DE10013450B4 - Device for producing monodisperse drops - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Erzeugung monodisperser Tropfen aus Flüssigkeiten, mit einem Schwingungserzeuger (6), der auf die in einem Zufuhrkanal (1, 1') in einem Gehäuse (2, 2') enthaltene Flüssigkeit einwirkt, mit einer den Zufuhrkanal (1, 1') abschließenden, mindestens eine Düsenöffnung (4) aufweisende Düsenwand (5), wobei der Schwingungserzeuger (6) einen piezoelektrischen Schwingungsaktuator (7) aufweist und der piezoelektrische Schwingungsaktuator (7) im Abstand zum Zufuhrkanal (1, 1') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Schwingungsaktuator (7) mit dem Gehäuse (2, 2') des Zufuhrkanals (1, 1') über ein im Wesentlichen starres Schwingungsübertragungsglied (9, 10) verbunden ist, dessen Längsachse sich quer zur Schwingungsrichtung des angekoppelten piezoelektrischen Schwingungsaktuators (7) erstreckt.contraption for producing monodisperse drops of liquids, with a vibrator (6) which is adapted to be in a supply channel (1, 1 ') in a housing (2, 2 ') contained liquid acts, with a supply channel (1, 1 ') final, at least one nozzle opening (4) having nozzle wall (5), wherein the vibration generator (6) comprises a piezoelectric vibration actuator (7) and the piezoelectric vibration actuator (7) in Distance from the supply channel (1, 1 ') is arranged, characterized in that the piezoelectric vibration actuator (7) is connected to the housing (2, 2 ') of the supply channel (1, 1') via a substantially rigid vibration transmission member (9, 10) is connected, its longitudinal axis transverse to the direction of vibration of the coupled piezoelectric Vibration actuator (7) extends.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung monodisperser Tropfen aus Flüssigkeiten mit einem Schwingungserzeuger, der auf die in einem Zufuhrkanal in einem Gehäuse enthaltene Flüssigkeit einwirkt, mit einer den Zufuhrkanal abschließenden, mindestens eine Düsenöffnung aufweisende Düsenwand, wobei der Schwingungserzeuger einen piezoelektrischen Schwingungsaktuator aufweist und der piezoelektrische Schwingungsaktuator im Abstand zum Zufuhrkanal angeordnet ist.The The invention relates to a device for generating monodisperse Drops of liquids with a vibrator, which in a feed channel in a casing contained liquid acting, with a supply channel final, at least one nozzle opening having Nozzle wall, wherein the vibrator is a piezoelectric vibration actuator and the piezoelectric vibration actuator at a distance is arranged to the supply channel.
Derartige Vorrichtungen dienen dazu, monodisperse Tropfen und Sprays mit genau einstellbarem Tropfendurchmesser herzustellen. Die Monodispersität der Tropfen und Sprays ist durch die VDI-Richtlinie 3491 definiert. Monodisperse Sprays sind erforderlich, wenn sowohl das dynamische Verhalten der Spraytropfen als auch ihr Wärme- und Stoffaustauschverhalten genau bestimmbar sein sollen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine Optimierung von Geräten und Anlagen, in denen Tropfen und aus Tropfen bestehende Sprays zum Einsatz kommen, beispielsweise Sprühtrocknungsanlagen und Feuerungen.such Devices serve to monodisperse drops and sprays with accurate adjustable drop diameter produce. The monodispersity of the drops and Sprays is defined by the VDI Guideline 3491. monodisperse Sprays are required when both the dynamic behavior of the Spray drops as well as their heat and mass transfer behavior should be accurately determined. This is an important requirement for an optimization of devices and plants containing drops and drops of sprays are used, for example spray drying systems and furnaces.
Bei
einer bekannten Vorrichtung (
Aus
Die
Patentschrift
Die
Offenlegungsschrift
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass sie einfach und kostengünstig herstellbar ist und einen störungsfreien Betrieb gewährleistet, wobei deren Verwendung auch bei Flüssigkeiten hoher Temperaturen, und zwar insbesondere auch im Frequenzbereich von 5–300 kHz, möglich sein soll.task The invention is therefore an apparatus of the aforementioned Form genus so that they can be produced easily and inexpensively is and a trouble-free Ensures operation, the use of which also applies to liquids of high temperatures, and in particular in the frequency range of 5-300 kHz, possible should be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der piezoelektrische Schwingungsaktuator mit dem Gehäuse des Zufuhrkanals über ein im Wesentlichen starres Schwingungsübertragungsglied verbunden ist, dessen Längsachse sich quer zur Schwingungsrichtung des angekoppelten piezoelektrischen Schwingungsaktuators erstreckt.These Task is inventively characterized solved, that the piezoelectric vibration actuator with the housing of the supply channel via a connected essentially rigid vibration transmission member is, whose longitudinal axis is transverse to the direction of vibration of the coupled piezoelectric Vibration actuator extends.
Durch das Schwingungsübertragungsglied werden die vom piezoelektrischen Schwingungsaktuator erzeugten Schwingungen auf das Gehäuse übertragen; die Wärmeübertragung vom Gehäuse auf den piezoelektrischen Schwingungsaktuator ist aber allein schon durch den räumlichen Abstand und darüber hinaus durch die Länge des Schwingungsübertragungsgliedes entscheidend verringert, so dass auch Flüssigkeiten verarbeitet werden können, deren Temperatur, die sich auf das Gehäuse überträgt, höher als der Curie-Punkt des piezoelektrischen Schwingungsaktuators liegt. Erst dadurch ist es möglich, beispielsweise auch Metallschmelzen zu verarbeiten.By become the vibration transmission member the vibrations generated by the piezoelectric vibration actuator transferred to the housing; the heat transfer from the housing but the piezoelectric Schwingungsaktuator is already alone through the spatial Distance and above out through the length the vibration transmission member significantly reduced, so that even liquids are processed can, their temperature, which is transmitted to the housing, higher than the Curie point of the piezoelectric vibration actuator is located. Only then is it possible, For example, to process molten metal.
Die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit, den Ort der Anordnung des piezoelektrischen Schwingungsaktuators bezüglich des Gehäuses weitgehend frei zu wählen, ermöglicht eine sehr flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen des Tropfen- oder Sprayerzeugungsprozesses. Insbesondere können die durch den Piezoeffekt gegebenen thermischen Anforderungen erfüllt werden, weil der piezoelektrische Schwingungsaktuator vor Überhitzung geschützt wird.The possibility afforded by the invention of choosing the location of the arrangement of the piezoelectric vibration actuator largely freely with respect to the housing allows a very flexible adaptation to different requirements of the droplet or spray generation process. in the In particular, given by the piezo effect thermal requirements can be met, because the piezoelectric Schwingungsaktuator is protected from overheating.
Es hat sich gezeigt, dass auch Biegeschwingungen ohne wesentlichen Energieverlust über verhältnismäßig große Entfernungen übertragen und in Form von Biegekräften in das Gehäuse des Zufuhrkanals eingeleitet werden können, um die zur Tropfenbildung erforderlichen Druckschwingungen im Zufuhrkanal zu erzeugen.It has been shown that even bending vibrations without substantial Energy loss over transmit relatively large distances and in the form of bending forces in the case of the feed channel can be introduced to the dripping to generate required pressure oscillations in the supply channel.
Vorzugsweise besteht das Schwingungsübertragungsglied aus einem schlecht wärmeleitenden Material; so dass auch die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung stark herabgesetzt ist.Preferably there is the vibration transmission member from a bad heat-conducting Material; so that also the heat transfer through heat conduction is greatly reduced.
Eine weitere Verringerung der Wärmeübertragung zwischen dem durch die Flüssigkeit aufgeheizten Gehäuse und dem piezoelektrischen Schwingungsaktuator kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass zwischen dem Gehäuse des Zufuhrkanals und dem piezoelektrischen Schwingungsaktuator eine auf das Schwingungsübertragungsglied wirkende Kühleinrichtung und/oder eine Wärmeabschirmung angeordnet ist.A further reduction of heat transfer between through the liquid heated housing and the piezoelectric Schwingungsaktuator can in a further embodiment be achieved by the fact that between the housing of the Feed channel and the piezoelectric Schwingungsaktuator a on the vibration transmission member acting cooling device and / or a heat shield is arranged.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the inventive concept are the subject further dependent claims.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung jeweils stark vereinfacht dargestellt sind. Es zeigt:following Be exemplary embodiments of Invention closer explains which are each shown greatly simplified in the drawing. It shows:
Die
in
Die
zur Tröpfchenbildung
erforderlichen Druckschwingungen der Flüssigkeit im Zufuhrkanal
Alle
diese Maßnahmen
bewirken zusammen mit der räumlichen
Trennung des piezoelektrischen Schwingungsaktuators vom Gehäuse
Bei
dem in
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass nicht nur die Schwingungsübertragungsglieder, sondern auch die zugeordneten Verbindungen (Schweißnähte, Verschraubungen usw.) als Übertragungseinheit jeweils einen E-Modul aufweisen, wie er metallischen oder keramischen Bauteilen eigen ist.all embodiments is common that not only the vibration transmission links, but also the assigned connections (weld seams, screw connections etc.) as a transmission unit each have a modulus of elasticity, such as metallic or ceramic Components is intrinsic.
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