EP0991478A1 - Verfahren und vorrichtung für die erzeugung eines aerosols - Google Patents

Verfahren und vorrichtung für die erzeugung eines aerosols

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EP0991478A1
EP0991478A1 EP98935016A EP98935016A EP0991478A1 EP 0991478 A1 EP0991478 A1 EP 0991478A1 EP 98935016 A EP98935016 A EP 98935016A EP 98935016 A EP98935016 A EP 98935016A EP 0991478 A1 EP0991478 A1 EP 0991478A1
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EP
European Patent Office
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wall
particle
permeable wall
permeable
fluid particles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98935016A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Rieth
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Original Assignee
Individual
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B05B7/0012—Apparatus for achieving spraying before discharge from the apparatus
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
    • F23D11/007—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means combination of means covered by sub-groups F23D11/10 and F23D11/24
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/18—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area using fluids, e.g. gas streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • 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
    • B05B7/16—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 incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S239/00—Fluid sprinkling, spraying, and diffusing
    • Y10S239/23—Screens

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the production of fluid particles, in particular the production of an aerosol.
  • a particle former is applied to one side of a permeable wall and pressed through the wall with the aid of a compressed gas flowing through the wall, forming the fluid particles.
  • the device according to the invention has a permeable wall, a device for applying a particle former to the permeable wall and a device for loading the permeable wall with a pressurized gas which penetrates the permeable wall and entrains the particle former and forms the fluid particles.
  • This solution of the invention can advantageously be used for fluid treatment of sensitive, easily deformable objects, in particular for cooling them.
  • a permeable wall in particular having pores
  • fluid particles with low kinetic energy can be formed under the action of the compressed gas flowing through the permeable wall, so that a fluid particle flow with extremely low energy per particle can be generated on the outlet side of the wall.
  • a particle flow for example formed by liquid nitrogen, can be used, for example, to cool and solidify a liquid surface without the deformation of the solidified liquid surface being recognizable due to the action of the flow.
  • the particle generator is preferably sprayed onto the pressurized wall, preferably using a spray jet which is large in cross section and at the same time essentially wets the entire surface of the permeable wall.
  • the device according to the invention has a spray nozzle for generating a spray jet to be directed onto the wall, the spray nozzle being provided for generating a spray jet which widens in particular in a conical shape and which covers the entire surface of the pressurized wall.
  • the permeability of the wall and the gas pressure are chosen with a continuous supply of the particle former such that a continuous particle flow with a low compared to the kinetic energy of the spray jet particles from the wall kinetic energy per particle emerges.
  • the device according to the invention has devices for adjusting the amount of particle generator transported by the spray jet per unit of time and devices for adjusting the amount of compressed gas flowing through the wall per unit of time, the amount of particle generator transported by the spray jet per unit of time via the pressure difference of the delivery pressure exerted on the particle generator and the Gas pressure of the compressed gas is adjustable.
  • the permeable wall could be provided as an interchangeable part, so that wall parts with different permeability can be used.
  • the permeable wall is preferably arranged essentially horizontally and the aerosol former is applied to the wall from above. In this case, the formation of particles is supported by gravity. However, the wall can assume any position and a particle generator can also be pressed vertically through the wall from bottom to top.
  • the wall is provided as the bottom wall of a pressure chamber which receives the spray jet and can be acted upon by the pressurized gas, the pressure chamber being in particular cylindrical and the bottom wall and the spray jet being arranged coaxially to the cylinder axis.
  • the pressure chamber can be preceded by a buffer volume that compensates for pressure fluctuations in the compressed gas.
  • the permeability of the permeable wall, the gas pressure and the amount of the particle former applied to the wall per unit of time are chosen such that the continuous removal of the particle former from the surface of the permeable wall into the wall prevents the formation of a coherent liquid level of the particle former. In this way it is ensured that spray droplets of the particle former hitting the surface of the permeable wall burst into smaller particle units.
  • the permeable wall has, in particular, pore-like passage channels, preferably with passage widths in the micrometer range (5-500 ⁇ m, depending on the pressure level).
  • permeable walls e.g. Sintered disks, in particular sintered disks made of metal, glass or ceramic, can be used. It is also conceivable that a permeable wall is used to generate a directed fluid particle flow, which has appropriately aligned passage channels.
  • the particle former can be formed by liquid nitrogen and the compressed gas by gaseous nitrogen.
  • Fig. 1 shows an essential part of a device according to the invention in a vertical
  • FIG. 2 shows a part used in the device of FIG. 1 for forming a pressure chamber in a vertical partial sectional view
  • FIG. 3 shows an essential part of a device according to a second exemplary embodiment according to the invention.
  • Reference number 1 denotes a cylindrical housing which is open at the bottom and closed at the top by an end wall 2. Through bores 3 with an upper internal thread 4 and a lower internal thread 5 are provided in the end wall 2. The upper internal thread 4 serves to connect a compressed gas line connection to a compressed gas source, not shown in the figures. In the end wall 2 there is also a central bore 6 with an internal thread into which an upper attachment piece 7 of a spray nozzle holder 8 provided with a corresponding external thread is inserted. Schr ⁇ ubb ⁇ r is.
  • the spray nozzle holder 8 has on its underside a further extension 9 with an external thread which can be screwed into a corresponding internal thread of a cylindrical insert 10, the spray nozzle holder 8 coming into contact with the ring-shaped shoulder 9 against the annular end face of the cylindrical insert 10.
  • the projection 9 projecting downward from the spray nozzle holder 8 is connected to a spray nozzle 11, in which baffles (not visible in FIG. 1) are provided for the atomization of a particle former to be sprayed.
  • the spray nozzle 1 1 generates a conically widening spray jet 12 of a particle generator, in the present case liquid nitrogen.
  • the liquid nitrogen is supplied to the spray nozzle 11 via a through channel 13 which crosses the spray nozzle holder 8 with the lugs 7 and 9 and which can be connected to a storage container for liquid nitrogen via connecting means (not shown in the figures).
  • the cylindrical insert 10 has an annular projection 14 with an annular groove 15.
  • An annular seal 16 made of a suitable sealing material such as e.g. Rubber or NBR inserted.
  • holes in the side wall of the cylindrical insert 10 are designated, which open outwards to an annular buffer chamber 18 and inwards to a pressure chamber 19 formed by the screwed-in cylindrical insert 10.
  • a porous metal sintered disk is designated in FIG. 1, which is pressed into a tapering section of the cylindrical insert 10 at its lower end, lying over its circumference, whereby it rests on an annular shoulder 21 formed on the cylindrical insert 10.
  • the sintered disk 20 made of stainless steel has a diameter of approximately 20 mm, a thickness of 2.5 mm and a pore size of 70 ⁇ m.
  • the cylindrical insert 10 is provided at its lower end with key engagement surfaces 22 in the manner of a nut.
  • the component containing the spray nozzle holder 8 with the lugs 7 and 9 and the spray nozzle 11 is first inserted into the interior thread of the bore 6 screwed into the end wall 2 of the cylindrical housing 1.
  • the cylindrical housing 1 is surrounded by a double wall, not shown, an intermediate space being formed between the wall shown and the second wall, not shown, for thermal insulation of the housing 1.
  • the part shown in FIG. 2 is inserted into the housing 1 and screwed onto the lower shoulder 9 of the spray nozzle holder 8, the end of the cylindrical part 10 against the annular shoulder 9 on the Spray nozzle holder 8 comes into contact.
  • the buffer space 18 is closed pressure-tight by the ring seal 16.
  • parts corresponding to the part 23 with through openings 24 of the desired width can be screwed into the bores 17 and / or the bores 5.
  • Said pressurized gas source and the reservoir for liquid nitrogen are provided with devices for regulating the pressure, not shown, so that the pressurized gas can reach the pressurized chamber 19 via the holes 3, the buffer chamber 18 and the drilled holes 17.
  • the pressure required to spray the liquid nitrogen through the spray nozzle 11 can also be regulated. So that the spray jet 12 can emerge from the spray nozzle 11 within the pressure chamber 19, the delivery pressure of the liquid nitrogen must be somewhat higher than the pressure of the nitrogen pressure gas used here.
  • the amount of the sprayed material can be regulated by the pressure difference, while the absolute value of the pressures is decisive for the throughput through the sintered disk 20.
  • the pressure difference and absolute values of the pressure are to be set so that no build-up occurs on the sintered disc with the generation of a liquid level.
  • Liquid nitrogen sprayed onto the sintered disk 20 strikes the pore-containing sintered disk 20, where the spray particles burst on the surface and are entrained by the pressurized compressed gas which flows continuously through the sintered disk.
  • the permeability of the sintered disk 20, the internal pressure of the nitrogen gas in the pressure chamber 19 and the amount of liquid nitrogen sprayed onto the sintered disk 20 per unit of time are such that no liquid level of the liquid nitrogen can form on the disk, but rather that liquid material is always sufficiently transported away from the wall surface inward while avoiding such liquid level formation.
  • the suitable conical widening of the spray jet 12, which covers the entire surface of the sintered disk 20, results in a uniform distribution of the liquid over the sintered disk 20.
  • the entrainment of liquid particles by the compressed gas flowing continuously through the sintered disk 20 leads to the formation of small aerosol particles in the narrow pores of the sintered disk 20, so that an aerosol flow emerges on the outside of the sintered disk 20 opposite the pressure chamber.
  • the parameters mentioned above are also dimensioned such that the kinetic energy per particle of this flow is very low compared to the energy of the spray particles in the spray jet 12. This low particle energy of the aerosol flow means that objects sensitive to deformation can be treated, for example cooled.
  • the present device can e.g. be used in the food industry to cool and solidify surfaces of pudding, the cooled and solidified surface showing no deformations caused by the cooling flow.
  • a flowing mist with a high concentration of the finest aerosol particles is formed behind the sintered disk 20, through which an intensive cooling effect on the surface in question can be achieved.
  • pressures of the compressed gas and throughput quantities of particle formers can be set by means of appropriate devices.
  • the sintered disk 20 can be removed from its press fit in the insert 10 and exchanged for another disk with a different permeability.
  • the permeability can be regulated via the pane thickness and the width of the through pores. Through different passages 24 having insert pieces 23 there are further possible variations of the compressed gas flow.
  • FIG. 3 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number, however, provided with the letter a as in the exemplary embodiment described above.
  • the reference numeral 26 in FIG. 3 denotes a guide device arranged coaxially to an insert part 10a, which can be connected to a projecting ring part 14a of a cylindrical insert 10a via screw connections, not shown.
  • An annular space 27 with an annular outlet opening 28 is formed between the guide device 26 and the cylindrical insert 10a.
  • the annular space 27 is connected via passages 29 to a buffer space 18a for compressed gas.
  • the guide device 26 projects slightly beyond the lower end of the cylindrical insert 10a.
  • Compressed gas from the buffer volume 18a not only enters a pressure chamber 19a via connection openings (not visible in FIG. 3), but also through the passages 29 into the annular space 27 and emerges from the annular opening 28 with the formation of a hollow cylindrical flow.
  • This hollow cylindrical flow surrounds fluid particles emerging from a permeable wall 20a, which are generated from an aerosol former applied to the permeable wall 20a via a spray jet 12a from a spray nozzle 1a.
  • the device described could e.g. can also be used to generate a burner flame, wherein a compressed gas combustible with the aerosol can be used to form a very reactive mixture, and wherein the outer curtain has a cooling function for the nozzle and a protection and support function for the flame.
  • a cooling and protective gas independent of the compressed gas could also be introduced for this, e.g. Compressed air, argon and / or CO2 and O2.
  • permeable walls with layers of different permeability, wherein permeable walls arranged at a distance from one another can also be used with the formation of gaps.
  • the surface of the permeable wall could be curved, for example.
  • the outlet surface in a suitable manner for the fluid particles.
  • the compressed gas can perform the opposite function as an inert gas flow.
  • the pressure chamber 19 with the sintered disk 20 forms a second stage of material scattering and a damping stage.
  • All known nozzles can be used as the first stage, liquid nozzles, air scattering nozzles, ultrasonic nozzles, multi-component nozzles. The more gas phase that is passed through the first stage into the pressure chamber, the less additional compressed gas is required.
  • the device described above with a pressure chamber 19, which has a permeable wall 20 and in particular an inlet comprising nozzles 11 for pressurized media, can also be used to homogeneously mix different media with one another, gases with gases, liquids with liquids and gases with liquids.
  • a liquid flows through the pressure chamber, the porous wall forming a throttle.
  • a gas phase, a mixed phase or other liquid is then injected into the pressure chamber.
  • the media mix under the increased pressure in the pressure chamber. After passing through the porous wall, they are then mixed under reduced pressure.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erzeugung eines Aerosols. Erfindungsgemäss wird ein Partikelbildner auf eine Seite einer durchlässigen Wand aufgebracht und mit Hilfe eines die Wand durchströmenden Druckgases unter Bildung der Fluidpartikel durch die Wand hindurchgedrückt. Auf diese Weise lassen sich Fluidpartikelströmungen mit sehr geringer kinetischer Energie je Partikel bilden, welche z.B. zur Behandlung, insbesondere Kühlung, leicht verformbarer Gegenstände verwendet werden können. Weitere Anwendungen z.B. als Brenner basieren auf der hohen Reaktionsfähigkeit der erfindungsgemäss erzeugbaren Partikel-Gasmischungen.

Description

Beschreibung:
„Verfahren und Vorrichtung für die Erzeugung eines Aerosols"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erzeugung von Fluidparti- keln, insbesondere die Erzeugung eines Aerosols.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Partikelbildner auf eine Seite einer durchlässigen Wand aufgebracht und mit Hilfe eines die Wand durchströmenden Druckgases unter Bildung der Fluidpartikel durch die Wand hindurchgedrückt.
Entsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine durchlässige Wand, eine Einrichtung zur Aufbringung eines Partikelbildners auf die durchlässige Wand und eine Einrichtung zur Beaufschlagung der durchlässigen Wand mit einem die durchlässige Wand unter Mitnahme des Partikelbildners und Bildung der Fiuidpartikeln durchdringenden Druckgases auf.
Vorteilhaft kann diese Erfindungslösung zur Fluidbehandlung empfindlicher, leicht deformierbarer Gegenstände verwendet werden, insbesondere zu deren Kühlung. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer insbesondere Poren aufweisenden durchlässigen Wand können unter Einwirkung des durch die durchlässige Wand strömenden Druckgases Fluidpartikel mit geringer kinetischer Energie gebildet werden, so daß auf der Austrittsseite der Wand eine Fluidpartikelströmung mit je Partikel außerordentlich niedriger Energie erzeugbar ist. Durch eine solche, beispielsweise durch flüssigen Stickstoff gebildete Partikelströmung kann z.B. eine Flüssigkeitsoberfläche abgekühlt und verfestigt werden, ohne daß dabei durch die Einwirkung der Strömung bedingte Verformungen der verfestigten Flüssigkeitsoberfläche erkennbar sind. Vorzugsweise wird der Pαrtikelbildner auf die druckbeaufschlagte Wand aufgesprüht, wobei vorzugsweise ein im Querschnitt großer, gleichzeitig im wesentlichen die gesamte Oberfläche der durchlässigen Wand benetzender Sprühstrahl verwendet wird.
Entsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sprühdüse für die Erzeugung eines auf die Wand zu richtenden Sprühstrahls auf, wobei die Sprühdüse für die Erzeugung eines sich insbesondere kegelförmig aufweitenden Sprühstrahls, der die gesamte Oberfläche der druckbeaufschlagten Wand erfaßt, vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Fluidpartikel zur Behandlung verformungsempfindlicher Gegenstände eingesetzt werden sollen, werden bei kontinuierlicher Zuführung des Partikelbildners die Durchlässigkeit der Wand und der Gasdruck so gewählt, daß aus der Wand eine kontinuierliche Partikelströmung mit einer im Vergleich zur kinetischen Energie der Sprühstrahlpartikel geringen kinetischen Energie je Partikel austritt. Entsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen zur Einstellung der durch den Sprühstrahl je Zeiteinheit transportierten Partikelbildnermenge sowie Einrichtungen zur Einstellung der je Zeiteinheit durch die Wand strömenden Druckgasmenge auf, wobei die durch den Sprühstrahl je Zeiteinheit transportierte Partikelbildnermenge über die Druckdifferenz des auf den Partikelbildner ausgeübten Förderdrucks und des Gasdrucks des Druckgases einstellbar ist. Darüberhinaus könnte die durchlässige Wand als austauschbares Teil vorgesehen sein, so daß Wandteile mit unterschiedlicher Durchlässigkeit verwendbar sind.
Vorzugsweise wird die durchlässige Wand im wesentlichen horizontal angeordnet und der Aerosolbildner von oben her auf die Wand aufgebracht. In diesem Fall wird die Partikelbildung durch die Schwerkraft unterstützt. Die Wand kann jedoch jede beliebige Lage einnehmen und ein Partikelbildner insbesondere auch vertikal von unten nach oben durch die Wand gedrückt werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Wand als Bodenwand eines den Sprühstrahl aufnehmenden, mit dem Druckgas beaufschlagbaren Druckraums vorgesehen, wobei der Druckraum insbesondere zylindrisch ausgebildet sein kann und die Bodenwand und der Sprühstrahl koaxial zur Zylinderachse angeordnet sind.
Dem Druckraum kann ein Druckschwankungen des Druckgases ausgleichendes Puffervolumen vorgeschaltet sein. Vorzugsweise wird die Durchlässigkeit der durchlässigen Wand, der Gasdruck und die je Zeiteinheit auf die Wand aufgebrachte Menge des Partikelbildners so gewählt, daß bei kontinuierlichem Abtransport des Partikelbildners von der Oberfläche der durchlässigen Wand in die Wand hinein die Bildung eines zusammenhängenden Flüssigkeitsspiegels des Partikelbildners vermieden wird. Auf diese Weise wird gesichert, daß auf die Oberfläche der durchlässigen Wand auftreffende Sprϋhtröpfchen des Partikalbildners in kleinere Partikeleinheiten zerplatzen.
Die durchlässige Wand weist insbesondere porenartige Durchgangskanäle auf, vorzugsweise mit Durchlaßweiten im Mikrometerbereich (5 - 500 μm, je nach Druckniveau).
Als durchlässige Wände können z.B. Sinterscheiben, insbesondere aus Metall, Glas oder Keramik hergestellte Sinterscheiben, verwendet werden. Es ist darüberhinaus denkbar, daß zur Erzeugung einer gerichteten Fluidpartikelströmung eine durchlässige Wand verwendet wird, die entsprechend ausgerichtete Durchgangskanäle aufweist.
Insbesondere bei Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Kühlung von Gegenständen kann der Partikelbildner durch flüssigen Stickstoff und das Druckgas durch gasförmigen Stickstoff gebildet sein.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausfϋhrungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen wesentlichen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vertikalen
Schnittanschicht, Fig. 2 ein in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendetes Teil zur Bildung einer Druckkammer in einer vertikalen Teilschnittansicht, und Fig. 3 einen wesentlichen Teil einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein zylindrisches Gehäuse bezeichnet, das nach unten offen und oben durch eine Stirnwand 2 verschlossen ist. In der Stirnwand 2 sind Durchgangsbohrungen 3 mit einem oberen Innengewinde 4 und einem unteren Innengewinde 5 vorgesehen. Das obere Innengewinde 4 dient dem Anschluß einer Druckgasleitungsverbindung mit einer in den Figuren nicht gezeigten Druckgasquelle. In der Stirnwand 2 ist ferner eine zentrale Bohrung 6 mit einem Innengewinde vorgesehen, in welche ein mit einem entsprechenden Außengewinde versehenes oberes Ansatzstück 7 einer Sprühdüsenhalterung 8 ein- schrαubbαr ist. Die Sprühdüsenhαlterung 8 weist an ihrer Unterseite ein weiteres Ansatzstück 9 mit einem Außengewinde auf, das in ein entsprechendes Innengewinde eines zylindrischen Einsatzes 10 einschraubbar ist, wobei die Sprühdüsenhalterung 8 mit einer Ringschulter 9 gegen die ringförmige Endstirnfläche des zylindrischen Einsatzes 10 zur Anlage kommt. Der von der Sprühdüsenhalterung 8 nach unten vorstehende Ansatz 9 ist mit einer Sprühdύse 1 1 verbunden, in welcher in der Fig. 1 nicht sichtbare Prallflächen für die Zerstäubung eines zu versprühenden Partikelbildners vorgesehen sind. Die Sprühdüse 1 1 erzeugt einen sich kegelförmig aufweitenden Sprühstrahl 12 eines Partikelbildners, im vorliegenden Fall flüssigen Stickstoffs. Der flüssige Stickstoff wird der Sprühdüse 1 1 über einen die Sprühdüsenhalterung 8 mit den Ansätzen 7 und 9 durchquerenden Durchgangskanal 13 zugeführt, welcher über in den Figuren nicht gezeigte Anschlußmittel mit einem Vorratsbehälter für flüssigen Stickstoff verbindbar ist.
Wie den Fig. 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, weist der zylindrische Einsatz 10 einen Ringvorsprung 14 mit einer Ringnut 15 auf. In die Ringnut 15 ist eine Ringdichtung 16 aus einem geeigneten Dichtungsmaterial wie z.B. Gummi oder NBR eingelegt.
Mit 17 sind in Höhe der Sprühdüse 1 1 angeordnete Bohrungen in der Seitenwand des zylindrischen Einsatzes 10 bezeichnet, welche nach außen zu einem ringförmigen Pufferraum 18 und nach innen zu einem durch den eingeschraubten zylindrischen Einsatz 10 gebildeten Druckraum 19 hin öffnen.
Mit dem Bezugszeichen 20 ist in der Fig. 1 eine poröse Metallsinterscheibe bezeichnet, die in einen sich verjüngenden Abschnitt des zylindrischen Einsatzes 10 an dessen unterem Ende über ihren Umfang anliegend eingepreßt ist, wobei sie auf einer an dem zylindrischen Einsatz 10 gebildeten Ringschulter 21 aufliegt. Die aus Edelstahl hergestellte Sinterscheibe 20 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 20 mm, eine Dicke von 2,5 mm und eine Porenweite von 70 μm auf.
Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der zylindrische Einsatz 10 an seinem unteren Ende mit Schlüsselangriffsflächen 22 in der Art einer Mutter versehen.
Mit 23 ist ein in die Bohrungen 17 einschraubbares Teil mit einem zentralen Durchgang 24 bezeichnet, wobei solche Teile 23 mit verschiedenen Weiten des jeweiligen Durchgangs 24 zum wahlweisen Einschrauben zur Verfügung stehen. Solche Teile 23 sind auch in die Innengewinde 5 in der Stirnwand 2 einschraubbar.
Zur Montage der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird zunächst das die Sprühdüsenhalterung 8 mit den Ansätzen 7 und 9 sowie die Sprühdüse 1 1 enthaltende Bauteil in das Innen- gewinde der Bohrung 6 in der Stirnwand 2 des zylindrischen Gehäuses 1 eingeschraubt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zylindrische Gehäuse 1 von einer nicht gezeigten Doppelwand umgeben, wobei zwischen der gezeigten Wand und der nicht gezeigten zweiten Wand ein Zwischenraum zur thermischen Isolation des Gehäuses 1 gebildet ist. Nach dem Einschrauben des genannten Teils mit der Sprühdüse in die Bohrung 6 wird das in Fig. 2 gezeigte Teil in das Gehäuse 1 eingesetzt und auf den unteren Ansatz 9 der Sprühdüsenhalterung 8 aufgeschraubt, wobei das Ende des zylindrischen Teils 10 gegen die Ringschulter 9 an der Sprühdüsenhalterung 8 zur Anlage kommt. Durch die Ringdichtung 16 wird dabei der Pufferraum 18 drucksicher verschlossen. Vor dem Einsetzen des zylindrischen Einsatzes 10 in das Gehäuse 1 können an den Bohrungen 17 oder/und den Bohrungen 5 dem Teil 23 entsprechende Teile mit Durchgangsöffnungen 24 gewünschter Weite eingeschraubt werden.
Die genannte Druckgasquelle wie auch der Vorratsbehälter für flüssigen Stickstoff sind mit nicht gezeigten Einrichtungen zur Druckregulierung versehen, so daß das Druckgas mit einem gewünschten eingestellten Druck über die Bohrungen 3, den Pufferraum 18 und die Bohrungen 17 in den Druckraum 19 gelangen kann. Ebenso ist der zum Versprühen des flüssigen Stickstoffs durch die Sprühdüse 1 1 erforderliche Druck regulierbar. Damit innerhalb des Druckraums 19 der Sprühstrahl 12 aus der Sprühdüse 1 1 austreten kann, muß der Förderdruck des flüssigen Stickstoffs etwas höher liegen als der Druck des hier verwendeten Stickstoffdruckgases. Durch die Druckdifferenz ist die Menge des versprühten Materials regelbar, während der Absolutwert der Drucke für die Durchsatzmenge durch die Sinterscheibe 20 maßgebend ist. Druckdifferenz und Absolutwerte des Drucks sind so einzustellen, daß sich auf der Sinterscheibe kein Stau unter Erzeugung eines Flϋssigkeitsspiegels bildet.
Auf die Sinterscheibe 20 aufgesprühter flüssiger Stickstoff trifft auf die Poren aufweisende Sinterscheibe 20 auf, wo die Sprühpartikel auf der Oberfläche zerplatzen und durch das unter Druck anliegende, durch die Sinterscheibe kontinuierlich hindurchströmende Druckgas mitgerissen werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Durchlässigkeit der Sinterscheibe 20, der Innendruck des Stickstoffgases in der Druckkammer 19 und die pro Zeiteinheit auf die Sinterscheibe 20 aufgesprühte Menge an flüssigem Stickstoff so bemessen, daß sich kein Flüssigkeitsspiegel des flüssigen Stickstoffs auf der Scheibe bilden kann, sondern das flüssige Material stets unter Vermeidung einer solchen Flϋssigkeitsspiegelbildung in ausreichendem Maße von der Wandoberfläche nach innen abtransportiert wird. Durch die geeignete kegelförmige Aufweitung des Sprühstrahls 12, der die gesamte Oberfläche der Sinterscheibe 20 erfaßt, ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über der Sinterscheibe 20. Durch die Mitnahme von Flϋssigkeitsteilchen durch das kontinuierlich durch die Sinterscheibe 20 strömende Druckgas kommt es in den engen Poren der Sinterscheibe 20 zur Bildung kleiner Aerosolpartikel, so daß auf der dem Druckraum gegenüberliegenden Außenseite der Sinterscheibe 20 eine Aerosolströmung austritt. Die oben genannten Parameter sind darüber hinaus so bemessen, daß die kinetische Energie je Partikel dieser Strömung, verglichen mit der Energie der Sprühteilchen in dem Sprühstrahl 12 sehr gering ist. Durch diese geringe Teilchenenergie der Aerosolströmung können verformungsempfindliche Gegenstände behandelt, z.B. gekühlt, werden.
Die vorliegende Vorrichtung kann z.B. in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, um Oberflächen von Pudding abzukühlen und zu verfestigen, wobei die abgekühlte und verfestigte Oberfläche keinerlei durch die Kühlströmung bedingte Verformungen erkennen läßt. Hinter der Sinterscheibe 20 bildet sich ein strömender Nebel mit einer hohen Konzentration an feinsten Aerosolteilchen aus, durch welche sich eine intensive Kühlwirkung auf der betreffenden Oberfläche erzielen läßt.
In der beschriebenen Vorrichtung sind über entsprechende Einrichtungen Drücke des Druckgases und Durchsatzmengen von Partikelbildnern einstellbar. Die Sinterscheibe 20 kann aus ihrem Preßsitz in dem Einsatz 10 entfernt und gegen eine andere Scheibe mit einer anderen Durchlässigkeit ausgetauscht werden. Die Durchlässigkeit kann über die Scheibendicke wie auch die Weite der Durchgangsporen reguliert werden. Durch unterschiedliche Durchgänge 24 aufweisende Einsatzstücke 23 sind weitere Variationsmöglichkeiten der Druckgasströmung gegeben.
Es wird nun auf Fig. 3 bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben, jedoch mit dem Buchstaben a versehenen Bezugszahl wie bei dem vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
Mit dem Bezugszeichen 26 ist in der Fig. 3 eine koaxial zu einem Einsatzteil 10a angeordnete Leiteinrichtung bezeichnet, die über nicht gezeigte Schraubverbindungen mit einem vorstehenden Ringteil 14a eines zylindrischen Einsatzes 10a verbindbar ist. Zwischen der Leiteinrichtung 26 und dem zylindrischen Einsatz 10a ist ein Ringraum 27 mit einer ringförmigen Austrittsöffnung 28 gebildet. Der Ringraum 27 steht über Durchgänge 29 in Verbindung mit einem Pufferraum 18a für Druckgas.
Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, steht die Leiteinrichtung 26 geringfügig über das untere Ende des zylindrischen Einsatzes 10a hinaus vor. Druckgas aus dem Puffervolumen 18a gelangt nicht nur über in der Fig. 3 nicht sichtbare Verbindungsöffnungen in einen Druckraum 19a, sondern über die Durchgänge 29 auch in den Ringraum 27 und tritt aus der ringförmigen Öffnung 28 unter Bildung einer hohlzylin- drischen Strömung aus. Diese hohlzylindrische Strömung umgibt aus einer durchlässigen Wand 20a austretende Fluidpartikel, welche aus einem über einen Sprühstrahl 12a aus einer Sprühdüse 1 l a auf die durchlässige Wand 20a aufgebrachten Aersolbildner erzeugt werden.
Durch die aus der Öffnung 28 ringförmig austretende Strömung kann sich z.B. bei Verwendung von flüssigem Stickstoff als Aerosolbildner durch den der Zylindereinsatz 10a stark abgekühlt wird, am Ende des Einsatzes kein aus der Feuchtigkeit der Luft gebildetes Eis niederschlagen, was inbesondere bei Verwendung der Vorrichtung als Kühleinrichtung für Lebensmittel wegen der Möglichkeit der Kontamination der Lebensmittel durch das Eis und die damit verbundene bakteriologische Belastung von Nachteil wäre. Durch die Schutzgasströmung gelangt keine Luft an das Ende des zylindrischen Einsatzes 10a. Das verhältnismäßig warme Schutzgas sorgt dafür, daß es am unteren Ende der Leiteinrichtung 26 nicht stattdessen zur Eisablagerung kommen kann.
Die beschriebene Vorrichtung könnte z.B. auch zur Erzeugung einer Brennerflamme verwendet werden, wobei unter Bildung einer sehr reaktionsfähigen Mischung ein mit dem Aerosol verbrennbares Druckgas verwendbar ist, und wobei dem Außenschleier eine Kühlfunktion für die Düse und eine Schutz- und Stützfunktion für die Flamme zukommt. Hierfür könnte auch ein vom Druckgas unabhängiges Kühl- und Schutzgas eingeleitet werden, wie z.B. Druckluft, Argon oder/und CO2 sowie O2.
Zur Bildung flächig ausgedehnter Flammen könnten großflächig ausgebildete durchlässige Wände vorgesehen werden, wobei durch eine Vielzahl von dahinter angeordneten Sprühdüsen, die zur Aufbringung von Aerosolbildner auf die durchlässige Wand wahlweise verwendbar sind, gewünschte Muster von Flammenteppichen erzeugbar sind.
Es ist ferner denkbar, durchlässige Wände mit Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit vorzusehen, wobei auch unter Bildung von Zwischenräumen im Abstand zueinander angeordnete durchlässige Wände verwendbar sind.
Unter anderem zur Kompensation der sich im Querschnitt verändernden Sprühteilchendichte des Sprühstrahls könnte die Oberfläche der durchlässigen Wand z.B. gewölbt sein. Zur Ausbildung einer bestimmten Aerosolströmung ist es auch denkbar, die Austrittsfiäche für die Fluidpartikel geeignet zu formen. Neben der oben erwähnten Verwendung des Druckgases als Reaktionsgas, z.B. in einem Brenner, kann das Druckgas die gegenteilige Funktion als Inertgasströmung ausüben.
Die Druckkammer 19 mit der Sinterscheibe 20 bildet eine zweite Stufe der Materialstreuung sowie eine Dämpfungsstufe. Als erste Stufe können alle bekannten Düsen eingesetzt werden, Flüssigkeitsdüsen, Luftzerstreuungsdüsen, Ultraschalldüsen, Mehrstoffdüsen. Je mehr Gasphase durch die erste Stufe in die Druckkammer geleitet wird, desto weniger zusätzliches Druckgas wird benötigt.
Die vorangehend beschriebene Vorrichtung mit einer Druckkammer 19, die eine durchlässige Wand 20 und insbesondere eine Düse 1 1 umfassende Einlasse für unter Druck stehende Medien aufweist, kann auch dazu genutzt werden, um verschiedene Medien homogen miteinander zu mischen, Gase mit Gasen, Flüssigkeiten mit Flüssigkeiten und Gase mit Flüssigkeiten.
Beim Mischen kann z.B. die Druckkammer mit einer Flüssigkeit durchströmt werden, wobei die poröse Wand eine Drossel bildet. Mit einem Überdruck wird dann eine Gasphase, eine Mischphase oder weitere Flüssigkeit in die Druckkammer eingedüst. Unter dem erhöhten Druck in der Druckkammer mischen sich die Medien. Nach dem Durchgang durch die poröse Wand sind sie dann unter vermindertem Druck gemischt.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren für die Erzeugung von Fluidpartikeln, insbesondere die Erzeugung eines Aerosols, dadurch gekennzeichnet, daß ein Partikelbildner (12) auf eine Seite einer durchlässigen Wand (20) aufgebracht und mit Hilfe eines die Wand (20) durchströmenden Druckgases unter Bildung der Fluidpartikel durch die Wand hindurchgedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelbildner (12) auf die Wand (20) aufgesprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelbildner (12) mit einem im Querschnitt großen, gleichzeitig im wesentlichen die gesamte Oberfläche der durchlässigen Wand benetzenden Sprühstrahl (12) aufgesprüht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlicher Zuführung von Partikelbildner die Durchlässigkeit der Wand (20) und der Gasdruck so ausgewählt werden, daß aus der Wand (20) eine kontinuierliche Fluidpartikelströmung mit einer im Vergleich zur kinetischen Energie der Sprühstrahlpartikel geringen kinetischen Energie der Fluidpartikel austritt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (20) im wesentlichen horizontal angeordnet und der Partikelbildner (12) von oben her auf die Wand (20) aufgesprüht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit der Wand (20), der Gasdruck und die je Zeiteinheit auf die Wand aufgebrachte Menge des Partikelbildners (12) so gewählt werden, daß bei kontinuierlichem Abtransport des Partikelbildners von der Wandoberfläche die Ausbildung eines zusammenhängenden Flüssigkeitsspiegels des Partikelbildners vermieden wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidpartikel auf einen zu kühlenden Gegenstand, insbesondere eine Flüssigkeitsoberfläche, gerichtet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine die aus der durchlässigen Wand (20) austretenden Fluidpartikel einhüllenden, insbesondere durch das Druckgas gebildete, Schutzgasströmung erzeugt wird.
9. Vorrichtung für die Erzeugung von Fluidpartikeln, insbesondere die Erzeugung eines Aerosols, gekennzeichnet durch eine durchlässige Wand (20), eine Einrichtung zum Aufbringen eines Partikelbildners (12) auf die durchlässige Wand (20), und eine Einrichtung zur Beaufschlagung der durchlässigen Wand (20) mit einem die durchlässige Wand (20) unter Mitnahme des Partikelbildners und Bildung der Fluidpartikel durchdringenden Druckgases.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufbringen des Partikelbildners eine Sprühdüse (1 1 ) für die Erzeugung eines auf die Wand (20) zu richtenden Sprϋhstrahls (12) umfaßt.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüse (1 1 ) für die Erzeugung eines sich insbesondere kegelförmig aufweitenden, im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Wand (20) benetzenden Sprühstrahls (12) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wand als Bodenwand (20) eines den Sprühstrahl (12) aufnehmenden, mit dem Druckgas beaufschlagbaren Druckraums (19) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet. daß der Druckraum (19) zylindrisch ausgebildet ist und die Bodenwand (20) und der Sprühstrahl (12) koaxial zur Zylinderachse angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Einstellung der durch den Sprühstrahl ( 12) je Zeiteinheit transportierten Partikelbildnermenge vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (24) zur Einstellung der pro Zeiteinheit durch die Wand (20) strömende Druckgasmenge vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckraum (19) ein Puffervolumen ( 18) für das Druckgas vorgeschaltet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Wand insbesondere porenartige Durchgangskanäle vorzugsweise mit Durchlaßweiten im Mikrometerbereich aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Wand ein Sintermaterial, insbesondere Keramik-, Glas- oder/und Metallsintermaterial, umfaßt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Wand als Flammenrückschlagsschutz dient.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Wand zur Erzeugung einer gerichteten Aerosolströmung angeordnete Durchgangskanäle aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelbildner flüssigen Stickstoff aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas gasförmigen Stickstoff aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung für einen durch die Fluidpartikel zu behandelnden, insbesondere zu kühlenden, Gegenstand vorgesehen ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Druckraumes (19) ein Hohlzylinder ( 10) mit der durchlässigen Wand (20) an einer Stirnseite gebildet ist, wobei der Hohlzylinder (10) an seinem der durchlässigen Wand (20) gegenüberliegenden Ende mit einem Gewinde zum Aufschrauben auf ein Trägerteil (8) für die Sprühdüse (1 1 ) versehen ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühdüsenträgerteil (8) von einem Bodenteil (2) eines zylindrischen Gehäuses (1 ) vorsteht und der Hohlzylinder (10) mit einem beim Aufschrauben unter Bildung des Pufferraums (18) gegen die Innenwand des zylindrischen Gehäuses (1 ) abdichtend anlegbaren Ringvorsprung ( 14) versehen ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für die Erzeugung einer die aus der durchlässigen Wand (20a) austretenden Fluidpartikel einhüllenden, insbesondere durch das Schutzgas gebildeten Schutzgasströmung vorgesehen ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26., dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Erzeugung der Schutzgasströmung eine den Hohlzylinder (10a) umgebende Leiteinrichtung (26) für die Bildung eines den Hohlzylinder (10a) umgebenden Ringraums (27) mit einer Ringöffnung (28) für die Schutzgasströmung umfaßt, und der Ringvorsprung (14) des Hohlzylinders (10a) das Puffervolumen (18a) mit dem Ringraum (27)verbindende Durchgänge aufweist.
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