfchen vielfältig verwendetwerden. Mögliche Anwendungen reichen von der Verwendung zurBefeuchtung, Reinigung oder Dekontamination von Produkten überdie Verwendung zur Behandlung von Strukturoberflächen beilithographischen Produktionsverfahren bis zur Verwendung beiThe method and / or apparatus of the present invention can be used in a variety of ways due to the excellent monodispersity of the droplets produced. Possible applications range from use for humidification, cleaning or decontamination of products to use for the treatment of structural surfaces, from casual production to use

Sprühtrocknungsverfahren. Daher ist erfindungsgemäß dieVerwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zurSprühtrocknung vorgesehen, wobei mittels der VorrichtungTröpfchen einer Suspension oder homogenen Lösung erzeugtwerden, welche Tröpfchen wiederum vorzugsweise mit Heißluftgetrocknet werden, um ein Pulver eines in der Suspensionsuspendierten oder in der Lösung gelösten Stoffesherzustellen.Spray-drying process. Therefore, according to the invention, there is provided the use of a spray-drying apparatus according to the invention, wherein droplets of a suspension or homogeneous solution are produced by the apparatus, which droplets are in turn preferably dried with hot air to produce a powder of a substance suspended in the suspension or dissolved in the solution.

Beispielsweise lässt sich auf diese Weise mittelsSprühtrocknung Milchpulver (Trockenmilch) oder löslicherKaffee (Pulverkaffee) hersteilen. Entsprechend ist es beieiner bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßenVerwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dasses sich bei dem Stoff um ein Lebensmittel handelt.For example, by means of spray-drying, milk powder (dry milk) or soluble coffee (powdered coffee) can be produced in this way. Accordingly, in a preferred embodiment of the inventive use of the device according to the invention, it is provided that the substance is a foodstuff.

Selbstverständlich können mittels Sprühtrocknung aber auchPulver anderer Stoffe, bei denen es sich nicht um Lebensmittelhandelt, hergestellt werden. Entsprechend ist es bei einerbevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendungder erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass es sich beidem Stoff um eine Chemikalie handelt. Beispiele für einesolche Chemikalie wären: Polymere, Düngemittel, keramischeAusgangsstoffe, Waschmittel oder Kautschuk.Of course, by spray drying, however, powders of other non-food substances may also be produced. Accordingly, in a preferred embodiment of the inventive use of the device according to the invention, it is provided that the substance is a chemical. Examples of such a chemical would be: polymers, fertilizers, ceramic feedstocks, detergents or rubber.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen nähererläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen denErfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfallseinengen oder gar abschließend wiedergeben.The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The drawings are exemplary and are intended to illustrate the inventive idea but not by any means or even exhaustively.

Dabei zeigt:Showing:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßenFig. 1 is a sectional view of an inventive

Vorrichtung zur Zerstäubung einer FlüssigkeitDevice for atomizing a liquid

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B in Fig.1, wobei die Pfeile in Fig. 1 die BlickrichtungandeutenFig. 2 is a sectional view taken along the section line B-B in Figure 1, wherein the arrows in Fig. 1 indicate the viewing direction

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Darstellung einesAustrittsabschnitts eines Strömungskanals derVorrichtung aus Fig. 1, wobei eine erste und einezweite Fläche, die den Austrittsabschnitt begrenzen,gegen einen Austrittsquerschnitt konvex gekrümmt sindFig. 3 is an enlarged schematic illustration of an exit portion of a flow channel of the apparatus of Fig. 1, wherein first and second surfaces defining the exit portion are convexly curved against an exit cross-section

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, wobei die zweiteFig. 4 is a view as in Fig. 3, wherein the second

Fläche auch einen Abschnitt einer Mantelfläche einesZylinders ausbilden kannSurface can also form a portion of a lateral surface of a cylinder

Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 3, wobei die zweiteFig. 5 is a representation as in Fig. 3, wherein the second

Fläche gegen den Austrittsquerschnitt konkav gekrümmtistSurface is concavely curved against the outlet section

Fig. 6 eine Darstellung wie in Fig. 3, wobei die zweiteFläche eben istFig. 6 is a view as in Fig. 3, wherein the second surface is flat

Fig. 7 eine Darstellung wie in Fig. 4, wobei die erste Flächeeben istFig. 7 is a view as in Fig. 4, wherein the first surface is

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht des Details A aus Fig. 68 is an enlarged view of the detail A of FIG. 6

Fig. 9 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit einem rechteckigen AustrittsquerschnittFig. 9 is a representation as in Fig. 2, but with a rectangular outlet cross-section

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

In der Schnittansicht der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäßeVorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit in einemBetriebszustand der Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtungweist einen Strömungskanal 3 auf, in welchen die Flüssigkeit(in der Zeichnung) von oben eingeleitet wird und imBetriebszustand druckbeaufschlagt nach (in der Zeichnung) unten entlang einer Längsachse 8 als Flüssigkeitsströmung 1(vgl. auch z.B. Fig. 3) strömt.In the sectional view of Fig. 1 there is shown an apparatus according to the invention for atomizing a liquid in an operating condition of the apparatus. The apparatus has a flow channel 3 into which the liquid (in the drawing) is introduced from above and pressurized in the operating condition as shown in the drawing down along a longitudinal axis 8 as liquid flow 1 (see also e.g.

Der Strömungskanal 3 weist einen Austrittsabschnitt 13 auf,der durch eine erste Fläche 6 und eine zweite Fläche 7begrenzt wird. Zwischen den Flächen 6 und 7 ist einAustrittsquerschnitt 4 angeordnet, durch den die Flüssigkeitaustritt. D.h. die Flüssigkeit wird vor ihrem Austritt aus demStrömungskanal 3 bzw. dem Austrittsabschnitt 13 entlang derFlächen 6 und 7 geführt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 istder Austrittsquerschnitt 4 ein im Wesentlichen ringförmigerSpalt mit einer Breite 1. Die Breite 1 entspricht einemgeringsten Abstand zwischen der ersten Fläche 6 und derzweiten Fläche 7, gemessen in einer Schnittebene, in welcherdie Längsachse 8 verläuft, d.h. im vorliegendenAusführungsbeispiel stellt die Schnittebene die Zeichenebneder Fig. 1 dar.The flow channel 3 has an outlet section 13 which is delimited by a first surface 6 and a second surface 7. Between the surfaces 6 and 7 an outlet cross-section 4 is arranged, through which the liquid emerges. That the liquid is guided out of the flow channel 3 or the outlet section 13 along the surfaces 6 and 7 before it exits. In the embodiment of Fig. 1, the outlet section 4 is a substantially annular gap having a width 1. The width 1 corresponds to a smallest distance between the first surface 6 and the second surface 7, measured in a sectional plane in which the longitudinal axis 8 extends, i. In the present embodiment, the cutting plane is the drawing of Fig. 1.

Sowohl die erste Fläche 6 als auch die zweite Fläche 7 sind imAusführungsbeispiel der Fig. 1 gekrümmt, und zwar gegen denAustrittsquerschnitt 4 konvex gekrümmt, d.h. die Flächen 6 und7 wölben sich zum Austrittsquerschnitt 4 hin. Die gekrümmtenFlächen 6, 7 bewirken, dass sich eine zentrifugaleInstabilität in der Flüssigkeitsströmung 1 imAustrittsabschnitt 13 ausbildet, wobei hierdurch Wirbelerzeugt werden, deren Drehachsen/Wirbelachsen 2 parallel zuden gekrümmten Flächen 6, 7 verlaufen. Dabei sind dieKrümmungen der Flächen 6, 7 und die Breite 1 (vgl. Fig. 8) desAustrittsquerschnitts 4 so ausgelegt bzw. aufeinanderabgestimmt, dass sich die zentrifugale Instabilität nicht nurausbildet, sondern auch anwachsen kann.Both the first surface 6 and the second surface 7 are curved in the embodiment of Fig. 1, against the exit cross-section 4 convexly curved, i. the surfaces 6 and 7 bulge towards the outlet cross-section 4. The curved surfaces 6, 7 cause centrifugal instability in the liquid flow 1 to form in the exit section 13, thereby producing vortexes whose axes of rotation / vortex axes 2 are parallel to the curved surfaces 6, 7. At this time, the curvatures of the surfaces 6, 7 and the width 1 (see Fig. 8) of the exit section 4 are designed so that the centrifugal instability not only forms but also increases.

Dies wiederum hat eine Strukturierung der Flüssigkeitsströmung1 durch die Wirbel bzw. Wirbelfäden zur Folge - und zwar so,dass die Flüssigkeit durch den Austrittsquerschnitt 4 nichtals Lamelle, sondern in einzelnen Flüssigkeitsstrahlen 11 austritt. Dabei ergibt sich jeder Flüssigkeitsstrahl 11 auseinem Wirbelfaden oder durch Verschmelzen mehrererWirbelfäden. D.h. es werden zur Herstellung derFlüssigkeitsstrahlen 11 weder extra Bohrungen noch einweiteres Fluid benötigt - lediglich die Flüssigkeit strömtdurch den Strömungskanal 3 bzw. den Austrittsabschnitt 13 undtritt durch den Austrittsquerschnitt 4 aus.This in turn results in a structuring of the liquid flow 1 through the vortex or vortex filaments - in such a way that the liquid does not exit through the outlet cross-section 4 as a fin, but rather into individual liquid jets 11. Each fluid jet 11 results from a vortex filament or by merging several vortex filaments. That neither extra bores nor additional fluid is required to produce the liquid jets 11 - only the liquid flows through the flow channel 3 or the outlet section 13 and exits through the outlet cross section 4.

Durch die Abstimmung der Krümmung der Flächen 6, 7 und derBreite 1 aufeinander wird nicht nur sichergestellt, dass sichbeim Austritt/Durchtritt aus/durch dem/denBy matching the curvature of the surfaces 6, 7 and the width 1 to each other, it is not only ensured that at the exit / passage from / through the /

Austrittsquerschnitt 4 Flüssigkeitsstrahlen 11 bilden, sonderndie Flüssigkeitsstrahlen 11 können gezielt dimensioniertwerden. D.h. es lassen sich Anzahl und Dicke bzw. Durchmesserder Flüssigkeitsstrahlen 11 einstellen, wobei dieFlüssigkeitsstrahlen 11 zueinander äußerst ähnlich undregelmäßig ausgebildet sind.Outlet cross-section 4 liquid jets 11 form, but the liquid jets 11 can be targeted dimensioned. That The number and thickness or diameter of the liquid jets 11 can be adjusted, with the liquid jets 11 being extremely similar and regular to each other.

Die Flüssigkeitsstrahlen 11 können nun gezielt sodimensioniert werden, dass sie in weiterer Folge aufgrund derPlateau-Rayleigh-Instabilität zu Tröpfchen 12 zerfallen. Dabeientstehen aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Strömung derFlüssigkeitsstrahlen 11, die aus der Flüssigkeitszufuhrstammen oder aus der Umgebungsluft übertragen werden können,Störungen bzw. Verformungen der Flüssigkeitsstrahlen 11, dieanwachsen und zu einem Abschnüren der Flüssigkeitsstrahlen 11und damit zur Bildung der Tröpfchen 12 führen. Aufgrund deräußerst regelmäßigen Ausbildung der Flüssigkeitsstrahlen 11ist das Spektrum der anwachsenden Störungen sehr begrenzt,sodass sich eine sehr homogene, im Wesentlichen monodisperseGrößenverteilung der Tröpfchen 12 ergibt.The liquid jets 11 can now be selectively dimensioned so that they subsequently disintegrate into droplets 12 due to the Plateau-Rayleigh instability. Due to irregularities in the flow of the liquid jets 11, which may originate from the liquid supply or be transferred from the ambient air, there are disturbances or deformations of the liquid jets 11 which lead to constriction of the liquid jets 11 and thus to the formation of the droplets 12. Due to the extremely regular formation of the liquid jets 11, the spectrum of the growing perturbations is very limited, so that a very homogeneous, substantially monodisperse size distribution of the droplets 12 results.

Fig. 2 illustriert die Bildung dieser Tröpfchen 12 in einerSchnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B in Fig. 1, wobei diePfeile die Blickrichtung andeuten. Gut erkennbar ist dieregelmäßige, sternförmige Anordnung der aufgrund der zentrifugalen Instabilität ausgebildeten Flüssigkeitsstrahlen11.Fig. 2 illustrates the formation of these droplets 12 in a sectional view along the section line B-B in Fig. 1, with the arrows indicating the viewing direction. Clearly recognizable is the regular, star-shaped arrangement of the liquid jets 11 formed on account of the centrifugal instability.

Darüberhinaus ist in Fig. 2 eine Abrisskante 9 besser als inFig. 1 erkennbar. Diese Abrisskante 9 schließt an die zweiteFläche 7 an und bewirkt eine Lokalisierung der Abströmung derFlüssigkeit nach Verlassen der Vorrichtung. Das bedeutet, dasskeine Flüssigkeit unkontrolliert nach dem Austrittsquerschnitt4 von der Vorrichtung herunter tropft.Moreover, in Fig. 2, a trailing edge 9 is better than in Fig. 1 recognizable. This tear-off edge 9 adjoins the second surface 7 and effects a localization of the outflow of the liquid after leaving the device. This means that no liquid drips uncontrollably down the outlet cross section 4 from the device.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung einesAustrittsabschnitts 13, wie er in der Vorrichtung der Fig. 1vorkommt. Wie bereits festgehalten sind sowohl die ersteFläche 6 als auch die zweite Fläche 7 konvex gegen denAustrittsquerschnitt 4 gekrümmt. Dabei weist die erste Fläche6 einen Krümmungsradius RK auf und die zweite Fläche 7, die dieOberfläche einer Kugelkalotte bildet, einen Krümmungsradius -Rj.Sowohl die erste Fläche 6 als auch die zweite Fläche 7 sind imgezeigten Ausführungsbeispiel drehsymmetrisch rund um dieLängsachse 8. Eine Wirbelachse 2 eines Wirbels, der durch diesich ergebende zentrifugale Instabilität gebildet wird, istdurch eine Strich-Punkt-Punkt-Linie dargestellt. DieWirbelachse 2 verläuft dabei parallel zu einerHauptStrömungsrichtung 10, die mittels eines Pfeils für dieFlüssigkeitsströmung 1 am Ort des Austrittsquerschnitts 4dargestellt ist.Fig. 3 shows an enlarged schematic representation of an exit portion 13, as it occurs in the apparatus of Fig. 1. As already noted, both the first surface 6 and the second surface 7 are curved convexly toward the exit section 4. In this case, the first surface 6 has a radius of curvature RK and the second surface 7, which forms the surface of a spherical cap, has a radius of curvature -Rj. Both the first surface 6 and the second surface 7 are rotationally symmetrical about the longitudinal axis 8 in the illustrated embodiment The vortex formed by the resulting centrifugal instability is represented by a dashed-dotted line. The swirl axis 2 in this case runs parallel to a main flow direction 10, which is represented by means of an arrow for the liquid flow 1 at the location of the outlet cross-section 4.

Typische Abmessungen der ersten Fläche 6 und zweiten Fläche 7sind so, dass sich ein Austrittsradius 14, der einen größtenradialen Abstand des Austrittsquerschnitts 4 von derLängsachse 8 darstellt, von 1 mm bis 20 mm, vorzugsweise 3 mmbis 15 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 6 mm, insbesondere ca.5,5 mm ergibt. Krümmungsradien RK und Aj betragen amAustrittsquerschnitt 4 typischerweise 1 mm bis 50 mm,vorzugsweise 4 mm bis 15 mm. Die Breite 1 desAustrittsquerschnitts 4 beträgt typischerweise 0,02 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,07 mm bis 0,4 mm. Druckdifferenzen zurEinstellung der Flüssigkeitsströmung 1 durch denStrömungskanal 3 bzw. den Austrittsabschnitt 13 betragen gegenAtmosphärendruck typischerweise 1 bar bis 5 bar, vorzugsweise2,5 bar bis 3,5 bar, insbesondere 3,2 bar. Grundsätzlich istdie erfindungsgemäße Vorrichtung / das erfindungsgemäßeVerfahren auch für weit höhere Drücke geeignet, z.B. bis zu100 bar gegen Atmosphärendruck.Typical dimensions of the first surface 6 and second surface 7 are such that an exit radius 14 representing a maximum radial distance of the exit cross-section 4 from the longitudinal axis 8 is from 1 mm to 20 mm, preferably 3 mm to 15 mm, more preferably 5 mm to 6 mm , in particular about 5.5 mm. Curvature radii RK and Aj at the outlet section 4 are typically 1 mm to 50 mm, preferably 4 mm to 15 mm. The width 1 of the outlet section 4 is typically 0.02 mm to 2 mm, preferably 0.07 mm to 0.4 mm. Pressure differentials for adjusting the liquid flow 1 through the flow channel 3 or the outlet section 13 are typically 1 bar to 5 bar, preferably 2.5 bar to 3.5 bar, in particular 3.2 bar, against atmospheric pressure. Basically, the device / method of the invention is also suitable for much higher pressures, e.g. up to 100 bar against atmospheric pressure.

Beispielsweise ergibt sich für Wasser bei 20°C als zuzerstäubende Flüssigkeit in einem Austrittsabschnitt 13 gemäßFig. 3 bei einer Druckdifferenz von 3,2 bar gegenAtmosphärendruck, einer Breite 1 des Austrittsquerschnitts 4von 0,1 mm, einem Austrittsradius 14 von 11,75 mm,Krümmungsradien RKr Pj von jeweils 12,5 mm ein Massenstrom von170 kg/h. D.h. trotz einer relativ geringen Druckdifferenzkönnen relativ hohe Flüssigkeitsmassenströme derprozesstechnisch interessanten Größenordnung von 100 kg/herzeugt werden. Die durch die zentrifugale Instabilitäterzeugten Flüssigkeitsstrahlen 11 weisen amBy way of example, for water at 20 ° C., the liquid to be atomized results in an outlet section 13 according to FIG. 3 at a pressure difference of 3.2 bar against atmospheric pressure, a width 1 of the outlet section 4 of 0.1 mm, an outlet radius 14 of 11.75 mm, radii of curvature RKr Pj of 12.5 mm, a mass flow of 170 kg / h. That despite a relatively low pressure difference, relatively high liquid mass flows of the technically interesting order of magnitude of 100 kg / can be produced. The liquid jets 11 generated by the centrifugal instability have on

Austrittsquerschnitt 4 einen Durchmesser bzw. eine Dicke auf,die der Breite 1 des Austrittsquerschnitts 4 entspricht. DurchVerschmelzen beim Strömen auf der zweiten Fläche 7,vorzugsweise bis zur Abrisskante 9, vereinigen sichtypischerweise zwei bis vier Flüssigkeitsstrahlen 11.Outlet cross section 4 has a diameter or a thickness corresponding to the width 1 of the outlet cross section 4. By melting while flowing on the second surface 7, preferably to the trailing edge 9, typically two to four liquid jets 11 join.

Hierdurch vergrößert sich der Durchmesser bzw. die Dicke derFlüssigkeitsstrahlen auf das 1,4-Fache bis 3-Fache des Wertsam Austrittsquerschnitt 4. Die schließlich erhaltenenTröpfchen 12 weisen einen mittleren Durchmesser auf, der demDoppelten der mittleren Dicke der Flüssigkeitsstrahlen 11 amEnde der zweiten Fläche 7 bzw. an der Abrisskante 9entspricht. Generell schwankt der Durchmesser der Tröpfchen 12in den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Spraysum ±20 % bis +40 % um den jeweiligen mittleren Durchmesser.Dabei wird ein für die Prozessindustrie höchst interessanterThis increases the diameter or the thickness of the liquid jets to 1.4 times to 3 times the value of the outlet cross section 4. The finally obtained droplets 12 have an average diameter which is twice the average thickness of the liquid jets 11 at the end of the second surface 7 and 7, respectively at the trailing edge 9. In general, the diameter of the droplets 12 varies in the spray generated by the device according to the invention ± 20% to +40% to the respective average diameter.Dabei is a very interesting for the process industry

Durchsatz gewährleistet, der z.B. die Verwendung zurBefeuchtung, Reinigung oder Dekontamination von Produkten, dieVerwendung zur Behandlung von Strukturoberflächen beilithographischen Produktionsverfahren oder die Verwendung beiSprühtrocknungsverfahren ermöglicht. Insbesondere beilithographischen Produktionsverfahren kann eineerfindungsgemäße Vorrichtung / ein erfindungsgemäßes Verfahrenz.B. zur Reinigung der Oberflächen oder zur Behandlung derOberflächen mit ätzenden Flüssigkeiten verwendet werden bzw.zur Aufbringung von Ätzmitteln, Spülflüssigkeiten oderPhotoresist.Ensures throughput, e.g. the use for moistening, cleaning or decontaminating products, which allows use for the treatment of structural surfaces in casual lithographic production processes or for use in spray drying processes. In particular, in the case of lithographic production methods, a device according to the invention or a method according to the invention, e.g. for the cleaning of the surfaces or for the treatment of the surfaces with corrosive liquids or for the application of etchants, rinsing liquids or photoresist.

Schließlich sind in Fig. 3 zwei Abrisskanten 9 expliziteingezeichnet, die bezogen auf den Austrittsquerschnitt 4einander gegenüberliegend angeordnet sind und an die ersteFläche 6 bzw. die zweite Fläche 7 anschließen. Indem zweiAbrisskanten 9 vorgesehen sind, wird ein Flüssigkeitsverlustdurch Heruntertropfen praktisch vollständig ausgeschlossen.Finally, in FIG. 3, two demolition edges 9 are explicitly marked, which are arranged opposite one another with respect to the outlet cross-section 4 and adjoin the first surface 6 and the second surface 7, respectively. By providing two rupture edges 9, liquid loss due to dripping is virtually completely eliminated.

Selbstverständlich ist die Geometrie der erfindungsgemäßenVorrichtung nicht nur auf jene der Fig. 3 beschränkt. Fig. 4zeigt ebenfalls eine Ausführungsvariante mit konvexen Flächen6, 7, wobei die zweite Fläche 7 insbesondere ein Abschnitteiner Kugeloberfläche sein kann. In letzterem Fall können dieFlächen 6, 7 drehsymmetrisch um die Längsachse 8 ausgebildetsein. Es ist jedoch auch möglich, dass die zweite Fläche 7 -und vorzugsweise auch die erste Fläche 6 - jeweils einenAbschnitt einer Mantelfläche eines Zylinders ausbilden, wobeidie Drehachse des jeweiligen Zylinders normal auf dieZeichenebene der Fig. 4 steht. In diesem Fall liegt keineDrehsymmetrie um die Längsachse 8 vor, und derAustrittsquerschnitt 4 ist vorzugsweise rechteckig. Diemöglichen Wertebereiche für die Krümmungsradien RK, und dieBreite 1 entsprechen dabei den oben im Zusammenhang mit Fig. 3angegebenen.Of course, the geometry of the device according to the invention is not limited to those of FIG. Fig. 4 also shows a variant embodiment with convex surfaces 6, 7, wherein the second surface 7 may in particular be a portion of a spherical surface. In the latter case, the surfaces 6, 7 may be rotationally symmetrical about the longitudinal axis 8. However, it is also possible for the second surface 7-and preferably also the first surface 6-to each form a section of a lateral surface of a cylinder, the axis of rotation of the respective cylinder standing normally on the drawing plane of FIG. In this case, there is no rotational symmetry about the longitudinal axis 8, and the exit cross-section 4 is preferably rectangular. The possible value ranges for the radii of curvature RK, and the width 1 correspond to those given above in connection with FIG.

Es versteht sich, dass auch im Fall eines rechteckigenAustrittsquerschnitts 4 die Tröpfchenbildung wie oben anhandvon Fig. 1 beschrieben funktioniert. Der Vollständigkeithalber wird in Fig. 9 die Bildung der Tröpfchen 12 in einerSchnittansicht analog zu Fig. 2 illustriert, wobeiZylindergeometrie der Flächen 6, 7 vorliegt. Im gezeigten Falltritt die Flüssigkeit durch zwei rechteckigeIt is understood that, even in the case of a rectangular exit section 4, the droplet formation functions as described above with reference to FIG. For the sake of completeness, FIG. 9 illustrates the formation of the droplets 12 in a sectional view analogous to FIG. 2, wherein the cylinder geometry of the surfaces 6, 7 is present. In the case shown, the liquid passes through two rectangular

Austrittsquerschnitte 4 aus, die bezogen auf die Längsachse 8einander gegenüber liegen (nicht dargestellt). Beim Austrittder Flüssigkeit ergeben sich aufgrund der zentrifugalenInstabilität statt zwei FlüssigkeitslamellenFlüssigkeitsstrahlen 11 in einer regelmäßigen Anordnung.Abrisskanten 9 verhindern dabei Flüssigkeitsverlust durchHeruntertropfen.Outlet cross-sections 4, which lie relative to each other with respect to the longitudinal axis 8 (not shown). When the liquid emerges, due to the centrifugal instability, instead of two liquid lamellae, liquid jets 11 result in a regular arrangement. Leaking edges 9 thereby prevent liquid loss due to subsidence.

Darüberhinaus sind auch Konfigurationen möglich, bei welcheneine der beiden Flächen 6, 7 oder beide Flächen 6, 7 konkavstatt konvex sein können. Fig. 5 zeigt eine Variante, beiwelcher die erste Fläche 6 gegen den Austrittsquerschnitt 4konvex gekrümmt ist mit Krümmungsradius RK. Die zweite Fläche 7ist in diesem Fall gegen den Austrittsquerschnitt 4 konkavgekrümmt mit einem Krümmungsradius RA. Es besteht dieMöglichkeit einer drehsymmetrischen Anordnung um dieLängsachse 8, sodass sich ein im Wesentlichen ringförmigerAustrittsquerschnitt 4 ergibt. Alternativ ist es aber auchmöglich, dass die Flächen 6, 7 in Fig. 5 jeweils Abschnitteder Mantelfläche eines Zylinders ausbilden, dessen Drehachsenormal auf die Zeichenebene steht, sodass sich ein imWesentlichen rechteckiger Austrittsquerschnitt 4 ergibt. Diemöglichen Wertebereiche für die Krümmungsradien RK, RAentsprechen dabei den oben im Zusammenhang mit Fig. 3angegebenen für die Krümmungsradien RK, RT. Die möglichenWertebereiche für die Breite 1 entsprechen dabei den oben imZusammenhang mit Fig. 3 angegebenen.In addition, configurations are also possible in which one of the two surfaces 6, 7 or both surfaces 6, 7 may be concave instead of convex. 5 shows a variant in which the first surface 6 is convexly curved with respect to the outlet cross-section 4 with the radius of curvature RK. The second surface 7 in this case is concavely curved with respect to the outlet cross-section 4 with a radius of curvature RA. There is the possibility of a rotationally symmetrical arrangement about the longitudinal axis 8, so that a substantially annular outlet cross-section 4 results. Alternatively, however, it is also possible for the surfaces 6, 7 in FIG. 5 respectively to form sections of the lateral surface of a cylinder whose axes of rotation are perpendicular to the plane of the drawing, so that a substantially rectangular outlet cross-section 4 results. The possible value ranges for the radii of curvature RK, RA correspond to those given above in connection with FIG. 3 for the radii of curvature RK, RT. The possible value ranges for the width 1 correspond to those given above in connection with FIG.

Weiterhin sind auch in Fig. 5 zwei Abrisskanten 9 expliziteingezeichnet, die bezogen auf den Austrittsquerschnitt 4einander gegenüberliegend angeordnet sind und an die ersteFläche 6 bzw. die zweite Fläche 7 anschließen. Wiederum wirdmittels der zwei Abrisskanten 9 ein Flüssigkeitsverlust durchHeruntertropfen praktisch vollständig ausgeschlossen.Furthermore, two tear-off edges 9 are also explicitly marked in FIG. 5, which are arranged opposite one another with respect to the outlet cross-section 4 and adjoin the first surface 6 and the second surface 7, respectively. Again, by means of the two tear-off edges 9, fluid loss due to hyperthermia is virtually completely eliminated.

Schließlich haben aufwendige Versuche gezeigt, dass einezentrifugale Instabilität, die zur Aufteilung der Flüssigkeitin Flüssigkeitsstrahlen 11 und in der Folge zu Tröpfchen 12führt, auch dann erzeugt werden kann, wenn nur eine der beidenFlächen 6, 7 im Austrittsabschnitt 13 gekrümmt ist. Fig. 6illustriert eine Ausführungsform, bei welcher nur die ersteFläche 6 gekrümmt ist und die zweite Fläche 7 eben ist. Imgezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Fläche 6 dabeikonvex gegen den Austrittsquerschnitt 4 gekrümmt.Finally, elaborate experiments have shown that centrifugal instability, which leads to the division of the liquid into liquid jets 11 and subsequently to droplets 12, can be produced even if only one of the two surfaces 6, 7 is curved in the exit section 13. Fig. 6 illustrates an embodiment in which only the first surface 6 is curved and the second surface 7 is planar. Imgezeigten embodiment, the first surface 6 dabeikonvex is curved against the outlet cross section 4.

Fig. 7 hingegen zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem nurdie zweite Fläche 7 gekrümmt ist und die erste Fläche 6 ebenist. Die zweite Fläche 7 ist dabei gegen denAustrittsquerschnitt 4 konvex gekrümmt.Fig. 7, however, shows an embodiment in which only the second surface 7 is curved and the first surface 6 is flat. The second surface 7 is convexly curved against the outlet cross-section 4.

Die Ausführungsvarianten gemäß Fig. 6 und Fig. 7 könnendrehsymmetrisch um die Längsachse 8 ausgebildet sein mit einemim Wesentlichen ringförmigen Austrittsquerschnitt 4.The embodiment variants according to FIG. 6 and FIG. 7 can be formed rotationally symmetrically about the longitudinal axis 8 with a substantially annular outlet cross-section 4.

Alternativ können die Ausführungsvarianten gemäß Fig. 6 undFig. 7 auch nicht drehsymmetrisch um die Längsachse 8ausgebildet sein, wobei jeweils die gekrümmte Fläche 6 bzw. 7als Abschnitt eines Mantels eines Zylinders ausgebildet ist,dessen Drehachse normal auf die Zeichenebene der Fig. 6 bzw.Fig. 7 steht. Die möglichen Wertebereiche für dieKrümmungsradien RK, Rj und die Breite 1 entsprechen dabei denoben im Zusammenhang mit Fig. 3 angegebenen. Im Unterschied zuAusführungsformen, bei denen beide Flächen 6, 7 gekrümmt sind,wächst die zentrifugale Instabilität jedoch weniger schnellan, sodass die Tröpfchenbildung etwas weniger gut, d.h. weniger monodispers erfolgt. Andererseits könnenAusführungsformen mit nur einer gekrümmten Fläche 6 oder 7,wie sie in Fig. 6 und Fig. 7 beispielhaft gezeigt sind,Vorteile hinsichtlich einer besonders einfachen und damitkostengünstigen Herstellung bieten.Alternatively, the embodiments according to FIG. 6 and FIG. 7 are also not rotationally symmetrical about the longitudinal axis 8ausbildung, wherein in each case the curved surface 6 or 7 is formed as a portion of a jacket of a cylinder whose axis of rotation normal to the plane of the Fig. 6 bzw.Fig. 7 stands. The possible value ranges for the radii of curvature RK, Rj and the width 1 correspond to those given above in connection with FIG. However, unlike embodiments in which both surfaces 6, 7 are curved, the centrifugal instability increases less rapidly, so that droplet formation is somewhat less good, i. less monodisperse occurs. On the other hand, embodiments with only one curved surface 6 or 7, as shown by way of example in FIGS. 6 and 7, can offer advantages in terms of a particularly simple and thus cost-effective production.

Fig. 8 zeigt in vergrößerter Darstellung das Detail A aus Fig.6, um den Austrittsquerschnitt 4 deutlich zu illustrieren. DerAustrittsquerschnitt 4 ist dabei als punktierte Linieangedeutet und wird zumindest abschnittsweise von Randlinien 5berandet, welche Randlinien 5 normal auf die Schnittebene bzw.Zeichenebene der Fig. 8 stehen. Im Falle einerdrehsymmetrischen Ausbildung mit der Längsachse 8 alsDrehachse ist der Austrittsquerschnitt 4 im Wesentlichenringförmig und ausschließlich von den Randlinien 5 begrenzt.Die Randlinien 5 verlaufen in der ersten Fläche 6 und derzweiten Fläche 7. Die HauptStrömungsrichtung 10 derFlüssigkeit bzw. der Flüssigkeitsstrahlen 11 beim Durchtrittdurch den Austrittsquerschnitt 4 steht normal auf denAustrittsquerschnitt 4. Dies gilt völlig analog auch beisämtlichen anderen Ausführungsbeispielen, weshalb aus Gründender Knappheit auf weitere entsprechende vergrößerte Ansichtenverzichtet wird.Fig. 8 shows an enlarged view of the detail A of Figure 6 to illustrate the outlet section 4 clearly. The exit cross-section 4 is hereby interpreted as a dotted line and is bordered at least in sections by edge lines 5, which edge lines 5 stand normally on the cutting plane or drawing plane of FIG. 8. In the case of a rotationally symmetrical design with the longitudinal axis 8 as the axis of rotation, the outlet cross section 4 is essentially annular and bounded exclusively by the edge lines 5. The edge lines 5 run in the first surface 6 and the second surface 7. The main flow direction 10 of the liquid or liquid jets 11 passes through the outlet cross section 4 is normal on the exit section 4. This applies completely analogously to all other embodiments, which is why, for reasons of scarcity, further corresponding enlarged views are dispensed with.

Neben den Werten für die Krümmungsradien RKr RIr RA und dieBreite 1 selbst kann auch das Verhältnis der Breite 1 zumindestens einem der Krümmungsradien RK, Ri, Ra herangezogenwerden, um ein Funktionieren der erfindungsgemäßen Zerstäubungsicherzustellen. Konkret werden gute Ergebnisse mit Tröpfchenmit einer sehr monodispersen Größenverteilung erzielt, wenndas Verhältnis der Breite 1 des Austrittsquerschnitts 4 zumindestens einem der Krümmungsradien RK, RIr RÄ 0, 0047 bis 0,1beträgt.In addition to the values for the radii of curvature RKr RIr RA and the width 1 itself, the ratio of the width 1 to at least one of the radii of curvature RK, Ri, Ra can also be used to ensure functioning of the atomisation according to the invention. Concretely, good results are obtained with droplets having a very monodisperse size distribution when the ratio of the width 1 of the exit section 4 to at least one of the radii of curvature RK, RIr RÄ 0, 0047 is to 0.1.

Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtungbzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Zerstäubung von Wasser, sondern für unterschiedlichste Flüssigkeiten. DieErzeugung von Flüssigkeitsstrahlen 11 mittels derzentrifugalen Instabilität kann bei Flüssigkeiten mitunterschiedlicher Viskosität insbesondere dadurch erreichtwerden, indem gewisse Reynolds-Zahlen Re bei der Durchströmungdes Strömungskanals 3 bzw. des Austrittsabschnitts 13sichergestellt werden, wobei die Breite 1 desBasically, the device according to the invention is or. the inventive method not only for the atomization of water, but for a wide variety of liquids. The generation of liquid jets 11 by means of the centrifugal instability can be achieved for liquids of different viscosity, in particular by ensuring certain Reynolds numbers Re as they flow through the flow channel 3 and the outlet section 13, respectively

Austrittsquerschnitts 4 das für die Reynolds-Zahl Re relevanteLängenmaß bildet. Selbstverständlich gilt dies nicht nur fürchemisch unterschiedliche Flüssigkeiten, sondern auch für eineFlüssigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen und damitunterschiedlichen kinematischen Viskositäten V bzw. für eineFlüssigkeit bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeitenv. Typische Werte für die kinematische Viskosität liegen z.B.im Bereich zwischen 10~6 m2/s und 1,38*1CT5 m2/s. MitOutlet cross-section 4 forms the length measure relevant for the Reynolds number Re. Of course, this not only applies to chemically different liquids, but also to a liquid at different temperatures and thus different kinematic viscosities V or for a liquid at different flow velocities v. Typical values for the kinematic viscosity are, for example, in the range between 10 ~ 6 m2 / s and 1.38 * 1CT5 m2 / s. With

Re = v * 1 / V ergeben sich bei Breiten 1 zwischen 0,07 mm und 0,32 mmtypische Werte für Re zwischen 70 und 2400, wobei alsStrömungsgeschwindigkeit v die volumenstromäquivalentemittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit herangezogen werdenkann. Typische Strömungsgeschwindigkeiten v liegen zwischenrund 0,219 m/s und 35 m/s.Re = v * 1 / V result in typical values of Re between 70 and 2400 for widths 1 between 0.07 mm and 0.32 mm, the flow rate v being the average volume flow equivalent mean velocity of the liquid. Typical flow velocities v are between about 0.219 m / s and 35 m / s.

Beispielsweise ergeben sich im Falle von Wasser bei 20°C,applizierten Drücken gegen Atmosphärendruck von 0,1 bar bis4,5 bar, einer Zerstäubergeometrie, die jener aus Fig. 3entspricht (RK = 15 mm; Κτ = 9 mm) , und Austrittradien 14 von11 mm bis 12 mm Strömungsgeschwindigkeiten v zwischen 3,8 m/sund 5,4 m/s.For example, in the case of water at 20 ° C., pressures applied against atmospheric pressure are from 0.1 bar to 4.5 bar, atomizer geometry similar to that of Fig. 3 (RK = 15 mm, θ = 9 mm) and exit radii 14 from 11 mm to 12 mm flow velocities v between 3.8 m / s and 5.4 m / s.

Schließlich zeigt es sich, dass sich durch Variation derBreite 1 der Tröpfchendurchmesser variieren lässt. Konkretkönnen z.B. für Wasser bei 20°C bei einer Geometrie gemäß Fig.3 (RK = 15 mm; Rj = 9 mm), applizierten Drücken gegenFinally, it turns out that by varying the width 1, the droplet diameter can be varied. Specifically, e.g. for water at 20 ° C with a geometry according to Figure 3 (RK = 15 mm, Rj = 9 mm), applied pressures against

Atmosphärendruck von 3,9 bar bis 4,1 bar, und Austrittradien14 von 11 mm bis 12,3 mm, mittlere Tröpfchengrößen von 0,27 mmbis 0,37 mm erzielt werden, indem die Breite 1 zwischen 0,073mm und 0,083 mm variiert wird.Atmospheric pressure of 3.9 bar to 4.1 bar, and exit radii 14 of 11 mm to 12.3 mm, average droplet sizes of 0.27 mm to 0.37 mm can be achieved by varying the width 1 between 0.073 mm and 0.083 mm.

Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Breite 1verstellbar ist. Beispielsweise kann bei einer Vorrichtunggemäß Fig. 1 bzw. mit einer Geometrie gemäß Fig. 3 die Breite1 verstellt werden, indem die zweite Fläche 7 gegenüber derersten Fläche 6 entlang der Längsachse 8 verschoben wird. D.h.die zweite Fläche 7 ist entsprechend verschiebbar ausgeführt.Therefore, in a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that the width 1 is adjustable. For example, with a device according to FIG. 1 or with a geometry according to FIG. 3, the width 1 can be adjusted by displacing the second surface 7 with respect to the first surface 6 along the longitudinal axis 8. That is, the second surface 7 is made correspondingly slidable.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Flüssigkeitsströmung 2 Wirbelachse 3 Strömungskanal 4 Austrittsquerschnitt 5 Randlinie des Austrittsquerschnitts 6 Erste einen Austrittsabschnitt des Strömungskanals begrenzende Fläche, in welcher die Randlinie desAustrittsquerschnitts zumindest abschnittsweiseverläuft 7 Zweite den Austrittsabschnitt begrenzende Fläche, in welcher die Randlinie des Austrittsquerschnittszumindest abschnittsweise verläuft 8 Längsachse 9 Abrisskante 10 HauptStrömungsrichtung 11 Flüssigkeitsstrahl 12 Flüssigkeitströpfchen 13 Austrittsabschnitt des Strömungskanals 14 Austrittsradius 1 Breite des Austrittsquerschnitts RK Krümmungsradius der ersten FlächeREFERENCE LIST 1 Fluid flow 2 Swirl axis 3 Flow channel 4 Outlet cross section 5 Edge line of the outlet cross section 6 First surface defining an outlet section of the flow channel, in which the edge line of the outlet cross section runs at least in sections 7 Second surface defining the outlet section, in which the edge line of the outlet cross section extends at least in sections 8 Longitudinal axis 9 Trailing edge 10 Main flow direction 11 liquid jet 12 liquid droplet 13 outlet section of the flow channel 14 outlet radius 1 width of the outlet cross section RK radius of curvature of the first surface

Ri Krümmungsradius der zweiten Fläche bei gegen denRi radius of curvature of the second surface when against the

Austrittsquerschnitt konvexer KrümmungOutlet cross-section of convex curvature

Ra Krümmungsradius der zweiten Fläche bei gegen denAustrittsquerschnitt konkaver KrümmungRa radius of curvature of the second surface at concave curvature against the exit section

Claims

Requirements 1. Device for atomizing a liquid, the device comprising a flow channel (3) which in an operating state of the device can only flow through the liquid, the flow channel (3) having an outlet section (13), which outlet section (13) at least in sections from a first surface (6) and a second surface (7) is limited, wherein the device further comprises an outlet cross-section (4) for exiting the liquid from the outlet section (13), wherein an edge line (5) of the outlet cross-section (4) at least partially in the first surface (6) and / or in the second surface (7) and wherein the outlet section (4) has a width (I) corresponding to a minimum distance of the first surface (6) to the second surface (7), said distance being measured in a sectional plane is, in which cutting plane a longitudinal axis (8) of the exit portion (13) extends, wob further, the first surface (6) and / or the second surface (7) is curved to create and allow for centrifugal instability of the fluid flow with vortices in the exit section (13), and wherein the curvature of the first surface (6) and / or the second surface (7) and the width (1) of the outlet cross-section (4) are matched to one another to allow the liquid to exit through the outlet cross-section (4) in the form of liquid jets (11) along vertebral axes (2).

Device according to claim 1, characterized in that the first surface (6) has at least one radius of curvature (RK) and / or that the second surface (7) has at least one radius of curvature (RIr RA), the at least one radius of curvature {RK, RIf RA) is 1 mm to 50 mm, preferably 4 mm to 15 mm in size.

3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the width (1) of the outlet cross-section (4) is 0.02 mm to 2 mm, preferably 0.07 mm to 0.4 mm in size.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first surface (6) has at least one radius of curvature (RK) and / or that the second surface (7) has at least one radius of curvature (RIr RA) and that the ratio of the width (R I) of the exit section (4) for the at least one radius of curvature (Rk, Ri, Ra) is 0.0047 to 0.1.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first surface (6) and / or the second surface (7) against the outlet cross-section (4) is convexly curved / is.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second surface (7) and / or the first surface (6) against the outlet cross section (4) are concavely curved / is.

A device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the first surface (6) and / or the second surface (7) at least in sections has the shape of a section of a cylinder jacket.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second surface (7) and / or the first surface (6) at least in sections, the shape of a portion of a spherical surface.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outlet cross-section (4) is rectangular.

10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outlet cross-section (4) is annular or ring segment-shaped.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the width (1) of the outlet cross-section (4) is adjustable.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the device has at least one tear-off edge (9).

Device according to claim 12, characterized in that two tear-off edges (9) are provided which are arranged opposite each other in relation to the outlet cross-section (4).

A method of atomizing a liquid, the method comprising the steps of: - generating a flow (1) of the liquid through a flow channel (3), with only the liquid flowing through the flow channel (3) and the liquid emerging from an exit section (13) of the liquid Flow channel (3) through an outlet cross-section (4) emerges; Formation of liquid jets (11) at the outlet cross-section (4) by creating and growing a centrifugal instability of the fluid flow in the outlet section (13) with whirling, wherein the liquid jets (11) in the outlet section (4) run along vortex axes (12) of the vortexes and the liquid jets (12) 11) are dimensioned such that the liquid jets (11) subsequently decay into droplets (12) due to the plateau Rayleigh instability.

15. The method according to claim 14, characterized in that for the generation of the centrifugal instability dieströmende liquid in the outlet section (13) along at least one curved surface (6, 7) is guided, which curved surface (6, 7) defines the outlet section (13) and in which an edge line (5) of the outlet cross-section (4) extends at least in sections.

16. The method according to claim 15, characterized in that the dimensioning of the liquid jets (11) by tuning the curvature of the at least one surface (6, 7) and a width (1) of the outlet cross section (4).

A method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that a device according to any one of claims 1 to 13 is used.

A method according to any one of claims 14 to 17, characterized in that a volume flow equivalent mean velocity v of the liquid, a width 1 of the outlet cross section (4) and the kinematic viscosity V of the liquid are matched to each other. that the Reynolds number Re = v * 1 / v holds: 10 ^ Re ^ 10000, preferably 50 < Re ^ 2500, more preferably 70 < Re < 2400th

A method according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the width (1) of the exit section (4) is varied to vary a mean diameter of the droplets (12).

Use of a device according to any one of claims 1 to 13 for spray-drying, whereby droplets (12) of a suspension or homogeneous solution are produced by means of which droplets (12) are again preferably dried with hot air to form a powder of a suspension suspended or dissolved in the solution Produce substance.

21. Use according to claim 20, characterized in that the substance is a foodstuff.

22. Use according to claim 20, characterized in that the substance is a chemical.