DE885916C

DE885916C - Verfahren und Einrichtung zum Zerstaeuben von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE885916C
Application number: DES26334A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl-Ing Kafka; Eugen Dr Rer Nat Sauter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-12-15
Filing date: 1951-12-15
Publication date: 1953-08-10

Description

Verfahren und Einrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit aus einem sie führenden Rohr durch einen dessen Austrittsöffnung umströmenden Gasstrahl in Form von Tröpfchen mitgenommen wird.
Wenn auf diese Weise auch, besonders bei düsenförmiger enger Ausbildung der Austrittsöffnungen von Blasgas- und Flüssiglteitsrohr, Tröpfchen verhältnismäßig kleiner Abmessung erzeugt werden können, so sind ihre Volumen und auch die Durchmesserunterschiede der einzelnen Tröpfchen für eine Reihe von technischen Anwendungsgebieten, wie in der chemischen, pharmazeutischen oder Nahrungsmittelindustrie, meist noch zu groß.
Ebenso hängt auch in der Inhalationstherapie bei der Anwendung des erwähnten Verfahrens zur Herstellung von Aerosolen aus entsprechenden Salzlösungen der Erfolg einer solchen Behandlung wesentlich von der Größe und Gleichmäßigkeit der Flüssigkeits teilchen ab.
Um die erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, schlägt nun die Erfindung vor, ein erwärmtes Blasgas zu verwenden. Durch die Einwirkung eines solchen Blasgases auf die Flüssigkeitsoberfläche an der Rohraustrittsöffnung wird die Oberflächenspannung der Flüssigkeit beträchtlich herabgesetzt, und es sind Flüssigkeitsteilchen wesentlich kleinerer Abmessungen zu erhalten. Zweckmäßigerweise bedient man sich eines Blasgases, dessen Temperatur über dem Siedepunkt der zu zerstäubenden Flüssigkeit liegt, beispielsweise trockener Heißluft oder auch überhitzten Dampfes, was den weiteren Vorteil hat, daß ein Teil des Flüssigkeitsvolumens verdunstet, d. h. die Abmessungen der Flüssigkeitsteilchen noch weiter verkleinert werden.
Zur Unterstützung der angestrebten Wirkung empfiehlt es sich weiterhin, auch die Flüssigkeit vor ihrer Zerstörung zu erwärmen, und zwar vorzugsweise bis zu einer Temperatur, die, damit nicht schon vorher in dem Flüssigkeitsrohr eine Verdampfung einsetzt, im Höchstfalle nur wenig unter ihrem Siedepunkt bei dem an der Rohraustrittsöffnung herrschenden Druck liegt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des so gekennzeichneten Verfahrens besonders geeigneten Einrichtung beschrieben: Bei der in Fig. I in Seitenansicht dargestellten Zerstäubungseinrichtung nach dieser Erfindung strömt ein durch die Pfeilrichtung I angedeuteter, aus dem vorzugsweise engen düsenförmigen Ende einer Rohrleitung 2 unter hohem Druck austretender Strahl überhitzten Dampfes oder vorzugsweise trockener Heißluft etwa tangential an der ebenfalls düsenförmigen Öffnung eines Rohres 3 vorbei, das mit einem Vorratsbehälter 4 für die zu zerstäubende Flüssigkeit in Verbindung steht. Dieses Rohr unterliegt somit dem Sog des Blasgases, das die Flüssigkeit in Form feiner Tröpfchen mitreißt und anschließend je nach seiner Temperatur noch einen Teil des Flüssigkeitsvolumens des einzelnen Tröpfchens verdampft, so daß diese also noch weiter verkleinert werden.
Zur weiteren Herabsetzung der an sich schon während der Zerstäubung durch die Einwirkung des erwärmten Blasgases erzielten Verminderung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit wird diese vor dem Zerstäuben ebenfalls erwärmt, und zwar im vorliegenden Falle durch eine das Rohr 3 umgebende elektrische Widerstandsheizung 5.
Es ist jedoch auch möglich, um das Flüssigkeitsrohr, falls es aus Metall besteht, eine entsprechende, seiner Beheizung dienende Induktionsspule anzuordnen oder auch die Erwärmung bereits innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 4 vorzunehmen.
Weiterhin ist in der Nähe der Zerstäubungsstelle eine ringförmige Elektrode 6 angeordnet, die an den einen Pol einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle 7 angeschlossen ist, deren anderer Pol mit dem Flüssigkeitsrohr in Verbindung steht, so daß dessen Austrittsdüse die zugehörige Gegenelektrode bildet.
Die Flüssigkeit steht auf diese Weise während ihrer Zerstäubung zusätzlich noch unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, wodurch ihre Oberflächenspannung weiter herabgesetzt wird. Liegt die Vorsatzelektrode 6 dabei an Erde, das Flüssigkeitsrohrende dagegen an negativem Potential, so ergibt sich als weiterer Vorteil dieses vor der Zerstäubungsstelle liegenden Feldes, daß sich die Flüssigkeitströpfchen negativ aufladen und damit Zusammenballungen jeweils mehrerer Tröpfchen vermieden werden. Die Vorsatzelektrode braucht jedoch keineswegs aus einem Ring zu bestehen, sondern kann an sich in beliebiger Weise ausgebildet sein.
Ebenso ist es möglich, das Flüssigkeitsrohr selber aus Isolierstoff herzustellen und nur im Bereich seiner Austrittsöffnung in das Rohr eine mit der Flüssigkeit gegebenenfalls nicht in Berührung stehende Elektrode einzubetten. Die Spannung an allen diesen Elektroden richtet sich im wesentlichen nach den elektrilschen Eigenschaften der zerstäubenden Flüssigkeit und kann zur Erzielung einer größtmöglichen Herabsetzung der Ob erflächenspannung der Flüssigkeit im Höchstfalie so groß gewählt werden, daß die Zerstäubung unter dem Einfluß einer Glinrmentladung erfolgt.
Es empfiehlt sich ferner, den Blasstrom der erfindungsgemäßen Zerstäubungseinrichtung der Wirkung ultravioletter Strahlen auszusetzen, was in Fig. I durch den Strahler 8 veranschaulicht ist.
Seine kurzwellige Strahlung erzeugt in dem Blasgas eine große Trägerzahl, an denen sich der bei der Zerstäubung teilweise verdampfende Flüssigkeitsanteil zu einem großen Teil wieder kondensiert.
Statt durch Ultraviolettbestrahlung kann die Bildung derartiger Kondensationskerne auch durch radioaktive Präparate oder andere lonisatoren begünstigt werden.
Wenn auch die erfindungsgemäße Zerstäubung von n Flüssigkeiten mit einem erwärmten Blasgas gegenüber den bisherigen Verfahren dieser Art bereits zu einer wesentlichen Verbesserung des Zerstäubungsgrades führt, so kann es in verschiedenen Fällen jedoch noch zweckmäßig sein, die in der angegebenen Weise zerstäubte Flüssigkeit vor ihrer eigentlichen Verwendung einer Zentrifugalschleuderung zu unterwerfen. Wie in Fig. I gestrichelt angedeutet, kann zu diesem Zweck die vorstehend be schriebeneZerstäubiungseinrichtung in eine vofzugS-weise schmale Trommel 9, die in Fig. 2 außerdem noch in einem axialen Längsschnitt wiedergegeben ist, eingebaut sein, und zwar in der Weise, daß die beiden Rohrleitungen 2, 3 in der Nähe des Mantels der Trommel in diese münden. Beide Leitungen sind im vorliegenden Falle in den Trommelmantel eingesetzt, doch kann das Flüssigkeitsrohr auch in die Seitenwandung der Trommel eingeführt werden, wenn die Einrichtung beispielsweise mit senkrechter Trommelachse ausgeführt werden soll. Der Blasstruim wird auf diese Weise, bevor er durch einen axialen seitlichen Stutzen 10 mit gegebenenfalls wieder. düsenförmiger zu : Öffnung II austritt, an der Trommelwandung erst noch umgelenkt. Hierdurch werden die in ihm etwa noch enthaltenen großen Flüssigkeitstropfen an den Mantel der Trommel geschleudert, aus der die so gebildete Flüssigkeit durch eine oder mehrere mit Rücksicht auf Blasstromverluste nicht zu groß zu wählende oeffnungen I2 austreten kann. Der Blasstrom verläßt daher mit seinen sehr kleinen Flüssigkeitströpfchen die Einrichtung, wobei er dann ebenfalls der Einwirkung vonUltraviolettstrahlern I3 od. dgl. ausgesetzt werden kann. Es ist möglich, die Trommel außerdem von außen zu beheizen, und zwar zweckmäßigerweise so stark, daß die Temperatur des Spriihraums über dem Siedepunkt der Flüssigkeit liegt.
Die beschriebenen Verfahrensmaßnahmen und Einrichtungen sind zwar vn besonderer Bedeutung bei der Herstellung von Aerosolen für Inhalationszwecke, können jedoch auch überall dort angewendet werden, wo in der chemischen, pharmazeutischen oder Nahrungsmittelindustrie sonstige nicht temperaturempfindliche Flüssigkeitsstoffe fein zerstäubt werden sollen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere von Salzlösungen für medizinische Zwecke, durch Beblasen der Austrittsöffnung eines die Flüssigkeit führenden Rohres, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise über die Siedetemperatur der zu zerstäubenden Flüssigkeiten erwärmtes Blasgas, insbesondere Heißluft oder überhitlzter Dampf, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von ihrer Zerstäubung erwärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur, die nur wenig unter dem Siedepunkt bei dem an ihrer Rohraustrittsöffnung herrschenden Druck liegt.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit während ihrer Zerstäubung und/oder unmittelbar daran anschließend der Wirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an dem auf die zerstäubende Flüssigkeit einwirkenden elektrischen Feld etwa im Bereich der Glimmentladungsspannung liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasstrom der Wirkung ultravioletter Strahlen, radioaktiver Präparate oder anderer Ionisatoren ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstäube Flüssigkeit einer Zentrifugalschleuderung unterworfen wird.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrecht zu dem vorzugsweise düsenförmigen Austrittsstutzen einer Leitung (2) heißen Blasgases angeordnete Flüssigkeitsrohr (3) mit einer elektrischenHeizeinrichtung (5) ausgestattet ist.
S. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsrohr (3) aus Metall besteht und von einer seiner Beheizung dienenden Induktionsspule umgeben ist.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4, insbesondere in Verbindung mit einer Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnung des Flüssigkeitsrohres (3) eine insbesondere geerdete elektrische Feldelektrode (6) angebracht ist, zu der das Flüssigkeitsrohr (3), insbesondere ein Teil seiner Austrittsöffnung, die Gegenelektrode bildet, die vorzugsweise auf negativem Potential liegt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige, zur Achse des aus der Blasgasleitung (2) austretenden heißen Gasstroms (r) etwa senkrechte und diesen im wesentlichen umfassende Elektrode (6) in der Gasströmungsrichtung kurz hinter dem ganz oder teilweise als Gegenelektrode dienenden Flüssigkeitsrohr (3) angeordnet ist.
II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, insbesondere in Verbindung mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen von Flüssigkeitsrohr (3) und Blasgasleitung (2) im Innern einer vorzugsweise schmalen Trommel (g) mit einem axialen seitlichen Austrittsstutzen (Io, T I) für die zerstäube Flüssigkeit angeordnet sind, wobei vor zugsweise von den beiden dann in der Nähe des Trommelmantels münden den Rohrleitungen (2, 3) mindestens die Blasgasleitung (2) durch den Trommelmantel eingeführt ist, und daß in der Trommelwandung, bei waagerecht angeordneter Trommelachse vorzugsweise in ihrem Trommeimantel, eine oder mehrere Flüssigkeitsabflußöffnungen (I2) vorgesehen sind.
I2. Einrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Trommelaustrittsstutzens (Io) alsDüse (II) ausgebildet ist.
13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5. insbesondere in Verbindung mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Ultraviolettstrahler (S, I3), radioaktive Präparate oder andere Ionisatoren vor den Austrittsöffnungen der Blasgasleitung (2) bzw. des Flüssigkeitsrohres (3) und/oder des Trommelaustrittsstutzens (10, 11), jedoch möglichst außerhalb der Blasgasströmung angeordnet sind.