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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Nebels
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Die Erfindung betrifft pneumatische Nebel-Erzeugungsvorrichtungen,
wie z.B. Befeuchter, Brennstoffbrenner und Vergaser und ein Verfahren zur herstellung
einer ultrafeinen, stabilen Dispersion einer fließfähigen Flüssigkeit in einem Gas
unter Verwendung eines solchen Nebelerzeugers.
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Nach dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von pneumatischen Nebelerzeugern
bekannt, die dazu dienen, eine fließfähige Flüssigkeit in einem Gas zu verteilen.
Im allgemeinen basieren solche Vorrichtungen auf dem Zerstäuberprinzip, wobei das
Treibgas durch einen engen Mündungsraum in Berührung mit der Flüssigkeit gepreßt
wird, die der äußeren Oberfläche des Mündungsraums entweder durch Kapillarwirkung
oder durch Strömen unter dem Einfluß der Schwerkraft zugeführt wird.
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Solche bekannten oneumatischen Nebelerzeuger haben verschiedene Nachteile.
Vom Gesichtspunkt der Wirksamkeit her sind die meisten dieser Nebelerzeuger nicht
in der Lage, einen Nebel zu erzeugen, bei dem es nicht zu einem beträchtlichen ausfall
der Flüssigkeit kommt, es sei denn, es wird eine Prallvorrichtun-g, eine Ummantelung
oder eine andere Barriere im Weg des emXtierten Sprühnebels vorgesehen, um die verteilten
Flüssigkeitsteilchen abzuscheiden, die Teilchengrößen oberhalb von 50 Mikron besitzen.
D.h. mit anderen Worten, daß solche bekannten pneumatischen lfebelerzeuger nicht
in der Lage sind, direkt einen Nebel herzustellen, der verteilte Flüssigkeitsteilchen
aufweist, die einen maximalen Durchmesser von 20 Mikron oder weniger aufweisen,
sondern daß sie eher einen Nebel oder Sprühnebel erzeugen, der einen erheblichen
Gehalt von verteilten Teilchen bis zu einer Größe von ungefähr 50 Mikron oder darüber
umfaßt.
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Nebelerzeuger, die die Flüssigkeit mit Hilfe der Schwerkraft oder
durch Kapillarwirkung zuführen, haben den Nachteil, daß die Versorgungsquelle für
die Flüssigkeit nicht begrenzt sein darf, damit ein Zugang zum Gasmündungsraum besteht.
Daher sind solche Nebelerzeuger in ihrer Grund ausführungs form hinsichtlich des
Ausmaßes äußerst begrenzt, bis zu dem sie während des Be--triebs bewegt, gekippt,
umgedreht oder erschüttert werden dirfen, ohne daß es zu einer Unterbrechung des
Flüssigkeitsnachschubs zum Gasmündungsraum und. zu einem Abreißen des Nebels kommt.
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Ein anderer tTachteil der bekannten durch Schwerkraft bzw.
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Kapillarwirkung gespeisten Nebelerzeuger ist darin zu sehen, daß es
unmöglich ist, die Flüssigkeitskonzentration in dem verteilten Nebel zu steuern
und zu verhindern, bzw. daß diese Konzentration nur dadurch gesteuert und verändert
werden kann, daß man den Druck des Treibgases verändert. Manche Nebelerzeuger weisen
keinerlei Steuervorrichtungen auf und sind für eine Verwendung bei solchen Anwendungsfällen
nicht zufriedenstellend, in denen veränderbare Konzentrationen von Flüssigkeit
erforderlich
sind, wie z.B. für verschiedene Feuch-tigkeitsgrade, verschiedene Farbdichten, verschiedene
Brenmstoff-Konzentrationen und dergleichen. Bei anderen Nebelerzeugern kann die
Flüssigkeitskonzentration nur dadurch gesteigert werden, daß man den Druck des Gasstroms
erhöht. Dies bewirkt, daß in einer gegebenen Zeitspanne ein größeres Gasvolumen
aus dem iTebelerzeuger herausströmt, was einen Nachteil in den Fällen darstellt,
in denen begrenzte Bereiche wie z.B.
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Gesichtsmasken, Sauerstoffzelte, Inkubatoren und dergleichen behandelt
werden müssen, bei denen ein Ausgleich fiir das gesteigerte Gasvolumen erforderlich
ist.
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Bei anderen bekannten Nebelerzeugern, bei denen sowohl die Flüssigkeit
als auch das Gas unter Druck zugeführt werden, ist es möglich, die Konzentration
der Flüssigkeit dadurch zu verändern, daX man ihren Druck relativ zum Gasdruck verändert,
Doch sind solche bekannten Nebelerzeuger aus verschiedenen wichtigen Gründen nicht
in der Lage, gleichförmige ultrafeine Nebel herzustellen. Bei einigen dieser Nebelerzeuger
ist die Weite des Flüssigkeitsmiindungsraums entweder zu groß, oder nidt stabil,
oder sie ist einstellbar. In diesem letzteren Fall kann eine sorgfältige Einstellung
vorgenommen werden, wenn die Bedienungsperson genügend Erfahrung besitzt, doch kann
eine solche Einstellung während des Betriebs aufgrund der verwendeten Drücke oder
der Flexibilität oder Instabilität des Flüssigkeitskanals wieder verloren gehen.
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Das wesentlichste Ziel der Erfindung ist es, einen pneumatischen Nebelerzeuger
zu schaffen, der in der Lage ist, unmittelbar und gleichförmig einen ultrafeinen,
stabilen Nebel von Flüssigkeitsteilchen in einem Treibgas zu erzeugen, die vorzugsweise
einen maximalen Durchmesser von ungefähr 20 Mikron oder weniger und einen mittleren
Durchmesser von 10 Mikron oder weniger aufweisen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines ultrafeinen Nebels von Flüssigkeitsteilchen in einem Treibgas zu schaffen,
bei dem das Gesamtgewicht der Flüssigkeitsteilchen für ein gegebenes Gewicht des
Treibgases innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig vom Druck des Treibgases verändert
und gesteuert werden kann.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen pneumatischen Nebelerzeuger
zu schaffen, bei dem die gesamte der Fliissigkeits-rtündungsvorrichtung zugeführte
Flüssigkeit zerstäubt und als stabiler Nebel verteilt wird, d.h. bei dem kein Flüssigkeitsablauf
und kein Abtropfen der Flüssigkeit von der Miindungsvorrichtung oder von anderen
Teilen des Nebelerzeugers stattfindet.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen pneumatischen Nebelerzeuger
zu schaffen, der eine umgrenzte Flüssigkeitszufuhr besitzt, wodurch der Nebelerzeuger
während seiner Verwendung bewegt, gekippt, umgekehrt oder erschüttert werden kann,
ohne daß der Fliissigkeitsnachschub zum Treibgas unterbrochen wird und ohne daß
es zu einer Störung der Nebelemission kommt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen pneeumatischen Nebelerzeuger
zu schaffen, der ein einheitliches bzw. einstückiges Mischelement aufweist, das
einen festen Flüssigkeitsdurchgang und einen festen Gasdurchgang mit einem vorzugsweise
scharfkantigen Gasmündungsraum umfaßt, wobei die relativen Größen des Flüssigkeitsdurchgangs
und des Gasdurchgangs vorgegeben und fest sind und wobei dieses Mischelement vorzugsweise
ausgetauscht werden kann, wenn es abgenutzt oder verschmutzt ist.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine nersnektivische Ansicht
einer Nebelerzeuger-Baueinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei
die einzelnen Teile dieser Baueinheit für Darstellungszwecke voneinander beabstandet
gezeigt sind, Fig. 2 einen schematischen 2uerschnitt durch d.en Nebelerzeuger aus
Fig. 1, der die Elemente im zusammengebauten Zustand und im Betrieb zeigt, Fig.
f und 4 perspektivische Ansichten von Nebelerzeuger-Scheiben, die zur Verwendung
in der Nebelerzeuger-Baueinheit der Fig. 1 oder 5 geeignet sind, Fig. 5 einen schematischen
Querschnitt durch eine ebelerzeuger-Brenner-Anordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 6 eine Draufsicht auf die Prall- bzw. Ablenkplatte der Nebelerzeuger-Brenner-Anordnung
aus der Fig. 5 längs der Linie 6-6, Fig. 7 bis 13 perspektivische und Seitenansichten
verschiedener Mischelemente, die zur Verwendung bei verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung geeignet sind, Fig.14 einen schematischen Querschnitt durch eine Nebelerzeuger-Vergaser-Anordnung
gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und Fig.15 eine Draufsicht auf
die untere Ringscheibe des Nebelerzeuger-Vergasers von Fig. 14.
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Die Erfindung basiert auf einer Reihe von Prinzinien und Erkenntnissen,
die gemeinsam verwendet werden, um einen verbesserten pneumatischen Nebelerzeuger
zu schaffen, der die oben diskutierten 'Z.iele und vorteile veriirklicht.
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Die wichtigste Erkenntnis besteht darin, das ein ultrainner Flüssigkeitsfilm
dadurch erzeugt werden kann, daß man die Flüssigkeit mit einer kontinuierlichen,
gleichförmigen Kraft durch einen engen Mündungsraum zwischen ange-Daten bzw. einander
in der Form entsprechenden Oberflächen preßt, die miteinander in Berührung stehen
oder geeignet sind, durch den Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases miteinander
in Berührung gebracht zu werden, wobei dieser Mündungsraum die kleinste Weite bzw.
den kleinsten Durchmesser aufweist, der die Flüssigkeit durchtreten läßt, d.h. vorzugsweise
einen Durchmesser von 0,25 mm (0,01 inch) oder weniger, und daß ein ultradünner
Fltissigkeitsfilm als ultrafeiner Nebel dieser Flüssigkeit verteilt wird, wenn auf
ihn ein Gasstrom aufprall, der vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu diesem
ultrafeinen Flüssigkeitsfilm strömt.
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Eine weitere hiermit in Verbindung stehende Erkenntnis besteht darin,
daß, wenn die aktivierte Flüssigkeit in den Gasstrom im wesentlichen gleichzeitig
mit der Verteilung dieses Gasstroms in einen großen Behälter oder den off enen Raum
eintritt, die Ausdehnung des Gases den ultrafeinen Nebel der Flüssigkeit verteilt,
wodurch verhindert wird, daß die feinen Flüssigkeitsteilchen sich zu größeren fröpfchen
zusammenballen.
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Eine weitere hiermit in Verbindung stehende Erkenntnis besteht darin,
daß die Menge einer in einem Gastrerteilten Flüssigkeit, d.h. die Dichte des erzeugten
Nebels, innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig vom Druck oder Volumen
des
Gases dadurch verändert und gesteuert werden kann, daß die Strömungsrate der Flüssigkeit
vermindert wird, die dem Gas strom durch einen begrenzten, stabilen Mündungsraum
von beschrankter Größe zugeführt; wird.
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Eine weitere hiermit im Zusammenhang stehende Erkenntnis besteht darin,
daß eine 'liissigkeit von einem Miindungsraum mit einer zweite bzw. einem Durchmesser
von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger nicht abtrouft bzw. neben einem solchen Mündungsraum
keine Tröpfchen bildet, wenn ein konstanter Gasstrom von geniigend hoher Geschwindigkeit
mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, wenn sie aus diesem Mündungsraum
aus tritt und der Gasstrom hierauf nicht mit irgendeiner Oberfl iche in Berührung
kommt.
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Eine weitere hiermit in Verbindung stehende Erkenntnis besteht darin,
daß sich in dem Fliissigkeitsteilchen-Gasstrom außerhalb des Gasmindungsraums eine
Schall-S-toBwelle bildet, wenn ein Gas dazu gezwungen wird, mit einem genügend hohen
Druck durch einen Mündungsraum zu strömen und wenn ein dünner Flüssigkeitsfilm veranlaßt
wird, in das strömende Gas einzutreten, wenn dieses Gas aus dem Mündungsraum aus
tritt.
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Die Schall-Stoßwelle bewirkt, daß die kleinen Flüssigkeitsteilchen
in dem Flüssigkeitsteilchen-Gas-Strom starken Vibrationen ausgesetzt werden, die
die Flüssigkeitsteilchen in noch kleinere Teilchen zerbrechen.
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Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine einheitliche Nebelerzeugungs-Vorrichtung,
die dazu geeignet ist, an unter Druck stehende Quellen für eine Flüssigkeit und
für ein Gas angeschlossen zu werden, um eine Zerstäubung der Flüssigkeit in der
Form eines ultrafeinen, stabilen Nebels zu bewirken.
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Die Vorrichtung 10 umfaßt eine kreisförmige Basisnlatte 11 mit einer
zentralen Öffnung 12, die an eine pneumatische Leitung 13 angeschlossen werden kann,
und eine außermittige Öffnung 14, die mit einer Flüssigkeits-Versorgungsröhre 15
verbunden ist. Die Basisplatte 11 ist mittels einer komDrimierbaren äußeren Ringdichtung
17 und einer komprimierbaren inneren Ringscheibendichtung 18 in dichter Weise mit
einer kreisförmigen Ober- bzw. Deckplatte 16 verbunden, wobei die innere Ringscheibendichtung
18 zwischen sich und der unteren Oberfläche der Deckplatte 16 in dichter Weise die
Nebelerzeugerscheiben 19 und 20 umschließt. Vier Schrauben 21 und Muttern 22 verbinden
die Platten 11 und 16 mit einem aufgrund der Kompressibilität der Dichtungen 17
und 18 einstellbaren Druck. Die Platten 11 und 16 und die Dichtung 18 weisen zentrale
Öffnungen 12, 23 bzw. 24 auf, und auch die Nebelerzeuger-Scheiben sind mit zentralen
Offnungen 25 und 26 versenen, die einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als der
der Öffnungen 23 und 24 doch größer als 0,25 mm (0,01 inch) ist, und die einen beschränkten
Gas-Mündungsraum bilden, durch den das Gas aus der pneumatischen Leitung 13 hindurchtreten
muß. In der zusammengebauten Vorrichtung sind alle fünf Öffnungen koaxial, so daß
sie einen Gasstrom-Durchgang bilden und die Strömung des Gases durch den begrenzten
Mündungsraum 26, 25 bewirkt, daß das Gas jenseits des Mündungsraums 26 in einem
Abstand, der dem 1,5-fachen Durchmesser dieses Windungsraums entspricht, eine Einschnürung
(vena contracta) bildet und sich dann in der in Fig. 2 dargestellten Weise ausdehnt.
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Wie dargestellt, bildet der dichte Einschluß der Dichtungen 17 und
18 zwischen den Platten 11 und 16 eine kreisförmige Kammer 27, zu der die der Vorrichtung
zugeführte Flüssigkeit durch die Zuführungsröhre 15 Zutritt hat.
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Die kreisförmigen Scheiben 19 und 20 mit ihren zentralen Öffnungen
25 und 26 sind in der zusammengebauten Vorrichtung voneinander
beabstandet
mit Ausnahme der Flächen von Abstand haltern 28 auf der Scheibe 20, die eine Dicke
von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger haben. Der geringe Abstand zwischen den Scheiben
19 und 20 ergibt einen engen Flüssigkeits-Mündungsraum 29 zwischen den Scheiben
in allen Richtungen, wobei der Ausgang dieses Mündungsraums 29 mit den zentralen
Öffnungen 25 und 26 der Scheiben und der Eingang dieses Mündungsraums mit der kreisförmigen
Kammer 27 zwischen den Platten 11 und 16 in Verbindung stehen.
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Im Betrieb wird ein un-ter Druck stehendes Gas durch die sneumatische
Leitung 1) so zugeführt, daß es kraftvoll durch die Öffnungen 12, ?4, 26, 25 und
23 strömt und in die Atmosphäre aus tritt, wobei es eine Einschnürung und ein unbehindertes
Strömungsmuster bildet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
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Eine Flüssigkeit wird unter Druck durch das Zuführungsrohr 15 der
kreisförmigen Rammer 27 zugeführt, wo es mit Ausnahme der Austrittsmöglichkeit durch
den engen Mündungsraum 29 zwischen den Scheiben 19 und 20 dicht eingeschlossen ist,
wobei sich dieser Miindungsraum 29 von allen Richtungen her in die zentralen Scheibenöffnungen
25 und 26 hinein öffnet. Der Flüssigkeitsdruck ist genügend hoch, um die Flüssigkeit
durch den Mündungsraum 29 zu pressen, wobei sie aufgrund der nichtradialen Ausrichtung
der Abstandsstücke 23 eine starke Durchwirbelung erfährt. Auch erfährt die Flüssigkeit
vermutlich aufgrund der Reibung zwischen den inneren Oberflächen der Scheiben 19
und 20 eine starke "Grenzschicht-Turbulenz ", bevor sie in den Bereich der zentralen
Öffnungen 25 und 26 der Scheiben als ein angeregter, äußerst dünner Flüssigkeitsfilm
austritt, der eine Dicke von weniger als 0,25 mm (0,010 inch) besitzt; ein solches
Phänomen wird. in dem Buch "Introduction to Hydraulics and Bluid Mechanics" von
Jones beschrieben, das 1953 bei Harper Bros., New York veröffentlicht wurde. Eine
solche Turbulenz bewirkt, daß in dem dünnen Film winzige, begrenzte Flüssigkeitsmassen
in unregelmäßiger Weise in allen
Richtungen und mit verschiedenen
Geschwindigkeiten umherwirbeln. Wenn die Flüssigkeit aus dem Mündungsraum aus tritt,
hat åede der unzähligen, winzigen, begrenzten Flüssigkeitsmassen eine eigene, unabhängige
Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung.
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An diesem Punkt der größten Anregung und Turbulenz tritt der dünne
Flüssigkeitsfilm aus dem Mündungsraum 29 aus und wird dem Strömungsstoß des Gasstroms
aus der pneumatischen Leitung 13 ausgesetzt. Der angeregte, turbulente Flüssigkeitsfilm
wird augenblicklich in eine ultrafeine Dispersion flüssiger Teil chen übergeführt,
die einen mittleren Durchmesser von 10 Mikron oder weniger aufweisen und von dem
Treibgas durch d.ie Öffnung 25 in Form eines stabilen Nebels hindurchgetragen werden.
In der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform tritt der dünne Flüssigkeitsfilm
in den Gasstrom ein, wenn der Gas strom sich seiner Einschnürungsstelle nähert und
die Flüssigkeit wird auf die ultrafeine Dispersion reduziert. Hierauf dehnt sich
das Gas in dem dargestellten Strömungsmuster aus und strömt aufgrund der ausgekehlten
Form des Mündungsraums 23 der Deckplatte 16 unbehindert in die Atmosphäre. Wäre
der Mündungsraum 23 nicht ausgekehlt, so könnte der Gas strom in Xbhängigkeit vom
Gasdruck und der Dicke der Platte 16 auf die innere Oberfläche des Mündungsraums
auftreffen. Das hätte zur Folge, daß die verteilten Flüssigkeitsteilchen diese Oberfläche
benetzen und zurück in den Mündungsraum 25 fließen würden und daß im Mündungsraum
23 über der Scheibe 19 ein Unterdruck erzeugt würde.
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Gemäß der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht die
Nebelerzeuger-Boden-Scheibe 20 aus einem flexiblen, dünnen Metall, das sich unter
der Wirkung des angelegten Gasstromes so verwindet bzw. verbiegt, daß die Weite
des Mündungsraum 29 zwischen den Scheiben im Bereich der zentralen Öffnungen 25
und 26 weier verringert wird, wodurch ein noch feinerer Nebel erzeugt wird. Die
Flexibilität der Scheibe 20 bewirkt, daß die Scheibe in ihren flachen Zustand zurückkehrt,
wenn der Gasstrom igeschaltet
wird, und der Druck des Gases und/oder
der Flüssigkeit kann so eingestellt werden, daß er jedes gewünschte Verbiegungsmaß
der Scheibe 20 und somit jeden beliebigenJverringerten Abstand zwischen den Scheiben
19 und 20, ja sogar einen dicIitenden Kontakt zwischen diesen Scheiben im Bereich
der zentralen Öffnungen 25 und 26 erzeugt.
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Es zeigt sich, daß die verbesserte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Nebelerzeugungs-Vorrichtung auf einer Reihe von wichtigen, zur Gesamtwirkung beitragenden
Eigenschaften beruht. Erstens bewirkt das Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem
Raum zwischen den gering beabstandeten, parallelen Nebelerzeuger-Scheiben 19 und
20, daß die Flüssigkeit in den Bereich der zentralen Scheibenöffnungen 25 und 26
als außerordentlich dünner Film austritt, der eine Dicke von 0,25 mm (0,010 inch)
oder weniger, bevorzugterweise eine Dicke von 0,076 mm (0,003 inch) oder weniger
besitzt, wie sie durch den Abstand zwischen den Scheiben festgelegt wird. Der dünne
Flüssigkeitsfilm befindet sich, nachdem er durch den engen Mündungsraum 29 in den
Bereich der zentralen Scheibenöffnungen gepreßt wurde, in einem vorgespannten Zustand,
in dem er in der Lage ist, in eine Vielzahl von extrem feinen Flüssigkeitsteilchen
reduziert zu werden. In ähnlichen, bekannten pneumatischen Nebelerzeugern, in denen
die überlagerten Elemente oder Scheiben gering beabstandet sind, jedoch in dem Bereich
zwischen dem Eingang des Flüssigkeitsmündungsraums und dessen Ausgang oder dem Eingang
zum Gasmündungsraum nicht miteinander in Berührung stehen und auch niht in der Lage
sind, sich in diesem Bereich in Richtung zu einer oder bis zu einer Berührung zu
verbiegen, ändert sich die Weite des Flüssigkeitsmündungsraums, da der erforderliche,
präzise, enge Abstand zwischen den Elementen oder Scheiben nicht mit der erforderlichen
Genauigkeit erreicht werden kann. Diese Probleme treten in den Fällen nicht auf,
in denen die Elemente oder Scheiben in einem
Fläche -auf-Fläche
-Kontakt stehen, oder von dem Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases in einen
solchen Kontakt oder auf einen solchen Kontakt zu gedrückt werden können.
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Eine zweite, zur Wirkung beitragende Eigenschaft der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, daß ein kontinuierlicher Gasstrom unter einem Winkel,
vorzugsweise unter einem rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Flüssigkeitsfilmes
vorgesehen wird, wobei dieser Gasstrom durch die zentralen Scheibenöffnungen hindurchtritt
und auf den Flüssigkeitsfilm aufprallt, wenn dieser den Mündungsraum zwischen den
Scheiben verläßt. Das Einführen des dünnen Flüssigkeitsfilms in den Gas strom bewirkt,
daß der dünne Flüssigkeitsfilm in eine Vielzahl von mikroskopischen Flüssigkeitsteilchen
zersprengt wird, die einen mittleren Durchmesser von ungefähr 10 Mikron oder weniger
besitzen und längs des Gasstroms mitgetragen werden.
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Eine dritte zur Gesamtwirkung beitragende Eigenschaft einer Vorrichtung
nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die abrupte Einschränkung
bzw. Einengung, die in dem Gas strom durch das Loch 26 in der Scheibe 20 bewirkt
wird, wodurch ein scharfkantiger Mündungsraum erzeugt wird.
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Das Gasströmungsprofil zieht sich beim Durchgang von dem relativ weiten
Bereich unter der Scheibe 20 durch den relativ engen Bereich des Loches 26 in der
Scheibe 20 zusammen. Das Gasströmungsprofil zieht sich über einen bestimmten Abstand
hinweg auch jenseits der Scheibe 20 noch zusammen. Der Punkt der größten Kontraktion
wurde als Einschnürungspunkt (vena contracta) des Gasströmungsprofils bezeichnet
und ist in Fig. 2 als der engste Teil des dargestellten Gasströmungsprofils wiedergegeben.
Der Gas strom erreicht an diesem Punkt größter Kontraktion seine größte Geschwindigkeit;
hinter diesem Punkt divergiert das Gasströmungsprofil. Da sich das Gasströmungsprofil
zusammenzieht, wenn es das Loch 26 in der Scheibe verläßt, kommt keines der Gasmolekule,
das einen Teil des Gasstroms bildet, mit der Scheibe 19 in Berührung, wenn der Gas
strom durch das Loch 25 hindurchtritt. Das hat seinen Grund darin,
daß
die Löcher 25 und 26 denselben Durchmesser aufweisen und da sich das Gasströmungsprofil
zusammenzieht, wenn es das Loch 26 verläßt, hat sich das Gasströmungsprofil zu der
Zeit, zu der es durch das Loch 25 hindurchtritt, auf einen Durchmesser zusammengezogen,
der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Loches 25. Da der Gasstrom mit
einem geringfügigen Abstand vom Mündungsraum 29 an diesem vorbeiströmt, leistet
das Gas dem Austreten von Flüssigkeit aus dem Mündungsraum 29 keinen Widerstand.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem Fluiddruck im Mündungsraum 29 betrieben
werden, der erheblich unter dem Gasdruck in der Öffnung 12 liegt.
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Eine vierte, zur Wirkung beitragende Eigenschaft der erfindungsgemäßen
Vorrichtung liegt darin, daß es nicht wichtig ist, daß die durch die Scheiben hindurchgehenden
Gasmündungsräume denselben Durchmesser haben. Zum Beispiel kann das Loch 25 in der
Scheibe 19 der Fig. 1 und 2 einen größeren oder kleineren Durchmesser als das Loch
26 in der Scheibe 20 aufweisen.
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Besitzt das Loch 25 einen größeren Durchmesser als das Loch 26, so
tritt die Flüssigkeit aus dem Raum zwischen den Scheiben 19 und 20 als dünner Film
aus und breitet sich auf der oberen Oberfläche der Scheibe 20 um und über das Loch
26 aus. Beim Austreten aus dem Loch 26 besteht in dem Gasstrom ein teilweiser Unterdruck.
Der teilweise Unterdruck saugt den dünnen, auf der Scheibe 20 ausgebreiteten Flüssigkeitsfilm
in den Gasstrom ein. Besitzt das Loch 25 einen kleineren Durchmesser als das Loch
26, dann tritt die Flüssigkeit aus dem Raum zwischen den Scheiben 19 und 20 als
ein dünner Film aus und breitet sich auf der unteren Oberfläche der Scheibe 19 um
und über das Loch 25 aus. Das durch das Loch 26 in der Scheibe 20 hindurchgetretene
Gas drückt gegen den über die untere Oberfläche der Scheibe 19 ausgebreiteten Flüssigkeitsfilm.
Das Gas strömt längs der Unterseite der Scheibe 19,um das Loch 26 zu erreichen und
gegebenenfalls durch das Loch hindurchzutreten, wobei es den
dünnen,
auf der Unterseite der Scheibe 19 ausgebreiteten Flüssigkeitsfilm mit sich zieht.
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Eine fünfte, zur Wirkung beitragende Eigenschaft gemäß einer bevorzugten
Ausfiihrungsform der Erfindung liegt in dem unbehinderten Durchgang des die Flüssigkeitsteilchen
tragenden Gasstroms in die Atmosphäre oder in eine größere Kammer, was dadurch erzielt
wird, daß aus dem Weg des Luftstroms sämtliche Teile der Vorrichtung herausgehalten
werden, die mit dem divergierenden Gasströmungsprofil in Berührung kommen könnten.
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Daher ist vorgesehen, daß, wenn die Vorrichtung eine Deckplatte oder
ein anderes Element auf der abgeströmten Seite der zentralen Scheiben besitzt, das
normalerweise von dem expandierenden Gasstrom beriihrt würde, die zentrale Öffnung
einer solchen Deckplatte oder eines anderen solchen Elementes genügend groß oder
nach außen ausgekehlt ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, um zu verhindern, daß
der Gas strom auf die Oberfläche der Platte oder des anderen Elementes auf trifft,
bevor er in die Atmosphäre austritt. Anderenfalls würden die verteilten Flüssigkeitsteilchen
auf diese Oberfläche aufprallen, sich zusammenballen und unter Bildung von Tröpfchen
auf dieser Oberfläche in ihrer Größe anwachsen. Viele'dieser Tröpfchen würden von
der Oberfläche, auf der sie sich ausbilden, durch den Gasstrom fortgeblasen werden
und auf diese Weise mit relativ großen Tröpfchen die fein verteilten Flüssigkeitsteilchen,
die im Gasstrom enthalten sind, verschmutzen. Darüber hinaus würden, wenn das sich
expandierende Gasströmungsprofil auf den zentralen Mündungsraum der Deckplatte auftreffen
würde, einige dieser Tröpfchen an den Seiten des zentralen Mündungsraums herab auf
die Scheibe 19 laufen und gegebenenfalls die zentrale Öffnung 25 beeinträchtigen.
Dies würde eine zweite Quelle für große Flüssigkeitsteilchen im Gasstrom bilden,
da die Flüssigkeit, die sich im Bereich der zentralen Scheibenöffnung 25 ansammeln
würde, in den Gasstrom eintreten und unter
der Kraft der Gasströmung
vom Bereich der zentralen Scheibenöffnung 25 in Form von Tröpfchen mit erheblicher
Größe wegspritzen würde.
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In den Fällen, in denen das austretende, expandierende Gasströmungsmuster
auf eine Oberfläche auftritt, die in durchgehender, enger Verbindung mit dem Gasmündungsraum,
d.h. mit der zentralen Scheibenöffnung 25 der Fig. 1 und 2 steht, wird ein teilweiser
Unterdruck in dem dem Einschnürungsbereich des Gasstroms benachbarten Bereich erzeugt,
und dieser teilweise Unterdruck bewirkt, daß der Gasstrom schneller divergiert als
er das im offenen Raum tun würde, was zur Folge hat, daß eine größere Zahl von verteilten
Fliissigkeitsteilchen auf die Oberfläche aufprallt, Tröpfchen bildet usw., wie es
oben beschrieben wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch
diese Nachteile dadurch vermieden, daß die erfindungsgemäße Nebelerzeugungsvorrichtung
sO ausgebildet wird, daß das Profil des austretenden Gasstroms, der die fein zerteilten
Fliissigkeitsteilchen enthält, sich hinter dem Einschnürungspunkt in den Behälter
oder die zu behandelnde Atmosphäre hinein in normaler bzw. freier WeiseF sdehnen
kann, ohne auf irgendein Hindernis auf zuprallen.
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Eine sechste, zur Wirkungsweise beitragende Eigenschaft der Vorrichtung
gemäß verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, daß
das Gas durch seinen Mündungsraum mit einem solchen Druck hindurchgepreßt wird,
daß sich außerhalb des Gasmündungsraums in dem Flüssigkeitsteilchen-Gas-Strom eine
Schall-Stoßwelle ausbildet, durch die die Flüssigkeitsteilchen einer heftigen Vibration
ausgesetzt werden, so daß die Flüssigkeitsteilchen in äußerst feine Teilchen zerbrechen.
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In manchen Fällen, in denen die zu behandelnde Atmosphäre selbst in
einem begrenzten Behälter enthalten ist, wie z.B.
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im Fall eines Kraftfahrzeugvergasers, einer Gesichtsmaske usw., musen
hinsichtlich der oben diskutierten Vorteile, die sich aus dem unbehinderten Durchgang
des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms oder Nebels ergeben, in gewissem Grade
Kompromisse getroffen werden, doch liegt in allen Fällen die Flüssigkeit in Form
eines dünnen Films oder Strahls mit einer Dicke von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger
vor, wenn der Gasstrom die Flüssigkeit berührt. Das Gas strömt dann in einen größeren
Raum, so daß sich das Gas zumindest über eine gewisse Strecke hinwegaisdehnen kann,
so daß es zumindest einem wesentlichen Prozentsatz der winzigen Flüssigkeitsteilchen
möglich ist, weit verteilt zu werden.
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Wie oben diskutiert, bewirkt der Durchgang des Gasstroms aus einem
großen Raum in einen begrenzten, engen Raum beim Durchtreten vom Raum unter der
Scheibe 20 zur zentralen Öffnung 26 der Nebelerzeugerscheibe 20 die Ausbildung einer
Einschnürung (vena contracta) und hierauf eine erhebliche Verteilung bzw.
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Ausweitung des Gasstroms mit einer entsprechenden Verringerung des
Gasdrucks. Der dünne Flüssigkeitsfilm bzw. Flüssigkeitsstrahl wird in der Nachbarschaft
der Einschnürung teilweise in den Gas strom eingespritzt und teilweise in diesen
hineingezogen. Dies bewirkt offensichtlich, daß der bereits sehr dünne Flüssigkeitsfilm
bzw. Flüssigkeitsstrahl durch das sich schnell bewegende Gas in der Einschnürung
auseinandergerissen wird, was die Bildung von äußerst kleinen Flüssigkeitsteilchen
zur Folge hat, unter denen offensichtlich keine Flüssigkeitsteilchen mehr vorkommen,
die einen Durchmesser größer als ungefähr 20 Mikron besitzen, und unter denen wahrscheinlich
keine Fliissigkeitsteilchen mit einem Durchmesser größer als 10 Mikron mehr vorkommen.
Durch die Expansion des Gasstroms hinter dem Einschnürungspunkt werden die Flüssigkeitsteilchen
augenblicklich verteilt. Die emittierte Flüssigkeitsdispersion besitzt die Form
eines feinen, stabilen Nebels.
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Eine wesentliche Anforderung der Erfindung besteht d.arin, daß der
Gas strom kontinuierlich sein muß und eine genügend große Geschwindigkeit besitzt,
dai3 die Flüssigkeit aus dem Bereich der Scheibenöffnungen 25 und 26 weggetragen
werden kann. Vorzugsweise stellen die Gas quelle und die Flüssigkeitsquelle unter
Druck, doch ist dies in den Fällen nicht nötig, in denen ein Unterdruck in dem Behälter
oder der zu behandelnden Atmosphäre besteht, wie z.B. im Fall einer Kraftfahrzeug-Verteilerleitung.
Der Unterdruck in der Verteilerleitung erzeugt eine Saugwirkung im Bereich des Gasmündungsraums
und des Flüssigkeitsmündungsraums, wodurch einerseits das Gas, d.h. die Luft, durch
ihren Mündungsraum gesaugt wird und andererseits die Fliissigkeit, d.h.
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das Benzin durch seinen Mündungsraum gesaugt und zur Auflösung und
einer vollkommenen Verbrennung in dem Luftstrom verteilt wird.
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Die Fig. 3 und 4 stellen weitere geeignete, flexible, aus Metall bestehende
Nebelerzeuger-Scheiben 30 und 31 dar. von denen jede die untere Scheibe 20 der Vorrichtung
aus Fig. 1 ersetzen kann, um hervorragende Ergebnisse in Verbindunlc, mitder oberen
scheibe 19 zu erzielen. Es sei darauf hingewiesen, daß die obere Scheibe 19 weggelassen
werden kann und daß di.e Scheiben 20, 50 oder 31 in Verbindung mit der unteren Oberfläche
der Deckplatte 16 verwendet werden können, vorausiresetzt daß diese untere Oberfläche
glatt ist und die zentrale Öffnung 23 Platte 16 mit der zentralen Öffnung der betreffenden
Scheibe, z.B. mit der Öffnun: 26 der Scheibe PO ausgerichtet ist.
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Die flexibile Scheibe 30 aus Fig. 3 ist mit Rippen 32 veersehen, die
dadurch geformt sein können, daß die Unterseite der flexiblen scheibe in den dargestellten
Bereichen eingedrückt ist. Die Höhe der Rippen 32 muß gerade genügend groß sein,
um d.ie Flüssigkeit zwischen die Scheiben eintreten zii
lassen.
Die Flexibilit?½t der Scheibe und die Eins-te1.lbarkeit der Enge bzw. des Abstandes
der Platten 11 und 1o ermöglicht es, daß die Scheiben in einstellbarer Weise zusammengedrückt
und/oder getrennt werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sodaß die Weite des
Mündungsraums 29 in der Nähe d.er zentralen Scheibenöffnung 33 der Scheibe 30 0,25
mm (0,00 inch) oder weniger beträgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Scheibe 30 aus.
-
Fig. 3 eine flexible oder nichtflexible Scheibe sein, die mit drillen
oder Vertiefungen 32 versehen ist, die durch Stanzen oder Ritzen der oberen Oberflüche
der Scheibe ljngs ihrer äußeren Umfangskante in der dargestellten Weise gebildet
werden können. Die Rillen erstrecken sich nicht bis zur zentralen Öffnung 33. Die
Einstellbarkeit des Abstandes der Platten 11 und 16 ermöglicht es, daß die Scheibe
in einstellbarer Weise zusammengeoreßt wird, so daß die Scheibe 30 dichtend an der
Scheibe 19 anliegt. Die Tiefe der Rillen 32 ist so gewählt, daß sie ausreicht, um
ein Fluid von der Kammer 27 zwischen der Scheibe 30 und der Scheibe 19 9 längs ihrer
ciußeren Kante eintreten zu lassen. Der Druck der Flüssigkeitsquelle kann in einstellbarer
Weise so gesteigert werden, daß er die Flüssigkeit als äußerst dünnen Film zwischen
der Scheibe 30 und der Scheibe 19 zu den zentralen Öffnungen 33 und 25 sickern läßt,
wo die Flüssigkeit mit dem durch die zentralen Öffnungen 33 und. 25 in den Scheiben
30 und 19 hindurchtretenden Gas in Beriihrung kommt. In dieser Ausführungsform der
Scheibe 30 wird der Fliissigkeitsnachschub vom Gas strom vollständig abgeschaltet,
unabhängig vom Druck des Gasstroms in der Leitung 13, wenn der Flüssigkeitsdruck
unter dem Druck liegt, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit zwischen den Scheiben
30 und 19 zwangsweise durchsickern zu lassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Scheibe 30 aus Fig. 3
eine nichtflexible Scheibe 30 mit einer oder mehreren Rillen oder Vertiefungen,
die durch Stanzen oder Ritzen der
oberen Oberfläche der Scheibe
30 gebildet sein können. Die Rillen erstrecken sich von der Umfangskante der Scheibe
90 zur zentralen Öffnung 33 und bilden so einen durchgehenden, vertieften Durchgang
bzw. Kanal. Die Einstellbarkeit des Abstandes der Platten 11 und 16 ermöglicht es,daß
die Scheibe 30 in einstellbarer Weise zusammengepreßt wird, wobei die Scheibe 30
mit Ausnahme der durchgehenden Rillen über die Scheibe 30 dicht an der Scheibe 19
anliegt. Die Tiefe der Rillen muß gerade genügend groß sein, um es der Flüssigkeit
zu ermöglichen, durch die Rillen hindurchzufließen. Die Rillen bilden eine Vielzahl
von dünnen Mündungsräumen, durch die die Flüssigkeit von der Kammer 27 hindurchtreten
und in Berührung mit dem durch die zentralen Scheibenöffnung 33 der Scheibe 30 strömenden
Gasstrom gelangen kann.
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Die flexible Scheibe 51 aus Fig. 4 besitzt eine diametral verlaufende
Sieke bzw. Rinne 34, die durch die zentrale Öffnung 35 hindurchgeht. Die Rinne 34
verhindert, daß die Scheibe 31 flach an der oberen Scheibe 19 aus Fig. 1 anliegt,
so daß sich ein kleiner Mündungsraum, ähnlich dem Mündungsraum 29 aus Fig. 2 für
den Durchtritt der Flüssigkeit von der Kammer 27 zur Berührung mit dem Gasstrom
ergibt. Die Ringscheibendichtung 18 verformt sich um die Rinne 34 herum, so daß
die Scheibe 31 vollständig dicht an der Dichtung 18 anliegt. Die Flexibilität der
Scheibe und die Einstellbarkeit des abstandes der Platten 11 und 16 ermöglicht es,
die Höhe bzw. Tiefe der Rinne 34 in einstellbarer Weise zusammenzudrücken, wie es
in Fig. 2 dargestellt ist, so daß die Höhe des dünnen, von der Rinne gebildeten
Mündungsraums 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger beträgt.
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Offensichtlich ist die Verformung der Flüssigkeit zu einer ultradünnen
Schicht zwischen zwei festen, einander berührenden, parallelen Elementen wie z.B.
den Scheiben 19 und 20 der Fig. 1 und 2 oder den Platten 30 und 31 der Fig. 3 und
4
und die Einführung der Flüssigkeit in Form eines ultradünnen
Films oder Strahls am Berührungspunkt mit einer kontinuierlichen, gleichförmigen,
expandierenden pneumatischen Kraft fiir die äußerst kleine Größe der sich ergebenden
Fliissigkei-tsteilchen verantwortlich, da die gesamte Flüssigkeit in kleine Teilchen
zerteilt wird und keine Anteile der Flüssigkeit in Teilchen größerer Größe zerteilt
werden, wie es auftreten kann, wenn die Flüssigkeit nicht umgrenzt bzw. nicht eingeschlossen
ist oder wenn der Gasstrom unterbrochen wird oder nicht geneigend stark ist. Da
die Flüssigkeit nahezu bis zu dem Punkt, an dem sie der pneumatischen Kraft unterworfen
wird, umgrenzt bzw. eingeschlossen ist, kann ein erfindungsgemäßer Nebelerzeuger
in jeder räumlichen Lage, auch wenn er auf den Kopf gestellt wird, verwendet werden,
ohne daß/zu einem Verschiitten oder Abtropfen der Fliissi.gkei-iJ oder zu einer
Unterbrechung der Sprühtätigkeit kommt. Daher sind solche Nebelerzeuger insbesondere
bei Vorrichtungen nätzlich, die in der IIand gehalten werden, um z.B. Farbe, flüssige
Schädlingsbekämpfungsmittel, flüssige Dijuger und andere Haterialien zu versprühen,
wobei völlige Freiheit hinsichtlich einer Änderung der Spriihricjltung erforderlich
ist.
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Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß, unabhängig von der Richtung
der 5flrühtcitigkeit vorzugsweise die Richtung des Gasstroms im wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit sein soll, wenn diese aus dem kleinen Mündungsraum
austritt. Das hat zur Folge, da!3 sich die Einschnürung des Gases bei den Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen eine Einschnärung Vorwendung findet, in einer zum Flüssigkeitsstrom
senkrechten Richtung ausbildet und den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren,
feinstmöglichen Nebel erzeugt.
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Die in den Fig. -1 und 2 dargestellten Nebelerzeuger können fiir sich
oder unter Verwendung der anderen hier anstelle der Scheiben 19 und %) beschriebeiien
Mischelemente, so eingestellt werden,
daß sie in einem weiten Viskosit'tsbereich
der fließfähirren, zu verteilenden Fli1ssigrkeii den bestmöglichen, ultrafeinen
Nebel erzeugen.
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Fig. 5 zeigt einen Nebelerzeuger 40, der vorzugsweise als Brennerelement;
wie z.B. als Ölbrenner oder dergl. Verwendung findet.
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Der Nebelerzeiiger 40 besitzt eine ,asiseinheit, die hinsicntlich
ihres Aufbaus und ihrer Wirkungsweise gleich der in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Einheit ist. Domgemß umfaßt die Basiseinheit eine kreisförmige Deckplatte 4-1, eine
kreisförmige Basisnlatte 42, eine komoressible, innere Ringscheibendihtung 43, eine
kompressible, äußere Ringdichtung 44 und ein Mischelement, das dünne, einander berührende
Nebelerzeuger-Scheiben 45 und 46 umfaßt, die zwischen der inneren Dichtung 43 und
der unteren Oberfläche der Deckplatte 4-1 so eingeschlossen sind, daß eine relative
Bewegung oder ein Verrutschen zwischen diesen Elementen verhindert wird. Die Scheiben
45 und 46 besitzen zentrale Öffnungen oder Löcher, die so miteinander ausgerichtet
sind, daß sich ein verengter, scharfkantiger, zentraler Gasdurchgang 47 ergibt.
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Die Platten der Grundeinheit werden mit Hilfe von vier Bolzen bzw.
Schrauben 48 und Muttern 49 zusammengehalten, die mit einem einstellbaren Druck
genügend stark angezogen sind, um die Dichtungen 4 und 44 zusammenzupressen und
die Nebelerzeuger-Scheiben 45 und 46 in einen innigen, diskontinuierlichen Oberflächenkontakt
zu Dressen. Die obere Oberfläche der unteren Scheibe 46 besitzt eine Reihe von beabstandeten,
flachen, radialen Vertiefungen wie z.B. Rillen oder Kerben, die sich von der Außenkante
zur zentralen Öffnung hin erstrecken und die ungefähr eine Tiefe von bis zu ungefähr
0,25 mm (0,010 inch) und vorzugsweise von ungefähr 0,025 mm (0,0010 inch) besitzen.
lilternativ hierzu können die Scheiben 45 und 46 die in den Fig. 3 oder 4 bzw. 7
bis 13 der Zeichnung dargestellte Form haben. Jedenfalls besitzen die aneinander
angepaßten Elemeute
oder Scheiben, die zwischen sich den Flüssigkeitsmündungsraum
bilden und die Vertiefungen, wie z.B. Rillen, Kerben, Einstanzungen, geätzte Bereiche,
nicht abgedeckte Bereiche usw. umfassen, oder der Bereich bzw. die Flciche zwischen
Abstandselementen wie z.B. Abstandshaltern usw.
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Berührungsflächen bzw. sind dazu geeignet, solche Berührungsflächen
zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Fliis -sigkeitsmiindungsraums zu besitzen,
wie z.B. OberflFichen, die normalerweise miteinander in Berührung stehen oder die
dazu geeignet sind, sich während des Betriebs so zu verbiegen, daß sie miteinander
in Berührung kommen, so daS einer oder mehrere Flüssigkeitsmündungsräume mit der
kleinstmöglichen Weite zwischen den Scheiben oder Platten erzeugt werden, um das
Hindurchtreten der Pliissigkeit in Form ultradünner Filme oder Strahlen zu ermöglichen.
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Die zusammengebaute untere Einheit ergibt eine abgedichtete, umfangsmäßige
Flüssigkeitskammer 50, die von dem Raum zwischen der inneren Oberfläche der Ringdichtung
44, den äußeren Kanten der Scheiben 45 und 46 und der inneren Dichtung 4' sowie
den inneren Oberflächen der Platten 41 und 42 umgrenzt wird. Die Platte 42 besitzt
ein Loch 5, das mit der Kammer 50 und mit einer Fliissigkeits-Zufiihrröhre 51 in
Verbindung steht, die dazu dient, die zu versrühende Pliissigkeit, wie z.B. Heizöl
der Kammer 50 unter dem jeweils gewünschten Druck zuzuführen.
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Die Basisplatte 42 besitzt auch ein zentrales Loch 53 und weist eine
an ihr befestigte Luft-Zuführleitung 54 auf, die dazu dient, Luft mit dem jeweils
gewünschten Druck durch das Loch 53, durch den Scheibendurchgang 47 und durch das
zentrale Loch 55 in der oberen Platte 41 zuzuführen, wobei letztere eine Abschrägung
56 besitzt.
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Wie bei dem Nebelerzeuger der Fig. 1 und 2 bewirkt die Zufiihrung
von
unter Druck stehender Luft durch die Leitung 54 und von unter Druck stehender Flüssigkeit
durch die tihre 51, daß die Luft d.urch den verengten Gasdurchgang 47 hindurchtritt,
während. die Flüssigkeit als dünner Film zwischen den Scheiben 45 und 46 in den
Luftstrom eintritt.
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Die Flüssigkeit; wird beim Eintreten in den Luftstrom im 03ereich
der Einschnürung (vena contracta) des Gases innerhalb des Lochs 55 der Deckplatte
41 in eine große Zahl von kleinen teilchen verteilt und anschließend in noch feinere
Teil chen zerbrochen, wenn die feinen Teilchen durch die Schall-St;owelle im Gasstrom
hindurchtreten.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 5 und 6 besitzt die Grundeinheit
eine darüberliegende Prallplatte 57, z.B.
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eine reflektierende Metallplatte, die ein zentrale Loch 58 in Ausrichtung
mit dem Loch 55 der Platte 41 besitzt und von der Platte 2M mit Hilfe von Ringscheiben
59 auf zustand gehalten wird, so daß ein Luft-Durchgangsraum 60 zwischen diesen
Platten gebildet wird, der mit der Atmosphäre in Verbindun steht. Die Platte 57
besitzt untere Löcher, die, wie Fig. 5 zeigt, mit den Schrauben 48 in Verbindung
stehen, und es werden Muttern 49 angebracht, um die Platte 57 an ihrem Platz zu
befestigen.
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Ein Verbrennungskonus bzw. Kamin 61 ist über der Prallelatte 57 in
Ausrichtung mit dem Loch 55 der Platte 41 angebracht, wobei die Platte 57 als Boden
der Verbrennungskammer dient.
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Schließlich kann gewünschtenfalls ein äußeres Kaminelement 6.° vorgesehen
werden, das so angebracht wird, daLß es sich von der Oberfläche der 'rallolat-te
57 in der dargestellten Weise bis zu einer Höhe erstreckt, die größer als die des
Konus 61 ist.
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Der Flüssigkeitsteilchen-Luftstrom tritt aus dem zentralen Gasdurchgang
47 aus und bildet; eine Einschnürung, die sich bis oberhalb der Scheibe 46 erstreckt.
Der Druck in der Einschniirung
ist wesentlich kleiner als der
i'ttmosphtirendrl1ck, wodurch ein teilweiser Unterdruck im Bereich des Loches 55
gebildet wird. Die Luft über der Platte 41 in der oachbarschaft des Loches 55 wird
angesaugt und wird zu einem Teil des Flüssigkeitsteilchens-Luftstroms im Bereich
seiner Einschnürung. Die beabstandete Anordnung der t'rallplatte 57 zur Deckplatte
41 ermöglicht es, daß äußere, atmosphärische Luft durch den zwischen ihnen befindlichen
Luftdurchgang GO gezogen wird und in den Fliissigkeitsteilchen-Luftstrom eintritt,
wenn dieser aus der mittleren Öffnung 55 in der Platte 41 austritt. Die Prallplatte
57 und der Luftdurchgang 60 ermöglichen es, daß äußere, atmospharische Luft den
teilweisen Unterdruck ausgleicht, der von dem Flüssigkeitsteilchen-Luftstrom erzeugt
wird, und verhindern so, daß Flüssigkeitsteilchen und Gas, die sich über der Prallplatte
57 befinden, in den Raum unterhalb der ?rallplatte 57 hineingezogen werden. Daher
brennt die versprühte Flüssigkeit, wie z.B. Öl, nach dem Anzünden im Verbrenrnrngskonus
61 gleichmaßig und kontinuierlich vollständig oberhalb der PrallDlatte 57. Die Tatsache,
daß die Prallplatte 57 die Deckplatte 41 gegen die Flamme abschirmt, und die Tatsache,
daß kühle atmosphärische Luft durch den Buftiurchgang 60 hindurchgezogen wird, verhindert,
daß die Deckplatte 41 und die Scheiben 45 und 46 heiß werden.
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Wird die versprühte Flüssigkeit, wie z.B. Öl angezündet, so brennt
ein Teil von ihr oberhalb des Verbrennungskegels 61 und ein anderer Teil innerhalb
des Verbrennungskegels 61, was zur Folge hat, daß der Verbrennungskegel 61 sehr
heiß wird.
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Die vom Verbrennungskegel 61 nach innen abgestrahlte IIitze bewirkt,
daß die feinen Teilchen des flüssigen IIeizöls, die aus dem zentralen Gasdurchgang
47 austreten, praktisch augenblicklich verdampfen. Der verdampfte Brennstoff vermischt
sich im Verbrennungskegel vollständig mit der Luft, die durch den zentralen Gasdurchgang
47 hindurchgeströmt ist, und mit der
Luft, d.ie durch den Luftdurchgang
60 in den Flü'-ssigkeitsteilchen-Luftstrom hineingezogen wurde. Der verdampfte Brennstoff
brennt mit einer gleichförmigen, durchsichtigen, nich-tleuchtenden, blauen Flamme.
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Wird, wie in Fig. 5 dargestellt, eine wcirmefeste Umhiillung, wie
z.B. ein Metallkamin 62 über dem Verbrennungskegel 61 angebracht, so wird ein großer
Teil der Hitze der Flamme auf den Kamin 62 abgestrahlt, was zur Folge hat, daß dieser
rotglühend heiß wird. Es ist nötig, einen kleinen Durchgang für atmosphärische Luft
wie z.B. eine Reihe von umfangsmäßig angeordneten Löchern 63 in der Nähe der Basis
des Kamins 62 vorzusehen, damit zusätzliche Luft in den Kamin 62 hineingezogen werden
und eine gleichmäßige, kontinuierliche, blaue Flamme in und über dem Verbrennungskegel
61 aufrechterhalten kann.
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Mit Hilfe eines Arbeitsmodells des in Fig. 5 dargestellten Nebelerzeugers
wurde Haushalts-Heizöl (Heizöl Nr. 2) mit einer Rate von ungefähr 0,47 l/h (1 sinkt
Dro Stunde) verbrannt und die Verbrennungsgase mit Hilfe eines BACSARACH-tyrite-C02-Analysators
analysiert. Das usDuff- bzw. Verbrennungsgas enthielt 14,5 ß C02 bei einem -BACHAR.tCH-Rauchwert
zwischen 1 und 2, was eine nahezu vollkommene Verbrennung anzeigte.
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Da ein großer Teil der für eine vollständige Verbrennung benötigten
Luft aus der Atmosphäre durch den Luftdurchgang 60 in den aus dem zentralen Gasdurchgang
47 austretenden Flüssigkeitsteilchen-Gasstrom hineingezogen wird, wird nur eine
relativ kleine Menge von Druckluft benötigt, um die Luftleitung 54 mit einer Luftmenge
zu versorgen, die fiir einen 13etrieb des in Fig. 5 dargestellten Nebelerzeugers
als wirksamer Brennstoffbrenner ausreicht.
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Der Aufbau des Nebelerzeugers bzw. d.er Brenneranordnung der Fig.
5 und 6 macht es möglich, die Vorrichtung als einen relativ kleinen, automatischen,
d.h. elektrisch gesteuerten Ölbrenner zu verwenden, der in der Lage ist, Heizöl
in äußerst wirksamer Weise mit einer Rate von nur ungefähr (),5 1 (1 pint) pro Stunde
zu verbrennen. Das steht im Gegensatz zu den zur Zeit verfügbaren automatischen
Ölbrennern, die ein Minimum von ungefähr 7 1 (6 pint) heizöl pro stunde verbrennen.
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Ein wichtiger Vorteil der Brennervorrichtung der Fig. 5 und 6 besteh-t
darin, daß es möglich ist, das Verhfiltnis der i4enge des flüssigen Brennstoffs
zur Menge der Luft (einschließlich der von der Atmosphäre angesaugten Luft) in der.l
in die Verbrennungskammer über Prallplatte 57 einstömenden Flüssigbrennstoff-Tröpfchen-Luftstrom
zu steuern, wodurch es möglich wird, dieses Verhiiltnis so einzustellen, daß eine
vollständige Verbrennung eintritt. Haushalts-Heizöl (Heizöl Nr. 2) erfordert, daß
der Flamme filL eine vollständige Verbrennung von beispielsweise 4 l (4 gallone)
Heizöl etwa 50 kg (107 lbs.) Luft;, d.h. ungefähr 39 m) (1400 f-t3) bei Atmosphärendruck
zugeführt werden. Die Verbrennung is-t unvollständig, wenn der Flamme nicht genügend
Luft zugeführt wird. Wird der Flamme überschüssige Luft zugeführt, dann verringert
sich die Flammentemperatur, da der Flamme Wärme entzogen wird, um die iiberschiissige
Luft aufzuheizen. Die Rate bzw. die Geschwindigkeit, mit der atmosphärische Luft
durch den Luftdurchgang GO in den Brennstofftröpfchen-Luftstrom hineingezogen wird,
ist direkt proportional zur Geschwindigkeit, mit der der Flüssigbrennstofftröpfchen-Luftstrom
aus zentralen Gasdurchgang 47 herausströmt. Aus diesem Grund wird durch das regulieren
der Geschwindigkeit, mit der flüssige Brennstoff durch die Leitung 51 in die Brennervorrichtung
eintritt, und durch das Regulieren der Geschwindigkeit, mit der die Luft in die
Brennervorrichtung durch die Leitung 54 eintritt, sowohl die Geschwindigkeit geregelt,
mit der der Flüssigbrennstoffteilchen-Luftstrom (einschließlich der aus der Atmosphäre
angesaugten
Luft) in die Verbrennungskammer iiber der Prallplatte
57 eintritt, als auch das Verhältnis der Flüssigbrennstoff-Menge zur Luftmenge (einschließlich
der von der Atmosphäre angesaugten Luft;) in dem in die Brennkammer eintretenden
Flüssigbrennstoffteilchen-Luftstrom.
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Ein wei-t;erer wichtiger Vorteil d.er Brennvorrichtung der Fig. 5
und ; ergibt sich aus der Tatsache, daß nur eine relativ kleine Luftpumpe erforderlich
ist, um der Brennervorrichtung fiir den betrieb des iiebelerzeugers genügend Druckluft
zuzuführen und um zu bewirken, daß genügend zusätzliche Luft angesaugt und mit;
dem FlEi ss igbrenns tof f -teilchen-Luftstrom für eine vollständige Verbrennung
vermischt wird. Das hat seinen Grund darin, daß eine tTiederdruckzone bzw. ein partieller
Unterdruck in dem Flüssigbrenns toffteilcherl-Luf-tstrom erzeugt wird, wenn dieser
aus der ifebelerzeuger-iliindungsraum austritt, was seinerseits auf der Erzeugung
einer Einschnürung beruht, so daß atmosphärische Luft in den Flüssigbrennstoffteilchen-Luftstrom
eingesaugt wird, wenn dieser aus dem Nebelerzeuger austritt.
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Zum Betrieb der bisher bekannten Ölbrenner vom pneumatischen Zerstäuber-Typ
ist eine relativ große Luftpumpe erforderlich, da die gesamte oder nahezu die gesamte
für die Verbrennung erforderliche Luft durch den Zerstäuber bzw. die Düse bzw.
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um diese herumgepreßt wird.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil der Brennervorrichtung der Fig. 5 und
6 ergibt sich aus der Tatsache, daß die Nebelerzeugermündung l einen Abstand von
der Flamme hat, von dieser mittels der Prallplatte 57 abgeschirmt ist und von der
durch den Luftdurchgang 60 gezogenen atmosphärischen Luft gekühlt wird, was zur
Folge hat, daß sie relativ kühl bleibt. Viele der bekannten Ölbrennerdüsen werden
der Hitze ausgesetzt, woraus sich Probleme ergeben, weil das beim bschalten des
Brenners in der Diise verbleibende Heizöl bzw.
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Brenneröl verdunstet und schädliche Rückstände zurückläßt.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil der Brennervorrichtung der Fig. 5 und
6 ergibt sich aus der Tatsache, daß die Verbrennung des Heizöls teilweise innerhalb
der Grenzen des Verbrennungskegels 61 vonstatten geht, was zur Folge hat, daß der
Kegel heiß wird. Die Einführung des Heizöl-Luftstroms in das Innere des erhitzten
Kegels bewirkt, daß die winzigen Heizölteilchen nahezu augenblicklich verdunsten
und sich vollständig mit der Luft innerhalb des Kegels vermischen.
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Wie man dem oben Gesagten entimmt, umfaßt das gemäß der Erfindung
zur Verwendung kommende Mischelement zwei miteinander zusammenarbeitende Elemente,
die ausgerichtete Durchgangslöcher und aneinander angepaßte Oberflächen aufweisen,
die miteinander in Berührung stehen oder geeignet sind, sich so zu verbiegen, daß
sie in Berührung kommen, wobei ein Teil des Oberflächenbereiches des einen oder
der beiden einander berührenden Elemente bzw. der sich während des Gebrauchs aufeinander
zu biegenden Elemente mit dünnen Abstandsvorrichtungen wie z.B. bstandshaltern oder
flachen Vertiefungen oder Furchen versehen ist, um zwischen diesen Elementen einen
oder mehrere dünne Fliissigkeits-Miindungsräume zu erzeugen, die mit einer Flüssigkeits-Zuführungskammer
und mit den miteinander ausgerichteten querverlaufenden Löchern in Verbindung stehen,
wobei die Elemente einander in tragender Weise in dem Bereich zwischen den Eingängen
der I4ündungsraume und den querverlaufenden Löchern entweder normalerweise oder
unter der Einwirkung des Durchströmens der Flüssigkeit und/oder des Gases beihren.
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Die miteinander zusammenwirkenden Elemente sind vorzugsweise flache
Edelstahlplatten oder -scheiben, die eine Dicke zwischen ungefähr 0,13 mm (0,005
inch) und 1,3 mm (0,05 inch) besitzen. Doch können diese Elemente auch eine
gebogene
oder eine andere Form aufweisen, vorausgesetzt, daß sie einander entsprechende,
aneinander angea?aßte Oberflächen aufweisen, die einer einen Teil ihrer Oberflächenbereiche,
der zwischen den Eingangen und Ausgängen der FlZissigkeits-Stündungsrliume liegt,
einander in tragendem Eingriff berühren oder daß sie genügend flexibel sind, so
dazu sie sich während des Gebrauchs bis zu einer solchen Berührung verbiegen können.
uch können diese Elemente aus Glas, Kunststoff oder anderen Ieaktionstrager , flüssigkeitsundurchliissigen
Materialien bestehen.
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Die miteinander zusammenwirkenden Elemente können eine gleiche oder
unterschiedliche Dicke aufweisen. Z.B. kann das obere Element aus der ?latte 16
der Fig. 1 oder 2 beste hen und die Scheibe 19 kann weggelassen werden, vorausgesetzt
daX die untere Flache der Platte 16 zur oberen Oberfläche der Scheibe 20 naßt und
daß das Loch 23 mit dem Loch 26 in der Scheibe 20 ausgerichtet ist.
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Die durch die miteinander zusammenwirkenden Elemente hindurchgehenden
Löcher können denselben oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Z.B. kann das
Loch 25 in der oberen Scheibe 19 aus Fig. 1 oder 2 einen größeren oder kleineren
Durchmesser als das Loch 26 in der Scheibe 20 besitzen.
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Auch ist es nicht notwendig, daß sich die in der unteren Scheibe oder
Platte ausgebildeten Vertiefungen bis zu deren Rand erstrecken, solang sie nur mit
der Flüssigkeits-Versorgungskammer in Verbindung steht . Z.B. kann die untere Scheibe
mit einem quer hindurchgehenden Flüssigkeitsloch versehen sein, das von dem quer
hindurchgehenden Gasloch einen Abstand besitzt und mit der Fliiss igkeits-Zuführkammer
in Verbindung steht.
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Die Verwendung von flexiblen Mündungsvorrichtungen, wie z.B.
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der einander berührenden Elemente oder Scheiben, die aus flexiblem,
undurchlässigem Material wie z.B. dännem Stahl, aluminium, Kunststoff oder dergl.
hergestellt sind, stellt einen wesen-tlichen Bestandteil dci Erfindun,; dar, da
die Fühigkeit der Scheiben, sich zu einer im wesentlichen offenen oder geschlossenen
Stellung unter dem Druck des Flüssigkeitsstroms oder des Gasstroms zu verbiegen,
bewirkt, daß die Fltissirrkeit dem Gasstrom in Form eines dünnstmöglichen Films
zugeführt wird, was den feinsten und stabilsten Nebel ergibt.
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In den Fällen, in denen die Scheiben sich normalerweise in eier beabstandeten
Lage befinden, wobei sie in einem gleichförmigen, kleinen abstand z.B. mit Hilfe
eines dünnen, umfangsmüßig verlaufenden Rings oder dergl. auseinandergehalten werden,
bewirkt der Flu:3 des unter Druck stehenden Gases durch die Gasleitung, da 3 die
untere Scheibe wegen des beschrcjnk ten Durchmessers der Gasöffnung in der Mitte
der unteren Scheibe nach oben gegen die untere Oberflciche der oberen Scheibe gebogen
wird. Das verengt den Flüssigkeits-Mündungsraum in dem bereich in der Nähe des Gasmündungsraums
und kann in Abhangigkeit vom Gasdruck und von der Große der Flexibilität der Scheiben
dazu führen, daß der Gasmündungsraum vollständig verschlossen wird. Die Flüssigkeit
ist nicht in der Lage, durch den verengten oder geschlossenen Fliissigkeits-Mündungsraum
hindurchzutreten, wenn nicht der Druck der Fliissigkeit gesteigert wird, um sie
zwischen die Scheiben zu pressen, d.h. den Fliissigkeits-PIiindungsraum in die kleinste
offene Lage zu drücken, die es der Flilssigkeit erlaubt, zum zentralen Gasmiindungsraum
hindurchzugelangen und mit dem Treibgas in Berührung zu kommen. alternativ hierzu
kann der Flüssigkitsdruck niedrig gehalten und der Gasdruck verringert werden, so
daß der Druck der unteren flexiblen Scheibe gegen die obere flexible Scheibe verringert
wird und es den Scheiben ermöglicht; wird, sich voneinander zu trennen, wenn sie
versuchen, in ihre normale, flache Lage zurückzukehren. Wird d.er Druck graduell
verringert,
so erreicht die Größe des Mündungsraums in der Nähe
des Gasmündungsraums einen Abstand, der eine Weite von weniger als 0,25 mm (0,010
inch) und möglicherweise eine Weite kleiner als 0,025 mm (o,0o'i inch) besitzt,
wobei die Flüssigkeit dann anfängt, durch den Hündungsraum hindurchzutre--ten, um
mit dem Treibgas in Berührung zu kommen.
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In den Fällen, in denen sich die Scheiben normalerweise in der Beriihrungsstellung
bzw. in der geschlossenen Stellung befinden, muß die Flüssigkeit oder das Gas unter
einem genügend hohen Druck zugeführt werden, damit sich die Scheiben aus ihrer Berührung
herausbiegen und den kleinstmöglichen LPltissigkeits-Mündungsraum ergeben, der es
der Flüssigkeit ermöglicht, zum Gasmiindungsraum zu gelangen. Der Flüssigkeitsdruck
kann dazu verwendet werden, die Flüssigkeit zwischen die einander beriihrenden Scheiben
zu nressen, während in den Fällen, in denen die Gasmändungsraum-Öffnung der oberen
Scheibe einen kleineren Durchmesser aufweist als die Gasmiin('ungsraum-Öffnung der
unteren scheibe und d.aher dem d.urch den Gasmjindungsraum strömenden Gas einen
größeren Widerstand entgegensetzt, der Gasdruck dazu verwendet werden kann, die
obere scheibe von der unteren Scheibe wegzustoßen.
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Im Fall von flexiblen Scheiben, die lediglich unter der Wirkung des
angelegten Flüssigkeitsdrucks und/oder Gasdrucks einen dünnen FlTissigkeits-blündungsraum
ergeben, können diese Scheiben frei von Abstandsvorrichtungen wie z.B. lbstandshaltern
oder Rillen sein oder können mit Teil-Abstandsvorrichtungen versehen sein, die sich
am Eingang des Fliissigkeits-Mindungsraums befinden, sich aber nicht über die gesamte
Oberfläche der Scheibe bis zum Ausgang des Flüssigkeits-Mündungsraums oder bis zum
Gasmündungsraum hin erstrecken. uf diese Weise sind die aufeinander zuweisenden
Oberflächen der Scheiben in der Reihe des Gasmündungsraums der flexiblen Scheiben
in der Lage, miteinander in neriihrung zu kommen und den Flüssigkeits-Mündungsraum
vollständig
zu schließen, bis eine Einstellung des Flüssigkeitsdrucks
und/oder des Gasdrucks vorgenommen wird.
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Auf diese Weise kann fiir einander beriihrende oder gering voneinander
beabstandete Scheiben mit beliebig hohem jeweiliges Grad der Flexibilität der Flüssigkeitsdruck
und/oder der Gasdruck so eingestellt werden, daß sich eine oder beide Scheiben so
weit verbiegen, bis die Größe des Mündungsraums den kleinstmöglichen Abstand aufeist,
der es der Flüssigkeit erlaubt, hindurchzutreten. Das ist wichtig, da unter dieser
Bedingung die größtmögliche Grenzschicht-Turbulenz auftritt und der dünnestmögliche
Flüssigkeitsfilm gebildet wird, was unabhängig von der Viskosität der zu verteilenden,
fließfähigen Flüssigkeit zur Erzeugung des feinstmöglichen Knebels führt. Eine Flüssigkeit
mit niHbrerViskosität wie z.B. Wasser kann als ultrafeiner Nebel durch Nündungsöffnungen
mit einer Weite von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger verteilt werden, während Flüssigkeiten
mit höherer Viskosität wie z.B. Schweröle engere Mündungsräume mit einer Weite oder
einem Durchmesser von 0,076 mm (0,003 inch) oder weniger erfordern.
-
Vorzugsweise umfaßt das Mischelement ein Einheitselement bzw.
-
ein einstückiges Element, das leicht entfernbar und ersetzbar ist
und das aus der oberen und unteren Platte bzw. Scheibe besteht, die aneinander befestigt
sind, um eine Relativbewegung oder ein Verrutschen zwischen ihnen zu verhindern,
wie das in der Ausführungsform der Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Auf diese Weise
kann das Mischelement, wenn es abgenutzt oder verschmutzt ist, herausgenommen und
durch ein neues ersetzt werden. Die Befestigung der Elemente oder andere Vorkehrungen
zur Verhinderung einer Relativbewegung oder eines Verrutschens, wieyz.B. in den
Fig. 9 und 10 dargestellt sind, sind dann am wichtigsten, wenn die quer hindurchgehenden
Gaslöcher in den Scheiben oder Platten nicht in der Mitte liegen oder wenn mehrere
Gaslöcher vorhanden sind, wobei die Ausrichtung verlorengehen kann, wenn sich die
Scheiben oder Platten relativ zueinander bewegen.
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Die Fig. 7 bis 1j stellen andere Formen der Hischelemente dar, die
gemäß der Erfindung Verwendung finden können.
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So zeigen die Fig. 7 und 8 ein einstückiges Mischelement 70, das aus
einer dünnen Edelstahlplatte besteht, die in einer IWittelstellung umgefaltet wird,
nachdem einer ihre Endteile gepreßt, beschichtet bzw. vergütet oder mit ibstan('sstücken
versehen wurde, um flache, erhabene Flächen 71 mit glatter Oberflache zu schaffen,
zwischen denen beabstandete Vertiefungen 72 freigelassen sind. Wird die Platte wie
in Fig. 3 gezeigt umgefaltet, so bildet die untere Oberflache der Deckplatte 73
einen engen dichtenden Kontakt mit den erhabenen Oberflächen 71 der unteren Platte
74, wodurch die einzigen Durchgänge zwischen diesen Platten die flachen Vertiefungen
72 sind. In dem umgefalteten Zustand ist die zentrale Öffnung 75 in der Platte 70
mit der zentralen Offnung 76 in der Platte 74 ausgerichtet, so daß sich ein Gasdurchgang
ergibt, der mit den vertieften Bereichen der unteren Platte 74 so in Verbindung
steht, da er einen dünnen Flüssigkeitsfilm für die ifebelerzeugung aufnehmen kann.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Mischelement, das entsprechend eingekerbte
Scheiben umfaßt, die eine Vielzahl von Gasdurchgängen aufweisen. So umfaßt die obere
Scheibe 80 vier Gasöffnungen 81 und zwei einander gegenüberliegende Umfangskerben
82, die in ihrer Lage und Größe vier Gasöffnungen 83 bzw. zwei Umfangskerben 84
auf der unteren Platte 85 entsprechen. Die Gasöffnungen 31 und 83 und die Kerben
82 und 84 sind miteinander ausgerichtet, wenn die Scheiben 80 und 85 in der in Fig.
10 gezeigten Weise zusammengebaut werden.
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Die Nebelerzeugungsvorrichtung, wie z.B. die innere Dichtungsringscheibe
18 der Fig. 1 ist mit Vorrichtungen versehen, die sich in die miteinander ausgerichteten
Kerben 82 und 84 erstrecken, um ein relatives Verrutschen oder eine
relative
Drehung der Scheiben 80 und 85 zu verhindern,oder es kann dieses Ergebnis durch
die Ringscheibe iß selbst aufgrund ihrer Kompressibilitüt in den Bereichen in der
Nähe der Kerben erzielt werden.
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Wie gezeigt, ist die untere Platte 85 mit einer Reihe von voneinander
beabstandeten Vertiefungen t46 versehen, die aus feinen Rillen bestehen, die sich
vom Rand der Scheibe 85 aus erstrecken und mit; den Gasöffnungen 8 5 so in Verbindung
stehen, dann sie Fliissigkeit von der Flüssigkeits-Zuführkammer zum Gasstrom befördern.
Die ITebelerzeugungsvorrichtung muß so aufgebau-t sein, daß keine der Gasöffnungen
von der Dichtung 18 und der zentralen Öffnung 23 der Deckplatte 16 behindert wird.
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Die Fig. 1-1 und 12 zeigen ein anderes Mischelement, das eine glatte,
obere Scheibe 90 mit einer zentralen Gasöffnung 91 und eine untere Scheibe 92 umfaßt,
die eine zentrale Öffnung 9j und voneinander beabstandete Vertiefungen aufweist,
die aus diame-tralen Sieken bzw. Rinnen oder Einpressungen 94 bestehen, die durch
die zentrale Öffnung 93 hindurchgehen. Die Sieken 94 verhindern, daß die Scheibe
92 flach an der oberen Scheibe 90 in den vertieften Bereichen anliegt, so dal3 dünne,
flache Nündungsräume 95 für den Durchgang von Flüssigkeit von der Flüssigkeits-Versorgungskammer
zur Berührung mit dem Gasstrom geschaffen werden. Die Ringscheibendichtung 18 aus
Fig. l und 2 verformt sich um die Rillen 94 herum so, da8 die Scheibe 92 an der
Dichtung 18 vollkommen dicht anliegt, während die obere Oberfläche der Scheibe 9?
in der Nähe der Rillen 94 die untere Oberfläche der oberen Scheibe 90 beriihrt und
mit dieser in abdichtenden Eingriff tritt.
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Fig. 1 j zeigt noch ein weiteres Mischelement, das eine glatte obere
Scheibe 100 mit einer zentralen Gasöffnung 101 und eine untere Scheibe 102 umfaßt,
die eine zentrale Öffnung 10'9 und eine obere Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl
von miteinander
verbundenen vertieften Flächen 104 gleichförmiger
Tiefe besitzt, die von einer Vielzahl von Spitzen oder Plateaus 105 gleichförmiger
Höhe umgeben sind, d.ie der ursprünglichen Dicke der Scheibe 102 entsprechen. Eine
solche Scheibenoberfläche kann durch Sandstrahlen oder auf andere Weise durch chemisches
oder mechanisches Ätzen dc- Oberfläche in gleichförmiger und gesteuerter Weise erzielt
werden, wobei die ursprüngliche Dicke der Scheibe im wesentlichen in den beabstandeten
Flächen oder plateaus 105 erhalten bleibt, die von Tälern oder vertieften Flachen
104 umgeben sind, welche miteinander in Verbindung stehen und sich vom Rand der
Scheibe in d.er dargestellten Weise bis zur zentralen Öffnung 10-, hin erstrecken.
Gleichförmig angerauhte Oberflächen dieser Art neigen wegen der sehr großen Zahl
von Flüssigkeits-Mündungsräumen, die für die Flüssigkeit alternative Wege oder Durchgänge
ermöglichen, sehr wenig zum Verstopfen.
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Geeignete Oberflächen dieser Art können auch dadurch hergestellt werden,
da3> man die scheibe gegen eine Matrize bzw. gegen einen Stempel preßt, der eine
invers entsprechende rauhe Oberfläche besitzt, oder daß man im Fall von Plastickscheiben
die Scheiben gegen eine Gieß- oder Formoberflache gießt oder Formt, die eine invers
entsprechende rauhe Oberfläche aufweist.
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Eine alternative Möglichkeit zur ausbildung der voneinander beabstandeten
Vertiefungen bei den vorliegenden Scheiben oder Platten besteht darin, eine diskontinuierliche
Schicht eines geeigneten Materials mit einer Dicke von 0,25 rnm (0,010 inch) ode
weniger auf die Oberfläche d.er Scheiben oder Platten aufzutragen, statt Oberflächenmaterial
von den Scheiben oder Platten zu entfernen. Hinsichtlich des Aussehens und der Funktion
entspricht das Endergebnis z.ß.
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der Scheibe ':'0 der Fig. 1 und 2, wobei die erhabenen Flächen
bzw.
.Rbstandsstückes die die flaclieu, vertieften Bereiche 28 umgeben, durch das .tufbringen
eines gleichförmig dünnen, diskontinuierlichen tiberzugs aus reaktionsträgem Material
wie z.B. eines Kunstharzes oder Metalls auf die glatte Oberfläche der Scheibe gebildet
werden. Dies kann unter Vervjendung von licht empfindlichen fIarzverb indung en
durchgeführt werden, die durch ein Negativ hindurch belichtet und dann von den unbelichteten
Stellen entfernt werden, die den vertieften Flächen 28 entsprechen, oder durch eine
Vakuumabscheidung einer metallischen Schicht, wobei eine Schablone verwendet wird,
um eine abscheidung in den beabstandeten Flächenbereichen zu verhindern, die den
vertieften Flachen bereichen 23 entsprechen. Die diskontinuierliche Beschichtung
kann auch mit Hilfe von SDrenkel-Beschichtungsteclmiken aufgebracht werden, wobei
Flecken geeigneter Zusammensetzung auf d.ie Oberfläche der Platte oder Scheibe so
aufgesprüht werden, daß sie eine Vielzahl von beabstandeten Spitzen bzw. Gipfeln
gleichförmiger Höhe, die in etwa 0,25 mm (O,o1o inch) oder weniger beträgt, über
die gesamte Oberfläche der Platte oder Scheibe hinweg bilden. Ein ähnliches Ergebnis
kann dadurch erzielt werden, daX man gleich große Teilchen eines wärmeschmelzbaren
Pulvers auf die Scheibenoberfläche aufträgt, z.B. durch elektrostatische Verfahren,
und dann durch Hitze die Teilchen auf die Scheibenoberfläche aufschmilzt, um voneinander
beabstandete Spitzen zu bilden, die eine Höhe von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger
besitzen.
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Auch können Scheiben oder Platten, die mit einer gleichförmig rauhen
Oberfläche gegossen oder auf andere Weise gebildet sind und erhabene Flächen und
Vertiefungen der erford.erlichen Tiefe aufweisen, verwendet werden. Weitere geeignete
Verfahren ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres aus der obigen Beschreibung
und die Scheiben der Fig. 7 bis 13 können jeweils aneinander befestigt werden, um
ein einstückiges Element zu bilden.
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Fig. 14 zeigt einen Vergaser-Nebelerzeuger gemäß 3 einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, der ein Benzin-Zuführelement 110 umfaßt, das in abdichí
endem Eingriff mit einer Luftströmungskammer 111 steht. Die Kammer 111 besteht aus
einem Rohr 112 wie z.B. einer Hauptverteilungsleitung eines Kraftfahrzeugmotors,
mit einem verengten Abschnitt 115. Das Benzin-Zuführelement 110 ist innerhalb des
Rohrs 112 so montiert, daß es an dem verengten Abschnitt 1-1 j innerhalb des Rohrs
Benzin abgibt;.
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Das Zufiihrelement 110 umfaßt eine Flüss igkeits -Zuführleitung 114,
die durch die Wand des Rohrs 112 zu einer Benzinquelle außerhalb des Ilohrs 112
hindurchgeht, ein verengtes Strömungselement 115, das gewindenmäßig in die Leitung
114 eingreift, und ein konisches Kappenelement 1-'6, das gewindemäßig in das verengte
Strömungselement 115 so eingreift, daß das Kappenelement 116 nach unten gegen die
obere Oberfläche des verengten Strömungselements 115 gehalten wird.
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Die Unterseite des konischen Kappenelementes 116 ist mit einer Dichtung
117 versehen, an der eine dünne, starre oder biegsame Scheibe 11% befestigt ist,
während die obere Oberfläche des verengten Strömungselements 115 eine äußere Ringdichtung
1-19 aufweist, an der eine dünne, starre oder biegsame Ringscheibe 120 befestigt
ist, die eine Reihe von Vertiefungen besitzt, die denen entsprechen, die auf irgendeiner
der Scheiben der Fig. 7 bis 1-j vorhanden sind und die Flüssigkeitsmündungsräume
zwischen den Scheiben 118 und 120 erzeugen, die eine feste, stabile Tiefe von 0,25
mm (0,010 inch) oder weniger besitzen.
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Im Betrieb ist die Kappe 116 in das Strömungselement 115 so eingeschraubt,
daß es die Dichtungen 117 und 119 komprimiert und die Oberflichen der Scheiben 118
und 120 in einen innigen Oberflächenkontakt zusammenpreßt. Wird der Motor fiir den
Start
angekurbelt, so wird in der Kammer 111 ein Unterdruck erzeugt, der Benzin durch
die Leitung 114 und Luft nach unten durch das Rohr 1-12 zieht. Das Benzin wird durch
den Durchgang 121 in dem verengten Strömungselement 115 in die kreisförmige Kammer
122 und durch engen Flüssigkeiten-Mündungsräume, die von den Vertiefungen 125 (in
Fig. 15 dargestellt) zwischen den Scheiben 118 und 120 gebildet werden, in den Luftstrom
herausgesaugt.
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Das austretende Benzin bildet; in dem kreisförmigen i'aum zwischen
dem verengten beschnitt 1 13 des Rohrs 112 und den Ausgängen der Flüssigkeits-Mündungsräume
123 eine Vielzahl von dünnen Filmen und dehnt; sich bei der Berührung mit dem Gasstrom
als ultrafeiner Benzinebel au, da die Luft eine Sinschnürung (vena conracta) bildet
und sich dann unterhalb des verengten Rohrabschnittes 113 in die weitere Kammer
des Rohrs 1-12 ausdehnt.
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Die Ringscheibe 120, die deutlicher in Fig. 15 dargestellt ist, besteht
vorzugsweise aus flexiblem Edelstahl iuid besitzt eine glatte, flache Berührungsoberfläche
124 und eine sich nach unten verjüngende Zentrierlippe 125. Die Oberflache 124 ist
mit einer Vielzahl von äquidistanten radial verlaufenden Rillen oder Vertiefungen
123 versehen, die die Flüssigkeitsdurchgänge oder Mündungsräume bilden und eine
Tiefe von 0,25 mm (0,010 inch) oder weniger und vorzugsweise eine Tiefe von 0,076
mm (0,003 inch) oder weniger besitzen. Die Oberfläche 124 steht in innigem Kontakt
mit der unteren Oberfläche der oberen Scheibe 118 aus Fig. 14, die ebenfalls vorzugsweise
aus glattem, flexiblem Edelstahl geformt ist. Der Rand der Scheibe 118 steht über
den Umfangsrand der Scheibe 120 hinaus vor und bewirkt, dai3 das aus den Vertiefungen
12) austretende Benzin zii einem feinen, dünnen Film auf der vorstehenden unteren
Oberfläche der Scheibe 118 unter dem Einfluß des teilweisen Unterdrucks
(strömende
Luft) innerhalb der Einschnürung des Luftstroms in der engen Lücke zwischen der
äußeren Kante der Scheibe 118 und dem eingeengten Abschnitt 113 des Rohrs 112 auseinanderzogen
wird. Vorzugsweise ist die Weite der engen Lücke bzw. des engen Spalts entweder
durch eine Bewegung des Rohrs 112, dessen rbschni-tt 1-1j oder des Zuführungselements
1-10 einstellbar, so daß die Geschwindigkeit der an den Flüssigkeits-Mündungsräumen
vorbeiströmenden Luft unabhängig von der Menge der an den Flüssigkeits-Mündungsräumen
vorbeiströmenden Luft verändert werden kann. In dem Fall, daß die vertieE-ten solchen
12-j verschmutzt sind, kann die Kappe 116 abgeschraubt und die Berührungsoberflächen
der Scheiben 118 und 120 gereini,-,t werden. Falls nötig können die eine oder die
andere oder beide Scheiben 118 und 120 auf einfache Weise ersetzt werden, wenn Sie
beschädigt oder abgenutzt sind.
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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich fiir den Fachmann, daß an
den verschiedenen abgebildeten Vorrichtungen Veränderungen vorgenommen werden können
und da3 die fTebelerzeuger-Mischele-Weite einer Anordnung mit denen einer anderen
der abgebildeten --nordnungen ausgetauscht werden können, wodurch un-ter Umständen
geringfügige Änderungen nötig werden können. So umschließt die Erfindung auch die
Verwendung von Nebelerzeuger-Scheiben oder -?latt;en, die eine diskontinuierliche
Berührung miteinander über einen wesentlichen Teil ihrer Oberflächenbereiche hinweg
aufweisen oder die in der Lage sind, sich in Richtung einer solchen Berührung oder
aus einer solchen Berührung heraus zu verbiegen, so daß zumindest ein dünner Flüssigkeits-Mündungsraum
zwischen ihnen erzeugt wird. Die Scheiben oder Platten können dieselbe oder unterschiedliche
Dicken aufweisen und entweder mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeits- oder
Gas-Versorgung oder einer durch Vakuum angesaugten Flüssigkeits- oder Gas-Zufuhr
arbeiten.
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In allen Fällen ergeben die erfindungsgemLißen Vorrichtungen zumindest
einen und vorzugsweise eine Vielzahl von .iußerst flachen, engen Mündungsräumen
zwischen einander berührenden Scheiben oder Platten, wobei jeder Mündungsraum eine
Tiefe von 0,25 mm (0,01 inch) oder weniger und vorzugsweise eine Tiefe von 0,076
mm (0,003 inch) aufweist, um den Fliissigkeitsstrom zu einem Gasstrom einzuschränken,
so daß die Pliissigkeit in dem Gasstrom an einer Stelle, an der das Gas, wenn es
strömt, eine erhebliche Geschwindigkeit aufweist, einen dünnen Film oder Strahl
bildet. Gemäß einer .tusfahrungsform ermöglicht es die Berührung zwischen d.en Platten
oder Scheiben über den Teil ihrer Oberflchenbereiche zwischen den zum gingen der
Flüssigkeits-Nündungsr.iume und deren Ausgängen, das die Platten oder Scheiben iiber
ihre gesamten Oberflächenbereiche einander so abstiitzen, da-3 sie si.ch in den
Bereichen der engen Vertiefungen nicht gegeneinander verbiegen und in diesen vertieften
Bereichen den Abstand nicht verringern, wodurch stabile Flüssigkeits-Mündungsräume
erzeugt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die 2latten oder Scheiben
flexibel und so montiert, daß sie entweder einander berühren oder nur einen geringen
abstand voneinander haben. Im ersteren Fall bewirkt der Druck der Sliissigkeit und/oder
des Gases, daß sich die Platten oder Scheiben teilweise auseinanderbiegen, bis sie
zwischen sich den kleinstmöglichen lPlüssigkeits-Mündungsraum freigeben, der es
der Fliissigkeit ermöglicht, zwischen ihnen hindurchzutreten.
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Im zweiten Fall sind die flexiblen Platten oder Scheiben so ausgelegt,
daß sie sich aufgrund des Drucks der Fliissigkeit und/oder des Gases aufeinan('erzu
biegen, so daß sie den Fliissigkeits-Mündungsraum verschließen oder abdichten, wobei
die Drücke dann graduell bzw. teilweise so verringert werden können, daß sich die
flexiblen Platten oder Scheiben teilweise voneinander wegbiegen können und so den
kleinstmöglichen Flüssigkeits-Mündungsräum freigeben, d.er es der Fliissigkeit ermöglicht,
zwischen ihnen hindurchzutreten.
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Es sei darauf hin;ewiesen, daß die speziellen Strukturen der ITebelerzeuger-Vorrichtungens
wie sie in den Figuren dargestellt sind, nicht kritisch sind mit Ausnahme der Änpassung
d.er erfindungsgemäßen Mischelemente, und daß der Rlchmann hinsichtlich der Größe,
der Form, des aussehens oder anderer betrachteter Faktoren ohne weiteres Vereinfachungen
oder Abwandlungen der Vorrichtungen für einen speziellen lnwendungszweck vornehmen
kann.
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Die Erfindung schafft also einen pneumatischen Nebelerzeuger und ein
Verfahren zur gleichförmigen Einführung variabler, kleiner Mengen einer fließfähigen
Flüssigkeit in einem Gas strom zur Bildung ein er stabilen Dispersion in Form eines
natürlichen Nebels, der im wesentlichen aus mikroskonischen Flüssigkeitsteilchen
der verteilten Flüssigkeit in diesem Gas besteht. Der Nebelerzeuger umfaßt ein Mischelement
zum Einführen der Flüssigkeit in gleichförmig geringen Mengen in den Gasstrom. Das
Mischelement, das vorzugsweise ein austauschbares einstückiges Element ist, umfaßt
zwei einander überlagerte Elemente, die zwischen sich zumindest einen flachen Flüssigkeits-Mündungsraum
freilassen, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des einen Elementes in dem Bereich
zwischen dem Eingang und dem Ausgang des FlüssiE eits-ttIündungsraums w(ihrend des
Betriebs in einem form entsprechenden Oberflächenkontakt mit einem Oberflächenteil
des anderen Elementes steht oder in der Lage ist, sich in diesem Bereich unter der
Wirkung der Kraft der Flüssigkeit und/oder des Gases während des Betriebs in einen
solchen formentsprechenden Oberflächenkontakt hinein Oder aus einem solchen Oberflächenkontakt
heraus zu verbiegen. Der Flüssigkeits-Mündungsraum steht mit seinem Eingang in Verbindung
mit einer Flüssigkeits-Zufiihrungskammer und steht mit seinem Ausgang in Verbindung
mit einem Gasdurchgang, um dem durch diesen Gasdurchgang strömenden Gasstrom gleichförmige,
vorgegebene Fliissigkeitsmengen
dosiert zuzuführen. Der flache
Flüssigkeitsündungsraum wird zwischen den beiden einander überlagerten Elementen
dadurch erzeugt, daß die Oberfläche von einem oder beiden Elementen mit zumindest
einer engen, flachen Vertiefung versehen wird, die z.B. durch litzen, irisen, tzen,
Pressen bzw. Stanzen, durch diskontinuierliche Beschichtung usw. oder durch die
Verwendung eines flexiblen Elemen-tes erzeugt, so daß zumindest ein flacher Flüssigkeits-Mündungsraum
geschaffen wird, der eine Tiefe von ungefähr 0,2?? mm (0,010 inch) oder weniger
aufweist, und der während des Betriebs dazu dient, gleichförmige, kleine Flüssigkeitsmengen
aus einer Flüssigkeitsquelle in den Gasdurchgang einzuführen, so da; eine Durchmischung
mit dem aus einer Gas quelle strömenden Gas stattfindet.
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-Patentansprüche-