EP0226757A1

EP0226757A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen

Info

Publication number: EP0226757A1
Application number: EP86114879A
Authority: EP
Inventors: Hans Hench
Original assignee: Individual
Current assignee: Hench Hans
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1987-07-01
Also published as: DE3544420A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen mit Hilfe einer Düsenkonstruktion. Mittels hyperbolischer Formgebung der Medienführung und eines speziell ausgestalteten Turbinenraumenes wird die Aerosolbildung optimiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen.
Unter Aerosolen versteht man Kolloide-Systeme aus Gasen z.B. Luft mit darin fein verteilten festen Stoffen und/oder Flüssigkeiten von einer Grösse von ca. 0,1 bis 100 my Durchmesser. Man erhält solche Teilchen durch mechanische Zerstreuung feiner Pulver,durch Kondensation von Dämpfen, durch Abkühlung unter den Tauoder Gefrierpunkt. Auch bei Verbrennungsprozessen entstehen solche kolloide Systheme.Ebenfalls bilden sich derartige Teilchen bei der Versprühung von Lösungen oder Suspensionen von Feststoffteilchen in Lösungsmitteln und nachfolgender Vergasung des Lösungsmittels z.B.aus entsprechenden Behältnissen.
Aerosole sind unstabile Kolloid-Systeme,das heisst,dass es hier keine Schutzkolloide gibt, da das Dispersionsmittel und der kolloide Anteil erhebliche Dichteunterschiede aufweisen. Die Brown' sche Molekularbewegung ist in solchen Systemen ziemlich stark. Die Kolloide setzen sich um so rascher durch Teilchenvergrösserung oder Koagulation am Boden ab ,je grösser die Teilchen sind und je mehr auf die Raumeinheiten entfallen.
In der Praxis finden Aerosole dort Verwendung, wo Stoffe auf einfachste Art mit maximaler Wirkung aufgetragen werden sollen.
So sind aus dem täglichen Leben von den versprühungsfähigen Anwendungsgegenständen für den persönlichen Gebrauch,wie z.B. pharmazeutische Produkte,Kosmetika,Pflegemittel allgemein bekannt. Die Handhabung von versprühbaren Farben und Anstrichmitteln ist ebenfalls eine geläufige Anwendungsform von Aerosolen.
Auch muss auf die enorme Bedeutung der Aerosol-Therapie in der Veterinars-und Human-Medizin mit dem sehr breiten Anwendungsspektrum hingewiesen werden.
Für die Technik ist auch der Absorptionseffekt ein sehr wichtiges Kriterium für den Einsatz von guten Düsen in Absorptionstürmen. Es ist z.B. bekannt, dass eine 100%ige Sättigung von 1 Liter Wasser mit 10 gr Kohlendioxyd in einem Rührsystem bei einem Druck von etwa 4,7 atu nach sehr langer Zeit möglich ist. In einer Füllkörperkolonne hingegen erhält man einen Wirkungsgrad von 95 %, mit einem Kaskadensystem einen von etwa 70 %, mit dem Eindüsen in den Gasraum einen solchen von ebenfalls 70 %,wohingegen man bei dem Eindüsen eines Gases zusammen mit Wasser in den Absorptionsraum einen Wirkungsgrad von 98 % erreicht.Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei der Herstellung von Emulgaten vor.
Der Stoffübergang von einer Phase in eine andere ist proportional der Oberfläche und umgekehrt proportional der Grenzschicht. Dies besagt, dass je grösser die Oberfläche zwischen zwei Phasen ist, desto grösser ist auch der Stoffübergang und je kleiner die Grenzschicht zweier Phasen ist, um so grösser ist der Stoffübergang.
Bei der Verwendung von Rührsystemen, Raschigringen und Strahldüsen werden Turbulenzen erzeugt.Auch hier gilt,dass je grösser der Turbulenzgrad ist, um so kleiner ist die Grenzschicht und desto grösser ist auch der Stoffaustausch.
Auch bei der Herstellung von Oel/Wasser-Emulsionen kommt es wesentlich darauf an, dass die flüssigen Komponenten wie Oel, Wasser und Emulgatoren in kleinste Tröpfchen zerteilt werden und somit möglichst ideale Voraussetzungen für die Kolloidbildung geschaffen werden, damit eine stabile und homogene Emulsion entsteht.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist darin zu erblicken, dass mittels einer sehr einfachen Vorrichtung in Bezug auf eine grosse Oberfläche zwischen den Phasen und der Kleinheit der Grenzschicht Bedingungen geschaffen werden, die damit dem kolloiden Zustand der Aeorosole nahekommen und die obenerwähnten bekannten Ergebnisse anderer bisher bekannter Aerosolerzeuger übertreffen.
Zum Stand der Technik können aus der Vielzahl von Aerosol-Erzeugern, Düsen und als solche bezeichnete Vorrichtungen auf verschiedene Schutzrechtspublikationen hingewiesen werden, die z.T. in Konstruktion und sonstiger Ausbildung wesentlich komplizierter sind als die erfindungsgemäss vorgestellte Vorrichtung.
Im Einzelnen wurden hinsichtlich ihrer Konstruktion und Wirkungsweise im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Konstruktion folgende Schriften untersucht:

DE-OS 24 04 856, 24 07 856, 24 37 025, 24 29 291, 24 61 157, 25 28 758, 25 42 240, 28 16 441, 28 26 784, 28 53 280, 29 08 989, 29 27 737, 30 04 864, 30 24 472, 33 07 835, 32 30 977, 32 33 901, 32 39 009,

DE-Gbm 71 18 535, 74 27 701, 77 24 732, 82 23 492, 82 29 742, 82 29 747, 84 12 354
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen oder ähnlicher kolloidaler Teilchen, deren kennzeichnende Merkmale darin zu sehen sind, dass diese Vorrichtung aus einer konusartigen und/oder zylindrischen Düse besteht, in deren zentraler Bohrung zwei Funktionsteile, nämlich einem "Vaterteil" (im Nachstehenden als V-Stück bezeichnet) und einem "Mutterteil" (im Nachstehenden als M-Stück bezeichnet) angeordnet sind, die in qeeigneter Form miteinander verbunden sind und ein oder mehr als eine Möglichkeit besitzen, verschiedenartige Medien zuzuführen. Die zentral zueinander angeordnete Bohrung des V- und M-Stückes sind durch eine hyperbolische Formgebung ausgezeichnet. Das V- und M-Stück ist derart ausgestaltet, dass das M-stück mit einer konisch nach unten verlaufenden, sich düsenartig verengenden, hyperbolisch geformten Bohrung versehen ist, die mit den Einführungsgängen vom V-stück eine Einheit bildet, wobei die Flächen der Einführungsgänge im V-Stück ein gleiches Verhältnis zu den Flächen der Austrittsöffnung am M-Stück aufweisen. Mit einer derartigen Formgebung des M-und V-Stückes ist die Voraussetzung geschaffen, dass im eigentlichen Turbinenraum eine Drallwirkung mit sehr hoher Geschwindigkeit erreicht werden kann.
Eine weitere Beschleunigung der Umfangsgeschwindigkeit des Mediums im Turbinenraum wird dadurch erreicht, dass man in dem kugellagerförmig ausgebildeten Turbinenraum eine oder mehrere Kugeln ,zum Beispiel aus Metall, Glas oder Kunststoff einbringt. Durch diese erfinderische Massnahme wird die Medienzerstäubung noch um ein Vielfaches verbessert und die Sogwirkung an der Austrittöffnung am M-Stück optimiert.
Durch diese Sogwirkung können flüssige und/oder gasförmige Medien inform von Additiven z.B.beim Imprägnieren,Emulgieren und der Aerosoltherapie ,um Beispiele zu nennen,besonders wirksam und mit gleichbleibenden Bedingungen eingesetzt werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese nun anhand von den anliegenden 6 Zeichnungen erläutert werden:

Zeichnung 1) Düsenaufbau (Einstoffdüse)
Zeichnung 2) Düsenaufbau (Mehrstoffdüse)
Zeichnung 3) Schnitt durch V-Stück
Zeichnung 4) Schnitt durch M-Stück
Zeichnung 5) Schnitt-Einstoffdüse
Zeichnung 6) Schnitt Mehrstoff-Düse

Die in Zeichnung 1) dargestellte Vorrichtung beinhaltet einen optischen Eindruck des Gesamtaufbaus der Vorrichtung, insbesondere auch der erfindungsgemässen Vorrichtung bei der Anwendung für ein einziges Medium. In den Düsenmund wird das V- und M-Stück (nicht gezeichnet) eingebracht, das von der Düsenmutter gehalten wird.
Die in Zeichnung 2) dargestellte Vorrichtung dient vor allem der Zerstäubung von mehr als einem Medium (hier für zwei Stoffe gezeichnet) und zeigt die Halterung des V- und M-Stückes in der Düse. Die miteinander verbundenen Funktionsteile V-c-und V-m werden durch die Düsenmutter D-m in den Düsenkopf K eingepresst und gegen den Mediendruck festgehalten. Selbstverständlich wird vorausgesetzt, dass das Medium M-2, wenn es zum Einsatz kommt, genauso rein ist wie das gefilterte Medium M-1. Ansonsten ist auch hier ein Filter zweckmässig.
Die Zeichnungen 3) und 4) stellen Schnitte durch das V- und M-Stück dar, und geben vor allen Dingen eine Vorstellung über die Anordnung der Kugeln bzw. über den durch den Zusammenbau gebildeten Turbinenraum und die hyperbolische Formgebung der Mündungsteile des V- und M-Stückes.
Diese Einzelheiten sind dann nun in den Zeichnungen 5) und 6) ausführlich erläutert:

Der Düsenkörper 1 mit dem V-Stück 2 und dem M-Stück 3 sind in dem Düsenkörper 1 fest montiert und werden durch die oben erläuterte Düsenmutter (hier nicht gezeichnet) in dem Düsenkörper eingepresst.Über die Eingängskanäle 4 und 5 werden die aerosolbildenden Medien zugeführt.Das V-Stück 2 besitzt an seinem einen Ende einen Kopf 2', mit mehreren senkrechten Eintrittsbohrungen 6 und mehreren konischen, tangential angeordneten Eintrittsöffnungskanälen 7, die zum Turbinenraum 8 führen.In der Mitte des M-Stücks 3 ist eine hyperbolische Bohrung 9 angebracht, in die das eine Ende des Kopfes 2' bezw. die Bohrung 4', die nach unten ebenfalls hyperbolisch verläuft und düsenartig endet, einmündet.

Der Zwischenraum 10 gegenüber der Ausflussöffnung 9 hin verengt sich und dient der hyperbolischen Anpassung des austretenden Mediumsstrahles.
Um eine optimale Düsenwirkung zu erzielen, müssen die Flächen der Eintrittsöffnung 7 in nahezu gleichem Verhältnis zu den Flächen dimensioniert sein,die durch die Austrittsöffnung 9 gebildet werden.
Zum Schutz der Düsenkanäle ist es notwendig,eine geeignete Filtervorrichtung dem Medieneintritt vorzuschalten.
Als Materialien für die Herstellung der vorbeschriebenen Vorrichtung eignen sich alle Werkstoffe,die sich mechanisch bearbeiten lassen,wobei eine Kombination verschiedener Werkstoffe in Abstimmung zu den entsprechenden Einsatzgebieten der Zerstäubungsvorrichtung ohne weiteres möglich ist.

Claims

1)Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen oder ähnlicher kolloidaler Teilchen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung aus einer konusartigen und/oder zylindrischen Düse besteht in deren zentraler Bohrung zwei Funktionsteile ,das V-Stück und das M-Stück,die miteinander verbunden sind,angeordnet sind und Zuführungen für ein oder mehrere Medien besitzt.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass das V-Stück 2) mit einer hyperbolisch ausgebildeten verbindenden Bohrung 4) versehen ist und dass das M-Stück 3) mit einer ebenfalls hypobolische Formgebung der Bohrung 9 ausgebildet ist.

3) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 2),dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung 4) der Bohrung des V-Stückes zentral über der Öffnung 9) des M-Stückes miteinander verbunden angeordnet ist.

4) Vorrichtung nach Anspruch 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen V- und M-Stück einen Raum bildet, bei dem die durch die Ausgänge 7) dimensionierte Fläche im gleichen Verhältnis zu derjenigen Fläche steht,die durch den Querschnitt der Austrittsöffnung 9) dimensioniert wird.

5) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 4) ,dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung in einen Turbinenraum mündet, in dem ein oder mehrere Kugeln eingebracht sind.

6) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungskanäle 7 mehr als eine Öffnung besitzen.