EA016769B1

EA016769B1 - Способ и устройство для получения аэрозоля

Info

Publication number: EA016769B1
Application number: EA201070701A
Authority: EA
Inventors: Кай Асиккала
Original assignee: Бенек Ой
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2012-07-30
Also published as: EP2231339A4; FI20071001A; EP2219789A1; FI121990B; EP2219789B1; EP2219789A4; FI20071001A0; EP2231339B1; EA201070741A1; CN101903111A; WO2009080896A1; US20100264233A1; CN101903111B; WO2009080896A8; EP2231339A1; WO2009080893A1; CN101896282A; EA201070701A1; EA017446B1; US20100258650A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к устройству для получения тумана или аэрозоля. Устройство содержит по меньшей мере два распылителя (2) для распыления жидкости капельными струями (4). В соответствии с изобретением по меньшей мере два распылителя (2) ориентированы, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу, таким образом приводя к столкновению полученных в них капельных струй (4) в прямом направлении.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для получения высококачественного аэрозоля или тумана и, в частности, к устройству в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения для получения аэрозоля или тумана, причем устройство содержит по меньшей мере два распылителя для распыления жидкости капельными струями. Изобретение также относится к способу получения аэрозоля или тумана и, в частности, к способу в соответствии с ограничительной частью п.9 формулы изобретения для получения аэрозоля или тумана, причем способ включает в себя распыление по меньшей мере одной жидкости двумя или более капельными струями.

В соответствии с предшествующим уровнем техники жидкость можно распылять мелкими каплями с помощью ряда различных технологий, таких как применение газовых, напорных и ультразвуковых распылителей. Различные способы распыления широко описаны в публикации Ншшл Ьш, 8с1епсе апб Εη§ίпееппд οί ΌτορΕΐδ - ЕипбатеШаЕ апб Аррйсабопк (2000), ^1Шат Апбгете РиЬйкЫпд, ЬЬС, №\ν Уотк, стр. 19-120, в частности стр. 59-61, где описано так называемое устройство для свисткового распыления, в котором струи жидкости, сталкивающиеся друг с другом, распыляются с помощью ультразвука. Устройство можно применять для получения из воды капель, имеющих размер менее 10 мкм, при высокой скорости их получения.

В патенте Финляндии 98832, опубликованном 16 марта 1997, Ыекк1 Оу, описаны способ и устройство для распыления материала, причем вещество, подлежащее распылению, подводят к пламени, созданному с помощью горючего газа, и пламя применяют для распыления частиц материала на желаемую мишень. Вещество, подлежащее распылению, подводят к пламени в форме жидкости и распыляют каплями с помощью газа, по существу, вблизи от пламени. Таким образом, очень мелкие частицы, размер которых составляет приблизительно 1 нм, можно получить быстро, недорого и в один этап. Недостаток устройства, описанного в этой публикации, состоит в том, что наночастицы получают в интенсивном пламени, и устройство, распыление и создание пламени взаимосвязаны, так что устройство не позволяет оптимизировать распыление и пламя независимо друг от друга. Кроме того, это устройство нельзя применять для одновременного получения частиц из разных типов жидкостей.

Таким образом, недостатком предшествующего уровня техники является невозможность простого получения высококачественного аэрозоля или тумана с высокой скоростью. То есть в соответствии с предшествующим уровнем техники для получения высококачественного аэрозоля или тумана требуется сложное устройство.

Сущность изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для его осуществления, способных устранить указанные недостатки. Решение задач настоящего изобретения осуществляется с помощью устройства в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения, которое характеризуется тем, что по меньшей мере два распылителя ориентированы, по существу, навстречу друг другу, таким образом, приводя к столкновению полученных капельных струй в прямом направлении. Решение задачи настоящего изобретения также осуществляется с помощью способа в соответствии с отличительной частью п.9 формулы изобретения, который характеризуется тем, что по меньшей мере две капельные струи направлены, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу, что приводит к их столкновению друг с другом в прямом направлении.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением основаны на неожиданном наблюдении, состоящем в том, что две распыляемые капельные струи, ориентированные таким образом, что они сталкиваются друг с другом, позволяют получить аэрозоль или туман с мелкими каплями. Под аэрозолем подразумевается смесь, в которой твердые или жидкие частицы взвешены в газовой среде. В контексте настоящего изобретения под туманом подразумевается смесь, содержащая твердые или жидкие частицы, средний размер которых больше, чем в аэрозоле. Путем ориентирования капельных струй предпочтительно, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу получают туман или аэрозоль, в которых, по существу, отсутствует подвижность частиц, вследствие чего туман или аэрозоль можно перемещать в необходимом направлении с отдельным потоком газа, ориентированным, по существу, в точку столкновения капельных струй. Поскольку капельные струи объединяются только в точке столкновения, устройство можно применять для получения тумана или аэрозоля, состоящих по меньшей мере из двух разных жидкостей, как, например, капли, распыленные из воды и метанола, и эти жидкости могут являться несмешиваемыми, как, например, вода и бензин, или вступающими в реакцию друг с другом таким образом, что подводить их совместно к одному распылителю невозможно, например, потому что жидкости вместе образуют гелеобразную смесь, как вода, содержащая соли металла, и тетраметилортосилан (ТЕО8) (от англ. 1е1га1пе111у1ог11ю5бапе). Устройство в соответствии с настоящим изобретением можно применять для получения тумана или аэрозоля также из смесей, жидкостей, содержащих растворитель и растворенные в нем соли металлов, или жидкостей, являющихся коллоидными растворами. Средний размер капель жидкости, полученных с помощью разных распылителей, необязательно является

- 1 016769 одинаковым, следовательно, средний размер капель сталкивающихся капельных струй может быть разным. Что касается функционирования устройства, предпочтительно момент сил сталкивающихся капельных струй должен быть, по существу, одинаковым, вследствие чего момент сил полученного тумана, исходя из принципа сохранения импульса, по существу, равен нулю. Следовательно, способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением можно применять для получения туманов или аэрозолей, состоящих из разных материалов.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что способ и устройство в соответствии с изобретением можно применять для получения однородного тумана или аэрозоля. Поскольку устройство в соответствии с настоящим изобретением допускает различные варианты осуществления, туман или аэрозоль могут иметь форму, например, линейного фронта, которую можно предпочтительно применять, например, для нанесения покрытия на широкий материал типа полотна. Примеры таких материалов включают в себя бумажное полотно в бумагоделательной машине, текстильное полотно на ткацком станке или стеклянное полотно в производстве стекла, в частности во флоат-процессе. Кроме того, туман или аэрозоль в соответствии с настоящим изобретением можно также применять для получения наночастиц.

Краткое описание графического материала

Ниже настоящее изобретение будет описано подробно в связи с предпочтительными вариантами осуществления и со ссылками на прилагаемый чертеж.

На чертеже схематически представлено устройство в соответствии с настоящим изобретением, в котором два газовых распылителя ориентированы, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу.

Подробное описание изобретения

На чертеже представлено устройство для получения тумана в соответствии с настоящим изобретением. Два распылителя 2, ориентированных, по существу, навстречу друг другу, прикреплены к корпусу устройства. Распылители 2 по чертежу расположены в устройстве таким образом, что они ориентированы в прямом направлении навстречу друг другу. Иными словами, распылители 2 предпочтительно расположены, по существу, коаксиально друг напротив друга, таким образом, что капельные струи 4 сталкиваются, по существу, в прямом направлении друг с другом. Устройство может содержать два или более распылителей 2. Распылители 2 предпочтительно расположены попарно и составляют одну или более пар распылителей, таким образом, что распылители 2 из каждой пары распылителей ориентированы, по существу, в прямом направлении, предпочтительно коаксиально, навстречу друг другу, вследствие чего капельные струи 4 каждой из пар распылителей сталкиваются в прямом направлении друг с другом. Пары распылителей также могут быть расположены в устройстве последовательно или рядом, например, вертикально или горизонтально.

Жидкость 3, подлежащую распылению, и распыляющий газ 8 подают в распылитель 2. Распыляющий газ 8 и жидкость 3 подают в распылитель 2 предпочтительно с разной скоростью, вследствие чего разность скоростей между распыляющим газом 8 и жидкостью 3 на выходе распылителя 2 приводит к диспергированию, распылению жидкости 3 с образованием капельной струи 4, состоящей из мелких капель. Капельные струи 4 сталкиваются друг с другом, вследствие чего получают туман или аэрозоль, состоящие из очень мелких капель. Когда капельные струи 4, ориентированные, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу, сталкиваются в прямом направлении друг с другом, получают туман или аэрозоль, в которых, по существу, отсутствует подвижность частиц, причем они имеют, по существу, одинаковые моменты сил. Кроме того, устройство может быть выполнено со средствами для подачи по меньшей мере двух разных жидкостей 3 по меньшей мере в два разных распылителя. Иными словами, устройство может быть выполнено с возможностью подачи одинаковых или разных жидкостей 3 в два или более распылителей 2. Иными словами, одна и та же или разные жидкости при необходимости могут подаваться в распылители 2 каждой из пар распылителей. Кроме того, одну и ту же или разные жидкости можно применять по меньшей мере в двух парах распылителей, а также в других парах распылителей. При этом, при необходимости, каждая из пар распылителей может производить туман или аэрозоль такие же, как соседняя пара распылителей, или другие. Кроме того, распылители 2 устройства могут быть выполнены с возможностью получения капельных струй 4, средний размер капель которых является, по существу, разным или одинаковым. На размер капель может влиять, например, геометрия распылителей или скорость жидкости 3 и распыляющего газа, или разность их скоростей. Это обеспечивает получение тумана или аэрозоля, имеющих однородный или разнородный размер капель.

Предпочтительно устройство содержит также средства для перемещения потока газа по меньшей мере из одной точки в точку столкновения капельных струй 4. Это предпочтительно осуществляется путем обеспечения устройства с газовым соплом 5 для подачи газа по меньшей мере из одной точки в точку столкновения капельных струй 4. При этом поток газа может быть применен для перемещения или сдвига тумана или аэрозоля, полученных в точке столкновения капельных струй 4, в необходимом направлении. В газовом сопле 5 можно применять любой газ. Иными словами, это может быть инертный газ или, альтернативно, горючий газ, или газ, вступающий в реакцию с туманом или с аэрозолем. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по чертежу газовое сопло 5 установлено в устрой

- 2 016769 стве таким образом, что поток газа направляется и сталкивается в направлении, по существу, перпендикулярном по отношению к направлению капельных струй 4.

В способе получения тумана или аэрозоля в соответствии с настоящим изобретением одну или более жидкостей распыляют двумя или более капельными струями 4. Сама по себе капельная струя 4 может представлять собой туман или аэрозоль. В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере две капельные струи 4 направлены, по существу. в прямом направлении навстречу друг другу, в результате чего капельные струи 4 сталкиваются в прямом направлении друг с другом. Предпочтительно две капельные струи 4 направлены, по существу, коаксиально навстречу друг другу, в результате чего капельные струи 4 сталкиваются в прямом направлении друг с другом. Здесь термин коаксиальный означает, что капельные струи движутся, по существу, коаксиально в прямом направлении навстречу друг другу. Иными словами, угол столкновения между капельными струями 4 составляет приблизительно 180°. В соответствии со способом две или более капельные струи 4 могут быть направлены попарно в прямом направлении навстречу друг другу для получения одной или более пар капельных струй, таким образом, что капельные струи 4, направленные в прямом направлении навстречу друг другу, сталкиваются в прямом направлении друг с другом. Капельные струи 4, направленные, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу, распыляются таким образом, что средний размер капель в них является, по существу, разным или одинаковым.

В соответствии с предлагаемым способом по меньшей мере две разные капельные струи 4 могут быть получены путем применения по меньшей мере двух разных жидкостей 3. Так, капельные струи 4, сталкивающиеся друг с другом, можно получить из одинаковых или разных жидкостей 3. Аналогично, разные или одинаковые жидкости 3 можно применять в разных парах капельных струй. Применяемые разные жидкости 3 могут являться взаимно несмешиваемыми или смешиваемыми. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения применяют по меньшей мере одну жидкость 3, содержащую растворитель и растворенную в нем соль металла. Растворитель может являться жидкостью, взаимодействующей с выделением тепла. Кроме того, жидкость, применяемая в соответствии со способом, может являться смесью, эмульсией или коллоидным раствором. Под эмульсией подразумевается смесь по меньшей мере двух жидкостей, по существу, несмешиваемых. Под коллоидным раствором подразумевается раствор, состоящий из двух разных фаз: дисперсной фазы и непрерывной фазы. Дисперсная фаза содержит мелкие частицы или капли, равномерно распределенные в непрерывной фазе. Иными словами, коллоидный раствор является раствором, содержащим коллоидные частицы.

В тумане или аэрозоле, полученных при столкновении капельных струй 4, по существу, отсутствует подвижность частиц, причем моменты сил капельных струй 4 являются, по существу, одинаковыми. Иными словами, моменты сил являются, по существу, одинаковыми, но имеют противоположные знаки. Таким образом, полученные туман или аэрозоль можно перемещать путем направления по меньшей мере одного потока газа в точку столкновения капельных струй 4. Поток газа можно применять для перемещения тумана или аэрозоля и, кроме того, можно задавать его форму. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения газ направляют в точку столкновения капельных струй 4 в направлении, по существу, перпендикулярном по отношению к направлению капельных струй 4. Альтернативно, два или более потоков газа можно направлять в точку столкновения капельных струй 4. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по чертежу устройство также содержит термический реактор, снабженный нагревателями 9. Термический реактор также может быть, например, снабжен источником пламени. Таким образом, поток газа, выпущенный из газового сопла 5, направляет полученные таким образом туман или аэрозоль в термический реактор 9. В термическом реакторе 9 по меньшей мере часть вещества, содержащегося в тумане или аэрозоле, испаряется, в результате чего из капель тумана можно получать наночастицы со средним аэродинамическим диаметром менее 1000 нм.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что по мере развития технологии принцип настоящего изобретения может быть осуществлен различными способами. Изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными примерами и могут меняться без отклонения от сущности настоящего изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для получения тумана или аэрозоля, содержащее по меньшей мере два распылителя (2) для распыления подведенной к ним жидкости (3) капельными струями (4), где по меньшей мере два распылителя (2) установлены с ориентацией, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу таким образом, что полученные капельные струи (4) сталкиваются друг с другом в прямом направлении, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере одно газовое сопло (5) для подачи газа по меньшей мере из одной точки в точку столкновения капельных струй (4).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере два распылителя (2) установлены, по существу, коаксиально друг напротив друга таким образом, что полученные капельные струи (4) сталкиваются друг с другом в прямом направлении.

- 3 016769
3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что распылители (2) установлены попарно для получения одной или более пар распылителей, причем распылители (2) каждой из пар распылителей ориентированы, по существу, в прямом направлении навстречу друг другу.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газовое сопло (5) установлено в устройстве с возможностью подачи потока газа в направлении, по существу, перпендикулярном по отношению к направлению капельных струй (4).
5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит средства для подачи по меньшей мере двух разных жидкостей (3) по меньшей мере в два разных распылителя (2).
6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что по меньшей мере два распылителя (2) выполнены с возможностью получения капельных струй (4), имеющих, по существу, разный средний размер капель.
7. Способ получения тумана или аэрозоля, при котором одну жидкость (3) распыляют двумя или более капельными струями (4), направляя по меньшей мере две капельные струи (4), по существу, в прямом направлении навстречу друг другу таким образом, что капельные струи (4) сталкиваются друг с другом в прямом направлении, отличающийся тем, что направляют поток газа по меньшей мере из одной точки в точку столкновения капельных струй (4).
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что две капельные струи (4) направляют, по существу, коаксиально навстречу друг другу таким образом, что капельные струи (4) сталкиваются друг с другом, по существу, в прямом направлении.
9. Способ по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что капельные струи (4) направляют попарно в прямом направлении навстречу друг другу для получения одной или более пар капельных струй таким образом, что капельные струи (4), направленные навстречу друг другу в прямом направлении, сталкиваются друг с другом в прямом направлении.
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что поток газа направляют в точку столкновения капельных струй (4) в направлении, по существу, перпендикулярном по отношению к направлению потока капельных струй (4).
11. Способ по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что по меньшей мере две разные капельные струи (4) получают по меньшей мере из двух разных жидкостей (3).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что жидкости (3) являются несмешиваемыми.
13. Способ по любому из пп.7-12, отличающийся тем, что капельные струи (4), направленные, по существу, навстречу друг другу, распыляют таким образом, что средний размер капель в них является, по существу, разным.
14. Способ по любому из пп.7-13, отличающийся тем, что применяют по меньшей мере одну жидкость (3), содержащую растворитель и растворенную в нем соль металла.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что растворитель является жидкостью, взаимодействующей с выделением тепла.
16. Способ по любому из пп.7-15, отличающийся тем, что применяют по меньшей мере одну жидкость (3), которая является смесью, эмульсией или коллоидным раствором.