DE102014207657B3 - Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays Download PDF

Info

Publication number
DE102014207657B3
DE102014207657B3 DE102014207657.9A DE102014207657A DE102014207657B3 DE 102014207657 B3 DE102014207657 B3 DE 102014207657B3 DE 102014207657 A DE102014207657 A DE 102014207657A DE 102014207657 B3 DE102014207657 B3 DE 102014207657B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
drop
survey
outlet opening
generating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102014207657.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Mathias Etzold
Umit Acikel
Franz Durst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FMP Tech GmbH Fluid Measurements and Projects
Original Assignee
FMP Tech GmbH Fluid Measurements and Projects
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FMP Tech GmbH Fluid Measurements and Projects filed Critical FMP Tech GmbH Fluid Measurements and Projects
Priority to DE102014207657.9A priority Critical patent/DE102014207657B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014207657B3 publication Critical patent/DE102014207657B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/26—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets
    • B05B1/262—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets with fixed deflectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/50—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter
    • B05B15/58—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter preventing deposits, drying-out or blockage by recirculating the fluid to be sprayed from upstream of the discharge opening back to the supplying means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn
    • B05B17/063—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn having an internal channel for supplying the liquid or other fluent material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0075—Nozzle arrangements in gas streams

Landscapes

  • Nozzles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays (FS) mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer wahlweise betreibbaren Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) und eines gegenüberliegend einer Austrittsöffnung (4) der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) in einem vorgegebenen Abstand A angeordneten Prallelements (10, 10a, 10b, 10c), welches eine sich in Richtung der Austrittsöffnung (4) erstreckende Erhebung (11) aufweist, kontinuierliches Zuführen der Flüssigkeit (F) zur Tropfenerzeugungsvorrichtung (1), wobei in einer ersten Betriebsweise durch Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) ein aus Tropfen (T) gebildeter Tropfenstrahl aus der Austrittsöffnung (4) ausgestoßen und durch den Aufprall der Tropfen (T) auf die Erhebung (11) des Prallelements (10, 10a, 10b, 10c) der Flüssigkeitsspray (FS) hergestellt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsweise durch Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl (S) aus der Austrittsöffnung (4) ausgestoßen wird, welcher beim Auftreffen auf die Erhebung (11) über das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) abfließt, so dass die Herstellung des Flüssigkeitssprays (FS) unterbrochen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays.
  • Nach dem Stand der Technik ist es aus Walzel, Peter: Chem.-Ing.-Tech. 62 (1990), Nr. 12, S. 983–994 bekannt, einen Flüssigkeitsspray durch das Zerteilen von Tropfen durch Aufprall auf eine feste Oberfläche zu erzeugen.
  • Die DE 102 18 896 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigkeitssprays, wobei beim Betrieb der Tropfenerzeugungsvorrichtung die Tropfen auf einem Prallkörper auftreffen, der eine sich in Richtung einer Austrittsöffnung erstreckende Erhebung aufweist.
  • Aus der US 2,052,869 A ist der Coandă-Effekt bekannt.
  • Die DE 44 41 553 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Zertropfen einer Flüssigkeit. Dabei wird die Flüssigkeit mit einer Pumpe einem rohrartigen Gehäuse zugeführt. Mittels eines piezoelektrischen Elements wird eine Schwingung in eine durch das Gehäuse geförderte Flüssigkeitssäule eingekoppelt, so dass ein aus einer Rundlochdüse austretender Flüssigkeitsstrahl in Tropfen zerlegt wird. Bei Einstellung einer nach der Rayleigh-Theorie errechenbaren geeigneten Frequenz können mit einer solchen Vorrichtung Tropfen mit einer im Wesentlichen monomodalen Tropfendurchmesserverteilung hergestellt werden.
  • In einigen Bereichen der Technik besteht ein Bedarf an einem modulierbaren Flüssigkeitsspray, d. h. die Masse der zum Flüssigkeitsspray zerstäubten Flüssigkeit soll pro Zeiteinheit schnell und genau änderbar sein. Dazu ist es beispielsweise aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik bekannt, Kraftstoff unter einem hohen Druck in einen Brennraum einzuspritzen. Zur Steuerung des Massestroms ṁ. der Flüssigkeit sind Ventile, beispielsweise Magnet- oder Piezoventile, vorgesehen, mit denen eine Einspritzdauer oder -frequenz geändert werden kann. Eine solche Vorrichtung ist aufwändig. Schaltfrequenzen von mehr als 6 × 103 Hz sind mit derartigen Vorrichtungen nicht realisierbar.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, welche bei vermindertem Aufwand die Herstellung eines mit hohen Schaltfrequenzen wahlweise erzeugbaren Flüssigkeitssprays ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 21.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
    Bereitstellen einer wahlweise betreibbaren Tropfenerzeugungsvorrichtung und eines gegenüberliegend einer Austrittsöffnung der Tropfenerzeugungsvorrichtung in einem vorgegebenen Abstand A angeordneten Prallelements, welches eine sich in Richtung der Austrittsöffnung erstreckende Erhebung aufweist,
    kontinuierliches Zuführen der Flüssigkeit zur Tropfenerzeugungsvorrichtung,
    wobei in einer ersten Betriebsweise durch Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung ein aus Tropfen gebildeter Tropfenstrahl aus der Austrittsöffnung ausgestoßen und durch den Aufprall der Tropfen auf die Erhebung des Prallelements der Flüssigkeitsspray hergestellt wird, und
    wobei in einer zweiten Betriebsweise durch Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl aus der Austrittsöffnung ausgestoßen wird, welcher beim Auftreffen auf die Erhebung über das Prallelement abfließt, wobei eine Prallfläche der Erhebung durch eine gerundete Kante mit einem vorgegebenen Radius begrenzt ist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl über das Prallelement abfließt, so dass die Herstellung des Flüssigkeitssprays unterbrochen wird.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht auf verblüffend einfache und kostengünstige Weise die Herstellung eines mit hohen Schaltfrequenzen wahlweise erzeugbaren Flüssigkeitssprays. Die Herstellung des Flüssigkeitssprays kann überraschenderweise unterbrochen werden, indem anstelle einer herkömmlichen Prallplatte ein Prallelement verwendet wird, welches eine sich in Richtung der Austrittsöffnung erstreckende Erhebung aufweist. Ein bei Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung aus der Austrittsöffnung austretender kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl fließt beim Auftreffen auf die Erhebung lediglich über das Prallelement ab, ohne dass ein Flüssigkeitsspray sich bildet. Das ermöglicht die Herstellung von Flüssigkeitssprays mit extrem kurzen Schaltzeiten von weniger als 10–4 Sekunden. Durch ein intermittierendes Betreiben und Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung ist es möglich, einen mittleren Massestrom ṁ der zu einem Flüssigkeitsspray zu zerstäubenden Flüssigkeit in einem weiten Bereich zu modulieren. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann überdies verblüffend einfach durchgeführt werden, indem eine herkömmliche Tropfenerzeugungsvorrichtung mit einem geeignet ausgestalteten Prallelement mit einer sich in Richtung der Austrittsöffnung erstreckenden Erhebung kombiniert wird.
  • Die konkrete Ausgestaltung des Prallelements hängt von mehreren Parametern ab. Hierzu gehören ein Durchmesser der Tropfen, eine Tropfengeschwindigkeit sowie ein Abstand A zwischen der Austrittsöffnung und dem Prallelement.
  • Das Prallelement ist so zu gestalten, dass ein darauf auftreffender kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl infolge des Coanda-Effekts an der Oberfläche des Prallelements anhaftet und abfließt. Ein solches Abfließen wird erreicht, indem das Prallelement eine in Richtung der Austrittsöffnung sich erstreckende Erhebung aufweist. Durch die Erhebung wird der kontinuierliche Flüssigkeitsstrahl aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt. Die abgelenkte Flüssigkeit legt sich an die Oberfläche des Prallelements an und fließt ohne die Ausbildung eines Flüssigkeitssprays über die Oberfläche ab. D. h. beim Auftreffen eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahls ist die Oberfläche des Prallelements stets von einer ununterbrochen abfließenden Flüssigkeitsschicht bedeckt. Wenn andererseits ein Tropfenstrahl auf die Oberfläche des Prallelements auftrifft, kann sich eine derartige ununterbrochene Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche des Prallelements nicht ausbilden. In diesem Fall zerplatzen die auf das Prallelement auftreffenden Tropfen. Es bildet sich der Flüssigkeitsspray.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in der zweiten Betriebsweise die über das Prallelement abfließende Flüssigkeit mittels einer Abführeinrichtung abgeführt. Eine solche Abführeinrichtung kann eine in der Nähe des Prallelements vorgesehene Abführöffnung und eine davon wegführende Abführleitung zum Abführen der Flüssigkeit umfassen. Die über die Abführeinrichtung abgeführte Flüssigkeit wird vorteilhafterweise zur Zuführeinrichtung zurückgeführt. Das ermöglicht eine effiziente Nutzung der Flüssigkeit. Zum Zurückführen der Flüssigkeit zur Zuführeinrichtung wird zweckmäßigerweise eine Pumpe verwendet.
  • Die Erhebung des Prallelements ist zweckmäßigerweise in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls kreisförmig ausgebildet. Die Erhebung kann insbesondere halbkugel- oder zylinderförmig ausgebildet sein. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird ein Prallelement verwendet, welches nach Art eines sich in Richtung der Austrittsöffnung erstreckenden Stifts ausgebildet ist. Der Stift ist zweckmäßigerweise zylindrisch gestaltet. Er kann eine ebene, konkave oder konvex gekrümmte Prallfläche aufweisen, welche gegenüberliegend der Austrittsöffnung angeordnet ist. Der Tropfen- bzw. Flüssigkeitsstrahl ist vorteilhafterweise so ausgerichtet, dass er etwa mittig auf die Prallfläche auftrifft.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass eine Prallfläche der Erhebung durch eine gerundete Kante mit einem vorgegebenen Radius begrenzt ist. Das fördert im Falle des Auftreffens des Flüssigkeitsstrahls die Ausbildung einer kontinuierlich über die gesamte Oberfläche des Prallelements abfließenden Flüssigkeitsschicht.
  • Vorteilhafterweise weist die Austrittsöffnung einen Durchmesser D von 20 bis 500 μm auf. Die Flüssigkeit wird der Tropfenerzeugungsvorrichtung zweckmäßigerweise unter einem Druck von 2 bis 50 bar zugeführt. Ein Abstand A zwischen der Austrittsöffnung und der Prallfläche des Prallelements beträgt zweckmäßigerweise 5 mm bis 20 cm, vorzugsweise 1 bis 18 cm.
  • Ein Massestrom ṁ der in dem Flüssigkeitsspray zerstäubten Flüssigkeit kann vorteilhafterweise durch einen wiederholten Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise gesteuert werden, d. h. durch intermittierendes Ein- und Ausschalten der Tropfenerzeugungsvorrichtung. Zu diesem Zweck kann ein Ein- und Ausschalttakt der Tropfenerzeugungsvorrichtung in Abhängigkeit eines gewünschten mittleren Massestroms ṁ für den Flüssigkeitsspray gesteuert werden.
  • Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Flüssigkeitsspray wird zweckmäßigerweise zur Befeuchtung oder Beschichtung eines Substrats, zur Verbrennung oder zur Durchführung einer chemischen Reaktion verwendet.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Flüssigkeit beispielsweise Wasser, Benzin, Dieselkraftstoff, Heizöl, eine Harnstoffflüssigkeit und dgl. verwendet werden. Beispielweise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein modulierbarer Heizölspray hergestellt werden. Das ermöglicht eine modulierbare und damit besonders effiziente Verbrennung, insbesondere bei kleinen Brennerleistungen P8 < 500 Watt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im Falle der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit beispielsweise zur Befeuchtung von Papier bei der Papierherstellung oder bei der Papiertrocknung. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft zur Luftbefeuchtung verwendet werden. Ein aus einer Harnstoffflüssigkeit hergestellter Flüssigkeitsspray kann zweckmäßigerweise in den Abgasstrom eines Dieselmotors zur Abgasreinigung eingebracht werden.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays vorgeschlagen, mit
    einer wahlweise betreibbaren Tropfenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines aus Tropfen gebildeten Tropfenstrahls,
    einem gegenüberliegend einer Austrittsöffnung der Tropfenerzeugungsvorrichtung in einem vorgegebenen Abstand A angeordneten Prallelement, und
    einer Zuführvorrichtung zum kontinuierlichen Zuführen der Flüssigkeit zur Tropfenerzeugungsvorrichtung,
    wobei das Prallelement eine sich in Richtung der Austrittsöffnung erstreckende Erhebung aufweist, welche so gestaltet ist, dass beim Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung aus den auf die Erhebung des Prallelements aufprallenden Tropfen der Flüssigkeitsspray hergestellt wird, und dass beim Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung ein aus der Austrittsöffnung austretender durchgehender Flüssigkeitsstrahl beim Auftreffen auf das Prallelement über das Prallelement abfließt, wobei eine Prallfläche der Erhebung durch eine gerundete Kante mit einem vorgegebenen Radius begrenzt ist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl über das Prallelement abfließt, so dass die Herstellung des Flüssigkeitssprays unterbrochen wird.
  • Wegen der Vorteile der Vorrichtung sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen wird auf die vorangegangenen Ausführungen zum Verfahren verwiesen, welche sinngemäß auch für die Vorrichtung gelten.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 die Funktion des Prallelements in einer ersten Betriebsweise,
  • 3 die Funktion des Prallelements in einer zweiten Betriebsweise,
  • 4 die Weber-Zahl über dem normierten Sauterdurchmesser und
  • 5a–5c Seitenansichten von Varianten von Prallelementen.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Tropfenerzeugungsvorrichtung weist ein rohrartiges Gehäuse 2 mit einer Eintrittsöffnung 3 und einer Austrittsöffnung 4 auf. Ein Durchmesser D der Austrittsöffnung 4 beträgt vorteilhafterweise 20 bis 500 μm. Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein piezoelektrisches Element zur Erzeugung von Schwingungen in Längsrichtung des rohrartigen Gehäuses 2 bezeichnet. Mit dem piezoelektrischen Element 5 werden beispielsweise Schwingungen mit einer Frequenz im Bereich von 500 Hz bis 1,5 MHz erzeugt. Eine geeignete Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 ist beispielsweise in der DE 44 41 553 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.
  • Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein Flüssigkeitsreservoir bezeichnet, welches über eine erste Leitung 7 mit der Eintrittsöffnung 3 verbunden ist. In die erste Leitung 7 ist eine erste Pumpe 8 eingeschaltet. Eine Entlüftungsleitung 9 mit einem darin eingeschalteten Absperrventil 9a führt vom rohrartigen Gehäuse 2 zum Flüssigkeitsreservoir 6.
  • Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Prallelement bezeichnet, von dem sich eine Erhebung 11 in Richtung der Austrittsöffnung 4 erstreckt. Eine zweite Leitung 12, in welche eine zweite Pumpe 13 eingeschaltet ist, verbindet das Prallelement 10 mit dem Flüssigkeitsreservoir 6. Eine Steuerung 14 ist elektrisch mit dem piezoelektrischen Element 5 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 15 ist eine Abzieheinrichtung bezeichnet, mit der ein aus den Tropfen T gebildeter Flüssigkeitsspray FS zur weiteren Verwendung abgezogen werden kann. Zu diesem Zweck kann die Abzieheinrichtung 15 beispielsweise mit einem Gebläse versehen sein (hier nicht gezeigt).
  • Die 2 und 3 zeigen schematisch eine Ausgestaltung der Erhebung 11. Die Erhebung 11 ist hier nach Art eines zylindrischen Stifts ausgeführt. Eine Prallfläche 16 ist durch eine Zylinderfläche gebildet, welche in Draufsicht kreisförmig ist. Die Prallfläche 16 weist im Übergang zur Zylinderfläche zweckmäßigerweise gerundete Kanten auf. Ein weiterer Durchmesser der Erhebung 11 ist bei zylindrischer Ausgestaltung zweckmäßigerweise 2- bis 50-mal größer als der Durchmesser D der Austrittsöffnung 4.
  • Die Funktion der Vorrichtung wird nunmehr, insbesondere auch anhand der 2 und 3, näher erläutert, welche schematisch jeweils die Erhebung 11 bei der ersten und in der zweiten Betriebsweise zeigen.
  • Mittels der ersten Pumpe 8 wird über die erste Leitung 7 Flüssigkeit F der Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 kontinuierlich zugeführt. Anstelle der Pumpe 8 ist es auch möglich, Flüssigkeit F der Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 mittels eines Druckbehälters zuzuführen.
  • In einer ersten Betriebsweise wird das piezoelektrische Element 5 mittels der Steuerung 14 in Schwingungen versetzt. Infolgedessen werden aus der Austrittsöffnung 4 der Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 Tropfen T ausgestoßen, welche einen in Richtung der Erhebung 11 gerichteten Tropfenstrahl bilden. Die Tropfen T zerplatzen beim Auftreffen auf die Prallfläche 16 der Erhebung 11 (siehe 2). Es bildet sich aus den zerplatzten Tropfen T ein Flüssigkeitsspray FS, welcher beispielsweise über die Abzieheinrichtung 15 abgezogen und zur Befeuchtung von Papier, Luft oder dgl. verwendet werden kann.
  • In einer zweiten Betriebsweise wird das piezoelektrische Element 5 durch die Steuerung 14 nicht in Schwingungen versetzt. Infolgedessen tritt aus der Austrittsöffnung 4 ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl S aus (siehe 3). Beim Auftreffen auf die Prallfläche 16 wird der Flüssigkeitsstrahl S abgelenkt und fließt an der Oberfläche der Erhebung 11 ab. In diesem Fall wird kein Flüssigkeitsspray FS gebildet. Das Abfließen der Flüssigkeit F über die Oberfläche der Erhebung 11 ist bedingt durch den Coanda-Effekt, welcher ein Anlegen der Flüssigkeit F an die Oberfläche bewirkt.
  • Die über die Erhebung 11 bzw. das Prallelement 10 abgeführte Flüssigkeit F wird vorteilhafterweise über die zweite Leitung 12 und die darin eingeschaltete zweite Pumpe 13 dem Flüssigkeitsreservoir 6 wieder zugeführt.
  • Durch intermittierendes Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 ist es möglich, einen Massestrom ṁ der zum Flüssigkeitsspray FS zu zerstäubenden Flüssigkeit F zu steuern. Damit kann in einem weiten Bereich bei extrem kurzen Schaltzeiten von weniger als 10–4 Sekunden ein modulierbarer Flüssigkeitsspray FS hergestellt werden.
  • Zur Herstellung der Tropfen T mittels der Tropfenerzeugungsvorrichtung 1 gilt folgende Beziehung: f = U / πD, wobei
    • U
    = die Tropfengeschwindigkeit,
    D
    = der Durchmesser der Austrittsöffnung 4 und
    f
    = die Frequenz des piezoelektrischen Elements 5
    sind.
  • Aus der obigen Beziehung ist ersichtlich, dass die Frequenz f des piezoelektrischen Elements 5 in Abhängigkeit der Tropfengeschwindigkeit U und des vorgegebenen Durchmessers D der Austrittsöffnung 4 einzustellen ist.
  • Für die Frequenz f wird vorteilhafterweise der folgende Frequenzbereich gewählt: 0,3 U / πD < f < 0,9 U / πD
  • 4 zeigt den normierten Sauterdurchmesser d32/D in Abhängigkeit von der Weber-Zahl We = U2ρD/σ, wobei U die Tropfengeschwindigkeit, ρ die Dichte, D der Durchmesser der Austrittsöffnung 4 und σ die Oberflächenspannung bedeuten.
  • Aus 4 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Tropfengeschwindigkeit U der Sauterdurchmesser des Flüssigkeitssprays FS abnimmt.
  • Die 5a bis 5c zeigen Seitenansichten von Varianten von Prallelementen 10a bis 10c. Jedes der Prallelemente 10a bis 10c weist jeweils eine zylindrische Erhebung 11 auf. Bei der in 5a gezeigten ersten Variante ist eine erste Prallfläche 16a konvex geformt. Bei der in 5b gezeigten zweiten Variante ist eine zweite Prallfläche 16b eben ausgebildet. Bei der in 5c gezeigten dritten Variante ist eine dritte Prallfläche 16c konkav geformt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tropfenerzeugungsvorrichtung
    2
    rohrartiges Gehäuse
    3
    Eintrittsöffnung
    4
    Austrittsöffnung
    5
    piezoelektrisches Element
    6
    Flüssigkeitsreservoir
    7
    erste Leitung
    8
    erste Pumpe
    9
    Entlüftungsleitung
    9a
    Absperrventil
    10, 10a, 10b, 10c
    Prallelement
    11
    Erhebung
    12
    zweite Leitung
    13
    zweite Pumpe
    14
    Steuerung
    15
    Abzieheinrichtung
    16, 16a, 16b, 16c
    Prallfläche
    A
    Abstand
    F
    Flüssigkeit
    FS
    Flüssigkeitsspray
    S
    Flüssigkeitsstrahl
    T
    Tropfen

Claims (21)

  1. Verfahren zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays (FS) mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer wahlweise betreibbaren Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) und eines gegenüberliegend einer Austrittsöffnung (4) der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) in einem vorgegebenen Abstand A angeordneten Prallelements (10, 10a, 10b, 10c), welches eine sich in Richtung der Austrittsöffnung (4) erstreckende Erhebung (11) aufweist, kontinuierliches Zuführen der Flüssigkeit (F) zur Tropfenerzeugungsvorrichtung (1), wobei in einer ersten Betriebsweise durch Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) ein aus Tropfen (T) gebildeter Tropfenstrahl aus der Austrittsöffnung (4) ausgestoßen und durch den Aufprall der Tropfen (T) auf die Erhebung (11) des Prallelements (10, 10a, 10b, 10c) der Flüssigkeitsspray (FS) hergestellt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsweise durch Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl (S) aus der Austrittsöffnung (4) ausgestoßen wird, welcher beim Auftreffen auf die Erhebung (11) über das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) abfließt, wobei eine Prallfläche (16, 16a, 16b, 16c) der Erhebung (11) durch eine gerundete Kante mit einem vorgegebenen Radius begrenzt ist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl über das Prallelement abfließt, so dass die Herstellung des Flüssigkeitssprays (FS) unterbrochen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der zweiten Betriebsweise die über das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) abfließende Flüssigkeit (F) mittels einer Abführeinrichtung (12, 13) abgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die über die Abführeinrichtung (12, 13) abgeführte Flüssigkeit (F) zu einer Zuführeinrichtung (6, 7, 8) zurückgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhebung (11) in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls (S) kreisförmig ausgebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhebung (11) halbkugel- oder zylinderförmig ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhebung (11) eine Prallfläche (16, 16a, 16b, 16c) aufweist, welche eben, konkav oder konvex geformt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) nach Art eines sich in Richtung der Austrittsöffnung (4) erstreckenden Stifts ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Austrittsöffnung (4) einen Durchmesser D von 20 bis 500 μm aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Massestrom ṁ der in dem Flüssigkeitsspray (FS) zerstäubten Flüssigkeit (F) durch wiederholten Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise gesteuert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ein- und Ausschalttakt der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) in Abhängigkeit eines vorgegebenen mittleren Massestroms ṁ für den Flüssigkeitsspray (FS) gesteuert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsspray (FS) zur Befeuchtung oder Beschichtung eines Substrats, zur Verbrennung oder zur Durchführung einer chemischen Reaktion verwendet wird.
  12. Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays (FS) mit einer wahlweise betreibbaren Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) zur Erzeugung eines aus Tropfen (T) gebildeten Tropfenstrahls, einem gegenüberliegend einer Austrittsöffnung (4) der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) in einem vorgegebenen Abstand A angeordneten Prallelement (10, 10a, 10b, 10c), und einer Zuführvorrichtung zum kontinuierlichen Zuführen der Flüssigkeit (F) zur Tropfenerzeugungsvorrichtung (1), wobei das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) eine sich in Richtung der Austrittsöffnung (4) erstreckende Erhebung (11) aufweist, welche so gestaltet ist, dass beim Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) aus den auf die Erhebung (11) des Prallelements (10, 10a, 10b, 10c) aufprallenden Tropfen (T) der Flüssigkeitsspray (FS) hergestellt wird, und dass beim Nicht-Betreiben der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) ein aus der Austrittsöffnung (4) austretender durchgehender Flüssigkeitsstrahl (S) beim Auftreffen auf das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) über das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) abfließt, wobei eine Prallfläche (16, 16a, 16b, 16c) der Erhebung (11) durch eine gerundete Kante mit einem vorgegebenen Radius begrenzt ist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl über das Prallelement abfließt, so dass die Herstellung des Flüssigkeitssprays (FS) unterbrochen wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Abführeinrichtung (12, 13) zum Abführen der über das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) abgeflossenen Flüssigkeit (F) vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Abführeinrichtung (12, 13) mit der Zuführeinrichtung (6, 7, 8) verbunden ist, so dass die abgeführte Flüssigkeit (F) erneut der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) zuführbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Erhebung (11) in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls (S) kreisförmig ausgebildet ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Erhebung (11) halbkugel- oder zylinderförmig ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Erhebung (11) eine Prallfläche (16, 16a, 16b, 16c) aufweist, welche eben, konkav oder konvex geformt ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Prallelement (10, 10a, 10b, 10c) nach Art eines sich in Richtung der Austrittsöffnung (4) erstreckenden Stifts ausgebildet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Austrittsöffnung (4) einen Durchmesser D von 20 bis 500 μm aufweist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei zur Erzeugung eines vorgegebenen mittleren Massestroms ṁ der in den Flüssigkeitsspray (FS) zerstäubten Flüssigkeit (F) eine Steuerung (14) vorgesehen ist, mit der zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise hin- und herschaltbar ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei mit der Steuerung (14) ein Ein- und Ausschalttakt der Tropfenerzeugungsvorrichtung (1) in Abhängigkeit eines vorgegebenen mittleren Massestroms ṁ für den Flüssigkeitsspray (FS) steuerbar ist.
DE102014207657.9A 2014-04-23 2014-04-23 Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays Active DE102014207657B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207657.9A DE102014207657B3 (de) 2014-04-23 2014-04-23 Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207657.9A DE102014207657B3 (de) 2014-04-23 2014-04-23 Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014207657B3 true DE102014207657B3 (de) 2015-07-23

Family

ID=53498076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014207657.9A Active DE102014207657B3 (de) 2014-04-23 2014-04-23 Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014207657B3 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018118165A1 (de) * 2018-07-26 2020-01-30 Fmp Technology Gmbh Fluid Measurements & Projects Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von dauerhaft vereinzelten Tropfen aus einem flüssigen Medium
WO2020102141A1 (en) * 2018-11-15 2020-05-22 Caterpillar Inc. Reductant nozzle with concave impinging surface
DE102018129812A1 (de) * 2018-11-26 2020-05-28 Dionex Softron Gmbh Tropfengeneratorsystem, Detektor für Proben, entsprechendes Verfahren und entsprechende Verwendung
WO2020165356A1 (de) 2019-02-14 2020-08-20 WERRTA GmbH Düsen- und Zerstäubungstechnik Tragbare vorrichtung zum verabreichen einer physiologisch wirksamen flüssigkeit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2052869A (en) * 1934-10-08 1936-09-01 Coanda Henri Device for deflecting a stream of elastic fluid projected into an elastic fluid
DE4441553A1 (de) * 1993-12-08 1995-06-14 Guenter Dr Ing Brenn Vorrichtung zum Zertropfen einer Flüssigkeit
DE10218896A1 (de) * 2002-04-26 2003-11-06 Vogel Willi Ag Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2052869A (en) * 1934-10-08 1936-09-01 Coanda Henri Device for deflecting a stream of elastic fluid projected into an elastic fluid
DE4441553A1 (de) * 1993-12-08 1995-06-14 Guenter Dr Ing Brenn Vorrichtung zum Zertropfen einer Flüssigkeit
DE10218896A1 (de) * 2002-04-26 2003-11-06 Vogel Willi Ag Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chemie Ingenieur Technik 62 (1990) Nr. 12; Zerstäuben von Flüssigkeiten, Peter Walzel, S. 983-994
Chemie Ingenieur Technik 62 (1990) Nr. 12; Zerstäuben von Flüssigkeiten, Peter Walzel, S. 983-994 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018118165A1 (de) * 2018-07-26 2020-01-30 Fmp Technology Gmbh Fluid Measurements & Projects Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von dauerhaft vereinzelten Tropfen aus einem flüssigen Medium
WO2020102141A1 (en) * 2018-11-15 2020-05-22 Caterpillar Inc. Reductant nozzle with concave impinging surface
US10894237B2 (en) 2018-11-15 2021-01-19 Caterpillar Inc. Reductant nozzle with concave impinging surface
DE102018129812A1 (de) * 2018-11-26 2020-05-28 Dionex Softron Gmbh Tropfengeneratorsystem, Detektor für Proben, entsprechendes Verfahren und entsprechende Verwendung
WO2020165356A1 (de) 2019-02-14 2020-08-20 WERRTA GmbH Düsen- und Zerstäubungstechnik Tragbare vorrichtung zum verabreichen einer physiologisch wirksamen flüssigkeit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2566627B1 (de) Beschichtungseinrichtung mit zertropfenden beschichtungsmittelstrahlen
DE19740996B4 (de) Zweifluid-Reinigungsstrahldüse sowie Reinigungsvorrichtung und Anwendungsverfahren dafür
EP3804863B1 (de) Applikationsverfahren und applikationsanlage
DE102014207657B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Flüssigkeitssprays
DE102005021650A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung von Zweistoff-Düsen
EP2470308A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines sprühauftrags aus reaktivkunststoff
WO2002060592A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur aerosolerzeugung
DE2842232A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zerstaeuben von fluessigkeiten, suspensionen und emulsionen, agglomerierten staeuben bzw. pulvern sowie mischungen derselben
WO2016120046A2 (de) Vorrichtung und verfahren zum beleimen von partikeln
US4698642A (en) Non-artifically perturbed (NAP) liquid jet printing
DE102014209172A1 (de) Vorrichtung zum Fokussieren eines aus einer Ausgabeöffnung einer Ausgabevorrichtung einer Jet-Vorrichtung ausgegebenen viskosen Mediums, Jet-System und Produktionsanlage
EP3578297B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum mattieren einer oberfläche
DE102005024518B4 (de) Verfahren und Anordnung zum Beschichten eines Substrates
WO2013139811A1 (de) Airless-spritzverfahren, airless-spritzvorrichtung, beschichtungsanordnung und düsenkappe
DE102016013435B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Beleimen von Partikeln
CH709630A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fokussieren eines aus einer Ausgabeöffnung einer Ausgabevorrichtung einer Jet-Vorrichtung ausgegebenen viskosen Mediums.
DE102006012389A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit
WO2015144867A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von flüssigkeitsnebel
EP3446787B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer folge von strahlabschnitten eines diskontinuierlichen, modifizierten flüssigkeitsstrahls
EP3429756B1 (de) Vorrichtung zur luftbehandlung
EP1054738B1 (de) Nebelgeneratorkopf
DE60305486T2 (de) Luftunterstützter Ultraschallzerstäuber
DE102019102232A1 (de) Ultraschallzerstäuber mit akustischer fokussiervorrichtung
EP2512737B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum reinigen, aktivieren und vorbehandeln eines werkstücks mittels kohlendioxidschneepartikeln
DE602005005057T2 (de) Raucherzeuger

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final