DE2543635C3 - Flüssigkeitszerstäuber - Google Patents

Description

Flüssigkeitsmenge eine gleichmäßige Zufuhr zu den Zerstäubungshereichen erreicht werden kann, selbst wenn die Flüssigkeitszufuhr zu dem Element aus porösem Material nicht gleichmäßig sondern intermittierend erfolgt ^r>

Beim erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäuber erfolgt die Zerstäubung nicht an der Stirnfläche des hohlzylindrischen Ultraschallvibralionsteils, sondern durch die Zylinderfläche.

Damit ist eir.tr große Menge an Flüssigkeit pro Zeiteinheit zerstäubbar. Die den Knotenlinien zugeführte Flüssigkeit wird in radialer Richtung von der Umfangsfläche abgesprüht. Die Bemessung des Ultraschallvibrationsteils muß so gewählt werden, daß bei der Frequenz des Ultraschallwandlers ein Resonanzzustand besteht Die Bemessung hängt von zwei Faktoren ab, nämlich der Frequenz und der Ordnung der Biegeschwingung, so daß je nach Auswahl der Ordnung der Biegeschwingung die Abmessungen in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils verschieden groß gemacht werden können.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 13 Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tlüssigkeitszerstäubers;

F i g. 2 eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitszerstäubers nach F i g. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht der Flüssigkeitszuführung des Flüssigkeitszerstäubers nach F i g. 2; ω

Fig.4 eine Draufsicht '~s Ultraschallvibrationsteils des Flüssigkeitszerstäubers nach F i g. 2;

F i g. 5a und 5b eine Darstellung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.6 teilweise im Querschnitt eine schematische ·' Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.7 eine Draufsicht der Vorrichtung für die Flüssigkeitszufuhr dieser Ausführungsform;

F i g. 8 eine Draufsicht des Ultraschallvibrationsteils der zweiten Ausführungsform; ^o

F i g. 9 teil·». eise im Schnitt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 teilweise im Schnitt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. lla und Hb teilweise im Schnitt schematische v> Ansichten einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 in einer schematischen Ansicht den Einsatz eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers in einer Verbrennungsmaschine und so

Fig. 13 den Einsatz eir.is erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers in einem Befeuchter.

Bei der 'n den Fig. I bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ultraschallwandler vorgesehen, der piezoelektrische Elemente zwischen v> einem als Gegenhalter dienenden Metallblock 11 und einem weiteren Metallblock 2 enthält. Der zweite Metallblock 2 ist in Form eines abgestuften Horns ausgebildet und dient als mechanischer Schwingungsverstärker bzw. als Koppelschwinger. Mit der Spitze des 6" die Schwingung verstärkenden zweiten Metallblockes 2 ist ein hohlzylindrisches UltraschaNvibrationsteil 1 zu einer Einheit verbunden. Das hohlzylindrische Ultraschallvibrationsteil wird durch den Ultraschallwandler über den Köppelschwinger zu einer wellenförmigen Biegeschwingung in Umfangsrichtung veranlaßt.

Im einzelnen weist das Ultraschallvibrationsteii 1 an seiner äußeren Umfangi^?!äehe einen säulenförmigen Abschnitt mit im Querschnitt vergrößerter Wandstärke, d.h. eine Rippe 1Λ auf, die mit dem Ultraschallvibrationsteil 1 über dessen gesamte Länge eine Einheit bildet und sich in einer zur Achse des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils parallelen Richtung erstreckt. In der Rippe XA befindet sich ein Loch IS, durch das ein Bolzen 3 mit kegelstumpfförmigem Kopf hindurchgeführt ist Das hohlzylindrische Ultraschallvibrationsteii 1 ist mittels des Bolzens 3 über eine Beilagscheibe 4 am Koppelschwinger 2 derart befestigt, daß die Achse des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 senkrecht zur Schwingungsrichtung des Koppelschwingers 2 verläuft Der Koppelschwinger 2 weist einen T-förrnigen Querschnitt auf, wobei das Ende 2A so geformt ist, daß mit der Seitenfläche der Rippe 1Λ ein enger Kontakt herstellbar ist

Der Basisbereich des Koppelschwingers 2 weist einen Flansch 2fl auf, in dem eine Vielzahl von Bolzenlöchern 5 vorgesehen ist Auf den Flansch IB ist eine ringförmige Halteplatte 2t aufgepaßt die die Biegesteifigkeit des Flansches verstärkt Die l-b'teplatte 21 weist Löcher 51 auf, die mit den Bo!ze"!öchern 5 de« Flansches 2fl fluchten und ist mittels Bolzen 6 und Muttern 7 mit einem Flansch 11Λ des als Gegenhalter dienenden Metallblockes 11 zu einer Einheit verbunden, wobei der Flansch 2fl, die piezoelektrischen Elemente SA und 85, eine Elektrodenplatte 9 und eine Abstandsplatte 10 dazwischengefügt sind. Die ringförmige Halteplatte 21 ist in eine Halteplatte G eingepaßt und mittels Schrauben 15 in ihrer Lage gesichert

Die Vorrichtung zur Flüssigkeitszuführung besteht aus einem Flüssigkeitsversorgungsring D1, einer hohlen Haltestange F, deren gegenüberliegende Enden an einem äußeren Ring EX und an der Halteplatte G befestigt sind sowie einer Flüssigkeitsmengen-Reguliervorrichtung K, die mit der Flüssigkeitszuleitung / und einer Flüssigkcitsquelle in Verbindung steht. Der Außendurchmesser des Flüssigkeitsversorgungsringes D1 ist etwa dem Außendurchmesser des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1 gleich. In der äußeren Umfangsfläche des Flüssigkeitsversorgungsringes D1 ist "ine Ringnut DIl von rechteckigem Querschnitt vorgesehen, die sich längs der Oberfläche des Ringes Dl erstreckt. Die der Stirnfläche IC des Ul'.raschallvibrationsteils 1 gegenüberliegende untere S;irnfläche D12 des Flüssigkeitsversorgungsringes D 1 weist einen ringförmigen Vorsprung D 13 auf, der in die innere Umfangsfläche des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1 mit einem sehr kleinen Spalt dazwischen eingepaßt ist. Außerdem ist der äußere Ring E1 eng auf die äußere Umfangsfläche des Flüssigkeitsversorgungsringes DX so aufgepaßt, daß er die Ringnut DIl bedeckt. Die Teile EX und Dl sind beispielsweise miteinander verlötet In aer inneren Umfangsfläche des äußeren Ringes EX sind in axialer Richtung dieses Ringes acht schlitzförmige Nuten Eil von kleinem Querschnitt vorgesehen. Die Lage dieser Nuten ist so gewählt, daß sie, wenn der Flüssigkeitsversorgungsring Dl auf die Stirnfläche IC des hohlzylindrischen Ultraschallvibratio-steils aufgepaßt ist, acht Positionen 1 £ 1 am oberen Ende der äußeren Umfangsfläche dieses UltraschaDvibrationsteils entspricht, die durch die Läge der Knoten des hohlzylindrischen Ultraschzllvibrations* teils 1 bestimmt ist, wenn dieses zu einer Biegeschwingung der vierten Ordnung angeregt wird.

Die Enden der Nuten £11 sind an der dem hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteii 1 zugewandten Seite offen, während die anderen Enden der Nuten

geschlossen sind. Sie stehen außerdem mit der Ringnut DIl in dem Flüssigkeitsversorgungsring Dl in Verbindung.

Der äußere Ring £1 ist mit der Stirnfläche F2 der Haltestange F, die längs ihrer Mittelachse einen Flüssigkeitskanal Fl aufweist, verbunden. Ein Flüssigkeitsverbindungskanal £12 im äußeren Ring El fluchtet mit dem Flüssigkeitskanal Fl. Die Haltestange weist einen Abschnitt F3 mit reduziertem Durchmesser auf, der sich durch ein Loch C 1 der Halteplatte C erstreckt Die Haltestange F ist an der Halteplatte G mittels eines Gewindeabschnittes FA auf dem Abschnitt F3 mit verringertem Durchmesser und einer auf dem Gewindeabschnitt FA aufgeschraubten Mutter H befestigt. Der untere Bereich D 12 des Flüssigkeilsversorgungsringes D1 stößt leicht gegen die Stirnfläche 1C des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1, während der ringförmige Vorsprung D 13 in die Innenfläche dieses Teils mit einem sehr kleinen Zwischenspalt eingepaßt ist.

Die Reguliervorrichtung K, mit der die Menge der zugeführten Flüssigkeit eingestellt werden kann, ist mit der Flüssigkeitszuleitung /verbunden, die wiederum mit dem Ende des Abschnittes F3 mit verringertem Durchmesser der Haltestange F, welche den Flüssigkeitskanal Fl aufweist, in Verbindung steht. Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird durch die Nuten £11 an die Stellen der Schwingungsknoten auf der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1 gebracht.

An die Elektrodenplatte 9 und den Flansch IM sind Eingangsleitungen 12 angeschlossen, die mit dem Ausgang eines elektrischen Oszillators 13 in Verbindung stehen. Dieser ist mittels eines Steckers 14 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden.

Der Oszillator ist so aufgebaut, daß er eine elektrische Schwingung einer vorgegebenen Frequenz liefert. Der Ultraschall-Wandler, der mechanische Schwingungsverstärker und das Ultraschallvibrationsteil weisen solche Abmessungen auf, daß die Umfangsfläche des Ultraschallvibrationsteils eine Biegeschwingung ausführt. Im einzelnen bedeutet das. daß das Vibrationsteil 1. der

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und SB und der Metallblock 11 im zusammengebauten Zustand so bemessen sind, daß bei einer vorgegebenen Frequenz ein Resonanzzustand besteht. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Länge des Koppelschwingers 2 von der Spitze des mechanischen Schwingungsausganges 2A bis zum Ende des Flansches 2B auf der Seite der ringförmigen Halteplatte so bemessen ist. daß sie 'Λ der Wellenlänge λ der zu übertragenden Ultraschallwelle beträgt währe;ai die Länge des als Gegenhalter dienenden Metallblocks 11 rechnerisch oder durch Versuche so bemessen wird, daß die Stirnfläche des Flansches 2B auf der Seite der ringförmigen Halteplatte an den Stellen der Schwingungsknoten liegt Der Oszillator 13 ist so bemessen, daß er eine elektrische Schwingung liefert, die der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Elemente SA und SB entspricht

Es wird nun die Arbeitsweise der soeben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert

Da bei dieser Ausführungsform das hohlzylindrische Vibrationsteil 1 so bemessen ist daß es bei Erregung des Ultraschallwandlers eine wellenähnliche Biegeschwingung der vierten Ordnung ausführt folgt die Schwingung einem Halbwellenmuster. wie dies in F i g. 4 durch eine gestrichelte Linie X dargestellt ist: das Schwingungsmuster der Gegenphase in der darauffolgenden Halbwelle entspricht dann der gestriehelten Linie Ϋ. Bei einer Schwingungsfrequenz von 40 kHz wiederholt sich die Schwingung bzw. Auslenkung 40 000 mal pro Sekunde. Wird ein Ventil der Reguliervorrichtung K zum Einstellen der zugeführten Flüssigkeitsmenge geöffnet, um die Flüssigkeitszerstäubung einzuleiten, dann wird die Flüssigkeit über die Flüssigkeitszuleitung j und den Flüssigkeitskanal Fl der Ringnut DIl im Flüssigkeitsversorgungsring D1 zugeführt. Ferner fließt die Flüssigkeit durch die Austrittsnuten £11, die mit der Ringnut D1 in Verbindung stehen, aus in Richtung des Endabschnittes des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 und längs der äußeren Umfangsfläche dieses Teils in axialer Richtung desselben. Da die Austrittsnuten Eil

B an Stellen angeordnet sind, die den Positionen IEl auf dem oberen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils, d. h. den Stellen der Schwingungsknoten entsprechen, wird die Flüssigkeit längs der Knotenlinien der Schwingung zugeführt

2ό Die den Knotenstellen der Schwingung zugetührte Flüssigkeit, fließt, wie die Fig.5a und 5b zeigen, längs der Knotenlinien an der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 herab, wie dies durch die gestriehelten Linien IE11 dargestellt ist. Die längs der Knotenlinie fließende Flüssigkeit M wird auf der schwingenden Fläche in der durch eine Vielzahl von Pfeilen N angedeuteten Richtung zu den Scheitelwerlen der Wellen der Schwingung hingezogen. Diese Bereiche sind durch eine Schraffur L gekennzeichnet und

Jn befinden sich zu beiden Seiten jeder Knotenlinie. Auf diese Weise werden auf der schwingenden Oberfläche Flüssigkeitsschichten gebildet. Die Schichten werden in Gruppen von kleinsten Flüssigkeitspartikeln unterteilt, die wie in den F i g. 5a und 5b durch eine Gruppe von

(5 Punkten O angedeutet, radial von der schwingenden Oberfläche abgesprüht werden. Auf diese Weise wird die Zerstäubung der Flüssigkeit bewirkt.

Die Flüssigkeitsschichten werden auf der schwingenden Oberfläche zufolge der Ultraschallschwingung

•to gebildet, indem hierdurch die Flüssigkeit von den Knotenlinien zu den Scheitellinien der Schwingung hingezogen wird. Die Dicke der Flüssigkeitsschichten

zugeführte Flüssigkeitsmenge verringert, dann wird auch die Ausdehnung h der gebildeten Flüssigkeitsschichten und damit des Zerstäubungsbereiches vermindert, während eine Zunahme an zugeführter Flüssigkeitsmenge zu einer Vergrößerung der Ausdehnung h führt. Mit anderen Worten, wird die Ausdehnung Λ, innerhalb der Flüssigkeitsschichten gebildet werden und die Flüssigkeit zerstäubt wird, in axialer Richtung des zylindrischen Körpers automatisch vergrößen oder verkleinert, je nachdem wieviel Flüssigkeit zugeführt wird, während sich die Dicke der Flüssigkeitsschichten selbst auf eine optimale Dicke einstellt wodurch eine in hohem Maße effektive Zerstäubung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der SchwingungsampHtude der schwingenden Oberfläche erreicht wird. Der Flüssigkeitszerstäuber gemäß dieser Ausführungsform weist somit den Vorteil einer optimalen Zerstäubung der Flüssigkeit auf. Es kann eine große Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit mit einstellbarem Zerstäubungszustand zerstäubt werden.

Die Vorrichtung kann kompakt gemacht werden und hat damit eine besondere Eignung für die Anwendung auf technischen Gebieten, bei denen nur ein begrenzter Raum zur Verfugung steht

Es wird nun anhand der Fig.6 und 7 eine zweite

Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei der ersten und zweiten Ausführungsform weisen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen auf.

Der Hauptunierschied zwischen der ersten und zweiten Ausfühfüngsforrn besteht darin, daß bei der ί zweiten Ausführungsform die Flüssigkeit der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1 zugeführt wird.

Der Flüssigkeitsversorgungsring D 2 der Flüssigkeitsversorgurigsvorrichtung besteht aus einem fihgförrhigen Teil, dessen Innendurchmesser im wesentlichen die gleiche Größe aufweist, wie der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Vibralionsteils i. In der inneren Umfangsfläche des Flüssigkeitsversorgungsringes Ό2 ist eine Ringnut D 21 mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Die Stirnfläche D 22 des Flüssigkeitsversorgungsringes D 2, die in Berührung mit der Stirnfläche IC des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 steht, weist einen teilweise gebrochenen ringförmigen Vorsprung υ Zi auf. Zwischen dem Vorsprung und dem oberen Bereich der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibralionsteils 1 befindet sich ein sehr kleiner Spalt. In die innere Umfangsfläche des Flüssigkeitsversorgungsringes D 2 ist ein innerer Ring £2 aus einem Ringteil mit kleiner Wandstärke eingepaßt, der die Ringnut D 21 bedeckt. Die beiden Teile D 2 und £2 sind flüssigkeitsdicht durch ein geeignetes Bindemittel, wie ein Lot, miteinander verbunden. In der äußeren Umfangsfläche des inneren Ringes E2 sind in axialer Richtung dieses Ringes acht schlitzförmige Nuten £21 3<i mit kleinem Querschnitt gebildet. Die Lage der Nuten £21 ist so gewählt, daß sie mit den acht Stellen 1 £2 der Schwingungsknoten im oberen Bereich der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 übereinstimmt. Es werden Schwingungsknoten entspre- J5 chend der vierten Ordnung der Biegeschwingung erzeugt. Sie sind in gleichem Abstand voneinander längs des Umfangs des zylindrischen Körpers 1 angeordnet.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird durch die Nuten £21 an die Stellen der Schwingungsknoten auf der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteiis 1 gebracht. Die übrigen Konstruktionsteile riipipr AircffihniniKfnrm pntsnrprhpn ripnpn Hpr prstpn Ausführungsform.

Es wird nun die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers erläutert

Wie bei der ersten Ausführungsform wird das hohlzylindrische Ultraschallvibrationsteil 1 einer Biegeschwingung unterworfen, wenn der Oszillator 13 betätigt wird. Wenn das Ventil der Reguliervorrichtung K für die zugeführte Flüssigkeitsmenge geöffnet wird, fließt diese durch die acht schlitzförmigen Nuten £21, die mit der Ringnut D 21 in Verbindung stehen, aus zum Endbereich des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 und auf der inneren Umfangsfläche des Vibrationsteils in axialer Richtung weiter. Die entlang der Knotenlinien fließende Flüssigkeit wird durch die Biegeschwingung wie bei der ersten Ausführungsform zu den Scheitelstellen der Schwingung hingezogen, die zu beiden Seiten jeder Knotenlinie liegen. Es werden so auf der schwingenden Oberfläche Flüssigkeitsschichten gebildet, die dann in Gruppen von sehr kleinen Flüssigkeitspartikeln unterteilt und schließlich gegen die Innenseite des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 gesprüht werden. Auf diese Weise erfolgt die Zerstäubung bzw. Vernebeiung der Flüssigkeit. Auch bei dieser Ausführungsform regell sich die Dicke der Flüssigkeitsschichten selbst auf einen optimalen Wert ein, wodurch wie bei der ersten Ausführungsform eine in hohem Maße effektive Zerstäubung der Flüssigkeit erreicht wird. Da bei dieser Ausführungsform die Zerstäubung der Flüssigkeit im Innern des hohlzyÜndrischen Ultraschallvibrationsteils 1 erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn ein durch Pfeile P angedeuteter Luftstrom so eingeleitet wird, daß er von dem Innenraum des Flüssigkeitsversorgungsringes in den Innenraum des Vibrationsteils 1 gelangt. Hierdurch wird das Ausfördern der zerstäubten Partikel ins Freie beschleunigt. Da bei dieser zweiten Ausführungsform die Zerstäubung der Flüssigkeit im Inneren des hohlzyÜndrischen Vibrationsteils erfolgt, ist diese Ausführungsform besonders für Anwendungsfälle geeignet, bei denen die Zerstäubung in einem begrenzten Raum ausgeführt werden soll. Die zweite Ausführungsform gewährleistet zu den beschriebenen Vorteilen noch ähnliche Vorteile wie die erste Ausführungsform.

Es wird nun anhand der Fig. 9 eine dritte Äusiührungstorm eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäuber beschrieben.

Abweichend von der ersten und der zweiten Ausführungsform ist bei der dritten Ausführungsform eine Biegeschwingung der dritten Ordnung beabsichtigt und es wird dem hohlzylindrischen Vibrationsteil 1 die Flüssigkeit durch Rohre mit einem kleinen Durchmesser zugeführt. Der Flüssigkeitsversorgungsring D 3 ist in einer Lage befestigt, bei der er von der Stirnseite des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils 1 einen vorgegebenen Abstand aufweist und die Achsen der beiden Teile fluchten. Vom äußeren Ring £3 gehen sechs dünne Rohre £31 mit kleinem Querschnitt aus, von denen jeweils ein Ende in Verbindung mit der Ringnut D31 steht, während das andere Ende jeweils dem Endabschnitt der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 gegenüberliegt. Die Lage der Mündungen der dünnen Rohre ist so gewählt, daß sie mit der Lage der sechs Knotenstellen der Schwingung auf der Umfangsfläche des Vibrationsteils 1 übereinstimmt, wenn letzterer einer Biegeschwingung der dritten Ordnung unterworfen wird. Außerdem sind die Mündungen der dünnen Rohre schräg von oben nach unten in einem vorgegebenen Winkel zur äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 gerichtet, so daß die Flüssigkeit längs der Knotenlinien auf der äußeren Umfangsfläche desselben entlangfließen kann.

Durch die dritte Ausführungsform wird die gewünschte Zerstäubung der Flüssigkeit ebenso wie bei der ersten Ausführungsform erreicht

Die in Fig. 10 dargestellte vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers entspricht im wesentlichen der dritten Ausführungsform. Die Flüssigkeit wird hier jedoch wie bei der zweiten Ausführungsform der inneren Umfangsfläche des hohlzyÜndrischen Vibrationsteils zugeleitet Die vierte Ausführungsform erlaubt ebenso wie die zweite Ausführungsform die Zerstäubung einer großen Menge an Flüssigkeit innerhalb eines kleinen Raumes.

Es wird nun anhand der F i g. 11 a und 1 Ib eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers beschrieben.

Bei der fünften Ausführungsform wird die Flüssigkeit dem hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteil 1 vermittels eines Teils aus porösem Material, das eine Kapillarwirkung aufweist, zugeführt Parallel zur Achse des hohizylindrischen Vibrationsteils 1 erstrecken sich vom Flüssigkeitsversorgungsring D 5, auf den ein

äußerer Ring £5 aufgepaßt ist, bis zum unteren Ende des hohlzylindrischen Vibrationsteils ί mehrere Rohre £51 mit kleinem Durchmesser. Ein Ende der Rohre £51 steht jeweils mit der Ringnut D51 in Verbindung, während das andere Ende jeweils verschlossen ist. Die dem hohlzylindrischen Vibrationsteil 1 gegenüberliegende Seitenfläche der Rohre £51 weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden schmalen Schlitz auf. Außerdem ist ein Streifen £511 mit rechteckigem Querschnitt und kleiner Dicke aus porösem Material wie einem Filz, der eine Kapillarwirkung besitzt, in den Schlitz eingepaßt. Die Seitenfläche £"512 des Rechleck-Streifens £511 stößt leicht gegen die Umfangsfläche des hohlzylindrischen Körpers 1 und zwar jeweils an den Stellen der Knotenlinien, die auftreten, wenn das hohlzylindrische Vibrationsteil 1 einer Biegeschwingung unterworfen wird.

Das poröse Teil kann auch aus Glasfasern und Asbest oder anderen Materialien hergestellt sein, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Bei der fünften Ausführungsform kann die Flüssigkeit innerhalb eines weiten Mengenbereiches durch den porösen Streifen gleichmäßig der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 längs deren Knotenlinien zugeführt werden.

Fig. 12 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers bei einer Verbrennungseinrichtung für flüssigen Brennstoff.

Auf der oberen Wand eines Gebläsezylinders 61 einer Verbrennungseinrichtung 60 für flüssigen Brennstoff ist ein Flüssigkeitszerstäuber gemäß der vierten Ausführungsform befestigt. Das hohlzylindrische Vibrationsteil I des Flüssigkeitszerstäubers ragt koaxial in den Gebläsezylinder 61. Ein Ende des Gebläsezylinders 61 ist offen und weist einen sich vergrößernden Durchmesser auf, während das andere Ende im Durchmesser abnimmt und mit dem Auslaß eines Gebläses 62 verbunden ist. Innerhalb des Gebläsezylinders 61 ist ein »n beiden Enden offener Führungszylinder 63 mittels einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Stützplatten 64 am Gebläsezylinder 61 befestigt. Der Führungsrylinder 63 besteht aus einem Zylinderabschnitt mit kleinem Durrhmpsspr iirn^ ^inpm mit rlipcpm vprhiinrlp-

nen Zylinderabschnitt mit großem Durchmesser. Letzlerer umschließt das hohlzylindrische Vibrationsteil 1, dessen Achse mit der Achse des Führungszylinders fluchtet

Innerhalb des Gebläsezylinders 61 ist an der Seite des Gebläses 62 eine den Durchsatz einstellende Platte 65 vorgesehen, mit der der Durchsatz der Luft innerhalb und außerhalb des Führungszylinders 63 für den zerstäubten Brennstoff einstellbar ist In der Nähe der Austrittsöffnung des Führungszylinders 63 ist ein Zünddraht 66 vorgesehen. Der Flüssigkeitszerstäuber weist außerdem einen Fuß 67 auf. **

Wenn der Oszillator 13 betätigt wird, wird das hohlzylindrische Vibrationsteil 1 des Flüssigkeitszerstäubers zu einer Biegeschwingung veranlaßt Es wird dann mittels des Gebläses 62 Luft in den Gebläsezylinder der Verbrennungseinrichtung eingeleitet und ein Ventil in der Reguliervorrichtung K für die Flüssigkeitsmenge geöffnet, so daß der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 flüssiger Brennstoff zugeführt wird. Dieser bildet infolge der Ultraschallschwingung auf der schwingenden Oberfläche eine Flüssigkeitsschicht, die dann in Gruppen von sehr kleinen Flüssigkeitspartikeln geteilt und inner-Halb des hohlzylindrischen Teils 1 abgesprüht wird. Es erfolgt

also eine Zerstäubung der Flüssigkeit in Flüssigkeitspartikel einer einheitlichen Größe. Der so erzeugte zerstäubte Brennstoff wird durch den aus dem Gebläse 62 zugeleiteten Luftstrom mitgenommen und tritt aus dem Ausgang des Führungszylinders 63 für den zerstäubten Brennstoff aus. Hier wird er durch den Zünddraht 66 gezündet.

Der einmal gezündete zerstäubte Brennstoff brennt beständig weiter. Der zerstäubte Brennstoff wird mit Hilfe der längs der äußeren Umfangsfläche des Führungszylinders 63 zugeführten sekundären Luft vollständig verbrannt.

Die Verbrennungseinrichtung gewährleistet bei Verwendung des erfindungsgemäßen Zerstäubers eine gleichmäßige und stabile Verbrennung, da gleichmäßig zerstäubter flüssiger Brennstoff zugeführt wird, der durch den erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubei erhalten wird. Da das hohlzylindrische Vibrationstei! 1 eine große schwingende Oberfläche aufweist, ist es

«« möglich, cii'ic giuuc riüSSigkciiäfiicMgc ΐύ Zerstäuben und damit eine große Brennleistung zu erhalten. Eine einwandfreie stabilisierte Zerstäubung und damit Verbrennung wird durch Steuerung des Zerstäubungsbereiches und der Schichtdicke des flüssigen Brennstoffes erzielt.

Es wird nun anhand der Fig. 13 die Anwendung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäubers und zwar die Anwendung der ersten Ausführungsform der Erfindung bei einem Befeuchter beschrieben.

Ein Gehäuse 71 weist an der Seite eine Eintrittsöffnung 72 auf. Ferner ist ein Austrittszylinder 74 mit einer Austrittsöffnung 73 in der oberen Fläche vorgesehen. Durch eine von der Decke des Gehäuses hängende Trennwand begrenzt, befindet sich innerhalb des Gehäuses 71 eine Wasserzerstäubungskammer 75, deren oberes Ende mit dem Ausgang eines Gebläses verbunden und deren unteres Ende offen ist. An der Seitenwand der Wasserzerstäubungskammer 75 ist ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitszerstäuber befestigt, dessen hohlzylindrisches Vibrationsteil 1 in die Wasserzerstäubungskammer 75 ragt. Die Achse des Vibrationsteils 1 ist mit der der Wasserzer läubungskammer 75 identisch. Am unteren Abschnitt der Seitenwand der Wasserzerstäubungskammer 75 ist ein mit einer Zahnradpumpe 77 gekoppelter Motor 78 befestigt. Das Gehäuse 71 sitzt auf einem Wasserbottich 79. Es ist ein Wasseransaugrohr 771 vorgesehen, durch das das Wasser aus dem Wasserbottich gepumpt werden kann. Außerdem ist eine Zuleitung /vorhanden, durch die mittels der Zahnradpumpe 77 das Wasser dem Flüssigkeitszerstäuber zugeführt werden kann.

Wird der Befeuchter in Betrieb gesetzt dann wird ein nicht dargestellter externer Oszillator eingeschaltet, der das hohlzylindrische Vibrationsteil 1 des Flössigkeits-Zerstäubers zu einer Biegeschwingung veranlaßt Es wird dann mittels des Gebläses 76 durch die Eintrittsöffnung 72 Luft eingeleitet und diese der Wasserzerstäubungskammer 75 zugeführt Gleichzeitig wird die Zahnradpumpe 77 in Betrieb gesetzt die der äußeren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Vibrationsteils 1 Wasser aus dem Wasserbottich zuführt Dieses bildet infolge der Ultraschallschwingung auf der schwingenden Oberfläche Wasserschichten, die dann in sehr feine Wasserpartikel unterteilt und abgesprüht und zerstäubt werden. Die in zerstäubter Form bzw. in "vernebelter Form vorliegenden Wasserpartikel werden dann durch den Luftstrom aus dem Gebläse 76 mitgenommen und durch den Austritt der Wasserzer-

stäubiiiigskammer 75 nach unten hinaus befördert. Hierbei tropfen die relativ gro'tfen Wasserpartikel in den Wasserbottich des unteren Abschnittes ab. Die kleineren Wasserpartikel werden durch den vom Gebläse 76 gelieferten Luftstrom, dessen Richtung sich ändert, nach oben durch den Austrittszyünder 74 des Befeuchters mitgenommen und treten durch die Äustrittsöffnung 73 nach oben aus, wodurch sie der Luft Feuchtigkeit zuführen. Der Befeuchter liefert innerhalb eines weiten Befeuchtungsbereiches, je nach zugeführter Wassermenge, eine gleichmäßige Befeuchtung.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist als hohlzylindrisches Vibrationsteil ein hohler elliptischer Körper oder ein hohler kreiszylindrischer Körper verwendet Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Formen beschränkt. Es kann ein beliebiger hohlzylindrischer Körper mit geringer Wandstärke benutzt werden, also auch eine hohle polygonale Säule mit geringer Wandstärke. Es kann auch ein rechteckiges

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und geformt Werden, daß es ein zylindrisches Teil und einen Verbinaangsteil ergibt, wobei das Verbindungsteil durch Schweißen oder Löten fest mit dem Ausgang des Koppelschwingers verbunden wird. Geeignet ist auch

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ein hohles Teil mit einer sich axial erstreckender, schlitzförmigen öffnung auf der gegenüberliegenden Seite der Befestigungsstelle. Die Wandstärke des hohlzylindrischen Vibrationsteils braucht auch in Umfangsrichtung nicht konstant zu sein. Um die Schwingungen einer bestimmten Ordnung zu begünstigen, können längs des Umfangs gleichmäßig verteilt dünnere Bereiche vorgesehen sein.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Flüssigkeit entweder der inneren oder der äußeren Umfangsfläche des Vibratior.steils zugeführt. Die Flüssigkeit kann selbstverständlich auch gleichzeitig sowohl der inneren als auch der äußeren Umfangsfläche zugeführt werden, um die zerstäubte «'lüssigkeitsrrienge zu vergrößern.

Als Anweindungsfälle für den erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäuber sind eine Verbrennüngseinriciitung und eiri Befeuchter beschrieben worden. Es sind daneben viele andere Anwendungsfälle möglich. So

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rtaiui uci ei iiiiuuiigsgcnmuu' i-iusaigf^cua^ci aiauuci beispielsweise zum Zerstäuben einer schlammartigen Masse in einem Granulator oder zum Versprühen von Farbe bei einer Farbspritzvorrichtung oder dgl. verwendet werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitszerstäuber mit einem elektrischen Oszillator, einem durch diesen erregten Ultraschallwandler mit einem als mechanischen Schwingungsverstärker ausgebildeten Koppelschwinger, einem an das freie Ende des Koppelschwingers mit seiner Umfangsfläche fest angekoppelten hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteil vorgegebener Wandstärke und einer Vorrichtung zur Zuführung der vom Ultraschallvibrationsteil zu versprühenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Ultraschallvibrationsteil (1) eine im Vergleich zu seiner radialen Ausdehnung geringe Wandstärke aufweist, daß die radialen Abmessungen des hohlzylindrischen UltralschaHvibrationsteils so gewählt sind, daß der Umfang ein Vielfaches der Wellenlänge der Schwingungsfrequenz des Ultra- $challwandlers (8, 22) beträgt und sich in Umfangsrichtung ein; Biegeschwingung höherer Ordnung mit parallel zu seiner Zylinderachse vertaufenden Knotenlinien (IZs 1, 1£2) ausbildet und daß die Vorrichtung (D, E) für die Flüssigkeitszuführung so ausgebildet ist, daß die zu versprühende Flüssigkeit im Bereich der Knotenlinieu an die Umfangsoberfläche des Ultraschallvibrationstei's gelangt

2. Flüssigkeitszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallvibrationsteil (1) geradzahlig polygonal ausgebildet ist.

3. Flüssigkeitszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch geker -.zeichnet, daß das Ultraschallvibrationsteil (Tl) elliptisch ausgebildet ist

4. Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Vibrationsteil \\) an seiner Umfangsfläche einen sich parallel zur Achse erstreckenden säulenförmigen Abschnitt (iA) mit größerer Wandstärke aufweist

5. Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (D, E) für die Flüssigkeitszuführung ein hohles ringförmiges Teil mit wenigstens zwei Schlitzförmigen Nuten (EW, E2\) oder Rohren (■£31, £41, £51) aufweist durch die die Flüssigkeit der äußeren oder inneren Umfangsfläche des Ultraschallvibrationsteils (1) im Bereich der Knotenlinien (1 £ 1,1 £2) zuführbar ist.

6. Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (D5, £5) zur Flüssigkeitszuführung Streifen (£511) aus porösem Material enthält, die längs der Knotenlinien (IEl, 1£2) an der Umfangsfläche des Ultraschallvibrationsteils (1) anliegen.

7. Flüssigkeitszerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Streifen (£511) rechteckigen Querschnitt kleiner Dicke haben und in Schmale axiale Schlitze von Rohren (£51) eingepaßt Sind, die mit dem hohlen ringförmigen Teil (D 5, £5) lür die Flüssigkeitszuführung in Verbindung stehen.

8. Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle ringförmige Teil (D, E)(Ur die Flüssigkeitszuführung anschließend oder mit Abstand am oberen Ende des Ultraschallvibrationsteils (1) angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitszerstäuber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Flüssigkeitszerstäubern dieser Art (GB-PS 13 02 016) ist das Ultraschallvibrationsteil in Form eines Rohres bzw. eines Hohlzylinders mit einem als Flüssigkeitskanal dienenden Hohlraum kleinen Querschnitts ausgebildet und taucht mit dem einen Ende in die Flüssigkeit eines Flüssigkeitsbehälters. Durch die transversalen Schwingungen der Wände des Flüssigkeitskanals entsteht in diesem eine Flüssigkeitsströmung zum freiliegenden Ende und hier tritt die Flüssigkeit entweder im flüssigen oder im zerstäubten Zustand aus. Da die Zerstäubung der Fiüssigkeit nur an der Austrittsöffnung de^ Kanals bewirkt wird, ist die Flüssigkeitsmenge, die pro Zeiteinheit zerstäubt werden •sann, auf einen sehr kleinen Wert begrenzt Wird zur Vergrößerung dieses Wertes die Dicke des Flüssigkeitsfilms auf der die Flüssigkeit absprühenden Oberfläche erhöht dann kann die Zerstäubung nicht mehr stabil durchgeführt werden.

Das gleiche gilt für die durch die FR-PS 12 71 341 bekannt gewordenen Flüssigkeitszerstäuber, die ebenfalls nur eine kleine schwingende Oberfläche zum Absprühen der Flüssigkeit aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flüssigkeitszerstäuber der einleitend genannten Art die Zerstäubung einer größeren Flüssigk^itsmenge pro Zeiteinheit zu ermöglichen und unter Aufrechterhaltung stabiler Zerstäubungsbedingungen die Menge der zu zerstäubenden Flüssigkeit steuern zu können.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Da bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitszerstäuber das hohlzylindrische Ultraschallvibrationsteil so bemessen wird, daß sich bei einer Anregung durch den Ultraschallwandler in Umfangsrichtung Biegeschwingungen höherer Ordnung mit parallel zur Zylinderachse verlaufenden Knotenlinien ausbildet, 'ind da außerdem die Flüssigkeitszufuhr im Bereich der Knotenlinien erfolgt, wird abhängig von der Schwingungsamplitude der schwingenden Oberfläche die Dicke der Flüssigkeitsschichten auf einem optimalen Wert gehalten, selbst wenn die zugeführte Flüssigkeitsmenge verändert v/ird. Die Flüssigkeit wird durch die Biegeschwingung von den Knotenlinien in die schwingenden Flächenbereiche gezogen und hier abgesprüht. Eine Zunahme oder eine Abnahme der zugeführten Flüssigkeitsmenge führt lediglich zu einer Zunahme oder Abnahme der axialen Ausdehnung der auf der Umfangsfläche des hohlzylindrischen Ultraschallvibrationsteils erzeugten F'üssigkeitsschichten, wobei die Dicke dieser Schichten konstant und gleichmäßig bleibt. Es wird damit eine stabile Flüssigkeitszerstäubung mit gleichmäßiger Verteilung der Größe der zerstäubten Flüssigkeitspartikel erhalten, selbst wenn die zugeführte Flüssigkeitsmenge verändert wird. Wird die Amplitude der Schwingung vergrößert, so hat dies nicht wie bei den bekannten Flüssigkeitszerstäubern zur Folge, daß größere Flüssigkeitspartikel abgesprüht werden, da die Flüssigkeit an den Schwingungsknoten zugeführt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeit den Knotenlinien des Ultraschallvibralionsteils über Elemente aus porösem Material zugeführt, dessen Kapillarwirkung ausgenutzt wird, wodurch in einem weiten Bereich der zugeführten Flüssigkeitsmenge, d. h. von einer sehr kleinen bis zu einer sehr großen