ES2901147T3 - Boquilla atomizadora - Google Patents

Abstract

Boquilla atomizadora para rociar gotas líquidas que incluyen: al menos una primera entrada (10) configurados para recibir un primer líquido; una segunda entrada (50) configurada para recibir una segunda sustancia para ser mezclada con el primer líquido y una salida (110) configurada para permitir la expulsión de gotitas atomizadas compuestas por una mezcla del primer líquido y de la segunda sustancia, un primer alojamiento (20) y un segundo alojamiento (120) configurados para ser conectados el uno al otro para formar una carcasa cilíndrica hueca; y una pluralidad de módulos en forma de disco intercambiables: - configuradas para ser apiladas dentro de la carcasa cilíndrica hueca; - que están formadas por una multitud de cavidades de diferentes formas configuradas para: · formar parte de una primera cámara de mezcla (200); · formar parte de una segunda cámara de mezcla (210); · formar parte de un módulo de torbellino (60) conectando la primera cámara de mezcla (200) con la segunda cámara de mezcla (210); · conectar la primera entrada (10) a la primera cámara de mezcla (200); · conectar la segunda cámara de mezcla (210) a la salida (110); Caracterizados de forma que el módulo de torbellino (60) incluye: al menos un primer conducto (63) y un segundo conducto (64) adaptado para conectar con la segunda cámara de mezcla (210), donde el primer conducto (63) y el segundo conducto (64) forman un ángulo mayor o igual que 0º y menor o igual que 90º; o un disco de torbellino (61) con una multitud de conductos laterales inclinados (62).

Description

DESCRIPCIÓN

Boquilla atomizadora

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica en los campos de la mecánica y de los fluidos, especialmente en el área industrial, dedicada a proporcionar boquillas de pulverización con un tamaño de gota pequeño y grandes caudales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las boquillas de pulverización capaces de rociar uno o más líquidos en el aire en forma de gotas pequeñas son muy solicitadas en diversas aplicaciones como la protección contra incendios (tanto en sistemas interiores como en escenarios exteriores); la descontaminación de áreas públicas (por ejemplo, estaciones de metro, estaciones de ferrocarril, etc.) e infraestructuras críticas (por ejemplo, centros de mando, hospitales, aeropuertos o edificios públicos); industria de la fabricación (por ejemplo, la metalurgia de polvos o la tecnología de extrusión); limpieza de gases de escape o limpieza de emisiones industriales; o cañones de nieve. En muchos de esos escenarios, es de suma importancia lograr un alto caudal al tiempo que un tamaño de gota pequeño.

Se han desarrollado muchas configuraciones diferentes de boquillas en un esfuerzo por cumplir con los dos requerimientos. En su forma más básica, la boquilla de atomización se puede implementar con una única cámara de mezcla cilíndrica con un orificio de salida y una clavija en el centro. A la cámara de mezcla se conectan una entrada de líquido y una entrada de gas/aire, formando un ángulo de 90° entre ambas. El agua se introduce en la boquilla axialmente e interacciona con el aire que se introduce a través de la entrada tangencial. El flujo de fluido mixto impacta a través de la clavija, atraviesa una pluralidad de ranuras en torno a dicha clavija y fluye afuera por el orificio.

El rendimiento de la boquilla puede mejorarse, por ejemplo, incluyendo dos cámaras separadas dentro de la boquilla, conectadas a través de una gran cantidad de canales de gradiente. El gas se alimenta inicialmente a la primera cámara (la que está más alejada del orificio de salida), y es entonces mezclada con el líquido en la segunda cámara. La entrada axial de líquido atraviesa la primera cámara y se conecta directamente con la segunda cámara.

Otras soluciones incluyen esquemas de torbellinos de presión asistidos por aire, donde el agua se alimenta desde una entrada central y fluye a través del inserto de torbellino para introducir una fuerza centrífuga en el agua. Después de girar en la cámara de torbellinos, el agua fluye hacia afuera desde el pequeño orificio e interactúa con un fuerte flujo de aire. Alternativamente, el agua que entra por la entrada de agua marcha a través de un pequeño huelgo y se convierte en una fina lámina de líquido. Entonces se encuentra con el flujo de aire procedente de la entrada exterior de aire, que acelera la velocidad del agua y también aumenta su inestabilidad. El aire a alta velocidad procedente de la entrada interior de aire se encuentra con el chorro de agua más aguas abajo y lo hace estallar en pequeñas gotas.

En configuraciones de sangrado-retorno, el agua se suministra desde la entrada de agua y entra en la primera cámara a través de tres canales de torbellino. El agua de la primera cámara puede abandonar la boquilla tanto por el orificio de sangrado-retorno como por el orificio de la boquilla. Cuando se requiere la capacidad completa de las boquillas, la válvula montada en la línea de sangrado se cerrará totalmente para que no se derrame líquido desde la boquilla. Una vez se abre la válvula, parte del líquido fluirá hacia afuera de la cámara de la boquilla, lo que reduce el caudal que sale del orificio. Los torbellinos de agua que salen del orificio de la boquilla se mezclarán con un fuerte flujo de aire en el canal exterior de aire.

Finalmente, en configuraciones de doble torbellino, tanto el efecto de torbellino del agua como el del aire ayudan a la desintegración del chorro de líquido y a la formación de pequeñas gotas. El agua entrante en la boquilla se acumula en la primera cámara y fluye hacia la cámara de mezcla (segunda cámara), a través de tres canales de torbellinos en un inserto de torbellino. Se suministra aire a la cámara de mezcla a través de la entrada de gas que es tangencial a dicha cámara. Tanto el aire como el agua son arremolinados en la misma dirección. El torbellino de líquido se refuerza y finalmente el fluido mezclado fluye hacia afuera desde el orificio.

En otras soluciones más complejas, como la divulgada en la patente US 5,732,885 A, la atomización se lleva a cabo en tres etapas. La primera etapa se lleva a cabo mediante un único orificio de líquido y una cámara de expansión que contiene una aguja de impacto. Una corriente de líquido a alta velocidad se descarga a través del orificio de líquido y se rompe al golpear el extremo plano de la aguja de impacto. El segundo paso se produce por una guía de aire que reduce su área para formar chorros de aire en una cortina anular de aire a alta velocidad, la cortina que pasa por el orificio del líquido en una relación circundante con la corriente de líquido y golpeando el flujo que se ha roto en la primera fase para atomizar las partículas. Entonces, se permite la expansión de la mezcla en la cámara de expansión para reducir la tendencia de las partículas líquidas en la mezcla atomizada a mezclarse y reformarse en partículas más grandes. El tercer paso se produce por la cámara de expansión y por múltiples orificios. La mezcla se rocía desde la cámara de expansión a través de los múltiples orificios y, una vez se descargan en la atmósfera, las partículas son atomizadas más fuertemente debido a la liberación de presión que se forma en el interior de la cámara de expansión.

En otro ejemplo más, como el que se desarrolla en US 6,267,301 B1, los patrones de pulverización se logran incluyendo un par de conductos de aire que se extienden longitudinalmente en los lados opuestos de un orificio de descarga de corriente de flujo líquido central. Cada uno de los conductos de flujo del aire tiene un orificio de descarga definido por una brida deflectora transversal y una superficie deflectora cónica que se espacia estrechamente en su interior, que coopera para desviar y guiar las corrientes de aire presurizado hacia adentro a través del chorro de flujo de descarga de líquido para atomizar el líquido y dirigirlo a un patrón de rociado bien definido.

No obstante, ninguna de las soluciones conocidas en el estado del arte pueden satisfacer simultáneamente ambas condiciones. Por ejemplo, las boquillas de dos fluidos son capaces de producir aerosoles de gotas de pequeños tamaños y bajas tasas de flujos mientras un diseño de boquilla hidráulica puede producir mayores tasas de flujo con gotas relativamente grandes. Es más, las boquillas en el estado del arte presentan una geometría fija, previamente designada para un problema de atomización fijo (por ejemplo, un flujo de entrada dado de un solo líquido o una combinación de líquido predefinida). Si el flujo de salida y/o el tamaño de gota no es el óptimo, el usuario no tiene la opción de reconfigurar el chorro para su optimización. Del mismo modo, cuando la sustancia o la combinación de sustancias que son atomizadas cambian, el usuario no puede adaptar ni optimizar el comportamiento de la boquilla para el nuevo escenario.

Por lo tanto, todavía existe la necesidad en el estado del arte de una boquilla capaz de adaptar y optimizar la tasa de flujo y el cambio de gotas cuando varía el número o la naturaleza de las sustancias que son atomizadas (por ejemplo, fluidos cambiantes, varios fluidos simultáneos, partículas sólidas...).

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención presente resuelve todos los problemas anteriormente mencionados describiendo una boquilla atomizadora modular con módulos intercambiables, sustancialmente en forma de disco, con diferentes formas y tamaños internos que pueden adaptarse para variar el número y el tipo de sustancias rociadas. La boquilla comprende, al menos:

- Una primera entrada, a través de la cual el primer líquido a atomizar es recibido e introducido en el dispositivo. - Una segunda entrada, a través de la cual se recibe la segunda sustancia para ser mezclada con el primer líquido. La segunda entrada debe ser una entrada de líquido para un segundo líquido o una entrada de aire, dependiendo del escenario particular de aplicación.

- Preferentemente, la boquilla comprende además una tercera entrada para una tercera sustancia que, dependiendo de implementaciones particulares, puede ser una entrada de partícula sólida (esto es, una entrada para una sustancia sólida para que sea atomizada con el primer líquido) o una entrada adicional de líquido para introducir líquidos o cualquier tipo de aditivos suspendidos.

- Una salida, a través de la cual las gotas atomizadas que constan de una mezcla del primer líquido y la segunda sustancia (y la tercera sustancia si está presente) son expulsados.

- Dos elementos de carcasa huecos, esto es, una primera carcasa y una segunda carcasa que, cuando se unen la una a la otra, forman una carcasa hueca cilíndrica en la que se colocan los módulos intercambiables con forma de disco. En una primera opción preferente, tanto la primera carcasa como la segunda tienen forma cilíndrica y están configuradas para unirse a través de unas bridas de acoplamiento conformadas por una primera cara de la primera carcasa y una segunda cara de la segunda carcasa. En este caso, la primera carcasa y la segunda carcasa se unen por medios de fijación (como pernos) ubicados en las bridas de acoplamiento.

En una segunda opción preferente, solamente la primera carcasa tiene forma cilíndrica, estando totalmente abierta una base del cilindro, mientras que la segunda carcasa tiene forma de disco y actúa como tapa para la primera carcasa. La primera carcasa y la segunda carcasa están configuradas para ser fijadas a través de bridas de acoplamiento formadas por una primera cara de la primera carcasa y una segunda cara de la segunda carcasa.

- Una pluralidad de módulos intercambiables con forma de disco con una matriz de cavidades de diferentes formas y tamaños, que están configuradas para apilarse en el interior del hueco de la carcasa creado por la primera carcasa y la segunda carcasa para generar un conjunto configurable de cámaras de mezcla. Cuando dicho apilamiento ocurre, el conjunto de la cámara de mezcla se compone, al menos, de una primera cámara de mezcla, conectada por las cavidades del módulo a la primera entrada, y una segunda cámara de mezcal conectada a la salida. La primera cámara de mezcla y la segunda cámara de mezcla están conectadas a través de las cavidades, al menos, de uno de los módulos de torbellino, cuya geometría y operación puede variar dependiendo de la realización particular de la invención, así como del módulo intercambiable particularmente elegido dentro de la misma realización de la invención. La conexión de la segunda entrada (y de la tercera entrada si está presente) a las cámaras de mezcla puede también variar dependiendo de la realización particular de la invención, así como de los módulos intercambiables particularmente seleccionados dentro de la misma realización de la invención.

- Preferentemente, la boquilla además comprende un sellado estático, como juntas tóricas axiales, juntas tóricas de orificio radial, juntas de aplastamiento o una combinación de las mismas.

Dependiendo de la técnica de torbellino y de la conexión interna, se pueden disponer varios esquemas de mezcla preferentes dentro de las cavidades de los módulos apilados. Nótese que dichos esquemas de mezcla preferentes pueden ser colocados dentro de la misma realización de la invención mediante la elección de un subconjunto particular de módulos intercambiables. Alternativamente, una realización de la invención puede ser adaptada para implementar un solo esquema de mezcla, siendo adaptado el subconjunto particular de módulos seleccionados para configurar la cámara particular y/o las dimensiones del conducto del citado esquema.

En un primer esquema de mezcla, el módulo de torbellino comprende un primer conducto axial y, al menos, un segundo conducto inclinado (habiendo típicamente una pluralidad de dichos conductos inclinados). Esto es, hay un ángulo relativo entre ambos conductos mayor o igual a 0° y menor o igual que 90° (típicamente, aproximadamente 45°, a pesar de que el ángulo, la dimensión, el número y la disposición de los conductos puedan variar entre realizaciones o entre módulos de torbellino intercambiables dentro de la misma realización). Preferentemente, la primera entrada se localiza en la primera carcasa y se adapta para pasar a través de la primera cámara de mezcla, conectarse al primer conducto axial, y alimentar el primer líquido directamente a la segunda cámara de mezcla. En este esquema, la segunda entrada alimenta a la primera, y entra a la segunda cámara de mezcla a través de, al menos, un conducto inclinado. También preferentemente, la boquilla comprende una tercera entrada localizada en la segunda carcasa, que se conecta a la segunda cámara de mezcla en una dirección sustancialmente perpendicular a la primera entrada.

En un segundo esquema de mezcla, el módulo de torbellino comprende un disco de torbellino con una pluralidad de conductos inclinados laterales que conectan la primera cámara de mezcla y la segunda cámara de mezcla. La primera entrada está localizada preferentemente en la primera carcasa, pero, a diferencia del primer esquema de mezcla preferente, la primera entrada está preferentemente conectada directamente a la primera cámara de mezcla. La segunda entrada está localizada preferentemente en la segunda carcasa y está conectada directamente a la segunda cámara de mezcla. Preferentemente, la tercera entrada está conectada directamente a la boquilla de salida en una dirección sustancialmente perpendicular a dicha salida.

En una opción preferente, independientemente del esquema de mezcla implementado, la primera carcasa, la segunda carcasa y la pluralidad de módulos intercambiables con forma de discos fabricados en dos mitades casi simétricas que después se ensamblan a lo largo de un plano meridiano de la boquilla. Las dos mitades son casi simétricas, con un plano de simetría definido por la primera entrada y la segunda entrada. Esto hace que sea más fácil la fabricación, el montaje y la instalación, especialmente cuando se requieren boquillas de pequeño tamaño.

Con la boquilla modular descrita, el usuario es, por tanto, capaz de adaptar el esquema de mezcla y/o las dimensiones y configuraciones particulares dentro de un esquema dado. Esto permite a dicho usuario optimizar el tamaño de gota y el flujo de salida para un escenario de atomización dado (por ejemplo, el número de partículas, la naturaleza y el flujo de entrada de las sustancias que son atomizadas), así como adaptar una simple boquilla a diferentes escenarios (por ejemplo, cuando una misma boquilla se utiliza para atomizar varios tipos de líquidos o cuando se incorpora una sustancia líquida y/o sólida adicional). Además, la boquilla puede trabajar con soluciones químicas, partículas sólidas y altas presiones. Incluso en escenarios donde se esperan severas erosiones y abrasiones, especialmente en conductos en áreas de pequeña sección transversal, el diseño modular permite sustituir los elementos dañados sin modificar el resto. Se evidenciarán características y ventajas adicionales del invento a partir de la descripción detallada que sigue, y serán particularmente señaladas en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Con la intención de ayudar a comprender las características de la invención, según una realización preferente práctica de la misma y a fin de complementar esta descripción, se adjuntan las siguientes figuras como parte integrante de la invención, teniendo un carácter ilustrativo y no limitante:

La figura 1 muestra una sección longitudinal de una pluralidad de elementos modulares que pueden ser montados en diferentes configuraciones de boquilla, según una primera realización preferente de la invención.

La figura 2 es una sección longitudinal de una primera configuración de boquilla con canales de gradiente según la citada primera realización preferente de la invención.

La figura 3 es una sección longitudinal de una segunda configuración de boquilla con un módulo de doble torbellino según la citada primera realización preferente de la invención.

La figura 4 es una sección longitudinal de una tercera configuración con canales de gradiente y una carcasa mejorada según una segunda realización preferente de la invención.

Las figuras 5a y 5b presentan dos implementaciones alternativas del elemento de torbellino de la invención según dos realizaciones preferentes de la misma.

Las figuras 6a y 6b representan dos implementaciones alternativas del pin de salida de la invención de acuerdo con dos realizaciones preferentes de la misma.

Las figuras 7a y 7b muestran dos implementaciones alternativas de los medios de sellado de la invención según dos realizaciones preferentes de la misma.

La figura 8 representa esquemáticamente una realización preferente de los métodos de sellado implementados en la primera configuración de boquilla anteriormente mencionada.

La figura 9 representa esquemáticamente una realización preferente de los métodos de sellado implementados en la segunda configuración de boquilla anteriormente mencionada.

La figura 10 representa esquemáticamente una realización preferente de los métodos de sellado implementados en la segunda configuración de boquilla anteriormente mencionada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Las materias definidas en esta descripción detallada se proporcionan para facilitar un conocimiento comprensivo de la invención. Por lo tanto, los expertos en la materia reconocerán que se pueden realizar cambios y modificaciones en las realizaciones descritas en este documento sin apartarse del alcance y el objetivo de esta invención. Particularmente, nótese que cualquier característica o variante concreta del dispositivo de la invención puede aplicarse al método de la invención y viceversa. También, se omiten las descripciones de los elementos y funciones conocidas en prol de la claridad y la concisión.

Nótese que, en este texto, el término “comprender” y sus derivaciones (como comprende, etc.) no deben ser entendidas en sentido excluyente, esto es, dichos términos no deben interpretarse excluyendo la posibilidad de que aquello que se describe y defina pueda incluir otros elementos, pasos, etc.

En el contexto de la presente invención, el término “aproximadamente” y términos de dicha familia (como” aproximado”, etc.) se deben entender como valores indicativos muy cercanos a aquellos que acompañan al citado término. Esto significa que, una desviación del valor exacto dentro de unos límites razonables puede ser aceptada, ya que un experto en la materia entenderá que una desviación de los valores indicados es inevitable debido a inexactitudes de medición, etc. Lo mismo aplica a los términos “cerca de”, “alrededor” y “sustancialmente”.

Nótese que en las siguientes descripciones de elementos “superior”, “inferior”, “vertical” y “horizontal” y cualquier otro término referido a la posición relativa asume que la dirección vertical está definida por el eje principal de la boquilla, considerando que la primera entrada ocupa la posición más alta y que la salida ocupa la posición más baja. Es decir, a fin de facilitar la comprensión de la descripción y figuras, la “primera tapa” también se denomina “tapa superior”, la “segunda tapa” también se denomina “tapa inferior”, la “primera cámara de mezcla” también se denomina “cámara de mezcla superior”, la “segunda cámara de mezcla” también se denomina “cámara de mezcla inferior”, el “primer conducto” se denomina también “conducto vertical” y el “segundo conducto” también se denomina “conducto inclinado”. No obstante, ha de tenerse en cuenta que la boquilla puede operar en cualquier otra orientación o posición.

Nótese también en las siguientes descripciones de la realización que la “primera entrada” también se denomina “entrada de líquido”, la “segunda entrada” también se denomina “entrada de aire” y que la “tercera entrada” también se denomina “entrada de partículas sólidas”. Sin embargo, se propone esta nomenclatura únicamente para facilitar la comprensión de la operación del dispositivo, sin que esto limite el tipo de sustancia que se introduce a través de cada entrada. Por ejemplo, en realizaciones particulares, se pueden introducir líquidos o suspensiones adicionales a través de la segunda entrada y/o a través de la tercera entrada. Es más, en realizaciones particulares de la invención, se pueden añadir entradas adicionales de líquido, aire, partículas sólidas o cualquier combinación, incluyendo las inserciones de entrada apropiadas, módulos reconfigurables y entradas en la carcasa superior y/o inferior.

La figura 1 muestra una pluralidad de módulos con forma de disco intercambiables y apilables según una realización preferente de la invención, así como realizaciones particulares de los medios de alojamiento, entradas y salidas. Nótese que para la funcionalidad de cada módulo (por ejemplo, mezcla, arremolinado, etc.), se pueden proporcionar diferentes módulos con una pluralidad de tamaños de cavidad y/o diseños, permitiendo al usuario apilar dentro de la carcasa el subconjunto de módulos que mejor se adapten a cada escenario dado. Nótese también que la figura solamente representa la mitad de cada elemento a fin de mostrar sus cavidades, siendo la otra mitad simétrica con respecto a la que se muestra.

En la realización particular de la figura 1, se encuentran las siguientes entradas:

- Entrada de líquido vertical (10).

- Entrada de aire horizontal (50).

- Entrada horizontal de partículas sólidas o aditivos (80).

Nótese que una determinada realización del invento puede comprender una pluralidad de entradas de líquido intercambiables (10), entradas de aire (50) y/o entradas de partículas sólidas (80). Nótese también que, como se ha mencionado previamente, el tipo de sustancias que se introducen a través de cada entrada pueden variar dependiendo de las realizaciones particulares de la invención.

Además, los medios de carcasa comprenden:

- Una carcasa cilíndrica superior (20) con un orificio axial en una base para la entrada de líquido (10) y un orificio perpendicular radial para la entrada de aire (50).

- Una carcasa cilindrica inferior (120) con un orificio axial en una base para la salida de la boquilla (80).

- Opcionalmente, se pueden proporcionar otros anillos de alojamiento (130) para adaptar la carcasa de realizaciones particulares o configuraciones de módulos intercambiables.

Finalmente, la boquilla se compone de los siguientes módulos apilables con forma de disco, con radio exterior que se ajusta al radio interior de la carcasa.

- Un anillo interior (30) compuesto por una cavidad interior cilíndrica que, cuando se apila, conforma la parte superior de la primera cámara de mezcla (200). Además, en anillo de entrada (30) está compuesto por una protrusión cilíndrica superior que se adapta al orificio de la carcasa cilíndrica superior (20), teniendo dicha protrusión cilíndrica superior un agujero que permite introducir la entrada vertical de líquido (10).

- Un módulo de cámara de mezcla superior (40) compuesto de una cavidad cilíndrica axial que conforma la parte principal de la cámara de mezcla superior (200). Por lo tanto, el radio de la cámara de mezcla superior (200) se puede ajustar seleccionando entre una variedad de módulos de la cámara de mezcla superior (40) con diferentes tamaños de cavidad. De la misma forma, la altura de la cámara de mezcla superior (200) se puede ajustar seleccionando entre una variedad de módulos de la cámara de mezcla superior (40) con diferentes alturas. El módulo de la cámara superior de mezcla también se compone de un agujero axial adaptado para introducir la entrada de aire horizontal (50). Nótese que se puede proporcionar el mismo tipo de ajuste de tamaño y forma a todos los módulos apilables de la boquilla, o aun conjunto de ellos, dependiendo de la realización particular de la misma.

- Un módulo de torbellino (60) que conecta la primera cámara de mezcla (200) y la segunda cámara de mezcla (210). Se presentan dos alternativas diferentes para el módulo de torbellino (60), a saber, una primera alternativa con un conducto vertical y uno o más conductos inclinados, y una segunda alternativa con un disco de torbellino (61) con conductos laterales inclinados (62). Pueden incluirse módulos intercambiables de torbellino (60) dentro de cada alternativa, proporcionando diferentes alturas, anchuras de conductos y/o arreglos de conductos.

- Un módulo de cámara de mezcla inferior (70) compuesto por una cavidad axial cilíndrica que conforma la parte principal de la cámara de mezcla inferior (210). Por lo tanto, el radio de la cámara de mezcla inferior (210) puede ajustarse seleccionando entre una variedad de módulos de la cámara de mezcla inferior (70) con diferentes tamaños de cavidad. De la misma manera, la altura de la cámara de mezcla inferior (210) puede ajustarse seleccionando entre una variedad de módulos de la cámara de mezcla inferior (70) con diferentes alturas. El módulo de la cámara de mezcla inferior (70) puede componerse además de un agujero axial adaptado para introducir la entrada horizontal de partículas sólidas (80). No obstante, ya que dicha entrada de partículas sólidas (80) es opcional, se puede proporcionar un módulo de cámara de mezcla inferior (70) sin agujeros axiales.

- Se pueden proporcionar anillos de cámara opcionales (100) para ajustar los tamaños de cámara o adaptar la conexión entre módulos.

- Una salida de la boquilla (110) cuya parte superior se conecta a la cámara inferior de mezcla (210) y cuya parte inferior presenta una protrusión cilíndrica con un orificio que es la salida principal del dispositivo. La salida de la boquilla (110) debe componerse de uno o más orificios horizontales de salida que se adaptan para conectarse a una o más entradas horizontales de partículas sólidas (80). No obstante, dado que dicha entrada de partículas sólidas (80) es opcional, la salida de la boquilla (110) puede proporcionarse sin orificios horizontales. Del mismo modo, independientemente de la presencia o ausencia de entrada de partículas sólidas (80), se pueden proporcionar salidas intercambiables de boquilla (110) con diferentes espesores y/o geometrías de salida y configuraciones.

- Además, la salida de boquilla (110) puede incluir un pasador de boquilla integrado (90), un módulo independiente que incluya dicho pasador (90), o una pluralidad de módulos intercambiables independientes que incluyen diferentes tamaños y/o geometrías del pasador de la boquilla (90).

La figura 2 presenta una primera configuración de boquilla basada en canales de gradiente, que se logra apilando un primer subconjunto seleccionado entre una pluralidad de módulos intercambiables disponibles dentro de la realización de la invención. Nótese que, en este caso, tanto la carcasa superior (20) como la carcasa inferior (120) tienen forma cilíndrica y están unidos por una pluralidad de tornillos (140) localizados en bridas de acoplamiento conformadas por una primera cara (201) de la carcasa superior (20) y una segunda cara (1201) de la carcasa inferior (120). No obstante, se puede utilizar cualquier otro medio de fijación alternativo conocido en el estado de la técnica.

En la primera configuración de la boquilla, la entrada de líquido (10) se compone de un canal cilíndrico más largo que, cuando se introduce en el anillo de entrada (30), va a través de la cámara de mezcla superior (200), alcanza el conducto vertical (63) del módulo de torbellino (60) y conecta con la cámara de mezcla inferior (210). La entrada de aire (50) se conecta a la cámara de mezcla superior (200), conectándose la cámara de mezcla superior (200) y la cámara de mezcla inferior (210) a través de una pluralidad de conductos inclinados (64). Los agujeros inclinados se colocan preferentemente alrededor de los conductos verticales (63) con un ángulo de separación constante (por ejemplo, tres conductos inclinados alrededor de un único conducto vertical (63) conformando sectores de 120°). Los conductos inclinados (64) se combinan preferentemente con los conductos verticales (63) dentro del propio módulo de torbellino (60) en una cavidad inferior. Finalmente, la entrada de partículas sólidas (80) se conecta horizontalmente a la cámara de mezcla inferior (210).

La figura 3 representa una segunda configuración de boquilla basada en disco de torbellino, que se consigue apilando un segundo subconjunto seleccionado de entre una multitud de módulos intercambiables disponibles dentro de una realización de la invención. Nótese que, en este caso, tanto la carcasa superior (20) como la inferior (120) tienen forma de cilindro y están unidos a través de una pluralidad de tornillos (140) situados en bridas de acoplamiento que están formadas de una primera cara (201) de la carcasa superior (20) y una segunda cara (1201) de la carcasa inferior (120). No obstante, puede utilizarse cualquier otra alternativa en términos de fijación conocida en el estado del arte.

En la segunda configuración de boquilla, la entrada de líquido (10) está compuesta de un canal cilíndrico más corte que se conecta directamente a la cámara de mezcla superior (200). Nótese que la cámara de mezcla superior (200) es más corta que en caso anterior, estando formada únicamente por el anillo de entrada (30) sin la necesidad de un módulo de cámara de mezcla superior (40). Por otro lado, la cámara de mezcla inferior (210) es más alto que en el caso anterior, requiriendo uno o más módulos auxiliares (150) que simplemente está compuesto por una cavidad axial cilíndrica con la misma anchura que la cámara de mezcla más larga (210). La cámara de mezcla superior (200) y la cámara de mezcla inferior (210) tienen la misma anchura y están conectadas a través de un disco de torbellino (61) con una pluralidad de conductos laterales inclinados (62) que introducen líquido y aire arremolinados, mejorando así la mezcla. Nótese que la entrada de aire (50) se conecta horizontalmente a la cámara de mezcla inferior (210), mientras que las dos entradas de partículas sólidas separadas (80) se conectan directamente a la salida de la boquilla (110). En esta segunda configuración de boquilla, el líquido y el gas giran en diferentes direcciones antes de chocar entre sí, haciendo más intensas las interacciones entre el gas y el líquido.

La figura 4 presenta una tercera configuración de boquilla, también basada en un gradiente de canales, que se consigue apilando un segundo subconjunto seleccionado de entre una multitud de módulos intercambiables disponibles dentro de una realización de la invención. Nótese que, en este caso, la carcasa inferior (120) tiene forma cilíndrica, pero la carcasa superior (20) tiene forma de disco, actuando como una tapa de la carcasa inferior (120). La carcasa superior (20) y la carcasa inferior (120) se conectan a través de una pluralidad de tornillos (140) situados en bridas de acoplamiento formadas por una primera cara (201) de la carcasa superior (20) y una secunda cara (1201) de la carcasa inferior (120). Además, la entrada de líquido (10) presenta una protrusión lateral con forma de disco que permite que dicha entrada de líquido (10) también se conecte a la carcasa superior (20) a través de una pluralidad de tornillos (140). No obstante, puede utilizarse cualquier otra alternativa en términos de fijación conocida en el estado del arte.

La operación de la tercera configuración de boquilla es similar a la de la primera configuración de boquilla, presentando los módulos geometrías ligeramente adaptadas para mejorar el sellado y la introducción de sustancias. Por ejemplo, nótese que la protrusión superior del anillo de entrada (30) ya no está presente, ya que la entrada de líquido (10) está directamente conectada a la carcasa superior (20). También, el orificio lateral del módulo de la cámara de mezcla inferior (70) presenta dos segmentos con diferentes anchuras, de forma que la entrada de partículas sólidas (80) no se conecta directamente a la cámara de mezcla inferior (210) sino que, en su lugar, se conecta a la parte media del orificio lateral. Además, las puntas de la entrada de líquido (10), la entrada de aire (50) y la entrada de partículas sólidas (80) presentan esquinas inclinadas para mejorar el sellado, tal y como se describe de forma más detallada en las figuras 7b y 10.

la figura 5a presenta con mayor detalle el módulo de torbellino (60) en una segunda configuración de boquilla, con una carcasa cilíndrica anular a la que se conecta un disco de torbellino (61). El disco de torbellino es también cilíndrico, con tres conductos inclinados laterales equidistantes (62) en su pared lateral. Alternativamente, la figura 5b presenta una realización más robusta del módulo de torbellino (60), incorporando una carcasa auxiliar (65) que se conecta al disco de torbellino (61) a través de tornillos (66) y el conjunto se introduce en el elemento más externo del módulo de torbellino (60). La carcasa auxiliar (65) presenta protrusiones radiales equidistantes que se insertan en cavidades radiales con una forma complementaria situadas en el elemento más externo para una unión mejorada. Esta configuración también permite modificar la posición de los conductos inclinados laterales (62) dentro de la base de la cámara de mezcla superior (200).

La figura 6a presenta con mayor detalle una primera implementación del pasador de la boquilla (90). Esta primera implementación del pasador de boquilla (90) está compuesta por una base con dos discos (91), que están atravesados por tres orificios localizados alrededor de la primera punta del pasador (93). El pasador se mantiene en su posición a través de los tres primeros elementos auxiliares radiales (92) que, en este caso, presentan bordes cuadrados. No obstante, el flujo de salida puede optimizarse con la segunda implementación del pasador de la boquilla (90) mostrada en la figura 6b. Esta segunda implementación del pasador de la boquilla (60) está compuesta únicamente por un disco (94), tres segundos elementos radiales auxiliares (95) con bordes redondeados y una segunda punta del pasador de la boquilla (96) con un perfil más suave.

La figura 7a ilustra una primera alternativa para sellar los espacios entre los módulos intercambiables, basada en jutas tóricas axiales de tipo agujero estático (300). Un primer anillo de sellado (301) se introduce en una pequeña cavidad anular de una primera superficie plana (303), que se apila entonces bajo una segunda superficie plana (302). La presión entre la primera superficie plana (303) y la segunda superficie plana (302) aprieta el primer anillo de estanqueidad (301), previniendo cualquier fura de líquido lateral. Del mismo modo, la figura 7b ilustra una segunda alternativa de sellado de los espacios entre los módulos intercambiables basada en sellos de aplastamiento estáticos (310). En vez de utilizar dos superficies planas, se incluye un segundo anillo de sellado (311) en un vértice entre una superficie cóncava (312) y una superficie convexa (313).

La figura 8 representa esquemáticamente una posible realización de los medios de sellado para la configuración de la primera boquilla. Se incorporan sellos axiales de junta tórica (300) entre el módulo de la cámara superior de mezcla (40) y el anillo interior (30), entre el módulo de la cámara superior de mezcla (40) y el módulo de torbellino (60), entre el módulo de torbellino (60) y el módulo de la cámara inferior de mezcla (70), entre el módulo de la cámara inferior de mezcla (70) y la salida de la boquilla (110) y entre la salida de la boquilla (110) y el pasador de la boquilla (90). Se incorporan juntas tóricas (320) entre la entrada de líquido (10) y el anillo de entrada (30), entre la entrada de líquido (10) y el módulo de torbellino (60), entre la entrada de aire (50) y el módulo de la cámara superior de mezcla (40), y entre la entrada de partículas sólidas (80) y el módulo de la cámara inferior de mezcla (70). Las juntas tóricas (320) operan del mismo modo que las juntas tóricas (300), con la única diferencia de que la cavidad para las juntas tóricas se colocan en una superficie cilíndrica.

La figura 9 describe esquemáticamente una posible realización de los medios de sellado para la segunda configuración de la boquilla. Las juntas tóricas (300) se incorporan entre el anillo de entrada (30) y el módulo de torbellino (60), entre el módulo de torbellino (60) y el módulo auxiliar (150), entre el módulo auxiliar (150) y el módulo de la cámara inferior de mezcla (70), y entre el módulo de la cámara inferior de mezcla (70) y la salida de la boquilla (110). Se incorporan juntas tóricas (320) entre la entrada de líquido (10) y el anillo de entrada (30), entre la entrada de aire (50) y el módulo de la cámara inferior de mezcla (70) y entre la entrada de partículas sólidas (80) y la salida de la boquilla (110).

La figura 10 describe esquemáticamente una posible realización de los medios de sellado para la tercera configuración de la boquilla. Las juntas tóricas (300) se incorporan entre la entrada de líquido (10) y la carcasa superior (20), entre la carcasa superior (20) y el anillo interior (30), entre el anillo interior (30) y el módulo de la cámara superior de mezcla (40), entre el módulo de la cámara superior de mezcla (40) y el módulo de torbellino (60), entre el módulo de torbellino (60) y el módulo de la cámara inferior de mezcla (70), y entre el módulo de la cámara inferior de mezcla (70) y la salida de la boquilla (110). Se incorporan juntas de estanqueidad (310) entre la entrada de líquido (10) y el módulo de torbellino (60), entre la entrada de aire (50) y el módulo de la cámara superior de mezcla (40), y entre la entrada de partículas sólidas (80) y el módulo de la cámara inferior de mezclas (70).

Finalmente, nótese que los materiales de los diferentes componentes pueden adaptase dependiendo de las sustancias que se atomicen y de otros factores como el rango de temperaturas y la corrosión. Algunos de los materiales viables que incluyen las boquillas son: latón, bronce, hierro fundido, aceros inoxidables, aleaciones a base de níquel, hasta una gran variedad de plásticos. Más concretamente, en escenarios donde se requiere resistencia a los químicos o a la abrasión, debido a la presencia de agentes descontaminantes y partículas sólidas (por ejemplo, óxidos metálicos O-Fe, AhO3 y materiales cerámicos ShN4, SiC), se recomiendan los siguientes materiales: acero inoxidable endurecido, aleaciones duras (Aleación de Cobalto 6), carburo de Wolframio y cerámicas (carburo de silicio, carburo de boro). Por ejemplo, en una primera realización preferente, se utilizan materiales cerámicos para la salida de la boquilla (110), el pasador de la boquilla (90) y la entrada de partículas sólidas (80), mientras que se utiliza acero inoxidable para el resto de componentes. En otro ejemplo, se pueden utilizar aleaciones de aluminio.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Boquilla atomizadora para rociar gotas líquidas que incluyen:

al menos una primera entrada (10) configurados para recibir un primer líquido;

una segunda entrada (50) configurada para recibir una segunda sustancia para ser mezclada con el primer líquido y

una salida (110) configurada para permitir la expulsión de gotitas atomizadas compuestas por una mezcla del primer líquido y de la segunda sustancia,

un primer alojamiento (20) y un segundo alojamiento (120) configurados para ser conectados el uno al otro para formar una carcasa cilíndrica hueca; y

una pluralidad de módulos en forma de disco intercambiables:

- configuradas para ser apiladas dentro de la carcasa cilíndrica hueca;

- que están formadas por una multitud de cavidades de diferentes formas configuradas para:

• formar parte de una primera cámara de mezcla (200);

• formar parte de una segunda cámara de mezcla (210);

• formar parte de un módulo de torbellino (60) conectando la primera cámara de mezcla (200) con la segunda cámara de mezcla (210);

• conectar la primera entrada (10) a la primera cámara de mezcla (200);

• conectar la segunda cámara de mezcla (210) a la salida (110);

Caracterizados de forma que el módulo de torbellino (60) incluye:

al menos un primer conducto (63) y un segundo conducto (64) adaptado para conectar con la segunda cámara de mezcla (210), donde el primer conducto (63) y el segundo conducto (64) forman un ángulo mayor o igual que 0° y menor o igual que 90°; o un disco de torbellino (61) con una multitud de conductos laterales inclinados (62).

2. Boquilla atomizadora según la primera reivindicación caracterizado porque la primera entrada (10) se localiza en el primer alojamiento (20) y que se configura para atravesar la primera cámara de mezcla (200) para conectar con el primer conducto (63).

3. Boquilla atomizadora según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizada por tener conectados la segunda entrada (50) y el segundo conducto (64) con la primera cámara de mezcla (200).

4. Boquilla atomizadora según las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque la boquilla además está compuesta por una tercera entrada (80) localizada en el segundo alojamiento (120) y que conecta con la segunda cámara de mezcla (210) en una dirección sustancialmente perpendicular a la primera entrada (10).

5. Boquilla atomizadora según la reivindicación 1 caracterizada porque la primera entrada (10) está situada en el primer alojamiento (20).

6. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 5 caracterizada porque la segunda entrada (50) está conectada a la segunda cámara de mezcla (210) y está localizada en el segundo alojamiento (120).

7. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones de la 5 a la 6 caracterizada porque la boquilla además está compuesta por una tercera entrada (80) conectada a la salida (110) en una dirección sustancialmente perpendicular a la salida (110).

8. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el primer alojamiento (20) y el segundo alojamiento (120) son ambos alojamientos cilíndricos, donde el primer alojamiento (20) está compuesto de una primera cara (201) configurada para conectarse al segundo alojamiento (120) y el segundo alojamiento (120) compuesto por una segunda cara (1201) configurada para conectarse al primer alojamiento (20), y donde la primera cara (201) y la segunda cara (1201) conforman bridas de acoplamiento para conectar el primer alojamiento (20) y el segundo alojamiento (120) entre sí.

9. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizada porque el segundo alojamiento (120) es un alojamiento cilíndrico y el primer alojamiento (20) es una tapa en forma de disco, donde el primer alojamiento (20) está compuesto de una primera cara (201) configurada para conectarse al segundo alojamiento (120) y el segundo alojamiento (120) compuesto por una segunda cara (1201) configurada para conectarse al primer alojamiento (20), y donde la primera cara (201) y la segunda cara (1201) conforman bridas de acoplamiento para conectar el primer alojamiento (20) y el segundo alojamiento (120) entre sí.

10. Boquilla atomizadora según la reivindicación 9 caracterizada porque el primer alojamiento (20) está además adaptado para ser atornillado conjuntamente a la primera entrada (10).

11. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizadas por que, además, la boquilla está compuesta de al menos una junta tórica estática (300) entre dos módulos con forma de disco.

12. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque la boquilla, además, está compuesta de al menos una junta de estanqueidad estática (310) entre un módulo con forma de disco y una entrada (10, 50, 80).

13. Boquilla atomizadora según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque tanto el primer alojamiento (20), como el segundo alojamiento (120) y como una pluralidad de módulos con forma de disco están formados por el ensamblaje de dos mitades casi simétricas a lo largo del plano meridiano de la boquilla.