DE2137083A1 - Vorrichtung zur vernebelung von fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Vernebelung von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vernebelung von Flüssigkeiten mittels Ultraschall, deren Aufgabe darin besteht, den Wirkungsgrad herkömmlicher Ultraschall-Vernebelungs-Apparaturen merklich zu steigern Dieses wird erreicht durch eine Vorrichtung zur Vernebelung von Flüssigkeiten mittels Ultraschall, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine großflächige möglichst dämpfungsfreie Platte aus Metall oder anderem wechsel festen Material, deren Abmessungen mehr als das Vierfache ihrer Biegewellenlänge betragen, an einem, die Schwingungsamplitude herabsetzenden oder konstanthaltenden Ultraschallübertrager oder direkt an einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ultraschallwandler derart befestigt ist, daß stehende Biegewellen auf der gesamten Fläche angeregt. werden.
• Es ist zwar bekannt, daß man bessere Ergebnisse erhält, wenn man Biegeschwinger anstelle der herkömmlichen zu Longitudinalschwingungen erregten Ultraschallwandler benutzt. So sind hohl-Kegelförmige Schwinger oder auch kleinere Verbundplatten vorgeschlagen worden, um die Longitudinalschwingungen des Wandlers in Biegeschwingungen umzusetzen.
• Alle diese Formen führten jedoch bisher nicht zu befriedigenden Ergebnissen, weil in den Konstruktionsmerkmalen die grundlegende Idee fehlt, daß bei der Ultraschallvernebelung von Flüssigkeiten ein extremes Anpassungsproblem zu lösen ist. Man verfolgte nämlich bisher stets den naheliegenden Gedanken, zur Vernebelung möglichst großer Flüssigkeitsmengen möglichst hohe Amplituden erzeugen zu m@ssen. Diese Oberlegungen führten tatsächlich zu Ultraschall-Biegeschwingungserzeugen mit beachtlicher Amplitude. Jedoch ergab sich, daß die Ausbeute hierdurch nicht merklich anwuchs sondern statt dessen die Lebensdauer derartiger Hochleistungsschwinger beträchtlich abfiel, so daß sie nicht mehr als technisch einsetzbar betrachtet werden können.
• Die genannten Konstruktionen gehen davon aus, zunächst eine Longitudinalschwingung möglichst großer Amplitude zu erzeugen und dann durch ein Zwischenstück beliebiger Art in hochintensive Biegewellen umzusetzen. Hierbei wird allerdings das Material im Dauerbetrieb überbeansprucht und die Lebensdauer ist, wie bereits erwähnt, gering. Drosselt man die Leistungszufuhr entsprechend, um eine erwünschte Lebensdauer zu erreichen, so sinkt in unerwünschter Weise die Vernebelungsrate.
• Der Erfindungsgegenstand, für den Schutz begehrt wird, geht von der neuartigen Oberlegung aus, daß es sich bei der Ultraschallzerstäubung von Flüssigkeiten um ein Anpassungsproblem handelt, bei dem die Amplitude der Vernebelungsfläche gerade nicht herauf sondern herabgesetzt werden mußl Die verfügbare Leistung muß also der zu vernebelnden Flüssigkeit nicht über eine hohe Amplitude sondern über eine größtmögliche Fläche angeboten werden.
• Durch Herabsetzung der Amplitude sinkt zwar die Vernebelungsrate pro Flächeneinheit. Da jedoch bei geeigneter Flüssigkeitsbeschichtung infolge der zur Vernebelung von Flüssigkeiten benötigten sehr geringen Energiebeträge die Dämpfung pro Flächeneinheit sehr gering ist, läßt sich dieser Verzicht durch bedeutende Vergrößerung der Vernebelungsfläche weit überkompensieren. Hierbei ist lediglich erforderlich, daß die Flüssigkeitsbeschichtung über die gesamte Vernebelerfläche so gleichmäßig und dünn erfolgt, daß die Schwingungsamplitude nicht unter den Wert der zu Vernebelung erforderlichen Kapillarwellen-Einsatzamplitude sinkt. Es kommt also nur darauf an, diese (nicht sehr hohe, jedoch von der Viskosität der Flüssigkeit abhängige) Grenzamplitude möglichst gleichmäßig auf eine Fläche zu übertragen, die so groß wie irgend möglich ist.
• Das Anpassungsproblem ist hierbei in der Weise-berechnet, daß die Schwingungsamplitude des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ultraschallwandlers oder Wandlersystems direkt oder durch ein die Schwingungsamplitude herabsetzendes Zwischenstück mit möglichst optimaler Koppelung auf eine großflächige möglichst dämpfungsfreie Platte übertragen wird, die in ihren Abmessungen so berechnet ist, daß sie durch Biegewellenresonanz dem Ultraschallwandler die angebotene Leistung entzieht und infolge stehender Wellen gleichmäßig auf ihrer gesamten Oberfläche verteilt. Alle Dimensionen sind so berechnet, daß an allen Stellen die Biegewellenamplitude die Nebel- Einsatzamplitude der Kapillarwellen überschreitet, die bekanntlich zur Vernebelung der Flüssigkeit führen. Es leuchtet ein, daß durch diese Art der Anpassung die verfügbare Leistung auf eine größtmögliche Fläche verteilt und somit die Vernebelungsrate stark gesteigert werden kann.
• Weiterhin ergab die Lösung der Anpassungsprobleme, daß es günstig ist, wie aus Figur 1 ersichtlich, die Stoßstelle A der Umrandung des Ultraschallwandlers oder des Zwischenstückes Tr nicht in die Bewegungsknotenlinie B der stehenden Biegewelle der Platte P zu legen sondern in berechenbarem Abstand neben dieselbe. Hierdurch tritt eine Amplitudentransformation in der Platte P selbst auf und der mit hoher Schallkennimpendanz arbeitende Transformator Tr koppelt erheblich besser an die Biegewellenplatte mit geringerer Schallkennimpedanz. Die Ausbildung stehender Biegewellen über die gesamte Plattenfläche sorgt dafür, daß praktisch die ganze Platte gleichmäßig abstrahlt, wobei noch die Randpartien bevorzugt abzunebeln scheinen, ein Vorgang der sehr erwünscht ist, da gerade diese den relativ größten Anteil der Plattenfläche ausmachen.
• Bemerkenswert ist noch die Tatsache, daß in der Zone Z nahezu keine Vernebelung stattfindet, eine Erscheinung, die die Richtigkeit der aufgeführten Überlegungen demonstriert, da die (herabgesetzte) Longitudinalwellenamplitude des Transformators Tr nicht mehr zur Vernebelung ausreich-t.
• Der genannte Schwinger zeichnet sich also dadurch aus, daß die Schwingungsamplituden der einzelnen Flächenelemente der sroßflächigen Platte nicht mehr groß und auch die dynamischen Kräfte so gering sind, daß die pro Flächeneinheit angebotene Leistung gerade ausreicht, um die aufgebrachte Flüssigkeitsschicht in kleinste Tröpfchen aufzulösen. Zusätzliche Dämpfuncjn dürfen also für diesen Schwingungsvorgang nicht vorhanden sein. Für das Aufbringen der Flüssigkeit ist deshalb ein Prozeß erforderlich, der eine möglichst dünne und gleichmäßige Verteilung eines Flüssigkeitsfilmes gewährleistet und zwar sowohl bei horizontaler wie auch bei vertikaler Positionierung der großflächigen Schwingerplatte. Hierfür hat sich das Aufsprühen durch Düsen besonders gut bewährt. Vor der großflächigen Platte P des Schwingers sind daher gemäß Figur 2 ein oder mehrere Düssen Dü derart angeordnet, daß eine möglichst gleichmäßige und dünne Flüssigkeitsbeschichtung der Platte P gewährleistet ist.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R O C H E

   Vorrichtung zur Vernebelung von Flüssigkeiten mittels Ultraschall dadurch gekennzeichnet, daß eine großflächige möglichst dämpfungsfreie Platte aus Metall oder anderem wechsel festem Material , deren Abmessungen mehr as das Vierfache ihrer Biegewellenlänge betragen, an einem, die Schwingungsamplitude herabsetzenden oder konstant haltenden Ultraschall-Obertrager oder direkt an einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ultraschallwandler derart befestigt ist, daß stehende Biegewellen auf der gesamten Flache angeregt werden 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstelle der Umrandung des Ultraschallübertragers oder -wandlers an die Platte in der Nähe einer Bewegungsknotenlinie des Biegewellenfeldes der Platte liegt, so daß eine Amplitudentransformation stattfindet 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2 durch gekennzeichnet, dß die Platte kreisförmig oder rechteckig und derart be messen ist, daß ihr Radius oder ihre Kantenlänge und Dicke auf Biegewellenresonanz abgestimmt sind 4. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß vor der großflächigen Vernebelungsplatte eine oder mehrere SprühdUsen angeordnet sind die eine möglichst dünne und gleichmäßige Flüssigkeitsbeschichtung der Vernebelungsplatte gewährleisten.