CZ19636U1 - Kontinuální nebulizér - Google Patents

Description

Kontinuální nebulizér

CZ 19636 Ul

Kontinuální nebulizér

Oblast techniky

Technické řešení se týká kontinuálního nebulizéru pro přípravu aerosolu rozprašováním kapaliny a pro jeho nanášení zvláště na procházející plošný textilní útvar, přičemž nebulizér je tvořen skříní, která obsahuje nádobu pro zpracovávanou kapalinu, alespoň jeden ultrazvukový měnič uspořádaný v této nádobě a připojený k ultrazvukovému generátoru, prostředky vymezující dráhu pro vedení plošného textilního útvaru nad hladinou zpracovávané kapalíny a zdroj podtlaku vzduchu umístěný nad dráhou pro vedení textilního plošného útvaru.

Dosavadní stav techniky

Rozprašování kapalin je proces využívaný v mnoha odvětvích lidské činnosti. V interiérech jsou instalovány osvěžovače ovzduší, v lékařství jsou aplikovány inhalátory lokálně působící na dýchací ústrojí pacienta, v průmyslu se rozprašování kapalných barev využívá pro lakování apod.

Široké využití představuje také textilní průmysl, kde se aerosolem různých rozprašovaných kapalin upravují tkané i netkané textilie, případně příze.

is Například podle DE 3108481 Al prochází vodorovně situovaný pás tkaniny komorou, ve které je na obě strany pásu nastřikován dvěma širokými kmitajícími hubicemi aerosol změkčovacího prostředku. Vytvoření aerosolu je realizováno ultrazvukovými piezokeramickými rozprašovači. Konstrukce hubic s piezokeramickými prostředky a přívodem pracovní kapaliny je prostorově náročná a nákladná.

Úprava příze je popsána v US 4431684, kde je atomizovaná kapalina nanášena na procházející přízi směrovými tryskami, přičemž přívod a atomizace kapaliny je zajištěna ultrazvukovými vibrátory.

V obou případech jsou použity v podstatě vysokotlaké směrové trysky, které svým rozměrem musí pokrýt celou plochu tkaniny, případně několik souběžně běžících přízí. Kromě pořizovacích nákladů jsou vysoké i náklady na vlastní provoz, které musí krýt i ztráty používané kapaliny, jejíž aerosol vůbec nedopadne na zpracovávanou plochu.

Z dokumentu DE 202005002285 Ul je známo zařízení, které obsahuje nádobu s pracovní kapalinou, do které je částí svého obvodu ponořen otočný válec, kterého se shora ve společné povrchové přímce dotýká nad ním umístěný druhý válec. Kolem části obvodu horního válce, která se stýká s dolním válcem, je opásán pás tkaniny, na kterou spodní válec dopravuje kapalinu. Tkanina napojená kapalinou je potom vedena do ultrazvukové jednotky, ve které je nanesená kapalina působením ultrazvuku na procházející tkaninu fixována. Zařízení je složité a jeho prostorová náročnost vyplývá již z odděleného uspořádání nádoby s pracovní kapalinou a ultrazvukové jednotky.

Jádro nebulizéru je popsáno v dokumentu US 20080156320 Al. Piezoelektrické ústrojí je uspořádáno ve dnu malé komory, jejíž homí víčko je tvořeno sítem. Do této komůrky je kapalina přepouštěna ze zásobníku. Podtlakem vzduchu v zásobníku je udržována hladina pod úrovní síta. Síto se podílí na kvalitě atomizované kapaliny, jejíž aerosol prochází sítem. Zařízení je zřejmě určeno pro rozprašování látek do volného prostoru.

V DE 3108481 Al a US 4431684 popsaná ultrazvuková zařízení jsou určena buď k postřiku zpracovávané tkaniny ultrazvukem vytvářenou mlhou, například barviva, pomocí rozprašovacích hubic nebo je barva nanesena na látku namáčením, přičemž penetrace kapaliny do struktury tkaniny je provedena v následné oddělené části zařízení pomocí ultrazvuku, jak je popsáno v DE 202005002285 Ul. Zařízení popsané v US 20080156320 Al je pouze zdrojem aerosolu vytvoře45 ného pomocí ultrazvuku a aplikovaného do okolního prostředí.

-1CZ 19636 Ul

Dokument JP 2005248352 popisuje zařízení k barvení pásu textilie umístěného a pohybujícího se nad hladinou tekuté barvy. Z důvodu dokonalého probarvení je tkanina před aplikací barvy namáčena v oddělené lázni, na provlhčenou tkaninu je potom nanášen aerosol barvy vytvářený pomocí ultrazvukového generátoru. Funkce zařízení je limitována fyzikálními vlastnostmi zpra5 covávaného roztoku barvy, který musí mít nízkou viskozitu, přičemž se neklade zvláštní důraz na homogenitu vytvářené mlhy, která zde obsahuje i kapky větších rozměrů.

Cílem technického řešení je navrhnout kontinuální nebulizér, který by byl schopen kontinuálně produkovat velmi jemný a homogenní aerosol, například organických rozpouštědel a jejich směsí, bez přítomnosti větších kapek, který by byl použitelný zvláště k úpravě netkaných nanoio vlákenných textilních látek síťováním. Tento způsob úpravy je využitelný zvláště v případech, kdy síťování nemohlo být provedeno již v průběhu zvlákňování polymemího roztoku vzhledem k tomu, že například některé vodorozpustné polymery nemohou být zvlákňovány společně se síťovacím činidlem.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo kontinuálním nebulizérem obsahujícím prostředky vymezující dráhu pro vedení plošného textilního útvaru nad hladinou zpracovávané kapaliny a zdroj podtlaku vzduchu umístěný nad dráhou pro vedení textilního plošného útvaru, jehož podstatou je to, že v prostoru mezi ultrazvukovým měničem a dráhou pro vedení textilního plošného útvaru je nad hladinou zpracovávané kapaliny uspořádán retardér obsahující alespoň jednu stínící desku, jejíž plocha je menší, než příčný průřez skříně nebulizéru v místě, v němž je tato stínící deska situována.

Při usměrňování toku aerosolu vytvářeného nad hladinou výchozí kapaliny mají kapičky o větší hmotnosti tendenci narážet na plochu retardéru, odlučují se z aerosolu, aerosol se tím homogenizuje a optimalizuje do stavu požadovaného pro úpravu zpracovávané textilie.

S výhodou retardér obsahuje dvě nad sebou umístěné stínící desky tvořící labyrint. Účinkem labyrintového uspořádání se zvětšuje počet změn směru toku aerosolu, čímž se zvyšuje stupeň odloučení nežádoucích kapek kapaliny.

Výhodné je, když jsou nad sebou uspořádané stínící desky vzájemně spojeny radiálními žebry. Žebra zlepšují rovnoměrnost pohybu aerosolu a tím i rovnoměrnost jeho nanášení na zpracová30 váný pás textilie.

Ve výhodném provedení obsahuje kontinuální nebulizér šest ultrazvukových měničů uspořádaných na kružnici, přičemž je zvláště výhodné, když je každý z ultrazvukových měničů samostatně spřáhnutelný se zdrojem elektrické energie.

Při větším počtu ultrazvukových měničů je výhodné, když jsou uspořádány alespoň na jedné kružnici. Podle počtu ultrazvukových měničů mohou být tyto uspořádány na dvou, nebo více, soustředných kružnicích.

Tím je možné dosáhnout velké rovnoměrnosti vznikajícího aerosolu, navíc spínáním různého počtu ultrazvukových měničů může být měněn výkon nebulizéru a tím definované množství nanášené atomizované kapaliny.

Přehled obrázků na výkresech

Kontinuální nebulizér podle technického řešení je schematicky znázorněn na výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez nebulizérem v základním provedení, obr, 2 půdorysný pohled ve směru P na nádobu nebulizéru a vstupní otvor odsávací komory z obr. 1 s pásem zpracovávané látky, obr. 3 příkladné provedení retardéru se dvěma stínícími deskami, obr. 4 půdorys stínící desky se středovým otvorem a obvodovými spojovacími můstky, obr. 5 příkladné provedení retardéru se dvěma stínícími deskami a středovým kotoučem propojenými svislými radiálními žebry v bočním pohledu a obr. 6 půdorys dolní stínící desky z obr. 5.

-2CZ 19636 Ul

Příklady provedeni technického řeSeni

Kontinuální nebulizér podle vynálezu je tvořen svisle uspořádanou skříni 1, která obsahuje nádobu Π. se zpracovávanou kapalinou 10, na jejíž dole umístěnou válcovou část 111 navazuje homí část 112. Plášť homí části 112 je zborcenou plochou, jejíž dolní příčný řez tvaru kružnice přechází směrem nahoru do plochého obdélníkového čela 113. v němž je vytvořena obdélníková nanášecí štěrbina 114, jejíž délka odpovídá šířce upravované textilie. Dnem válcové části 111 prochází přepadová trubka 115, jejíž homí okraj určuje maximální hladinu kapaliny 10 v nádobě

11. Ve dně nádoby 11 je po obvodu kružnice v příkladném provedení uspořádáno šest ultrazvukových měničů 12. Ve výhodném provedení využívají ultrazvukové měniče 12 piezoelektrické io keramické materiály. Měniče 12 jsou připojeny k ultrazvukovým generátorům připojeným prostřednictvím spínacího zařízení jednotlivě k neznázoměnému zdroji elektrické energie. V alternativním provedení tvoří ultrazvukový měnič 12 s ultrazvukovým generátorem kompaktní celek.

Ve válcové části 111 nádoby H jsou nad hladinou kapaliny IO uspořádány vnější vstupní otvory 13 kapaliny a vzduchu. V místě přechodu válcové části 111 do horní Části 112 je uspořádán re15 tardér 116. který je v příkladném provedení tvořen jednou stínící deskou 117 tvaru prstence, která vymezuje průtoěné průřezy 118 dané obvodovou mezerou mezi vnějším obvodem stínící desky 117 a vnitřní plochou nádoby H a středovým otvorem ve stínící desce 117 retardéru 116.

V provedení podle obr. 3 a 4 obsahuje retardér 116 dvě nad sebou uspořádané stínící desky 117. Horní stínící deska 117 ie tvořena prstencem 1171 a středovým terčem 1172. dolní stínící deska

117 je prstenec odpovídající provedení znázorněnému na obr. 1. Průtočné průřezy 118 jedné stínící desky 117 jsou přesazeny vůči průtočným průřezům 118 druhé stínící desky 117. čímž vytvářejí labyrint. Pokud jsou stínící desky 117 umístěny v nej vyšším místě válcové části 111 nádoby U mohou mít jejich průtočné průřezy tvar mezikruží nebo kruhu, což může být výhodné z hlediska výrobních nákladů. Stínící desky 117 jsou k vnitřní stěně nádoby H. v příkladném provedení upevněny prostřednictvím spojovacích můstků 119 (například dolní deska na obr. 4), nebo přímo svým obvodem (homí deska). V provedení podle obr, 5 a 6 jsou homí stínící desky a dolní stínící deska vzájemně propojeny svislými radiálními žebry 1173.

Nad horní částí 112 nádoby JJ. je uspořádána odsávací komora 14 obsahující dolní část 141 a homí Část 142. Plášť dolní části 141 je tvořen stěnami komolého jehlanu zužujícího se směrem nahoru, přičemž spodní podstava komolého jehlanu tvoří obdélníkový vstupní otvor a homí podstava komolého jehlanu tvoří obdélníkový přechodový otvor do homí části 142. Uvnitř horní části 142 odsávací komory 14 je uspořádán radiální odsávací ventilátor 15. Mezi obvodem obdélníkového vstupního otvoru (je znázorněn na obr. 2 přerušovanou čarou) dolní části 141 odsávací komory 14 a vnějším obvodem horního obdélníkového čela 113 horní Části 112 nádoby H je mezera 16. Na homí část 142 odsávací komory 14 navazuje neznázoměné příslušenství nebulizéru obsahující filtrační ústrojí pro čištění par odsávaných z nebulizéru odsávacím ventilátorem L5 před jejich výstupem do okolí nebulizéru a prostředky pro svádění separovaných částic rozprášené kapaliny zpět do nádoby 11.

V prostoru mezi nádobou 11 a odsávací komorou 14 jsou uspořádány prostředky pro transport a vedení pásu 2 zpracovávané textilie schematicky naznačené pomocí odvíjecího válce 21 a navíjecího válce 22 s hnacím krokovým elektromotorem 23 a řemenovým převodem 24. V místě nanášecí štěrbiny 114 je pás 2 textilie veden plochou čela 113, které zaručuje dokonalé zakrytí průtočného průřezu nanášecí štěrbiny 114 a zabraňuje neefektivním ztrátám aerosolu vytvářeného nebulizérem. Není ovšem žádoucí, aby byla nanášecí štěrbina užší, než zpracovávaný pás textilie. V takovém případě by okrajové části pásu textilie přesahující délku štěrbiny zůstávaly nezpracovány.

Nádoba 11 nebulizéru je vstupním otvorem 13 připojena jednak k výstupu neznázoměného oběhového čerpadla s proměnným výstupním množstvím, přičemž otvor 13 je současně propojen s vnější atmosférou a umožňuje zavzdušňování vnitřního prostoru nádoby U- Hladina kapaliny 10 je v nádobě udržována přepadovou trubkou 114, která je propojena s neznázorněným zásobníkem kapaliny, k němuž je připojeno sání uvedeného oběhového čerpadla.

-3CZ 19636 Ul

Po uvedení ultrazvukových měničů 12 do chodu se na hladině v místech měničů 12 vytvářejí „fontány“ 121 rozprašované kapaliny, jejichž výška nedosahuje do prostoru retardéru 116. Počet spuštěných ultrazvukových měničů 12 lze u výhodného provedení volit podle požadovaného výkonu pomocí neznázoměného spínacího zařízení. Vznikající mlha je strhávána proudem vzdu5 chu odsávaným z nádoby odsávacím ventilátorem 15, přičemž je vedena průtočnými průřezy 118 tvořenými retardérem 116. Případně vzniklé větší kapky mlhy setrvačností narážejí na stínící desku, nebo desky 117. retardéru 116 a stékají zpět ke dnu válcové části 111 nádoby 11 Z nanášecí štěrbiny 114 potom vystupuje pouze jemná mlha prostupující účinkem odsávacího ventilátoru 15 vrstvou pásu 2 textilie. S výhodou tato textilie obsahuje vrstvu nanovláken, která jsou půio sobením do mlhy rozprášeného síťovacího Činidla síťována, nebo jinak upravována. Přisávací mezerou 16 mezi vnějším obvodem čela 113 horní části 112 nádoby li a obvodem vstupního otvoru do dolní části 141 odsávací komory 14 je přisáváno určité množství vzduchu, které tak zabraňuje unikání mlhy do okolí nebulizéru a případné znečišťování částí pásu 2 textilie v okolí nanášecí štěrbiny 114. Případné částice aerosolu nad pásem 2 textilie jsou unášeny proudem odsávaného vzduchu, který je čištěn neznázorněným filtračním zařízením a po oddělení aerosolu je vzduch odváděn do okolí nebulizéru. Je ovšem možné část odsávaného vzduchu vracet zpět ke vstupnímu otvoru 13 do nádoby 11 a/nebo k mezeře 16 mezi homím okrajem horní části 12 nádoby 11 a vstupním otvorem dolní části 141 odsávací komory 14.

Zejména v případě zpracovávání směsí organických kapalin při nebulizaci dochází obvykle k nerovnoměrné spotřebě složek směsi. Změnám složení roztoků brání intenzívní cirkulace zpracovávané kapaliny pomocí oběhového čerpadla umístěného pod nádobou nebulizéru. Navíc lze monitorovat a upravovat složení nebulizované kapaliny v zásobní nádrži. Zařízení podle technického řešení je schopné nebulizovat jak vodu a vodné roztoky, tak i organické kapaliny, jejichž nebulizace byla dosud velmi obtížná.

Při činnosti nebulizéru je pás 2 tkaniny spojitě, nebo nespojitě, posouván elektromotorem 23.

V příkladném laboratorním provedení byla nebulizace prováděna se 70% roztokem glycerolu v metanolu ředěném acetonem na koncentraci 10 hmotnostních procent glycerolu ve směsí aceton/methanol. Při použití jednoho ultrazvukového měniče s frekvencí ultrazvuku 1,65 MHz a kolísáním hladiny roztoku v nádobě v rozmezí 4 mm je výkon zařízení udaný objemem rozpráše30 ného roztoku asi 11,6 cm³ .min'¹. Velikost nebulizéru byla volena s ohledem na zkušební šířku pásu 2 textilie, která byla 25 cm. V praktickém využiti se předpokládá zpracování pásů textilií o šířce minimálně 1 m.

Nebulizérem podle technického řešení lze rozprašovat a například na upravovanou textilii nanášet roztoky síťovacích činidel, případně obsahující i katalyzaění prostředky nezbytné pro průběh síťující reakce. Ultrazvuková atomizace umožňuje rozprašovat velmi malé kapky roztoku a uspořádáni retardéru zabraňuje, aby se případně vzniklé velké kapky dostaly až na zpracovávanou textilii. Nános síťovacích roztoků je velmi rovnoměrný a umožňuje síťovat netkané materiály, které nelze síťovat již při zvlákňování.

Je zřejmé, Že popsaným konstrukčním provedením není omezena šíře ochrany vyplývající z ná40 roků na ochranu. Tak například se zařízení může lišit počtem a uspořádáním ultrazvukových měničů a generátorů, proporcemi a tvarem zařízení. Příkladné použití radiálního odsávacího ventilátoru 15 je výhodné především z toho důvodu, že na rozdíl od axiálního ventilátoru ovlivňujícího vznik vířivého proudění již i v prostoru nad hladinou zpracovávané kapaliny, zde nedochází k nerovnoměrnému rozložení částic jednotlivých složek kapaliny v radiálním směru v horní části 112 nádoby 11 a v odsávací komoře 14.

Rovněž popsané provedení prostředků sloužících k pohonu pásu 2 textilie může být ve smyslu nároků na ochranu modifikováno. K pohonu tak lze použít motor s frekvenčním měničem DC, motor s jiným, než pásovým převodem a podobně. Pohon ovšem musí zabezpečit rovnoměrný posun upravovaného pásu 2 textilie.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kontinuální nebulizér pro přípravu aerosolu rozprašováním kapaliny a pro jeho nanášení zvláště na procházející plošný textilní útvar, přičemž nebulizér je tvořen skříní (1), která obsahuje nádobu (11) pro zpracovávanou kapalinu (10), alespoň jeden ultrazvukový měnič (12) uspo5 řádaný v této nádobě a připojený k ultrazvukovému generátoru, prostředky vymezující dráhu pro vedení plošného textilního útvaru nad hladinou zpracovávané kapaliny a zdroj podtlaku vzduchu umístěný nad dráhou pro vedení textilního plošného útvaru, vyznačující se tím, že v prostoru mezi ultrazvukovým měničem (12) a dráhou pro vedení textilního plošného útvaru je nad hladinou zpracovávané kapaliny (10) uspořádán retardér (116) obsahující alespoň jednu stíío ničí desku (117), jejíž plocha je menší, než příčný průřez skříně (1) nebulizéru v místě, v němž je tato stínící deska (117) situována.
2. 2. Kontinuální nebulizér podle nároku 1, vyznačující se tím, že retardér (116) obsahuje dvě nad sebou umístěné stínící desky (117) tvořící labyrint.
3. 3. Kontinuální nebulizér podle nároku 2, vyznačující se tím, že nad sebou uspořá15 dané stínící desky (117) jsou vzájemně spojeny radiálními žebry (1173).
4. 4. Kontinuální nebulizér podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň šest ultrazvukových měničů (12).
5. 5. Kontinuální nebulizér podle nároku 4, vyznačující se tím, že ultrazvukové měniče (12) jsou uspořádány alespoň na jedné kružnici.

   20 6. Kontinuální nebulizér podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že každý z ultrazvukových měničů (12) je samostatně spřáhnutelný se zdrojem elektrické energie.

   3 výkresy

   25 Seznam vztahových značek:

   1 skříň nebulizéru 12 ultrazvukový měnič 10 kapalina 121 „fontána“ (rozprašované kapaliny) 11 nádoba (skříně) 13 vstupní otvory (kapaliny a vzduchu) 111 válcová část (nádoby) 14 odsávací komora 112 horní část (nádoby) 141 dolní část (odsávací komory) 113 čelo (homí části nádoby přepadová trubka 142 homí část (odsávací komory) 114 nanášecí Štěrbina 15 odsávací ventilátor 115 přepadová trubka 16 mezera 116 retardér 2 pás (textilie) 117 stínící deska (retardéru) 21 odvíjecí válec (pásu textilie) 1171 prstenec 22 navíjecí válec (pásu textilie) 1172 středový terč 23 hnací elektromotor (navíjecího válce) 1173 radiální žebro 24 řemenový převod. 118 průtočný průřez 119 spojovací můstek (retardéru)