CZ281652B6 - Univerzální rozprašovací tryska - Google Patents

Abstract

Zařízení pro tlakové rozprašování kapalin obsahuje disperzní soupravu, vloženou do vrtání pouzdra (1) trysky, a rozprašovací trysku (9) s osovým vrtáním (15), navazující na čelní stěnu disperzní soupravy. Vrtání pouzdra (1) trysky je ve spojení jednak s okolním prostorem a jednak s prostorem obsahujícím tlakovou rozprašovanou kapalinu. Disperzní souprava je tvořena ze sebou uspořádanými vířivým tělesem (8), urychlovacím kotoučem (7) a regulačním zvonem (5). Mezi vířivým tělesem (8) a na ně navazující rozprašovací tryskou (9) je vytvořen alespoň jeden prstencový kanálek (14), provedený na obvodě tělesa trysky (9) a spojený radiálními kanálky (18) s osovým vrtáním (15) trysky (9). Mezi vířivým tělesem (8) a osovým vrtáním pouzdra (1) trysky jsou přitom provedeny vířivé kanálky (13), svírající s tvořicí přímkou povrchu vířivého tělesa (8) ostrý úhel v rozmezí 5 až 45.sup.o.n..ŕ

Description

Univerzální rozprašovací tryska

Vynález se týká univerzální rozprašovací trysky pro tlakové rozprašování kapalin, obsahující disperzní soupravu, vloženou do vrtání pouzdra trysky, a rozprašovací trysku s osovým vrtáním, navazující na čelní stěnu disperzní soupravy, přičemž vrtání pouzdra trysky je ve spojení jednak s okolním prostorem a jednak s prostorem obsahujícím tlakovou rozprašovanou kapalinu.

V současnosti je stále důrazněji poukazováno na zvyšující se znečišťovací účinek ovzduší zkapalněnými rozprašovacími plyny - freony, používanými v aerosolových rozprašovacích lahvích. Z toho důvodu je zdůrazňována nutnost jejich vyloučení z používání jako rozprašovacího média a je doporučováno jejich nahrazení ovzduší neznečišťujícími rozprašovacími plyny, jako na příklad vzduchem. To je také důvodem toho, proč začínají být vyráběny rozprašovací trysky, v nichž je dokonalé utváření a rozptyl rozprašované kapaliny dosahováno výlučně mechanickými účinky. V takovém případě zaujímá aktivní tlaková kapalina určité procento objemu rozprašovací nádobky a oddělený tlakový rozprašovací plyn není s touto kapalinou smísen. Vzájemné objemové poměry se v podstatě stanovují podle vazkosti rozprašované kapaliny. V tomto případě probíhá rozprašování aktivní kapaliny při jejím průtoku rozprašovací tryskou výlučné působením tlaku.

Je známo, že jakost rozprášeného média, dispergovaného v rozprašovací trysce, je dobrá, jestliže dispergované částice mají velmi malé rozměry, jejich rozložení je rovnoměrné a jestliže jsou vytvářeny plynule. Pro dosažení této požadované jakosti rozprášení musí být při použití tlakového rozprašovacího plynu pro aktivní tlakovou kapalinu použit tlak asi 0,3 MPa. Pokud se k vytváření rozprášeného média tlakový plyn nepoužije, protože není v dané kapalině rozpustný nebo protože s ní není smísitelný, musí být pro dosažení požadované jakosti rozprášení použit tlak aktivní kapaliny alespoň 0,6 MPa.

Tryska tohoto typu je na příklad popsána ve francouzském patentovém spise č. 2,325.434. V tomto popsaném provedení obsahuje tryska pro zajištění jemného rozprášení aktivní kapaliny prstencové kanálky a osovou vířivou komůrku. Tvar vířivé komůrky však umožňuje neovladatelné průtoky a komůrka neobsahuje prvky, které by zvyšovaly běžnou rychlost rozprašované kapaliny ve směru jejího průtoku. Není proto vhodná pro rozprašování poměrné nízkotlakých aktivních kapalin do formy jemné mlhy bez použití rozprašovacího tlakového plynu.

Podle patentového spisu US č. 3,652.018 je pro vytváření rozprášeného aktivního média do trysky zaváděna síra. Tento typ trysky má kanálky vzájemně odděleny přepážkami. Do osové válcové směšovací komůrky jsou zaústěny čtyři kanálky, vytvářející potom rozprášené médium. Tato tryska však není vhodná pro rozprašování aktivních kapalin, vyžadujících vyšší jakostní standard, jako ztužovačů vlasů, deodorantů, osvěžovačů vzduchu nebo insekticidů. Tyto kapaliny musí totiž po rozprášení do vzduchu mít rozměry částic v rozmezí 5 až 10 μ-m, aby bylo zajištěno jednak jejich rychlé odpaření a jednak stav vznosu kapiček ve vzduchu.

-1CZ 281652 B6

Jiné rozprašovací zařízení, pracující bez rozprašovacího tlakového plynu, rozpuštěného v rozprašované aktivní kapalině, je popsáno v evropském patentovém spise č. 0000688. Jeho hlavní charakteristikou je, že přívodní kanálky, kolmé na vnitřní stěnu tělesa trysky, zavádějí rozprašovanou aktivní kapalinu kolmým nárazem do vícestupňových spojovacích kanálků, vytvořených v tělese trysky, čímž dochází k vířivému průtoku rozprašované aktivní kapaliny. Potom protéká aktivní kapalina do prstencového kanálku a potom k výstupnímu otvoru trysky přes další tangenciální kanálky. Je zřejmé, že u tohoto řešení mezi spojovacími kanálky a prstencovými kanálky vyvíjená turbulence podporuje vytváření rozprášení. Avšak kolmý náraz není nej lepším řešením, protože při průtoku aktivní kapaliny to má za následek značné snížení jejího tlaku, čímž se snižuje její pohybová energie. Změny směru průtoku mají také nepříznivý vliv na jakost rozprášení aktivní kapaliny.

Záměrem vynálezu je proto vyvinutí univerzální rozprašovací trysky, zajišťující dobrou jakost rozprášení bez použití pomocného rozprašovacího tlakového plynu, sloučeného s aktivní kapalnou směsí, prostě mechanicky bez potřeby vytváření složitých systémů kanálků a proto značně jednodušší než dosud známé trysky tohoto typu a vyrobitelné proto se značně nižšími výrobními náklady.

Záměr vynálezu byl splněn vyřešením univerzální rozprašovací trysky pro tlakové rozprašování kapalin, obsahující disperzní soupravu, vloženou do vrtání pouzdra trysky, a rozprašovací trysku s osovým vrtáním, navazující na čelní stěnu disperzní soupravy, přičemž vrtání pouzdra trysky je ve spojení jednak s okolním prostorem a jednak s prostorem obsahujícím tlakovou rozprašovanou kapalinu. Podle vynálezu je disperzní souprava tvořena za sebou uspořádanými vířivým tělesem, urychlovacím kotoučem a regulačním zvonem, přičemž mezi vířivým tělesem a na ně navazující rozprašovací tryskou je proveden alespoň jeden prstencový kanálek, provedený na obvodě tělesa trysky a spojený radiálními kanálky s osovým vrtáním trysky a přičemž mezi vířivým tělesem a pouzdrem trysky provedené vířivé kanálky svírají s tvořící přímkou povrchu vířivého tělesa ostrý úhel. Vnější stěna prstencového kanálku mezi vířivým tělesem a rozprašovací tryskou je přitom účelně tvořena stěnou vrtání pouzdra trysky.

Vířivé kanálky mohou být provedeny buď na vnějším povrchu vířivého tělesa tak, že jejich vnější stěny jsou tvořeny stěnou vrtání pouzdra trysky, nebo ve vnitřním povrchu vrtání pouzdra trysky tak, že jejich vnitřní stěny jsou tvořeny vnějším povrchem vířivého tělesa. Ostrý úhel, svíraný osou vířivých kanálků a tvořící přímkou površky vířivého tělesa, se vhodně volí v rozmezí 5 až 45’.

Radiální kanálky, spojující prstencový kanálek s osovým vrtáním trysky, jsou účelně provedeny radiálně v tělese trysky, přičemž alespoň část těchto radiálně probíhajících kanálků může mít směrem k ose radiálně se zužující profil.

Za vířivým tělesem umístěný urychlovací kotouč obsahuje urychlovací trysku, zužující se kuželovité směrem k vířivému tělesu, a je na čelní straně směrem k vířivému tělesu opatřen radiálně probíhajícími kanálky a obvodovým kanálkem, jehož vnější stěna je účelné tvořena stěnou vrtání pouzdra trysky. Mezi radi-2CZ 281652 B6 álními kanálky urychlovacího tělesa jsou účelně provedena vodicí žebra s radiálně probíhajícími vyvýšenými hranami a snižující se klínovítě po obou stranách radiálně probíhajících hran.

Mezi urychlovacím kotoučem a ve dně vrtání pouzdra trysky provedeným osazením vložený regulační zvon je proveden tak, že jeho obvodová příruba přiléhá k zadní čelní stěně urychlovacího kotouče a že jeho pružná kruhová stěna obsahuje excentrický vstupní otvor tlakové aktivní kapaliny do soupravy rozprašovací trysky.

Takto uspořádaná hlavice rozprašovací trysky je vhodná pro vytváření velmi jemné mlhy působením tlakového plynu nesloučeného s aktivní kapalinou v rozprašovací nádobce, tj. tlakovým vzduchem Její provedení je přitom poměrné jednoduché a k její výrobě nejsou potřebné speciální nástroje a její výroba není proto nákladná.

Univerzální rozprašovací tryska podle vynálezu bude v dalším textu blíže popsána na příkladě provedení a s odvoláním na připojené výkresy, kde na obr. 1 je osový řez příkladem provedení soupravy rozprašovací trysky podle vynálezu, na obr. 2 je pohled ve směru 2-2 na rozprašovací trysku podle obr. 1, na obr. 3 je osový řez regulačním zvonem a urychlovacím kotoučem, na obr. 4 je pohled na urychlovací kotouč v rovině 4-4 podle obr. 3, na obr. 5 je osový řez urychlovacím kotoučem a regulačním zvonem podle obr. 3 ve stavu při působení tlaku, na obr. 6 je čelní pohled na urychlovací kotouč, na obr. 7 je bokorys vhodného provedení urychlovacího kotouče podle obr. 6, na obr. 8 je nárys vhodného provedení vířivého tělesa, na obr. 9 je pohled na zadní stěnu trysky v účelném provedení a na obr. 10 je pohled na zadní stěnu trysky v jiném účelném provedení.

Na obr. 1 znázorněné provedení hlavice rozprašovací trysky sestává z částí, zalisovaných do vrtání pouzdra trysky. Vrtání pouzdra 1 trysky je s tlakovým prostorem zásobní nádobky /neznázornéné/ spojeno vstupním otvorem 2, který je na spodku proveden jako válcový a potom se směrem nahoru kuželovité zužuje až po vstřikovací otvor 3- Vstřikovací otvor 3 je vyústěn do předkomůrky 4, uzavřené pružnou stěnou regulačního zvonu 5.

Regulační zvon 5 vymezuje turbulentní komůrku 6 a navazuje svou obvodovou přírubou na urychlovací kotouč 7. Ve vrtání pouzdra 1 trysky jsou dále za urychlovacím kotoučem 7 vloženy vířivé těleso 8 a rozprašovací tryska 9, vyústěná do ovzduší.

Pouzdro 1 trysky je účelné vyrobeno z plastické hmoty, jejíž modul pružnosti zajišťuje bezpečné uchycení částí soupravy rozprašovací trysky, zalisovaných do vrtání pouzdra 1 trysky.

Aktivní kapalina protéká pod tlakem vstupním otvorem 2 a vstřikovacím otvorem 3, do předkomůrky 4 a z ní potom excentrickým kruhovým vstupním otvorem 10 v pružné stěně regulačního zvonu 5 do turbulentní komůrky 6. Na regulační zvon 5 navazující urychlovací kotouč 7 obsahuje osovou kuželovité se zužující urychlovací trysku 11, jíž je proud z turbulentní komůrky 6 zaváděného média ve směru průtoku zužován. Urychlovací kotouč 7 je kromě toho

-3CZ 281652 B6 také opatřen obvodovým prstencovým kanálkem 12, provedeným v jeho čelní stěně.

Na urychlovací kotouč Ί_ navazující vířivé těleso 8 obsahuje na svém válcovém povrchu vířivé kanálky 13., skloněné pod určitým úhlem vůči tvořící přímce povrchu vířivého tělesa 8. Na vířivé těleso 8. navazující rozprašovací tryska 9 obsahuje osové vrtání 15 s výstupním otvorem 16 a na její vnitřní čelní stěně je proveden prstencový kanálek 14. Kromé toho jsou na urychlovacím kotouči 7 a na trysce 9 provedeny radiální kanálky 17, 18, znázorněné na obr. 6, obr. 7, obr. 9 a obr. 10 a popsané v dalším textu.

Z vyobrazení na obr. 2 je zřejmé, že vstřikovacím otvorem

3. do předkomůrky 4 vtékající médium naráží na střed pružné stěny regulačního zvonu 5, čímž dochází k vířivému průtoku média. Proud média, vtékajícího do předkomůrky 4 a narážejícího v ní na střed pružné stěny regulačního zvonu 5, je rozkládán na proudové složky Vj_...v_n. Po překonání vzdáleností různých délek potom médium vstupuje do vstupního otvoru 10 v pružné stěně regulačního zvonu 5. Na obr. 2 jsou přitom proudové složky ^νχ···^νη označeny tak, že zvýšení jejich číselného indexu je v souladu se zvyšováním vzdáleností v daném směru proudění, které se úměrně zvětšují a v důsledku čehož se energie proudících částic média působením třecích sil postupně snižuje. Současně dochází ke srážení jednotlivých částic média, majících odlišnou energii, a k jejich průtoku vstupním otvorem 10, čímž dochází k jejich značnému rozviřování.

Další cestu zvířených částic média, protékajících vstupním otvorem 10 v regulačním zvonu 5, je možno sledovat na obr. 3 a obr. 4. Jednotlivé částice média se nejprve dále vzájemně srážejí na stěně urychlovacího kotouče 7 a potom podél této stěny pokračují v průtoku v obloukovitých drahách o různých poloměrech a dostávají se do kuželovité se zužující urychlovací trysky 11. provedené v ose urychlovacího kotouče 7. Vzhledem k tomu, že jednotlivé částice proudícího média musí před vstupem do urychlovací trysky 11 překonat různé vzdálenosti v různých směrech, dochází k dalšímu zvýšení jejich kruhového vířivého pohybu.

Působením tlaku média, zaváděného na pružnou stěnu regulačního zvonu 5, dochází k deformaci regulačního zvonu 5, přičemž tato deformace také ovlivňuje podmínky průtoku. Když je tlak média v zásobní nádobce poměrné vysoký, je regulační zvon 5 značně zdeformován a zmenšuje tím objem turbulentní komůrky 6, čímž se také zmenší její průtočný průřez. Při snižování tlaku média v zásobní nádobce se také postupně zmenšuje deformace regulačního zvonu 5, čímž se zvětšuje průtočný průřez turbulentní komůrky 6. Regulační zvon 5 proto automaticky vyrovnává rozdíly, vznikající změnou tlaku média v zásobní nádobce a zajišťuje tím rovnoměrné rozprašování média při různých tlacích.

Jak již bylo zmíněno, vstupují částice média z turbulentní komůrky 6 do urychlovací trysky 11. Když částice média vystupují z urychlovací trysky 11 na opačné straně urychlovacího kotouče 7, mají jednotlivé částice v důsledku předcházejících nárazů vířivý pohyb a rotují také kolem své vlastní geometrické osy nezávisle na jejich výsledném směru pohybu. Všechny tyto pohyby částic média jsou vyvozovány rychlostními složkami různých směrů,

-4CZ 281652 B6 velikostí a významu, působícími na částice média v předkomůrce 4, v turbulentní komůrce 6 a v urychlovací trysce 11.

Z urychlovací trysky 11 vystupující částice média procházejí radiálně radiálními kanálky 17, provedenými na přední čelní stěně urychlovacího kotouče 7 a vymezenými vodícími žebry 19. Jak je znázorněno na obr. 6 a obr. 7, mají tato vodicí žebra 19 tvar prizmatických hranolů a jsou utvářena s radiálně probíhajícími hranami tak, že se jejich výška po obou stranách radiálních hran klínovité snižuje. U znázorněného příkladu provedení jsou provedena čtyři vodicí žebra 19. avšak jejich počet může být větší nebo i menší. Obvykle jsou nutná alespoň dvě vodicí žebra 19.

Radiálními kanálky 17 proudící částice média vstupují do prstencového kanálku 12, utvářeného na vnějším obvodě urychlovacího kotouče 7 tak, že jeho vnější stěna je tvořena pláštěm vrtání pouzdra 1 trysky, jak je znázorněno na obr. 1. Částice média potom proudí prstencovým kanálkem 12 a z něj vnikají do vířivých kanálků 13, provedených na povrchu vířivého tělesa 8. Jak je zřejmé z obr. 8, jsou vířivé kanálky 13 vytvarovány v povrchu vířivého tělesa 8 tak, že svírají s tvořící přímkou povrch u vířivého tělesa 8 ostrý úhel a, obvykle v rozmezí 5 až 45’ - ve znázorněném příkladě a = 30*.

Ve vířivých kanálcích 13 dostávají jimi proudící částice média další impuls a jsou zaváděny do prstencového kanálku 14, provedeného na obvodě čelní stěny trysky 9. Vířivé kanálky 13 mohou přitom být utvářeny v různých tvarech. Na vyobrazení jsou znázorněny vířivé kanálky 13 polokruhového průřezu. Jejich průřez může však také být trojboký, lichoběžníkový a podobně. Další možnou variantou provedení je, že vířivé kanálky 13 se provedou v plášti vrtání pouzdra 1 trysky.

Jak je zřejmé z obr. 9, jsou vířivě proudící částice média z prstencového kanálku 14 zaváděny radiálními kanálky 18 do osového vrtání 15 v trysce 9, plnícího prakticky funkci i turbulentní komůrky, takže v něm dochází k maximálnímu víření částic média. Radiální kanálky 14 mohou přitom mít rovnoběžné nebo sbíhající se stěny, jak je znázorněno na obr. 10. V některých případech mohou také být radiální kanálky 18 provedeny vůči osovému vrtání 15 tangenciálně, jak je znázorněno ve spodní části obr. 10.

Proudící částice média vyplní prstencový kanálek 14 velmi rychle a působením tlaku plynule přitékajícího média proudí radiálními kanálky 18 do osového vrtání 15. Počet radiálních kanálků 18 může být různý - jsou však nutné alespoň dva radiální kanálky 18.

Částice média, proudící radiálními kanálky 18 směrem k ose trysky 9, vstupují pak do osového vrtání 15, sloužícího jako turbulentní komůrka, v níž se v důsledku značného zmenšení objemu vířivý pohyb částic média ještě zvýší. Toto víření nejen podporuje tříštění částic média, ale zvyšuje také podstatně jejich rychlost. Částice média jsou potom výstupním otvorem 16 trysky 9 rozprašovány při zvýšené rychlosti do ovzduší.

Protože rychlost a víření částic média se od vstupu do vstupního otvoru 10 v regulačním zvonu 5 a při dalším průtoku

-5CZ 281652 B6 urychlovacím kotoučem 7, vířivým tělesem 8. a tryskou 9 postupně zvyšují, dosahují rychlost a víření částic média maxima ve výstupním otvoru trysky 9. Když tedy kapičky rozprášené kapaliny vstupují do ovzduší, jsou působením nesledovatelných mnohosměrných a mnohorozměrných rychlostních složek, překonávajících vnitřní soudržné síly kapaliny, rozprášeny do nespočetných drobných částeček, přičemž jsou také částice kapaliny při vstupu do ovzduší ještě roztrhávány jako při výbuchu, čímž je vytvářena jemná mlhovina. Působí přitom také jiné vlivy tím, že při průtoku soupravou rozprašovací trysky částice média, mající různou rychlost, se srážejí vzájemně a také narážejí na stěny soupravy rozprašovací trysky, čímž se také zvyšuje jejich teplota a působením tření dochází ke značnému rozdílu na né působících sil.

Rozprašovací tryska podle vynálezu vytváří dokonale jemně rozprášenou mlhu. Její konstrukční provedení je přitom velmi jednoduché a její výroba je proto mnohem levnější než u dosud běžných provedení. Je ovšem možná řada variant provedení soupravy rozprašovací trysky, nevybočujících z rámce podstaty vynálezu, daného body předmětu vynálezu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (11)

1. Univerzální rozprašovací tryska pro tlakové rozprašování kapalin, obsahující disperzní soupravu, vloženou do vrtání pouzdra trysky, a rozprašovací trysku s osovým vrtáním, navazující na čelní stěnu disperzní soupravy, přičemž vrtání pouzdra trysky je ve spojení jednak s okolním prostorem a jednak s prostorem obsahujícím tlakovou rozprašovanou kapalinu, vyznačující se tím, že disperzní souprava je tvořena vířivým tělesem /8/, urychlovacím kotoučem /7/ a regulačním zvonem /5/, za sebou uspořádanými, přičemž mezi vířivým tělesem /8/ a na ně navazující rozprašovací tryskou /9/ je proveden alespoň jeden prstencový kanálek /14/, provedený na obvodě tělesa trysky /9/ a spojený radiálními kanálky /18/ s osovým vrtáním /15/ trysky /9/ a mezi vířivým tělesem /8/ a pouzdrem /1/ trysky jsou provedené vířivé kanálky /13/, svírající s tvořící přímkou povrchu vířivého tělesa /8/ ostrý úhel.

2. Univerzální rozprašovací tryska podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější stěna prstencového kanálku /14/ mezi vířivým tělesem /8/ a tryskou /9/ je tvořena stěnou vrtání pouzdra /1/ trysky.

3. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vířivé kanálky /13/ jsou provedeny na vnějším povrchu vířivého tělesa /8/ a jejich vnější stěny jsou tvořeny stěnou vrtání pouzdra /1/ trysky.

4. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vířivé kanálky /13/ jsou provedeny ve 'vnitřním povrchu vrtání pouzdra /1/ trysky a jejich vnitřní stěny jsou tvořeny vnějším povrchem vířivého tělesa /8/.

-6CZ 281652 B6

5. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že úhel /a/, svíraný osou vířivých kanálků /13/ a tvořící přímkou povrchu vířivého tělesa /8/, je v rozmezí 5 až 45’.

6. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že radiální kanálky /18/, spojující prstencový kanálek /14/ s osovým vrtáním /15/ trysky /9/, jsou provedeny radiálně v tělese trysky /9/.

7. Univerzální rozprašovací tryska podle nároku 6, vyznačující se tím, že alespoň část radiálních kanálků /18/, spojujících prstencový kanálek /14/ s osovým vrtáním /15/ trysky /9/, má směrem k ose trysky /9/ radiálně se zužující profil.

8. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že za vířivým tělesem /8/ umístěný urychlovací kotouč /7/ obsahuje urychlovací trysku /11/, zužující se kuželovité směrem k vířivému tělesu /8/ a urychlovací kotouč /7/ je dále na čelní stěně směrem k vířivému tělesu /8/ opatřen radiálně probíhajícími kanálky /17/ a na svém vnějším povrchu prstencovým kanálkem /12/.

9. Univerzální rozprašovací tryska podle nároku 8, vyznačující se tím, že vnější stěna prstencového kanálku /12/, na povrchu urychlovacího kotouče /7/, je tvořena stěnou vrtání pouzdra /1/ trysky.

10. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že mezi radiálními kanálky /17/, na čelní stěně urychlovacího kotouče /7/, jsou provedena vodicí žebra /19/ s radiálně probíhajícími vyvýšenými hranami a snižující se klínovité po obou stranách radiálně probíhajících hran.

11. Univerzální rozprašovací tryska podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že mezi urychlovacím kotoučem /7/ a osazením ve dně vrtání pouzdra /1/ trysky je vložený regulační zvon /5/, opatřený obvodovou přírubou, která přiléhá k zadní čelní stěně urychlovacího kotouče /7/ a jeho pružná kruhová stěna obsahuje excentricky umístěný vstupní otvor /10/.