DE1400706A1

DE1400706A1 - Vorrichtung zum Verspruehen von Fluessigkeiten mittels Schallenergie

Info

Publication number: DE1400706A1
Application number: DE19631400706
Authority: DE
Inventors: Soloff Robert S
Original assignee: Astrosonics Inc
Current assignee: Astrosonics Inc
Priority date: 1962-07-09
Filing date: 1963-06-20
Publication date: 1969-01-30
Also published as: GB1010230A; DE1400706B2; US3081946A

Description

Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigkeiten mittels Schallenergie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigkeiten mittels Schallenergie, mit der ein starkes Schallschwingung3feld erzeugt wird, indem ein Schwingtopf unter dem Einfluß eines auftreffenden Übersehallstrahles in Resonanz gebracht wird. Ein solcher Resonator wird periodisch aufgeladen und entladen bei der aufgezwungenen Resonatorfrequenz. Hierbei wird der mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Strahl in eine hochintensive Schallleistung umgewandelt. Einrichtungen, die sine solche Schallenergie verwenden, haben sicli als sehr vorteilhaft auf den technischen Gebieten, wie Sprühtrocknen, Entschäumen, Reinigen, Zerstäuben usw. erwiesen, und in vielen Fällen weisen sie bedeutende Vorteile über die bekannten Verfahren, die nicht nur höhere Brücke, sondern auch ein kompliziertes mechanisches und elektronisches Zubehör erfordern, auf.

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Sie Betriebefrequenz kann In einem weiten Bereich variieren, wenn eine entsprechende Yariierung des Druckes des dem Resonator zugeführten Gases gegeben ist, Ein typischer Sohalltransfor&ator, der einen Einlaßdruck zwischen etwa 2,5 und 3*6 attt aufweist, hat beispielsweise eine Betriebsfrequenz von 7600 bis 9400 Hz. Hierbei muß die Ausführung der Düse und des Schwingtopfes so sein, daß Schallwellen über einen weiten Druckbereich erzeugt werden, um eine kontinuierliche und betriebssichere Arbeitsweise der Einrichtung zu gewährleisten.

Wenn man einen bereits vorgeschlagenen Schallgenerator verwendet, kann ein sehr kräftiger Schallstrahl aus einer kleinen Düse ausgestrahlt werden. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Flüssigkeitszuführung konzentrisch zu dieser Düse, wodurch man minimale Abmessungen erhält. Die Einrichtung gemäß Erfindung kann so ausgeführt werden, daß ihre Gesamtlänge nicht größer als etwa 7,5 cm ist. Trotz der kleinen Abmessungen hat das neuartige Gerät eine Leistung, die gegenüber den bekannten Sprühdüeen größerer Dimension darin überlegen ist, daß die Zerstäubung mit viel größerer Gleichförmigkeit der Partikelgröße erfolgt.

In vielen bekannten Sprühdüsen erfolgt die Mischung ν·η L^ft und flüssigkeit innerhalb des Gerätes und ein Aerosol tritt aus den Sprühöffnungen aus, da die Mischkammern innerhalb des Gerätes angeordnet sind.

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Es sind nooh Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Sohallenergie durch einen au· einer Düse austretenden Druckgasstrom erzeugt wird, der auf die öffnung eines Schwingtopfes (Resonator) auftrifft und die zu zerstäubende Flüssigkeit in das Schallfeld geleitet wird. Diese haben sich jedoch, trotz des jahrelangen Bekanntseins solcher Schallgeber in der Praxis nicht bewährt, da der Hohlraum des Schwingtopfee schon nach kurzer Betriebszeit irgendwelche und wenn auch nur geringe Verunreinigungen aufweist, die das Schallfeld ungünstig beeinflussen, ja verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bewährten Vorrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten mittels Schallenergie in der Weise zu verbessern, daß man eine in allen Betriebszuständen und bei allen Anwendungsfällen gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit in dem Schallfeld, bei minimalem Flüssigkeitsverbrauch erreicht.

Sine Lösung wurde darin gefunden, daß die Austrittsöffnungen für die zu zerstäubende Flüssigkeit unterhalb der öffnung des Schwingtopfes angeordnet sind.

Eine Ausführungsform, die sich als besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung erwiesen hat, ist dadurch gekennzeichnet, daß sich in der mit der Druckgasdüse verbundenen Gaszuführung ein mit einer Flüssigkeitszelle verbundene» hohler Schaft befindet, der sich durch die Düse erstreckt, außerhalb dieser

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den Schwingtopf trägt und an seinem Ende geschlossen }st, wo er die nach auien gerichteten Bohrungen fftr den Flüssigkelteaustritt aufweist.

In der rorliegenden Erfindung, bei der ein Schallgenerator verwendet wird, erfolgt die Bildung dec Mikronebels in der die Einrichtung umgebenden Atmosphäre. Mischkaamern können entfallen, wodurch sich eine äußerste Gedrungenheit der Einrichtung, d.h. eine kompakte Form ergibt und auierdem wird eine gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit in dem Schallfeld ermöglicht, wobei minimale Mengen an Flüssigkeit für das gewünschte Zerstäubungsrolumen benötigt werden.

Schlieflieh erhält man eine Düse, die einen hohen Wirkungsgrad in der Zerstäubung aufweist, die äußeret robust ist und keine Beweglichen Teile aufweist; sie ist geeignet, hohen Luft- und Flüssigkeitsdrüeken zu widerstehen. Wie schon erwähnt, erfolgt die Mischung von Luft und Flüssigkeit außerhalb des Gehäuses der Einrichtung. Die neue Vorrichtung weist eine hohe Präzision auf und ist geeignet, in einem weiten Bereich von Luft- und Flüssigkeitr!rücken zu arbeiten.

In besonderer Ausbildung der Erfindung befindet sich in der mit fer Druckgasdüse verbundenen G-eazuführung ein mit einer Flüssigkeitszelle verbundener hohler Schaft, der sich durch die Düse erstreckt, außerhalb dieser den Schwingtopf trägt und an seinem Ende geschlossen ist, wo er nach außen gerichtete Bohrungen aufweist.

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Schließlich können die durch die neue Einrichtung erzeugten Partikel dee Nebele ohne Befeuchtung in Suspension gehalten werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausfühmngsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigern

fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungs-

gemäßen Einrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt duroh die Einrichtung nach der Linie

2-2 der Fig. 1,
Fig.3 und 4 sohematische Darstellungen des typischen Verlaufs der Ausbreitung des Nebels bei zwei verschiedenen

Einstellungen.

Die Einrichtung 10 besteht aus einem äußeren Gehäuse 12, das eine zylindrische Bohrung 14 aufweist und an einem Ende ein Außengewinde 16 zum Anschluß eines Lufteinlaßstutzens und am anderen Ende ein Innengewinde 18 trägt. Einteilig mit dem Gehäuse 12 ist ein im rechten Winkel zu diesem verlaufenden Stutzen 20 mit einer Bohrung 22 für den Flüssigkeitseintritt verbunden.

In dem Gewinde 16 ist lösbar ein üblicher Stutzen 30 eingeschraubt, der mit der Druckluftquelle in Verbindung steht. In das Gewinde 18 ist eine Hülse 32 eingeschraubt, deren Innendurchmesser 34 verjüngt ist und am Ende eine Sohräg-

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fläche 35 aufweist. Wie es in Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die Hülse 32 etwas Über das Gewindeende 18 des Gehäusea hinaus, wo der Innendurchmesser der Hülse am kleinsten ist. Diese Hülse 32 mit den anderen noch zu he schreibenden feilen bildet die neuartige Düse.

Konzentrisch und im Abstand von dem Gehäuse sitzt fest in diesem ein mit Innengewinde versehenen Verteilerkreuz 40, das eine Hittelbohrung 42 aufweist, die in einer Kammer 44 endet. Ein Kanal 46 in einem Arm des Kreuzes verbindet die Kammer 44 mit der Bohrung 22 des Flüssigkeitseinlasses 20. Konzentrisch in der Bohrung 42 des Kreuzes 40 ist ein hohler Schaft 48 eingeschraubt, der im wesentlichen einen Teil 50 mit einem gleichbleibenden Durchmesser aufweist, während sich die Hittelbohrung 52 über die gesamte Länge erstreckt. Die Außenfläche im Bereich des Abschnittes 50 bildet mit dem konischen Teil 34 der Hülse 32 eine Kammer 54, in der die Geschwindigkeit des Mediums erhöht wird. Da der Konus 34 am äußeren Ende der Hülse am kleinsten ist und sich im unmittelbaren Bereich des Endes 47 des Schaftes 48 befindet, wird eine verengte Düse 60 gebildet, deren Wirkungsweise weiter unten beschrieben wird. Ein Dichtungsring 49t der auf der Außenfläche des Schaftes 48 sitzt, bildet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Schaft., 48 und der Bohrung 42 des Kreuzes 40. Man kann im allgemeimen Dichtungsringe verschiedenen Materials erhalten und es ist selbstverständlich, daß hier ein Material ausgewählt wird, das den auftretenden Temperaturen und Drücken standhält.

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An dem dem yittssigkeitseintritt 20 abgewandten End· des hohlen Schaft·« trägt dieser ein Aulengewinde, tun ein« Kappe 76 aufzuschrauben. Diese Kappe 76 dichtet die Hittelbohrung 52 des Sohaftee 48 ab. Entweder bei der Hontage id~r zu einem früheren Zeitpunkt können Radialbohrungen 73 in den Schwingtopf 70 und in das Ende 47 des Schaftes 48 angebracht werden, die mit der Hittelbohrung 52 in Verbundung stehen. Die Bohrungen 78 dienen als öffnungen zum Austritt in das Schallfeld. Die innere Gestaltung des Resonators 70 weist im wesentlichen eine zylindrische Wand 72 auf, die konzentrisch und im Abstand zu dem Ende 47 des Schaftes 48 liegt. Die Wand 72 endet in einer Schulter 74, welche sich dicht an das Ende 47 des Schaftes anlegt.

Beim Betrieb der Einrichtung wird Drudd.uft in die Bohrung 14 eingeführt und ein gleichförmiger Übersehallstrahl tritt aus der verengten Düse 60 aus und wird in Druoksohallwellen durch den Schwingtopf 70 umgewandelt. Vorzu4*tfwei?9 wird die Einrichtung mit nmhBrsaren Übersohallfresuenzen gefahren. Wie schon erwähnt, trägt die Hüls· 32 an ihrem auferen Ende eine Sehrägfl&ohe 35, die eine Ablenkflache den mit hoher Geschwindigkeit austretenden, durch den Schwingtopf erzeugten Sehallwellen bietet. Die Gestaltung der il&ehe 35 ist so, dal Im Bereich der öffnungen 78 ein HiederdrKoksereio« durch den rttial den Resonator verlassenden Strahl gebildet wird. Dieser liederdruokbereich saugt Flüssigkeit aus den Öffnitagen 78 in das nach Ukfcen gerichtete Schallfeld. Die hoehintensiven Sohall-

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wellen höheren und niederen Drucke· wirken auf die Luftmoleküle und verursachen in diesem Feld eine Turbulenz, wodurch eine Zerstäubung der Flüssigkeit zu einem Mikronebel hervorgerufen wird. Es geht aus dieser Beschreibung hervor, da8 eine solche Zerstäubung durch eine Einrichtung minimalster Größe im Vergleich zu den üblichen Sprühdüsen erreicht werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beträgt die Gesamtlänge etwa 3 Zoll, wobei der Stutzen 30 außerächt gelassen ist, der in das Gehäuse eingeschraubt ist und von diesem getrennt werden kann. Die Einrichtung hält verhältnismäßig hohe Einlaßdrüeke der Luft und der Flüssigkeit aus und wandelt die Flüssigkeit in einen Nebel um, dessen Partikel einen sehr hohen Gleichförmigkeitsgrad haben.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der oben erwähnte schon vorgeschlagene Schallgenerator verwendet, wobei einstellbare Abetandehalterungen vorgesehen sind, um den Schwingtopf relativ zur Düse in einem verhältnismäßig schmalen Arbeitsbereich einstellen zu können. Hierdurch kann man den Verlauf der Ausbreitung des Schallfeldes variieren, wobei der Winkel der Verteilung eine Funktion des Abstandes des Schwingtopfes von der Düse ist.

Wie Fig. 3 zeigt, beträgt der Winkel ^ etwa 180°, er ent

spricht einem Abstand des Schwingtopfes von der Düse in einem Arbeitsbereich der aus eine» maximalen Schallleitung und einer maximalen Ausbreitungsfläche des Mikronebels resultiert.

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Fig. 4 veranschaulicht einen schmalen gerichteten Ausbreltungswinkel οζ*. Diese Arbeitsweise verwendet man beispielsweise, um Sprühmaterial auf einen Förderriemen aufzubringen. In diesem Fall wird der Mikronebel auf eine bestimmte Fläche konzentriert. Die Vorteile einer solchen Anordnung sind ohne weiteres ein leuchtend. Um einen entsprechenden Ausbreitungsverlauf zu erhalten, wird der Abstand zwischen der Düse und dem Schwingtopf über die Stellung der maximalen Schalleistung hinaus vergrößert.

Es folgt ein Beispiel einer bestimmten Ausführungsform, bei der das Gehäuse eine Länge von 4 1/2 Zoll und einen Durchmesser von 1 3/8 Zoll aufweist:

Verwendetes Gas Luft Gasdruck 1,1 bis 5 atü Gasströmung 0,25 bis 0,75 m /min Frequenz 19,000 bis 22,000 Hz Flüssigkeitsströmung(Wasser) bis zu 680 gr/min Partikelgröße unter 15 Mikron.

Mit einer Wasserströmung von 113 gr/min erhält man Partikel unter 10 Mikron.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE*

1. Vorrichtung zum Versprühen τοη Flüssigkeiten mittels Schallenergie, die durch einen, aus einer Düse austretenden Druckgaaatrom erzeugt wird, der auf die Öffnung eines Schwingtopfes (Resonator) auftrifft und die zu «erstäubende Flüssigkeit in das Schaltfeld geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (78) für die zu zerstäubende Flüssigkeit unterhalb der öffnung des Schwingtopfes (70) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich in der mit der Druckgasdüse (60) verbundenen Gaszuführung (10) ein mit einer Flüssigkeitsquelle verbundener hohler Schaft (48) befindet, der sich duroh die Düse (60) erstreokt, außerhalb dieser den Schwingtopf (70) trägt und an seinem Ende geschlossen

(76) ist, wo er nach außen gerichtete Bohrungen (78) aufweist,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (48) sich durch ien Schwingtopf (70), einen Topfringraum freilassend erstreokt.

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Unterlaflen (Art. 7 g I Abe. 2 Nr. I Satz 3 *· Xnderungae··. v.

4. S.

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4·. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (78) in dem Schaft (48) quer zur Schaf tachse verlaufen und sich unterhalb de* Topfee (70) befinden.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Schwingtopfes (70) von der Düse (60) veränderlich ist.

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