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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Erzeugung von Nebel unter
Verwendung wenigstens eines Luftstroms, der mit einem Tank in Verbindung
steht, wobei der Luftstrom homogene Tröpfchen eines Fluids bildet,
die in dem Luftstrom weiter zu wenigstens einem und durch wenigstens
einen Auslass strömen,
um einen Nebel zu bilden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung für die Erzeugung von Nebel,
die einen Tank aufweist, der eine Flüssigkeit enthält, wobei
in dem Tank wenigstens eine Öffnung
für die
Erzeugung von Tröpfchen
enthalten ist, wobei die Öffnung
im Betrieb mit Mitteln zum Erzeugen eines ersten Luftstroms verbunden
ist, die wenigstens ein Rohr aufweisen, wobei das Rohr mit einer
Druckluftquelle verbunden ist, die einen ersten Druck aufweist,
wobei das Rohr in dem Tank angeordnet ist und wobei das Rohr weiterhin
eine Öffnung
aufweist, die in der Nähe
der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet
ist.
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Die
US 4,836,452 beschreibt
einen Kunstnebelgenerator entsprechend dem Oberbegriff zu Anspruch
1, bei dem Druckluft in die Rohre eingeleitet wird, die unmittelbar über dem
Flüssigkeitspegel
angeordnet sind, und Hochdruckstrahlen senkrecht in Richtung der
Flüssigkeitsoberfläche gesprüht werden
und Blasen erzeugt werden, wobei die Blasen aus der Flüssigkeit
herausfliegen. Die erzeugten Blasen treten durch Filtersiebe, an
denen übergroße Blasen
zu der Flüssigkeit
zurückgeführt werden
und Blasen normaler Größe zu einem
Auslass geleitet werden.
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Der
erzeugte Nebel enthält
kleine Ölblasen, wobei
die Ölblasen
eine Zeit lang stabil sind, jedoch könnten die Blasen im Laufe der
Zeit kollabieren, und es bilden sich Tröpfchen. Diese Tröpfchen könnten eine
solche Größe aufweisen,
dass die Schwerkraft die Tröpfchen
nach unten zieht. Die verwendete Flüssigkeit ist Öl, und es
können
nur Flüssigkeiten
mit einer ausreichend hohen Oberflächenspannung zur Bildung von
Blasen verwendet werden.
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Die
GB 2306887 beschreibt einen
Zerstreuungs-Dunstgenerator, der eine Dunstlösung und eine Mischdüse enthält, welche
die Lösung
auf eine Prallfläche
treibt, wobei die Teilchen der Lösung
zerschlagen werden. Die angetriebene Luft trägt dann die Teilchen durch
den Auslass, wodurch eine dunstartige Atmosphäre geschaffen wird.
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Die
Vorrichtung in der
GB 2306887 verwendet
Luft unter hohem Druck zur Erzeugung von Tröpfchen. Hoher Druck führt häufig zu
einem Temperaturanstieg, und es sind Mittel zum Kühlen der
Hochdruckluft notwendig. Die Erzeugung der Hochdruckluft und danach
das Kühlen
der Hochdruckluft sind beides energieaufwändige Prozesse. Die Verwendung
von Hochdruckluft führt
zur Bildung von Tröpfchen
mit verschiedenen Größen, wobei
nur die kleineren Tröpfchen
verwendet werden können.
Zur Vermeidung großer
Tröpfchen
werden Filtermittel verwendet, und die größeren Tröpfchen werden zu der Flüssigkeit
zurückgeführt. Tröpfchen zu
bilden, nur um die meisten davon zurückzuführen, führt ebenfalls zu einem weitaus
höheren
Energieverbrauch als notwendig. Das Filtermittel verringert den
Gehalt an größeren Tröpfchen lediglich,
und der erzeugte Nebel kollabiert relativ schnell, da die größeren Tröpfchen aufgrund
der Schwerkraft herunterfallen, wobei zudem die größeren Tröpfchen während der
Bewegung nach unten auf kleinere Tröpfchen treffen und mit ihnen
vereint werden, so dass der Tröpfchengehalt
in dem Nebel sich relativ schnell verringert.
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Die
US 3249553 betrifft einen
Aerosol-Generator, der ein flüssigkeitsdichtes
Gehäuse
umfasst und in dem Gehäuse
Di-Octylphthalat-Aerosol enthält,
wobei das Gehäuse
weiterhin Venturi-Sprühköpfe umfasst,
die über
dem Flüssigkeitspegel
des Di-Octylphthalat-Aerosols angeordnet sind, um Rauch zu bilden.
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Die
EP 0158038 betrifft einen
tragbaren Nebelgenerator zum Erzeugen und/oder Verstärken optischer
Effekte mit einer Nebelkammer, die sich in eine Auslassleitung öffnet, mit
einer Pumpe, die durch Flüssigkeitsleitungen
einerseits mit einem Tank außerhalb
des Generators und andererseits mit der Nebelkammer verbunden ist,
mit einem Nebelgenerator, der die Flüssigkeit in der Nebelkammer
in ein Aerosol umwandelt, einem Lüfter, der das Aerosol aus der
Nebelkammer durch die Auslassleitung aus dem Generator herausbefördert, und
einem den Nebelgenerator umgebenden Gehäuse, das eine Nebelkammer umfasst,
die mehrere Ultraschallwandler umfasst, welche gleichzeitig mit
Hochfrequenzschwingungen betrieben werden und von einem oder mehreren
Hochfrequenzgeneratoren gespeist werden.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen können nur
durch Verwendung einer bestimmten chemischen Mischung korrekt funktionieren,
um auf korrekte Weise Tröpfchen
zu bilden. Eine Änderung
der chemischen Mischung ist nur dann möglich, wenn das physikalische
Verhalten der Mischung im Wesentlichen gleich ist. Insbesondere die
Oberflächenspannung
der Flüssigkeiten
muss gleich sein.
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Der
Umfang der Erfindung ist es, ein hoch wirksames Verfahren und eine
hoch wirksame Vorrichtung zur Erzeugung von Nebel mit einer langen Standzeit
mit geringem Energieverbrauch zu erzielen. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu erzielen,
bei denen zur Bildung eines Nebels unterschiedliche Flüssigkeiten
verwendet werden können.
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Dies
kann durch ein Verfahren wie anfangs beschrieben erreicht werden,
wenn das Verfahren weiterhin einen ersten Hochdruck-Luftstrom aufweist,
der so geleitet wird, dass er in einer teilweise parallelen Richtung über eine
Flüssigkeitsoberfläche strömt, um wenigstens
eine Flüssigkeitsschicht
zu bilden, die in Tröpfchen
zerfällt,
wobei ein zweiter Luftstrom mit niedrigerem Druck die Tröpfchen durch wenigstens
einen Auslass transportiert.
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Hierdurch
wird erreicht, dass die Flüssigkeitsschicht
sich kontinuierlich vorwärts
bewegt, während
sie an den Rändern
ringsum zerfällt.
Beim Zerfallen dieses Flüssigkeitsfilms
werden die Tröpfchen
mit einer Größe gebildet,
die von der Dicke der Flüssigkeitsschicht
abhängt,
so dass die meisten Tröpfchen
eine sehr homogene Größe aufweisen. Der
zweite Luftstrom bläst
diese Tröpfchen
dann durch einen Auslass nach außen, und es wird ein Nebel
in der Umgebung der Vorrichtung gebildet. Da die meisten Tröpfchen homogene
Größe aufweisen, können sie über sehr
lange Zeit in der Luft bleiben, ohne dass ein Zerfallen des Nebels
zugelassen wird. Auf diese Weise wird ein sehr wirksamer Nebelgenerator
erzielt.
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Der
Umfang der Erfindung kann auch durch eine Vorrichtung erfüllt werden,
wie im Oberbegriff zu Anspruch 2 beschrieben, unter der Modifikation,
dass die Öffnung
in eine im Wesentlichen parallele Richtung zu der Flüssigkeitsoberfläche gerichtet
ist, um wenigstens eine Flüssigkeitsschicht
zur Erzeugung von Tröpfchen
zu bilden, wobei die Vorrichtung mit einem zweiten Luftstrom zum
Transport von Tröpfchen durch
wenigstens einen Auslass in Verbindung steht.
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Hierdurch
wird ebenfalls erreicht, dass die homogenen Tröpfchen gebildet und durch einen
Auslass transportiert werden können
und dadurch ein Nebel gebildet wird. Weiterhin ist der Bedarf an Hochdruckluft
sehr begrenzt, da nur zur Bildung des Flüssigkeitsfilms Hochdruckluft
verwendet wird und zum Transport der Tröpfchen aus der Vorrichtung heraus
Niederdruckluft verwendet wird. Der Druck des hohen Drucks ist niedrig
genug, um die Notwendigkeit zu vermeiden, den Luftstrom zu kühlen.
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Die Öffnung kann
einen Luftstrahl bilden, wobei der Luftstrahl über der Flüssigkeitsoberfläche einen
teilweise verringerten Luftdruck erzeugen kann, um die Flüssigkeitsschicht
mit einem radialen Strömungsmuster
unter der Flüssigkeitsschicht
auszubilden. Durch Verwendung eines Luftstrahls, der einen Luftstrom
mit hoher Geschwindigkeit parallel zu der Oberfläche der Flüssigkeit bildet, wird der effektive Druck
an der Flüssigkeitsoberfläche unter
dem Luftstrahl so weit verringert, dass die Oberfläche aus
der Flüssigkeit
gehoben wird und die Flüssigkeitsschicht gebildet
wird. Die Flüssigkeitsschicht
tritt kontinuierlich auf, und die Tröpfchen bilden sich, wenn die
radial divergierende Schicht zu dünn wird, um durch Oberflächenspannung
aufrechterhalten zu werden.
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Die Öffnung kann
einen Strahl über
der Flüssigkeitsoberfläche bilden,
wobei die Höhe
des Strahls über
der Flüssigkeitsoberfläche die
Dicke der Flüssigkeitsschicht
bestimmen kann. Durch Beeinflussung der Dicke der Flüssigkeitsschicht
wird auch die Dicke der Tröpfchen
beeinflusst. Dies bedeutet, dass man durch die Konstruktion der
Vorrichtung die genaue Größe von Tröpfchen einstellen
kann, die im Nebel erwünscht
sind. Es dürfte
sogar möglich
sein, durch Einststellungsmittel Einstellungen auf solche Weise
vorzunehmen, dass die Größe der Tröpfchen während des
Betriebs der Vorrichtung eingestellt werden könnte.
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Als
alternative Lösung
kann die Luftgeschwindigkeit die Dicke der Schicht bestimmen. Auf diese
Weise kann auch erreicht werden, dass die Größe der Tröpfchen sehr einfach eingestellt
werden kann, da die Veränderung
des Drucks der Druckluft ein sehr einfacher Weg zu sein scheint,
die Funktion der Vorrichtung einzustellen.
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Der
Strahldurchmesser kann auf die Tröpfchenbildung Einfluss haben.
Hierdurch wird erreicht, dass eine Einstellung des Strahls durch Änderung technischer
Parameter der Öffnung
möglich
ist, die den Strahl erzeugt. Die Öffnung könnte ausgewechselt werden,
oder die Öffnung
könnte
Mittel zum Einstellen während
des Betriebs umfassen.
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Das
Rohr kann in einem bestimmten Abstand von der Öffnung geschlossen sein, um
in der in dem Rohr enthaltenen Druckluft eine akustische Schwingung
zu erzeugen, um Tröpfchen
der Flüssigkeitsschicht
zu bilden. Hierdurch wird im Boden des Rohrs eine fortgesetzte stehende
Schwingung erzielt. Diese Schwingung hat Einfluss auf die Flüssigkeitsschicht,
die teilweise mit derselben Frequenz schwingen könnte wie die Schwingung in
dem Rohr, und eine Schwingung der Flüssigkeitsschicht würde die
Effizienz der Tröpfchenbildung
wahrscheinlich erhöhen.
Der bestimmte Abstand von der Öffnung
zum Boden des Rohres könnte
die Frequenz der Schwingung beeinflussen. Dieser Abstand könnte in
der Praxis einstellbar sein, so dass durch Ändern der effektiven Länge des
Rohrs die Schwingungsfrequenz eingestellt wird, um die effektivste
Leistung zu erzielen. Eine Einstellung könnte notwendig sein, wenn die Flüssigkeit
in dem Tank geändert
wird, so dass das chemische oder physikalische Verhalten anders
ist als die Schwingungsfrequenz, und sie könnte die Bildung von Tröpfchen auf
effektivere Weise einstellen.
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Die
effektive Länge
des Rohrs könnte
eingestellt werden, wenn das Rohr einen Kolben umfasst, wobei der
Kolben in dem Rohr gleitend beweglich sein könnte. Dieser Kolben könnte mit
einem Aktor verbunden sein, um eine automatische Einstellung zu
erzielen.
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Die
Vorrichtung kann wenigstens eine Trenneinrichtung zum Entfernen
von Tröpfchen
mit einem Durchmesser von über
10 μm aufweisen.
Hierdurch wird erreicht dass, auch wenn mehr als 90% der Tröpfchen die
richtige Größe haben,
die Vorrichtung stets Tröpfchen
erzeugen würde,
die viel größer sind als
erwartet. Beim Bilden eines lang anhaltenden Nebels ist es sehr
wichtig, größere Tröpfchen aus
dem Nebel zu entfernen, bevor er die Vorrichtung verlässt. Die
größeren Tröpfchen fallen
nur aus dem Nebel heraus und bilden darunter eine Art Regen, der
für Künstler oder
Darsteller, aber auch für
unter dem Nebel stehende technische Geräte recht unangenehm ist.
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Der
Pegel der Flüssigkeit
in wenigstens einem Tank kann mit Mitteln für eine konstante Flüssigkeitszufuhr
gesteuert werden, wobei die Mittel eine Abführung zwischen wenigstens einem
Tank zu einem Überlauf
und Rückgewinnungskanal
umfassen, von wo die Flüssigkeit
zu einer Pumpe und einem Konzentrationssteuersystem abgeführt wird,
von wo die Flüssigkeit
den Tanks zugeführt
wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Vorrichtung auch bei einem geringen
Bewegungsgrad aus der horizontalen Ebene auf normale Weise funktioniert.
Außerdem
wird die Konzentration der Chemikalie in dem Tank gesteuert.
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Die
Vorrichtung kann wenigstens zwei Tanks umfassen, die beiderseits
einer mittigen Luftleitung angeordnet sind, welche mit einem mittigen
Lüfter verbunden
ist, wobei die Auslasse aus den Tanks mit der mittigen Luftleitung
verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, dass ein rückwärts gekrümmtes Zentrifugallaufrad
den mittigen Lüfter
bilden könnte.
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Der
mittige Luftkanal könnte
mit einer servogesteuerten Luftströmungs-Lenkungseinrichtung verbunden
sein, um den Winkel des Luftstroms in der vertikalen Ebene einzustellen.
Hierdurch wird erreicht, dass der Winkel des erzeugten Nebels während des
Betriebs veränderbar
ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt und
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Teils der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 2, die einen Tank 6 umfasst,
welcher eine Flüssigkeit 4 enthält, wobei
eine Öffnung 8 Tröpfchen 12 erzeugt,
um einen Nebel 10 zu bilden. Ein Hochdruck-Luftstrom 14 steht
mit einem Rohr 16 in Verbindung, wobei das Rohr 16 die Öffnung 8 enthält.
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Die Öffnung 8 ist über, jedoch
in der Nähe der
Flüssigkeitsoberfläche 22 der
Flüssigkeit 4 angeordnet. Über der
Flüssigkeitsoberfläche 22 wird
ein Flüssigkeitsfilm 24 erzeugt.
Die erzeugten Tröpfchen 12 werden
aus der Vorrichtung 2 durch einen Niederdruck-Luftstrom 26 entfernt,
der die Tröpfchen 12 durch
einen Auslass 28 drückt,
um den Nebel 10 zu bilden.
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Beim
Betrieb entsprechend 1 erzeugt der Hochdruck-Luftstrom 14 durch
die Öffnung 8 einen
Strahl 30, wobei der Strahl teilweise parallel zu der Flüssigkeitsoberfläche 22 gebildet
wird. Der Strahl 30 erzeugt einen verringerten Druck 32 über der
Flüssigkeitsoberfläche 22,
der die Flüssigkeitsschicht 24 erzeugt.
Die Flüssigkeitsschicht 24 weist eine
konstante radiale Strömung
weg von der Öffnung 8 und
in Richtung einer Zerfallszone 34 auf, wo die Flüssigkeitsschicht
in Tröpfchen 12 zerfällt. Das Rohr 16 ist
unter der Öffnung 8 verschlossen,
um in dem unter der Öffnung 8 angeordneten
Volumen eine akustische Schwingung zu erzeugen. Diese Schwingung
wirkt mit der Flüssigkeitsschicht 24 zusammen, die
mit derselben Frequenz zu schwingen beginnt wie die in dem Rohr 16 erzeugte
Schwingung. Diese Schwingung unterstützt die Erzeugung einer großen Menge
an Tröpfchen 12 weiter.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung könnte das Rohr 16 einen Kolben
umfassen, der in dem Rohr 16 beweglich sein könnte. Auf
diese Weise könnte
die Schwingungsfrequenz von außen
eingestellt werden. Auch durch Verwendung eines Aktors zum Auf-und-ab-Bewegen des
Kolbens könnte
ein externes Steuersignal die Schwingungsfrequenz in dem Rohr 16 einstellen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht des
in der Flüssigkeit 4 angeordneten
Rohrs 16. Außerdem
ist die Öffnung 8 zu
sehen, und innerhalb des Rohrs 16 zeigen Strömungslinien 14 die
Hochdruckluftverbindung an. Außerhalb
der Öffnung 8 ist
die Flüssigkeitsschicht 24 über der
Flüssigkeitsoberfläche 22 angezeigt.
Die Hochdruckluft 14 strömt durch die Öffnung 8 und
erzeugt einen Strahl 30, wobei der Strahl durch die Geschwindigkeit
der Luft einen verringerten Druck 32 über der Flüssigkeitsschicht 24 erzeugt.
Der verringerte Druck hebt die Flüssigkeitsschicht nach oben
in einer Richtung teilweise von der Flüssigkeitsoberfläche 22 weg.
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Wahrscheinlich
wird auch ein Luftstrom parallel zu dem Strahl 30 unter
dem Flüssigkeitsfilm 24 erzeugt.