EP0226757A1 - Aerosol producing device - Google Patents

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EP0226757A1
EP0226757A1 EP86114879A EP86114879A EP0226757A1 EP 0226757 A1 EP0226757 A1 EP 0226757A1 EP 86114879 A EP86114879 A EP 86114879A EP 86114879 A EP86114879 A EP 86114879A EP 0226757 A1 EP0226757 A1 EP 0226757A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means

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  • Nozzles (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

The invention operates with the aid of a nozzle construction. The aerosol formation is optimised by means of hyperbolic shaping of the media guidance system and a specially designed turbine space. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen.The invention relates to a device for producing aerosols.

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.Aerosols are colloidal systems made of gases e.g. Air with finely divided solid substances and / or liquids with a size of approx. 0.1 to 100 my diameter. Such particles are obtained by mechanical dispersion of fine powders, by condensation of vapors, by cooling below the thaw or freezing point. Such colloidal systems also arise in combustion processes. Such particles also form when spraying solutions or suspensions of solid particles in solvents and subsequent gasification of the solvent, for example from appropriate containers.

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.Aerosols are unstable colloid systems, which means that there are no protective colloids here, since the dispersing agent and the colloidal component show considerable differences in density. Brown's molecular motion is quite strong in such systems. The larger the particles and the more space units account for, the faster the colloids settle on the ground through particle enlargement or coagulation.

In der Praxis finden Aerosole dort Verwendung, wo Stoffe auf einfachste Art mit maximaler Wirkung aufgetragen werden sollen.In practice, aerosols are used where substances are to be applied in the simplest way with maximum effect.

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.So from everyday life of the sprayable application objects for personal use, such as pharmaceutical products, cosmetics, care products generally known. The handling of sprayable paints and paints is also a common application of aerosols.

Auch muss auf die enorme Bedeutung der Aerosol-Therapie in der Veterinars-und Human-Medizin mit dem sehr breiten Anwendungsspektrum hingewiesen werden.Also, the enormous importance of aerosol therapy in veterinary and human medicine with a very wide range of applications.

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.For technology, the absorption effect is also a very important criterion for the use of good nozzles in absorption towers. It is e.g. known that a 100% saturation of 1 liter of water with 10 gr of carbon dioxide in a stirring system at a pressure of about 4.7 atu is possible after a very long time. In a packed column, on the other hand, you get an efficiency of 95%, with a cascade system about 70%, with the injection into the gas space also 70%, whereas when you inject a gas together with water into the absorption space, you get an efficiency of 98% achieved. Similar conditions also exist for the production of emulsions.

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.The mass transfer from one phase to another is proportional to the surface and inversely proportional to the boundary layer. This means that the larger the surface between two phases, the greater the mass transfer and the smaller the boundary layer of two phases, the greater the mass transfer.

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.Turbulence is generated when using stirring systems, Raschig rings and jet nozzles. Here too, the greater the degree of turbulence, the smaller the boundary layer and the greater the mass transfer.

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.When producing oil / water emulsions, it is essential that the liquid components such as oil, water and emulsifiers are broken down into tiny droplets, thus creating the ideal conditions for colloid formation so that a stable and homogeneous emulsion is created.

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.The purpose of the present invention is that a very simple device with regard to a large surface area between the phases and the smallness of the boundary layer creates conditions which thus come close to the colloidal state of the aerosols and the above-mentioned known results of other previously known ones Exceed aerosol generators.

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.From the multitude of aerosol generators, nozzles and devices designated as such, reference can be made to the various prior art publications relating to the state of the art. in construction and other training are significantly more complicated than the device presented according to the invention.

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,
The following writings were examined in detail with regard to their construction and mode of operation in connection with the construction according to the invention:
  • 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 354DE-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.The invention relates to a device for producing aerosols or similar colloidal particles, the characteristic features of which can be seen in the fact that this device consists of a cone-like and / or cylindrical nozzle, in the central bore of which two functional parts, namely a "male part" (hereinafter) referred to as a V-piece) and a "mother part" (hereinafter referred to as an M-piece), which are connected to one another in a suitable form and one or more as a way to feed different media. The central bore of the V and M piece is characterized by a hyperbolic shape. The V and M pieces are designed in such a way that the M piece is provided with a conically downward, nozzle-like, hyperbolic-shaped bore which forms a unit with the insertion ducts of the V piece, the surfaces of the insertion ducts have the same ratio in the V-piece to the surfaces of the outlet opening on the M-piece. With such a shaping of the M and V piece, the prerequisite is created that a swirl effect can be achieved at a very high speed in the actual turbine chamber.

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.A further acceleration of the peripheral speed of the medium in the turbine space is achieved by introducing one or more balls, for example made of metal, glass or plastic, into the ball-bearing-shaped turbine space. With this inventive measure, the media atomization is improved many times over and the suction effect at the outlet opening on the M-piece is optimized.

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.As a result of this suction effect, liquid and / or gaseous media can be used particularly effectively and with constant conditions by additives, e.g. in impregnation, emulsification and aerosol therapy, to name just a few.

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
For a better understanding of the invention, this will now be explained with reference to the attached 6 drawings:
  • Drawing 1) Nozzle structure (single-substance nozzle)
  • Drawing 2) Nozzle structure (multi-component nozzle)
  • Drawing 3) Section through V-piece
  • Drawing 4) Cut through M-piece
  • Drawing 5) Cut single-substance nozzle
  • Drawing 6) Section of multi-component nozzle

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.The device shown in drawing 1) contains an optical impression of the overall structure of the device, in particular also of the device according to the invention when used for a single medium. The V and M piece (not shown), which is held by the nozzle nut, is inserted into the nozzle mouth.

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.The device shown in drawing 2) serves primarily to atomize more than one medium (here drawn for two substances) and shows the holder of the V and M piece in the nozzle. The interconnected functional parts V-c-and V-m are pressed into the nozzle head K by the nozzle nut D-m and held against the media pressure. Of course, it is assumed that the medium M-2, when used, is as pure as the filtered medium M-1. Otherwise, a filter is also useful here.

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.The drawings 3) and 4) represent sections through the V and M piece, and above all give an idea of the arrangement of the balls or the turbine space formed by the assembly and the hyperbolic shape of the mouth parts of the V and M piece.

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.
These details are then explained in detail in drawings 5) and 6):
  • The nozzle body 1 with the V-piece 2 and the M-piece 3 are firmly mounted in the nozzle body 1 and are pressed into the nozzle body by the nozzle nut explained above (not shown here). The aerosol-forming media are supplied via the inlet channels 4 and 5 The V-piece 2 has a head 2 'at one end, with a plurality of vertical inlet bores 6 and a plurality of conical, tangentially arranged inlet opening channels 7 which lead to the turbine chamber 8. In the middle of the M-piece 3, a hyperbolic bore 9 is provided into which one end of the head 2 '. the bore 4 ', which also runs down hyperbolic and ends like a nozzle, opens out.

Der Zwischenraum 10 gegenüber der Ausflussöffnung 9 hin verengt sich und dient der hyperbolischen Anpassung des austretenden Mediumsstrahles.The space 10 narrows towards the outflow opening 9 and is used for the hyperbolic adjustment of the emerging medium jet.

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.In order to achieve an optimal nozzle effect, the surfaces of the inlet opening 7 must be dimensioned in almost the same ratio to the surfaces that are formed by the outlet opening 9.

Zum Schutz der Düsenkanäle ist es notwendig,eine geeignete Filtervorrichtung dem Medieneintritt vorzuschalten.To protect the nozzle channels, it is necessary to connect a suitable filter device upstream of the media inlet.

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.All materials that can be machined are suitable as materials for the manufacture of the device described above, a combination of different materials being readily possible in coordination with the corresponding fields of application of the atomizing device.

Claims (6)

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.1) Device for producing aerosols or similar colloidal particles, characterized in that this device consists of a cone-like and / or cylindrical nozzle in the central bore of two functional parts, the V-piece and the M-piece, which are connected to one another are and have feeders for one or more media. 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.2) Device according to claim 1), characterized in that the V-piece 2) is provided with a hyperbolic connecting bore 4) and that the M-piece 3) is also designed with a hypobolic shape of the bore 9. 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.3) Device according to claims 1) to 2), characterized in that the opening 4) of the bore of the V-piece is arranged centrally connected to one another via the opening 9) of the M-piece. 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.4) Device according to claim 1) to 3), characterized in that the distance between the V- and M-piece forms a space in which the area dimensioned by the outputs 7) is in the same ratio to that area which is due to the cross section the outlet opening 9) is dimensioned. 5) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 4) ,dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung in einen Turbinenraum mündet, in dem ein oder mehrere Kugeln eingebracht sind.5) Device according to claims 1) to 4), characterized in that the inlet opening opens into a turbine chamber in which one or more balls are introduced. 6) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungskanäle 7 mehr als eine Öffnung besitzen.6) Device according to claims 1) to 5), characterized in that the inlet opening channels 7 have more than one opening.
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