CH653924A5 - Vorrichtung zur zerstaeubung von fluessigkeiten. - Google Patents

Vorrichtung zur zerstaeubung von fluessigkeiten. Download PDF

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CH653924A5
CH653924A5 CH2412/81A CH241281A CH653924A5 CH 653924 A5 CH653924 A5 CH 653924A5 CH 2412/81 A CH2412/81 A CH 2412/81A CH 241281 A CH241281 A CH 241281A CH 653924 A5 CH653924 A5 CH 653924A5
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CH
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bending resonator
excitation system
liquid
bending
resonator
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CH2412/81A
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Wernst-Guenter Dr Lierke
Rudolf Grossbach
Hartmut Erdmann
Wolfgang Heide
Karl Floegel
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Battelle Institut E V
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei konventionellen Ultraschall-Kapillarwellenzerstäu-bern erfolgt die Vernebelung durch Tropfenabschnürung aus einem stehenden Kapillarwellengitter mit schachbrettartig angeordneten Knotenlinien, das sich auf einem dünnen, von einer schwingenden Festkörperfläche angeregten Flüssigkeitsfilm an der flüssig/gasförmigen Phasengrenze ausbildet. Die Zerstäubung erfordert eine von der Frequenz und verschiedenen Flüssigkeitsparametern abhängige Anregungsamplitude der schwingenden Festkörperfläche und einer geeigneten Dicke des Flüssigkeitsfilms. Bei zu dünnem Film können sich keine Tröpfchen bilden, bei zu dickem Film werden durch Dämpfung in der Flüssigkeit keine effektiven Kapillarwellen angeregt.
Um den optimalen flächenspezifischen Zerstäubungsdurchsatz von einigen Litern pro Stunde und cm2 bei niederviskosen Flüssigkeiten zu erreichen, muss die Flüssigkeit kontinuierlich so auf die Zerstäuberfläche aufgebracht werden, dass eine möglichst optimale Filmdicke auf einem mög2
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liehst grossen Bereich der schwingenden Fläche aufrechterhalten wird.
Bei der üblichen Flüssigkeitsversorgung durch eine axiale Bohrung des Ultraschallzerstäubers ist dies nur bis zu relativ kleinen Durchsätzen unter 51/h erreichbar. Bei einer solchen inneren Flüssigkeitszuführung treten jedoch insbesondere bei grösserem Durchsatz Kavitationsspratzer auf, die das Tropfenspektrum in unzulässiger Weise verschlechtern. Dieser Effekt kann durch eine äussere Flüssigkeitszuführung über mehrere Röhrchen ausgeschaltet werden. Eine solche Ausführungsform kann bei grossen Durchsätzen unter Umständen unwirtschaftlich und nicht optimal sein. Hinzu kommt, dass mit den bekannten Vorrichtungen, z. B. bei der Pulverherstellung, eine Separation nach der Teilchengrösse nicht erfolgen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden werden können. Die Erfindung sollte eine Zerstäubung einer grösseren Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit mit einem optimalen Wirkungsgrad ermöglichen. Die Flüssigkeitszuführung sollte kavitationsfrei erfolgen und der Leistungsbedarf möglichst gering sein.
Es hat sich gezeigt, dass sich diese Aufgabe lösen lässt, wenn der Biegeresonator mindestens eine in Bezug auf die Achse des Anregungssystems geneigte Fläche aufweist und dass die Länge des Anregungssystems etwa (2n +1)7-14 beträgt, wobei n = 0 oder eine ganze Zahl ist.
Gemäss einer weiteren Lösung ist der Biegeresonator in Form eines länglichen Streifens mit mehreren parallelen Knotenlinien ausgebildet. Hier muss die Länge des Anregungssystems nicht unbedingt (2n+ l)X/4, sondern kann auch nX/2 betragen.
Die vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsge-mässen Vorrichtungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 und 15 bis 22 beschrieben.
Die Vorrichtung besteht vorteilhafterweise aus einem üblichen Ultraschall-Amplitudentransformator und einem damit mechanisch verbundenen Biegeresonator der gleichen Resonanzfrequenz. Die Verbindung der beiden Teile kann so ausgeführt werden, dass der Biegeresonator als eine selbständige Einheit ausgewechselt werden kann. Im einfachsten Fall ist der Biegeresonator ein radialsymmetrischer Hohlkonus oder ein länglicher Metallstreifen.
Die Biegeschwingung des Resonators wird durch ein axiales Anregungssystems bewirkt. Das Anregungssystem ist vorzugsweise ein piezoelektrisch angeregter Verbundschwinger, der als Stufentransformator oder mit konischer, expo-nentieller oder ähnlicher Kontur ausgeführt sein kann. Die axiale Anregung kann aber auch teilweise in einer Torsionskomponente umgesetzt werden, womit bei geeigneter Konstruktion ebenfalls eine Biegeschwingung des linearen Resonators erfolgt.
Der erfindungsgemässe Ultraschallzerstäuber kann insbesondere in Luftbefeuchtern bei Klimaanlagen, Ölbren-nern, als Metallzerstäuber zur Pulvergewinnung aus zerstäubten Schmelzen, als Zerstäuber von Lösungen, Suspensionen und Emulsionen zur Pulvergewinnung durch Abdampfen der flüssigen Komponenten verwendet werden. Er kann auch in Prozesskammern bei vermindertem oder erhöhtem Gasdruck, bei niedriger oder hoher Temperatur, inerter oder reaktiver Gasatmosphäre eingesetzt werden, so dass infolge des hohen, mit minimalem Leistungsaufwand erzielbarem Durchsatz viele verfahrenstechnische Anwendungen im industriellen Massstab denkbar sind. Bei der letzteren Anwendung wird insbesondere eine Be- oder Entgasung von Flüssigkeiten durch Diffusion erzielt. Hierbei kann durch Einstellung der Neigung der Zerstäubungsfläche eine lange Flugbahn der Flüssigkeitsteilchen ermöglicht und damit das gesamte Volumen des Prozessraums optimal ausgenutzt werden.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im we-5 sentlichen darin zu sehen, dass grosse Flüssigkeitsmengen über eine zentrale Zuführung unter optimalen Bedingungen auf die Zerstäuberfläche gefördert werden können. Ferner wird die Kavitation an den Zuführungsstellen trotz anfänglich grosser lokaler Flüssigkeitsfilmdicke vermieden. Durch io die parabelförmige Nebelcharakteristik wächst der Abstand der Tröpfchen untereinander stetig, so dass sich die übliche Neigung dichter Nebel zur Koagulation stark verringert. Durch die Zunahme des Flugbahndurchmessers mit dem Quadrat des Tropfendurchmessers ist eine Teilchensepara-is tion bei der Pulverherstellung möglich. Die Schrägstellung der Zerstäuberfläche bewirkt, dass eine überkritische Be-dämpfung der Zerstäuberschwingung verhindert wird. Die überschüssige Flüssigkeit läuft über den Rand des Zerstäubers ab, ohne dessen Funktion zu beeinträchtigen. 20 Durch geeignete Länge des streifenförmigen Biegeresonators lassen sich beliebig breite Flächen gleichmässig bestäuben. Durch eine doppelseitige Flüssigkeitszuführung ist eine Verdoppelung des Durchsatzes möglich.
Mit einem konischen Biegewellenzerstäuber mit 50 mm 2s Durchmesser lassen sich z. B. bei einer Arbeitsfrequenz von 20 kHz bei einer HF-Leistungsaufnahme von weniger als 10 Watt etwa 1501/h Wasser in Tropfen von etwa 40 um zerstäuben. Bei grösserer Konusfläche lässt sich der Durchsatz, der durch Verringerung der Flüssigkeitszufuhr ohne Ände-30 rung des Tropfendurchmessers bis auf Null reduziert werden kann, erheblich steigern. Ferner ist die erfindungsgemässe Vorrichtung ohne Schwierigkeiten bei Frequenzen bis etwa 100 kHz einsetzbar. Entsprechend werden bei fast gleichen flächenspezifischen Durchsätzen von einigen 1 /h und cm2 35 die mittleren Tropfendurchmesser kleiner.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schema-tischer Vereinfachung
Figur 1 die Gesamtansicht einer Ausführungsform des 40 erfindungsgemässen Zerstäubers mit einem Hohlkonus als Biegeresonator;
Figur 2a) und b) in Aufsicht und Längsschnitt den konischen Biegeresonator;
Figur 3 im Längsschnitt den erfindungsgemässen koni-45 sehen Biegeresonator mit vertikaler Flüssigkeitszuführung;
Figur 4 eine Ausführungsform mit horizontaler Flüssigkeitszuführung;
Figur 5a) bis e) einige Ausführungsformen für den Biegeresonator;
50 Figur 6 eine weitere Ausführungsform, bei der der konische Biegeresonator mit dem Anregungssystem derart verbunden ist, dass die Gesamtlänge des Systems X/4 beträgt;
Figur 7 eine Befestigungsmöglichkeit der in Figur 6 dar-55 gestellten Vorrichtung;
Figur 8a) und b) einige Varianten der Flüssigkeitszuführung bei einer Vorrichtung mit umgedrehtem Konus;
Figur 9 lineare Anordnung von mehreren Zerstäubern mit umgedrehtem Hohlkonus als Biegeresonatoren;
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Figur 10 eine kaskadenartige Verbindung mehrerer konischer Biegeresonatoren mit einem gemeinsamen Anregungssystem;
Figur 11 einen Zerstäuber mit konischem Biegeresona-65 tor, der eine axiale Flüssigkeitszuführung von hinten aufweist;
Figur 12 eine Ausführungsform mit Heizung und Kühlung, die sich zur Zerstäubung von Metallschmelzen eignet;
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Figur 13 einen erfindungsgemässen Zerstäuber, bei dem der Biegeresonator in Form eines schmalen Metallstreifens ausgebildet ist;
Figur 14a) und b) zwei weitere Ausführungsformen, bei denen die Biegeschwingungen des Resonators durch Tor-sionsanregung erfolgt;
Figur 15 eine kaskadenartige Verbindung mehrerer in Figur 2a) und b) gezeigten Zerstäuber;
Figur 16a) bis g) einige Möglichkeiten für die Flüssigkeitszuführung und
Figur 17 eine weitere Möglichkeit für Flüssigkeitszuführung.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform weist der erfindungsgemässe Ultraschallzerstäuber einen mittels zweier Piezo-Keramikscheiben 1 angeregten Koppelschwinger 2 auf, der als ein im Schnelleknoten 3 abgestufter Amplitudentransformator ausgebildet ist. Solche Koppelschwinger sind z. B. in der DE-OS 29 06 823 beschrieben. Der Biegeresonator 4 ist in diesem Beispiel in Form eines rotationssymmetrischen Hohlkonus ausgebildet und befindet sich an dem der Stufe 3 gegenüberliegenden Ende des schlanken zylindrischen Teils 5 des Anregungssystems. Erfindungsgemäss kann die Gesamtlänge eines solchen Anregungssystems (2n +1 )X/4 betragen, wobei n = 0 oder eine andere ganze Zahl ist. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist die Länge 3À./4, wobei der Abstand zwischen der Stufung 3 und der Spitze des Biegeresonators 4, d.h. die Länge des zylindrischen schmalen Teils 5 Xjl ist, so dass sich im Bereich der Konusspitze ein Schnelleknoten befindet. Die Abmessungen des Biegeresonators 4, d.h. die Dicke, der Durchmesser und der Konuswinkel werden so gewählt, dass sich bei der gewünschten Arbeitsfrequenz Biegeresonanzen mit mehr oder weniger vielen Knotenradien und/oder Knotenkreisen ergeben. Vorzugsweise wird eine Eigenresonanz gewählt, bei der der Biegeresonator 4 mit Knotenradien und mit einer vom Zentrum, d.h. Konusspitze, zur Peripherie zunehmenden Amplitude schwingt, so dass die auf die Konusspitze geleitete Flüssigkeit sich zum peripheren Bereich hin mit abnehmender Filmdicke ausbreiten kann.
In Fig. 2a) werden die Knotenradien in Aufsicht gezeigt. Figur 2b) macht die Biegeschwingung des Hohlkonus-Resonators 4 deutlich.
Aus Figur 3 gehr hervor, dass die zu vernebelnde Flüssigkeit 6 axial auf die Spitze des Biegeresonators 4 als ein relativ dicker Strahl von oben zugeführt werden kann. Da sich im Bereich der Spitze des Hohlkonus 4 ein Schnelleknoten befindet, findet dort keine Anregung von Kapillarwellen statt. Es kann auch keine Schwingungskaviation auftreten, wie dies bei den zur Zeratäubung erforderlichen Amplituden bei grösserer Flüssigkeitsfilmdicke der Fall wäre. Die Flüssigkeit läuft demzufolge ungestört über die Konusfläche ab, wobei sich mit zunehmendem Abstand zum Zentrum die Filmdicke bei gleichzeitig zunehmender Schnelleamplitude des Zerstäubers stetig verringert. Auf diese Weise stellt sich automatisch eine für die Zerstäubung optimale Filmdicke ein. Die Zerstäubung erfolgt dann in herkömmlicher Weise durch Abschnürung von Tröpfchen aus dem Kapillarwellen-gitter. Durch die Neigung der Konusfläche werden die Tröpfchen axialsymmetrisch vom Zerstäuber weggeschleudert, wobei sich annähernd parabelförmige Flugbahnen ergeben, deren Abstand vom Zentrum etwa proportional zur Schnelleamplitude u des Wandlers der Dichte p der zerstäubten Flüssigkeit und zum Quadrat des Tröfpchendurchmes-sers d ist. Der mittlere Tröpfchendurchmesser dra folgt in bekannter Weise aus der Kapillarwellenformel
3 r~, '
j ±-.l/2l5L
2 I 3 -f*
mit a = Oberflächenspannung /,K = Kapillarwellenlänge f = Frequenz
Das Tröpfchenspektrum wird durch eine relativ schmale logarithmische Normal Verteilung beschrieben.
Aus Figur 3 geht ferner hervor, dass der Biegeresonator 4 über ein Ankopplungsteil 7 an dem Anregungssystem befestigt wird.
Die Flüssigkeitszuführung kann in Variation der in Figur
3 gezeigten Anordnung auch horizontal erfolgen, wie es in Figur 4 dargestellt wird.
Bei einer Schwingung des Biegeresonators 4 mit mehreren Knotenkreisen könnte erfindungsgemäss auch erforderlich sein, dass Flüssigkeitszuführungen nicht nur zentral auf die Konusspitze, sondern auch in den Bereich der Knotenkreise gerichtet sind.
In den Figuren 5a) bis e) wird eine Auswahl möglicher Ausführungsformen für den Biegeresonator gezeigt. Wesentlich ist, dass mindestens eine geneigte, bzw. gekrümmte Zerstäuberfläche vorhanden ist und dass die Flüssigkeit auf den Bereich eines Schnelleknotens bzw. einer Schnelleknotenlinie zugeführt wird. Im Fall der in Figur 5b) dargestellten Ausführungsform kann die Flüssigkeit entlang der gesamten Schnittkante beider Flächen z.B. durch eine spaltförmige Öffnung geleitet werden.
In Figur 6 wird eine gedrungene Ausführungsform des in Figur 1 gezeigten Zerstäubers mit konischem Biegeresonator
4 dargestellt. In diesem Fall beträgt die Gesamtlänge des Anregungssystems X/4 (n = 0), so dass sich an der Spitze des Biegeresonators 4 ein Schnelleknoten befindet. Diese Ausführungsform wird bevorzugt, da sie relativ einfach durch einen Einstich in das zylindrische Anregungssystem herstellbar ist. Um eine Abstrahlung von Luftschall auf der Rückseite des Biegeresonators 4 zu vermeiden (sie würde unnötig Leistung verbrauchen) sollte die Breite des Einstichs, d.h. der Abstand zwischen dem peripheren Ende des Konus 4 und dem Anregungsteil 2 etwa À(Luft)/4 betragen.
Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform kann in einfacher Weise an einer Halterungseinrichtung 8 befestigt werden. Hierzu wird, wie in Figur 7 gezeigt, die Konusspitze mit einer Bohrung versehen, durch die ein Halterungselement 9, z.B. ein Stift, Röhrchen, Draht oder dergleichen geführt ist. Die Flüssigkeitszuführung 10 kann in diesem Fall das Halterungselement 9 konzentrisch umgeben. Auch andere Variationen des erfindungsgemässen Zerstäubers können in analoger Weise fixiert werden. Die feste Unterlage 8 kann auch eine Flüssigkeitsleitung sein, aus der die Flüssigkeit durch Kanal 10 in den Bereich der Konusspitze geführt wird.
Bei der in Figur 8a) bzw. b) gezeigten Vorrichtung wird ein konischer Biegeresonator 4 mit der Spitze bzw. mit dem Ankoppelteil 7 an dem Anregungssystem 2 befestigt, so dass diese Ankoppelung eine Umkehrung der eingangs erwähnten Ausführungsformen darstellt. Die Flüssigkeitszuführung erfolgt gemäss Figur 8a) über eine Ringdüse 11, die um das Ankoppelungsteil 7 des Biegeresonators, d.h. in der Übergangszone zwischen dem Biegeresonator 4 und dem Anregungssystem 2, angebracht ist. Die Flüssigkeit kann aber auch in beliebig anderer Weise in den Bereich des Schnelleknotens eingeleitet werden, z. B. durch eine axiale Bohrung 12 im Anregungssystem mit seitlichen Austrittsöffnungen am Konusmantel, d.h. in der Übergangszone zum Biegeresonator 4, wie es in Figur 8b) dargestellt ist.
In Figur 9 wird gezeigt, dass mehrere in Figur 8a) und 8b) dargestellte Zerstäuber an einer gemeinsamen Flüssigkeitsversorgungsleitung befestigt werden können. Andere Arten von Anordnungen, z. B. kreisförmige, sind ebenfalls möglich. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere für grössere Flüssigkeitsdurchsätze geeignet.
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Die Biegeresonatoren können aber auch kaskadenförmig miteinander verbunden und gemeinsam angeregt werden. Diese Ausführungsform wird in Figur 10 schematisch verdeutlicht. Die Kaskadenelemente bestehen aus dimensions-und materialmässig gleichen konusförmigen Biegeresonatoren 4 mit Ankoppelteilen 14. Die Gesamtlänge eines Kaskadenelementes beträgt X/2 und die Verbindung der Kaskadenelemente erfolgt jeweils in Schnellebäuchen, z.B. durch Schrauben 15. Die einzelnen Kaskadenelemente können auch durch Lötung miteinander befestigt werden oder durch eine andere geeignete Massnahme. Eine weitere Variante besteht in der Herstellung der Kaskade an einem Stück. Das den Kaskadenelementen gemeinsame Anregungssystem (hier nicht gezeigt) kann sich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kaskade befinden. Die Flüssigkeitszuführung kann in bereits oben erläuterter Weise erfolgen. Hier werden die Ankoppelteile 14 in der Übergangszone zur Konusspitze mit einem ringförmigen Rohr 16 versehen, welches Flüssigkeitsaustrittsöffnungen enthält.
Die in Figur 11 dargestellte À/4-Ausfûhrung mit konischem Biegeresonator, die in Figur 6 näher beschrieben wurde, eignet sich wegen der Art der Flüssigkeitszuführung insbesondere für einen Einsatz bei Ölbrennern. Das Anregungssystem 2 besitzt eine axiale Bohrung 17 bis zur Spitze des Resonators 4. Durch diese Bohrung 17 wird ein auf Resonanz abgestimmtes Röhrchen 18 geführt, das im Schnelleknotenbereich mit dem System, z.B. durch Verschrauben 19, fest verankert wird. Die Öffnung an der Spitze des Resonators ist etwas abgerundet, um eine optimale Verteilung der durch das Röhrchen 18 geleiteten und an der Spitze austretenden Flüssigkeit auf der Konusfläche zu bewirken.
In Figur 12 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Biegeresonator 4 geheizt und die temperaturempfindlichen Teile des Anregungssystems 2 gekühlt werden.
Die Heizung erfolgt z. B. durch eine Induktionsspule 20, durch die die Metallschmelze 21 geleitet wird. Die Kühlung wird zwischen zwei benachbarten Schnelleknotenbereichen des schlanken Teils 5 bewirkt. Hierfür kann dieser Bereich z.B. konzentrisch mit einer Flüssigkeits- oder Gaskühlung 22 versehen sein. Die Kühlstrecke 22 wird vorzugsweise am unteren Bereich des schlanken Teils 5 angebracht. Die Kühlstrecke 22 und das Anregungssystem 2 können ferner mit einer Ummantelung 23 versehen sein, wodurch jegliche Beeinträchtigung durch Überhitzung ausgeschlossen ist.
In Figur 13 wird ein erfindungsgemässer Zerstäuber gezeigt, bei dem der Biegeresonator in Form eines länglichen dünnen Metallstreifens 24 ausgebildet ist. Der Streifen 24 wird im Schnellebauch mit dem Anregungssystem 2, 3 verbunden. Die Zerstäubungsflächen des Streifens 24 stehen senkrecht zur Achse des Anregungssystems 2, 3. Durch Variation der Achsenrichtung des Anregungssystems, die in dargestellter Form horizontal verläuft, lässt sich eine beliebige Neigung der Flächennormalen des Streifens 24 und damit der Zerstäubungsrichtung einstellen. Ein solcher Streifen führt bei axialer Anregung Biegeschwingungen aus, wobei die Knotenlinien auf der Zerstäubungsfläche parallel zueinander und senkrecht zur Anregungsachse verlaufen. Die Flüssigkeitszuführung kann über eine Versorgungsleitung 25 erfolgen, die im Bereich der Knotenlinien beidseitig mit Zu-führungsröhrchen 26 versehen ist. Die Flüssigkeitszuführung kann auch einseitig sein oder es können nur einige Knotenlinien mit Flüssigkeit versorgt werden. Die längs der Knotenlinien fliessende Flüssigkeit dehnt sich seitlich der Knotenlinie zum Schnellebauch hin mit geringer werdender Filmdik-ke aus und wird vernebelt.
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Anstelle einer axialen Anregung kann die Biegeschwingung des Resonators mittels einer Torsionsanregung erzielt werden. Eine solche Ausführungsform wird in Figur 14a) und b) dargestellt. Ein ebenfalls länglicher schmaler Streifen 5 24 wird mit dem Anregungssystem 2 über ein Spiralelement
27 verbunden. Dabei ist die Flächennormale des Streifens 24 senkrecht zur Achse des Anregungssystems 2. Im allgemeinen reicht für eine Torsionsanregung aus, dass der schmale zylindrische Teil des Anregungssystems nur partiell mit ei-
io nem Spiralelement versehen wird. Die Zerstäubungsrichtung verläuft horizontal zur Achse des Anregungssystems, so dass bei der Vernebelung eine Beeinträchtigung des Anregungssystems nicht auftritt. Die Flüssigkeitszuführung kann bei dieser Ausführungsform analog zu dem in Figur 13 gezeigten i5 Linearzerstäuber erfolgen; weitere Möglichkeiten werden im folgenden unter Figur 16 und 17 erläutert.
In Figur 15 wird eine kaskadenartige Anordnung von linearen Biegeresonatoren 24 gezeigt. Die einzelnen Kaskadenelemente der Länge X/2 (in Achsenrichtung), die aus ei-20 nem Biegeresonator 24 und spiralförmigen Ankoppelteilen
28 bestehen, werden miteinander in den Torsionsschnellebäuchen befestigt. Das allen Elementen gemeinsame axiale Anregungssystem (hier nicht gezeigt) kann sich oberhalb oder unterhalb der Kaskade befinden. Im allgemeinen ist es
25 nicht erforderlich, dass jede Sektion der Kaskade Spiralelemente enthält. Eine kaskadenförmige Anordnung ist auch mit der in Figur 13 dargestellten Ausführungsform möglich, wobei jedoch keine Torsionsanregung stattfindet, so dass Spiralelemente nicht notwendig sind. Gemäss einer weiteren 30 Ausführungsform können die in der Kaskade angeordneten Biegestreifen in unterschiedlicher Winkelstellung zueinander angebracht sein.
Nach Figur 16a) kann der Streifen 24 beidseitig entlang der Knotenlinie über Abzweigungen 29 aus Versorgungslei-35 tungen 30 mit Flüssigkeit beschickt werden. Auch aus einem Flüssigkeitsreservoir 31 mit geeigneten Öffnungen 32 ist dies möglich, wie es in Figuren 16b) und c) schematisch dargestellt wird.
In Fällen, wenn eine Verstopfungsgefahr der Flüssig-40 keitsrohre gegeben ist, eignet sich ein halbzylinderartiger Behälter 33 mit geeigneten Öffnungen bzw. Hilfselementen 34 zur Flüssigkeitsführung, die im Bereich der Schnelleknoten im Abstand von X/2 angeordnet sind. Diese Ausführungsformen sind in Figuren 16d) und e) gezeigt.
45 In der gemäss Figur 160 dargestellten Ausführungsform wird der streifenförmige Biegeresonator 24 direkt an die Öffnung in einer Versorgungsleitung 35 geführt. Die Flüssigkeit verteilt sich dabei von den Schnelleknoten ausgehend auf die Zerstäubungsflächen. Bei der in Figur 16g) dargestellten Art so wird aus dem Reservoir 35 während der Biegeschwingung die Flüssigkeit entlang der Knotenlinien hochgesaugt. In diesem Fall können die Austrittsöffnungen für die Flüssigkeit relativ gross sein, ohne dass eine Gefahr der Verstopfung, z. B. durch Verunreinigungen, oder eine Gefahr des un-55 gleichmässigen Auslaufens der Flüssigkeit, z. B. bei kleinem Durchsatz, besteht.
Eine weitere Art der Flüssigkeitszuführung für streifenförmige Resonatoren wird in Figur 17 dargestellt. Hierbei taucht der Biegeresonator 24 mit der unteren Kante in den 60 Schnelleknoten in ein Flüssigkeitsreservoir 36 ein. Hierfür ist bei dieser Ausführungsform die untere Kante des Resonators 24 mit Zacken 37 im Ä,/2-Abstand versehen. Die Flüssigkeit wird dann durch einen akustischen Pumpeffekt auf die Zerstäubungsfläche gefördert. Anstelle von Zacken können 65 auch alle geeigneten Formen von Fortsätzen vorgesehen sein. Der Effekt ist ähnlich wie bei einfachem «Punktkontakt» mit der Flüssigkeit nach Figur 16g).
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9 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

653 924 PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, bestehend im wesentlichen aus einem Ultraschall-Anregungssystem und einem mit Ultraschallfrequenzen schwingenden Biegeresonator sowie Einrichtungen für die Flüssigkeitszuführung in den Schnelleknotenbereich des Biegeresonators, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeresonator (4) mindestens eine in Bezug auf die Achse des Anregungssystems geneigte Fläche aufweist und dass die Länge des Anregungssystems etwa (2n+ l)ty4 beträgt, wobei n = 0 oder eine ganze Zahl ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeresonator (4) in Form eines Hohlkonus ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Anregungssystems X/4 beträgt und dass der Biegeresonator (4) durch einen Einstich in den zylindrischen dickeren Teil des Anregungssystems geformt ist.
(4) mit einer Bohrung versehen und mittels eines Halterungselements (9) fixierbar ist und dass die Flüssigkeitszuführung (10) das Halterungselement (9) konzentrisch umgibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Einstichs (2n+ l)XLuft/4 beträgt, wobei n = 0 oder eine ganze Zahl bedeutet.
(5) des Anregungssystems von aussen an die Spitze des Biegeresonators (4) ansetzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeresonator in Form einer Hohlpyramide ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeresonator zwei im Winkel zueinander stehende Flächen aufweist und die Flüssigkeit entlang der Schnittkante dieser Flächen zuführbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zerstäubung von Schmelzen eine Heizung (20) für den Biegeresonator (4), z.B. eine Induktionsspule, vorhanden ist und dass zwischen zwei benachbarten Schnelleknotenbereichen des zylindrischen, schlanken Teils (5) des axialen Anregungssystems (1,2,5) eine Kühlstrecke (22) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu zerstäubende Flüssigkeit axial in einem Strahl (6) auf die Spitze des Biegeresonators (4) zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Flüssigkeitszuführung das Anregungssystem (2) eine axiale Bohrung (17) besitzt, durch die ein auf Resonanz abgestimmtes Röhrchen (18) geführt und im Schnelleknotenbereich mit dem Biegeresonator (4) befestigt ist und die Spitze des Biegeresonators im Bereich der Öffnung abgerundet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Biegeresonators
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische, schlanke Teil
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Flüssigkeitszuführung das Anregunssystem (2, 5,7) eine axiale Bohrung (12) besitzt, die in der Übergangszone zum Biegeresonator (4) mit Flüssigkeitsaustrittsöffnungen versehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Flüssigkeitszuführung in der Übergangszone zwischen dem Biegeresonator (4) und dem Anregungssystem (2,7) ein ringförmiges Rohr (11) vorgesehen ist, das mehrere Flüssigkeitsaustrittsöffnungen enthält.
14. Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, bestehend im wesentlichen aus einem Ultraschall-Anregungssystem und einem mit Ultraschallfrequenzen schwingenden
Biegeresonator sowie Einrichtungen für die Flüssigkeitszuführung in die Schnelleknotenbereiche des Biegeresonators, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeresonator in Form eines länglichen Streifens (24) mit mehreren parallelen Knotenlinien ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Variation der Achsenrichtung des Anregungssystems (2,5) eine beliebige Neigung der Flächennormalen des Biegeresonators (24) und damit der Zerstäubungsrichtung einstellbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächennormale des Biegeresonators (24) und damit die Zerstäubungsrichtung senkrecht auf der Achse des Anregungssystems steht und dass der schlanke zylindrische Teil des Anregungssystems zumindest partiell als Spirale (27) ausgebildet ist, so dass die Axialschwingung des Anregungssystems in eine Torsionskomponente umgesetzt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Biegeresonators (24) Flüssigkeitszuführungen (30,31,32,33,34,35) zu den Knotenlinien vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante des Biegeresonators (24) in den Schnelleknoten Fortsätze (37) aufweist, die in ein Flüssigkeitsreservoir (36) eintauchen, so dass durch einen akustischen Pumpeffekt die Flüssigkeit zum Zerstäuben auf die Biegeresonatorfläche (24) befördert wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zerstäuber an einer gemeinsamen Flüssigkeitsversorgungsleitung (13), z.B. in linearer oder kreisförmiger Anordnung, befestigt sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleiche Biegeresonatoren (4,24) mit einem gemeinsamen Anregungssystem kaskadenartig miteinander verbunden sind und dass die Kupplung der Kaskadenelemente in den Schnellebäuchen erfolgt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sektion der Kaskade Spiralelemente (28) enthält.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Kaskade befindlichen Resonatoren (24) in unterschiedlicher Winkelstellung zueinander angeordnet sind.
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