FI118677B - Hiukkasmaisten aineiden tuotanto - Google Patents

Description

x 118677

Hiukkasina is ten aineiden tuotanto Tämä keksintö koskee kiinteiden hiukkasten tuotantoa menetelmän avulla, joka käsittää nestemäisen valmis-5 teen sumutuksen ja nestemäisten pisaroiden ainakin osittaisen faasin muutoksen lennossa.

On toivottavaa lukuisia teollisia ja muita (esim. farmaseuttisia) sovellutuksia varten tuottaa hiukkasmate-riaaleja, joiden kokojakauma on kapea.

10 Suihkukuivurit kiinteiden hiukkasmaisten materiaa lien tuottamiseksi nestemäisistä valmisteista teollisessa mittakaavassa ovat hyvin tunnettuja ja tyypillisesti ne käsittävät tornin, johon nestemäinen valmiste suihkutetaan hajottimella tuomalla kuumaa kaasua torniin suihkun kanssa 15 kosketukseen. Erilaisia hajottimien muotoja on yleisessä käytössä, kuten kahden fluidin pneumaattisia suuttimia pieniä pisaroita varten, yhden fluidin suuttimia ja suuri-nopeuksisia pyöriviä kiekkohajottimia.

Kuitenkin olemassa olevat teollisen mittakaavan 20 suihkukuivurit eivät sovellu helposti sovellutuksiin, joissa hlukkaskokoa voidaan tarkasti säätää, erityisesti ·*·.. sovellutuksissa, joissa vaaditaan kapeita kokojakaumia, Φ SMD-keskiläpimitan (Sauter Mean Diameter) ollessa alle * 1 mm ja erityisesti alle 500 mikronia. Lisäksi olemassa • t · #·. ; 25 olevilla teollisilla suihkukuivureilla on taipumus tuottaa • · · .* huomattavia määriä hienoa ainesta, joka kulkeutuu kuivauk- • * · sessa käytettävän kaasun mukana ja joka täytyy myöhemmin * φ φ *** * erottaa siitä. Erotuslaitteisto kaasun puhdistamiseksi muodostaa merkittävän pääomakustannuksen rakennettaessa • # : *·· 30 suihkukuivurilaitosta. Näin ollen on olemassa laitteiston φ φ # ja menetelmän tarve, joiden avulla pystytään tuottamaan tarkoin säädettyjä hiukkaskoko j a minimaalisella hienon • · aineksen tuotolla.

• · . On tunnettua Berglundin ja Liun julkaisusta (En- • ΦΙ : 35 vironmental Science & Technology, osa 7, nro 2, helmikuu Φ φ · φ Φ • Φ Φ · · 118677 2 1973, sivut 146 - 153) tuottaa aerosoleja, jotka sisältävät tarkasti monodispergoituja hiukkaskokoja. Pienet pisarat muodostetaan yhdestä nestesuuttimesta syöttämällä paineistettua nestettä yhden kiekossa olevan aukon kautta ja 5 mekaanisesti häiritsemällä kiekkoa vakiotaajuudella sähkökäyttöisen pietsosähköisen keraamisella osalla niin, että suihku hajoaa tasaisiksi pieniksi pisaroiksi. Näin muodostetut pienet pisarat kulkevat sitten toisen aukon läpi yhdessä turbulentin ilmasuihkun kanssa, joka dispergoi pien-10 ten pisaroiden virran kartiomaiseen muotoon. Näin saatu aerosoli laimennetaan ja kuljetetaan ilmavirran avulla, joka kulkee pystysuoran muoviputken kautta ja ilma voi myös kuivata pisaroita, kun viimeksi mainitut käsittävät haihtumatonta liuosta haihtuvassa liuottimessa liuotinta 15 haihduttamalla. Berglundin ja Liun julkaisussa esitetty aerosoligeneraattori on tarkoitettu tuottamaan monodispergoituja aerosoleja käytettäväksi aerosolitutkimuksessa, aerosolien näytteenotto- ja mittauslaitteiden kalibroinnissa, hiukkasten säätölaitteiden, kuten syklonien, suo-20 dattimien ja kaasunpesulaitteiden, testauksessa ja hiuk-kasmaisten ilmansaasteiden vaikutuksien tutkimuksessa.

Äänilaitteiden käyttö syklisten häiriöiden indu-soimiseksi nestesuihkujen pinnoilla, jotka muodostetaan useista aukkosuuttimista monodispergoidun suihkun tuotta- « 25 miseksi, julkaistaan L. F. Bousen artikkelissa Trans- ; .·, actions of the ASAE - 1975, sivut 618 - 622.

• · ·

Julkaisu GB-A-1 454 597 julkaisee menetelmän nes- • · » * teen rakeistamiseksi, missä neste kuljetetaan paineenalai- sena litteän rei'itetyn levyn läpi ja altistetaan jaksoit- • · • *‘ 30 täisille paineen vaihteluille virtauksen suuntaisesti.

• · ·

Rei'itykset näyttävät suuntautuvan eri kulmissa toisiinsa ·;··· nähden syistä, joita ei ole julkaistu. Tuloksena syntyvät nestepisarat jähmettyvät ja muodostavat jyväsiä, joiden keskimääräiset halkaisijat ovat noin 1 200 mikronia tai * *·* * 35 suuremmat.

• · · • · • « • * * 118677 3

Julkaisu EP-A-86 704 julkaisee menetelmän täydellisesti pallomaisten ja huokoisten jyvästen tuottamiseksi jakamalla lukuisista neuloista tulevia nestepisaroita, jotka putoavat liikkuvalle jauhemaisen materiaalin kerrok-5 selle, pisaroiden kokoa ja muotoa säädetään laminaarisella ilmavirralla, joka on samankeskinen kunkin pisaran muodostavan neulan kanssa niin, että laminaari ilmavirta kuorii kustakin neulasta yksittäisesti ulostulevan pisaran.

Tämä keksintä etsii parempaa menetelmää kiinteiden 10 hiukkasten tuottamiseksi, joiden kokojakauma säädetään kapeaksi, erityisesti kiinteiden hiukkasten teollisen mittakaavan tuotannossa hiukkaskoon ollessa Sauter-keskiläpimi-talla mitattuna noin alle 1 mm, esimerkiksi ei 800 mikronia suurempi ja joissain tapauksissa alle 500 mikronia.

15 Tämän keksinnön mukaisesti tuotetaan menetelmä kiinteiden hiukkasten tuottamiseksi, joka käsittää: keskenään eri suuntiin suuntautuvien nestesuihkujen joukon suuntaamisen; suihkujen häiritseminen» niiden hajottamiseksi pisa- 20 ravirroiksi, joiden kokojakauma on kapea; näin saatujen piearavirtojen joukon asettamisen ·*·,, kosketuksiin kaasuvirran kanssa kunkin virran pisaroiden yhteensulautumisen vähentämiseksi; ja pisaroiden jähmettämisen aikaansaamisen tai sen ,·. ; 25 sallimisen ainakin osittain pisaroiden lennossa ollessa.

• ·· .* .’ Edullisesti kaasuvirta on turbulentti ja se kosket- • · a - • * · *”.* taa pisaravirtoja niin, että pisaroihin kohdistuu muuttu- • · · via slirtymävoimia sivuttaissuunnassa suihkuihin nähden.

Vaihtoehtoisesti tai lisäksi kaasuvirtaus voidaan järjes- : *** 30 tää kiihdyttämään pisaroita suihkujen joukon yleisessä ··· kulkusuunnassa.

Olemme todenneet, että samalla kun on mahdollista • · ....· tuottaa suhteellisen suuria pisaroita (tyypillisesti kes- • · . klläpimitta on 2 000 mikronia) kapealla pisaroiden kokoja- ··· V * 35 kaumalla säätämällä nestesuihkujen hajottamista, huomatta- ··· • * • · ·« 118677 4 vasti pienempiä pisaroita (esimerkiksi noin alle 500 mikronia) vaadittaessa, pisaroiden koon hajonta kasvaa huomattavasti. Olemme havainneet, että tämä johtuu siitä seikasta, että samalla kun pienet pisarat voidaan aluksi 5 tuottaa kapealla kokoalueella tekniikoilla, jotka käsittävät nestesuihkujen säädettyä häirintää, kustakin suihkusta tulevien pisaroiden yhteensulautumista tapahtuu myöhemmin, mikä vaikuttaa alkuperäiseen kapeaan kokojakautumaan huomattavasti. Tällaista yhteensulautumista on taipumusta 10 tapahtua, kun pisaroiden koko on sellainen, että virran seuraavat pisarat pyrkivät kulkeutumaan lähemmäksi toisiaan ja kasvamaan yhteen otsavastusvoiman vähentymisestä johtuen virran pisaroissa (ts. "imu").

Kaasuvirtaa käytetään tämän keksinnön menetelmässä 15 tällaisen yhteensulautumisen vähentämiseksi ja siten alkuperäinen kapea pisaroiden kokojakauma on mahdollista säilyttää. Kuten edellä osoitettiin, yhteensulautumista voidaan vähentää häiritsemällä pisaravirtoja turbulentin kaa-suvirran avulla ja/tai kiihdyttämällä pisaroita kussakin 20 virrassa otsavastusvoimien indusoiman yhteensulautumisen voittamiseksi.

Tämän keksinnön toisen aspektin mukaisesti tuote- :*·*· taan laitteisto kiinteiden hiukkasten tuottamiseksi, kä- * sittää: • * · .·. : 25 laitteet nestevalmisteen purkamiseksi nestesäiliös- • · · 118677 5

Edullisesti kosketus kaasuvirtauksen ja nestesuihkujen tai pisaravirtojen välillä on sellainen, että kuhunkin pisaraan kohdistetaan vaihtelevia siirtymävoimia si-vuittaisesti suihkujen suuntaan nähden ja/tai suihkuja 5 kiihdytetään niiden joukon yleiseen kulkusuuntaan nähden.

Tavallisesti kaasuvirtauksen nopeus on suurempi kuin suihkujen nopeus. Edullisesti kaasuvirran nopeus on ainakin kaksi kertaa suihkujen nopeutta suurempi.

Nesteen koostumus on tietenkin sellainen, joka pys-10 tyy ainakin osittaiseen jähmettymiseen pisaroiden ollessa lennossa.

Edullisesti pisaroiden jähmettyminen tapahtuu vuorovaikutuksessa kaasun kanssa. Vuorovaikutuksen luonne voi olla eri muotoinen; esimerkiksi joissain tapauksissa se 15 voi käsittää lämmön siirtymistä pisaroiden ja kaasun välillä (lämmön virtaus voi tapahtua kaasusta pisaroihin tai päinvastoin) tai se voi käsittää kemiallisen reaktion kaasun ja nestevalmisteen välillä. Esimerkiksi lennossa olevia pisaroita voidaan säteilyttää, joka sopivan nesteval-20 misteen tapauksessa voi aloittaa nestevalmisteen komponenttien välisen kemiallisen reaktion tai auttaa sitä.

:**.. Joissain tapauksissa kaasulla voi olla melko pas- siivinen rooli jähmettymisprosessissa; esimerkiksi neste-valmiste voi olla sellainen, että pisarat jähmettyvät Ien- ; 25 nossa ilman kaasun avustusta. Nestevalmiste voi olla sei- • · · ·',·] lainen, että se jähmettyy säteilyaltistuksen, kuten ultra- • · · *1·.* violetti-, infrapuna-, mikroaalto- tai näkyvän säteilyn * jälkeen. Tässä tapauksessa tämän keksinnön prosessi käsittää pisaroiden säteilyttämisen niiden ollessa lennossa.

ί *’ 30 Lennossa tapahtuvan jähmettymisen määrä riippuu • · · nestevalmisteen luonteesta. Jähmettymisen tarvitsee jois-sain tapauksissa olla vain osittaista, jos osittain jäh-mettyneet hiukkaset eivät pyri tarttumaan toisiinsa niitä φ · • keruupinnalle kerrostettaessa. Tässä tapauksessa jähmetty- « · · • · · 1 • · • · • · · 6 1 1 8677 misen Xoppuunsuorittaminen voi tapahtua, kun hiukkaset eivät enää ole lennossa.

Vaikka pisarat osittaisen tai täydellisen lennossa jähmettymisen jälkeen voidaan pitää toisistaan erillään 5 kaasuvirtauksen avulla, kunnes ne kerrostetaan keruupin-nalle, on ymmärrettävä, että tarve pitää pisarat erillään koskee vain, kun pisarat ovat tilassa, jossa yhteensulautuminen on mahdollista. Näin kaasuvirran tarvitsee olla tehokas pitämään pisarat erillään vain pisaroiden liikera-10 tojen niillä osilla, missä yhteensulautumista voi tapahtua.

Tämän keksinnön edullisen aspektin mukaisesti muodostetaan suihkut ulottamalla nestevalmiste lukuisina keskenään eri suuntiin menevinä suihkuina mainitun nesteval-15 misteen säiliöstä ja kohdistamalla painepulsseja mainittuun nestevalmistekerrokseen niin, että mainitut paine-pulssit kohdistuvat suihkuihin samanaikaisesti ja siten ne saadaan hajoamaan pisaroiksi, joilla on kapea kokojakauma.

Esimerkiksi suihkuihin voidaan kohdistaa akustisten 20 painepulssien indusoimia perturbaatioita, minkä seurauksena suihkut hajoavat suurin piirtein yhdenkokolsiksi pisa-roiksi.

·*·*; Painepulssit tuotetaan edullisesti akustisen muun- timen, esimerkiksi pietsosähköisen muuntimen tai magneto- ,·. : 25 striktiivisen laitteen avulla, joka on upotettu mainit- • ·· .'t/ tuun nestevalmistekoostumaan tai joka on kosketuksessa sen • · · kanssa.

• · « *’ * Painepulssilaite on tavallisesti sijoitettu tuotta maan pulsseja, joilla on ennalta määrätty amplitudi ja • * i ** 30 taajuus, jotka sopivat halutun pisarakoon saavuttamiseen • * · ja joilla sopivasti pystytään tuottamaan selektiivisesti muuttuva amplitudi ja/tai taajuusulostulo niin, että nämä parametrit voivat vaihdella nestevalmi s teen luonteen ja • · • haluttujen pisarakokojen mukaisesti. Amplitudit ja taajuu- V * 35 det voidaan määrittää empiirisesti tiettyä nestevalmistet- «•t · • · ··« 7 118677 ta varten ja tavallisesti se on 0,5 - 5 mikronin ja 1 -300 kHz:n välillä. Edullisesti pulssitaajuus on sellainen, jolla suihkut resonoivat.

Tavallisesti nestevalmiste työnnetään esiin useina 5 keskenään eri suuntiin menevinä suihkuina kuvitteellisen kartiopintaparin välissä.

Edullisesti suihkut tulevat esiin aukkojen rivistä, jotka on muodostettu kaarevaan, ulospäin kuperaan pintaan siten, että pinnan kaarevuus määrää suihkujen liikeradat, 10 kaareva pinta on edullisesti yleensä osa-pallo siten, että kukin suihku on ei-yhdensuuntainen ja eri suuntiin suuntautuva muiden suihkujen kanssa.

Pulssilaite on edullisesti suunniteltu siten, että se tuottaa paineaallon, jonka aaltorintama muotoutuu suu-15 rin piirtein pinnan muotoon, johon aukot on muodostettu niin, että suurin piirtein sama energia saadaan kunkin aukon kohdalle. Esimerkiksi, jos aukot muodostetaan levyyn tai osittain pallomaisen muotoiseen vastaavaan osaan, pulssilaite suunnitellaan edullisesti tuottaman painepuls-20 seja, joilla on yleensä pallon muotoinen aaltorintama ja (kuvitteellinen) alku suurin piirtein osuu osittain pallo-:**.. maisen levyn kaarevuuden keskustaan.

·*;*· Tyypillisesti suihkut ja siten myös niistä johdet- tavat pisaroiden virrat työntyvät pystysuorassa alaspäin ,·. j 25 ja niiden liikeradat ovat vinossa pystysuoraan nähden.

a ·· ·* .* Tässä edullisessa suoritusmuodossa aukot muodoste- • · · • · · ***.* taan osittain pallomaisen muodon omaavalle koveralle le- • · · ·* * vylle kohdassa, joka on levyn kehän alueella ja ne on si joitettu antamaan suihkuille liikekomponentti, joka suun- ·'· ! ** 30 tautuu levyn kehäreunaa kohti, levy muodostaa osan astiaa, »·· johon nestevalmiste syötetään paineistettuna niin, että ....: neste pakotetaan ulos aukkojen kautta. Levy on edullisesti suunnattu niin, että suihkut purkautuvat yleensä alaspäin • · • ja pisaroihin koskettava kaasu saadaan virtaamaan säteen • ·*· * * · ··# • · • » • · · 118677 8 suuntaisesti sisäänpäin levyn ulomman kehäreunan ohi vaaditun sekoittamisen aikaansaamiseksi.

Vaikka tämän keksinnön edullisissa suoritusmuodoissa kaasu suuntautuu säteen suuntaisesti sisäänpäin suihku-5 jen joukkoon nähden, emme sulje pois mahdollisuutta poistaa neste rengasmaisena suihkujen rivinä ja niiden joutumista kosketukseen kaasuvirran kanssa, joka suuntautuu säteen suuntaisesti ulospäin kohdasta, joka on rengasmaisen rivin sisällä, pisaroiden yhteensulautumisen estämi-10 seksi tai sen vähentämiseksi.

Muunnetussa järjestelyssä, jossa painepulssit kohdistetaan suoraan nesteeseen, aukoista ulostulevien suihkujen riviin kohdistuva häiriö voidaan tuottaa tuottamalla äänitekninen seisova aalto nesteeseen siten, että seisovan 15 aallon amplitudi vaihtelee tasolla, joka on yleensä yhdensuuntainen tason kanssa, johon aukot muodostetaan.

Sen sijaan, että painepulssit kohdistetaan suoraan nestekerrokseen, suihkuihin kohdistuvia häiriöitä voidaan tuottaa värisyttämällä fyysisesti levyä, johon aukkojen 20 joukko on muodostettu. Esimerkiksi levyä voidaan värisyttää resonoivan pietsosähköisen käyttöjärjestelmän avulla. ·*·.. Kuitenkin tällainen järjestely ei ole edullinen, koska .*:*. energiaa kuluu levyn itsensä värisyttämiseen.

Tyypillisesti aukkojen lukumäärä vaihtelee 200:sta • · « ... ; 25 ylöspäin esimerkiksi 2 000 - 3 000:een asti. Aukkojen hai- t · * .* .* kaisijät riippuvat käytännössä halutusta keskimääräisestä • · · "*.· hiukkaskoosta; esimerkiksi aukkojen halkaisija voi vaih della 10 - 500 mikronin välillä.

Edullisesti suihkujen hajottaminen nesteeksi tapah- ·· ; *·· 30 tuu laminaarisena suihkuhaj otuksena. Tyypilliset neste- ·...: mäisten valmisteiden suihkutusnopeudet aukoista vaihtele- vat 3-20 m/s välillä ja suihkujen Reynoldsin luku voi vaihdella välillä 10 - 10 000.

• · . Kaasuvirta on edullisesti turbulentti luonteeltaan • · · :.· · 35 niin, että pisarat altistuvat poikittaiselle siirtymälle • · · • · • · • · · 118677 9 ja siten pyrkivät estämään tai vähentämään "imussa kulkeutumista" ja lisäksi kiihdyttävät pisaroita toisiinsa nähden. Kaasuvirtauksen Reynoldsin luku on tyypillisesti 1 x 104 ja 1 x 106.

5 Pisaroita koskettavan kaasuvirtauksen nopeus riip puu käytetyistä suihkujen nopeuksista ja se on tavallisesti noin 5-30 m/s, jolloin kaasun Reynoldsin luku on 105 -106. Siellä missä kaasua käytetään pisaroiden jähmettymisen suorittamiseksi tai sen avustamiseksi, sen lämpötila 10 voi tyypillisesti vaihdella -80 °C:n ja 500 eC:n välillä riippuen siitä käytetäänkö kaasua lämmön vastaanottajana tai lämmön luovuttajana jähmetysmekanismissa, esimerkiksi jäädytyksessä tai haihdutuksessa.

Suihkujen liikeradat järjestetään tarkoituksenmu-15 kaisesti niin, että suihkut menevät kaasuvirtaukseen joko ennen pisaroiksi hajoamisen alkamista tai jos tämä tapahtuu hajoamisen jälkeen, niin sen on tapahduttava ennen kuin pisaroiden huomattavaa yhteensulautumista voi tapahtua.

20 Tätä keksintöä kuvataan seuraavassa ainoastaan esi merkin vuoksi viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: ·*·.. Kuvio 1 on kaavamainen kuva tämä keksinnön mukai- ·*". sesta laitteistosta hiukkasten tuottamiseksi.

• · ·

Kuvio 2 on kaaviokuva kuviossa 1 esitetyn laitteis- • · · .·. ; 25 ton suihkun tuottavasta aukkolevystä alhaaltapäin.

• · * .* / Kuvio 3 on osittainen poikkileikattu kuva, joka esittää aukkojen muotoa aukkolevyssä.

i * * *·* * Kuvio 4 on kaaviokuva suihkun tuottavan laitteiston eräästä suoritusmuodosta, johon tuotetaan säädettävyyttä, »· : *·· 30 jotta akustisen seisovan aallon tuottaminen on mahdollis- ·· : : ta.

Kuvio 4A on kuvion 4 suoritusmuotoa vastaava kuva, • · >>>#· jossa esitetään akustisen seisovan aallon muoto, mikä tuo- • · . tetaan nestekerrostumaan.

*·· • « · • * ··· • · • · *·· 118677 10

Kuvio 5 on kaaviokuva suihkun tuottavan laitteiston toisesta suoritusmuodosta, jossa akustinen seisova aalto tuotetaan monireikäisen levyn läheisyydessä, josta suihkut tulevat.

5 Kuvio 6 on kaaviokuva pisarageneraattorista kuvaten kaasuvirtauksen ja pisaravirtojen välisen yhteisvaikutuksen luonnetta, ja

Kuviot 7A - 7D ovat graafisia kuvia, jotka esittävät pisarakoon jakautumia eri etäisyyksillä yksittäisestä 10 suihkuaukosta, x-akseli kuvaa pisaran halkaisijaa ja y-ak-seli on nesteen paino-%.

Viitaten kuvioihin 1-3 niissä esitetty laitteisto käsittää pääastian 10, jonka yläpäässä on kaasun sisääntulo 12 ja jonka alapää on muodostettu jauheen kokoomasuppi-15 loksi 14, suppilo-osassa 14 on ulostulo 16, jonka kautta jauhe voidaan ottaa pois. Kaasun sisääntulon läheisyydessä astiassa 10 on suihkun tuottava laite 18, joka muodostaa kammion 20, johon syötetään jauhetuotantoon sopivaa nestemäistä valmistetta paineistettuna sisääntulon 22 kautta. 20 Nestevalmiste työnnetään ulos laitteesta 18 aukkojen 24 joukon kautta (katso kuvio 2), jotka on muodostettu alas-päin suuntautuvaan levyyn 26, joka on muotoiltu niin, että * neste tulee ulos aukoista lukuisina eri suuntiin suuntau- • · · tuvina suihkuina ja säteen suuntaiset liikekomponentit .·. · 25 suuntautuvat poispäin levyn 26 symmetria-akselista kosket- • ·· .* / taakseen sisääntulon 12 kautta syötettävää turbulenttia « « · *!*.* kaasuvirtausta. Kaasu kulkee rengasmaisen aukon 36 kautta, • · · *·* ’ joka ympäröi laitetta 18 ja taipuu sisäänpäin ulottuvien ohjauslevyjen 38 avulla niin, että muodostuu sisäänpäin : **· 30 suuntautuva kaasuvirta G. Kammion 20 pituus valitaan niin, ··· ·...· että varmistetaan laminaari nestevirtaus aukkoihin.

Kuten kuvataan, levy 26 on muodoltaan osa-pallomai-nen ja aukot 24 sijaitsevat rengasmaisella alueella, joka * · . ulottuu levyn 26 keskialueen ympäri (katso kuvio 2), kukin *·· V ! 35 aukko 24 on muodostettu niin, että sen akseli on suurin ··· • · • · • · · 118677 11 piirtein kohtisuorassa levyyn nähden ja se on ei-yhden-suuntainen muiden aukkojen akselien kanssa levyn 26 kaarevuudesta johtuen. Tällä tavalla jokaisesta aukosta tuleva jokainen suihku ja näin ollen pisaravirta poikkeaa suun-5 naltaan viereisiin suihkuihin nähden ja tuotetut suihkut suuntautuvat alaspäin renkaana, joka voi olla samankeskinen levyn 26 symmetria-akselin kanssa.

Vaikka levy 26 esitetään pallon osana koko laajuudeltaan, ei ole oleellista että näin on, koska aukot ra-10 joittuvat rengasmaiselle alueelle, joka ympäröi keskellä olevaa rei'ittämätöntä levyn aluetta. Kuvatussa suoritusmuodossa aukot sijoitetaan tasavälein kolmiomaisesti (vaikka muut järjestelyt ovat mahdollisia, kuten säteit-täinen jakauma). Näin vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa 15 (ei esitetty) aukot voidaan jakaa säteittäisesti tasavälein ympyrän muotoisiin riveihin samanakselisesti levyn 26 symmetria-akselin kanssa ja kunkin rivin aukot kehän suuntaisesti ovat yhtä kaukana toisistaan ja yhden rivin aukot on järjestetty vuoroittaisesti viereisten rivien aukkoihin 20 nähden, mutta säteen suuntaisesti kohdakkain siitä katsoen toisen rivin aukkojen kanssa. Tyypillisesti kunkin rivin aukkojen etäisyys toistensa keskikohdasta on noin 4 pisa-·’·*· ran halkaisijan ja viereiset rivit ovat noin 6 pisaran halkaisijan päässä toisistaan, missä pisaran halkaisija .·, ; 25 lasketaan Weberin yhtälön pohjalta (kuten jäljempänä kuva- • ♦* .* taan).

• ♦ · • · ·

Kuten kuviosta 3 nähdään, kukin aukko 24 muodoste- • · · ·* * taan upotetusta reiästä, kartioupotetusta osasta 24a, joka sijoittuu levyn 26 sisäpinnalle. Muitakin aukon muotoja • a : *· 30 voidaan käyttää; esimerkiksi tasoupotettuja aukkoja tai ··· i...: suoria sylinterimäisiä aukkoja ilman tasoupotusta tai kar- ....: tioupotusta. Kunkin aukon sylinterimäisen osan 24b sivu- suhde L/D ei ole 10 suurempi laminaarisen suihkun varmis- • * . tamiseksi.

·»· • · φ • a a • · · • a • * aaa 12 1 18677

Aukoista 24 tuleviin suihkuihin kohdistetaan häirintää kunkin suihkun hajottamiseksi kontrolloidusti suurin piirtein monodispergoiduiksi pisaroiksi. Kuvatussa suoritusmuodossa tämä saavutetaan tuottamalla akustisia 5 painepulsseja nestekerrokseen, joka on kammiossa 20 ja tätä tarkoitusta varten laitteessa 18 on sähköakustinen muunnin 28, esimerkiksi pietsosähköinen muunnin. Muunninta ohjataan signaalilähettimen 30 ja vahvistimen 32 avulla akustisten painepulssien tuottamiseksi nestekerrokseen si-10 ten, että kukin pulssi samanaikaisesti häiritsee kaikkia nestesuihkuja, jotka tulevat levystä 26 suurin piirtein samassa määrin. Valitsemalla sopivasti pulssitaajuus ja amplitudi nesteen ominaisuuksiin, kuten viskositeettiin, tiheyteen ja sen Newtonin tai ei-newtonilaisiin ominai-15 suuksiin nähden, nestesuihkut voidaan saada hajoamaan suurin piirtein monodispergoiduiksi pisaroiksi.

Muutin 28 suunnitellaan tuottamaan painepulsseja, joiden aaltorintama sopii yhteen levyn 26 sisäkaarevuuden kanssa, ts. painepulssiaaltorintaman alku itse asiassa 20 osuu yhteen suurin piirtein levyn 26 sisäpinnan kaarevuus- keskuksen kanssa. Sopivan muotoisen painepulssiaaltorinta- man tuottamiseksi muunnin voi käsittää useampia kuin yhden ;*·*: muunninelementin, jotka on suunnattu toisiinsa nähden niin, että ne kollektiivisesti tuottavat halutun muotoisen • · · ' .·. : 25 yhdistetyn aaltorintaman.

• ** • Tämän keksinnön eräässä muodossa muunnin on ultra- • · · äänimuunnin, joka värähtelee 5-15 kHz:n taajuudella ja • t · * järjestely on edullisesti sellainen, että akustinen seiso va aalto muodostuu muuntimen kaarevuuden ja levyyn 26 muo- * · ί ** 30 dostetun monireikäjoukon kaarevuuden väliin. Muuntimen ja *·· *..·* joukon väliseksi etäisyydeksi asetetaan parillinen määrä ·;··· neljännesaaltoja. Akustisen aallon aallonpituus on nesteen akustisten ominaisuuksien ja toimintataajuuden funktio, kuten jäljempänä kuvataan. Kuitenkin, vaikka on edullista « · · V * 35 muodostaa seisova aalto-tilanne, kokemus on osoittanut, ·*· • · • · ··· l3 ^ ^ 8677 että huomattavia poikkeamia ihanteellisista seisovan aallon olosuhteista voidaan kestää, edellyttäen että levyllä 26 tuotettu häiriö on riittävä aikaansaamaan suihkujen hajoamisen suurin piirtein monodispergoiduiksi pisaroiksi.

5 Viitaten kuvioon 4, tässä suoritusmuodossa, muunnin 28 asennetaan säätöä varten laitteen 18 rungon kanavaosaan 50 niin, että muuntimen pinta 52 muotoillaan sopimaan yleisesti levyn 26 kaarevuuteen ja se on suurin piirtein samankeskinen sen kanssa. Nestettä syötetään laitteen run-10 gon sisäosaan sisääntulon 54 ja kanavaosan 50 kautta ja muuntimen rungon ja kanavaosan väliin sijoitettu rengasmainen suodatinlaite 56 suodattaa nestettä. Kanavaosa avautuu kartiomaisesti muotoiltuun osaan, jonka suurempi-halkaisi jäiseen päähän liitetään monireikäinen levy 26. 15 Nesteen syöttöjärjestely ja levyn 26 reikien muoto on sellainen, että laminaaristen suihkujen tuotanto varmistetaan.

Muuntimen runko asennetaan kiekolle 58, joka muodostaa varren 60 jalan, jota voidaan säätää akselin suun-20 taisesti vipulaitteen 62 avulla, jota liikutetaan karan 64 avulla. Kara on ruuvikierteinen ja sitä voidaan kiertää tuessa 66 olevaan vastaavasti kierteitettyyn reikään niin, ·*;*· että karan kiertäminen käsipyörän 68 avulla siirtää karaa sen akselin suuntaisesti ja siten liikuttaa vartta ja ,·, : 25 muunninta 28 ylöspäin tai alapäin. Tällä tavalla muunninta • ·· voidaan säätää akustisen seisovan aallon tuottamiseksi.

• · · **;.* Käytännössä muuntimen toiminnan annettua taajuutta varten • · · ·* * seisovan aallon olotila voidaan havaita sijoittamalla akustinen muunnin, kuten sondihydrofoni (ei kuviossa), vä- : **· 30 littömästi levyn 26 sisäpinnan viereen ja säätämällä muun- ··· *...: ninta, kunnes anturin antama signaali osoittaa seisovan ....: aallon olotilaa. Seisovan aallon amplitudi vaihtelee levyn tasoon nähden kohtisuorassa suunnassa ja sitä on esitetty • · . kuviossa 4A varjostuksella X ja viitemerkillä A on osoi- ··· V : 35 tettu maksimikohtia.

*** • · • · ♦ ·· 118677 14

Kuvio 5 esittää vaihtoehtoista suoritusmuotoa suihkun tuottavasta laitteesta, jota voidaan käyttää kuvion 1 suoritusmuodossa. Tässä suoritusmuodossa akustinen seisova aalto asettuu muuntimen 70, jonka sylinterimäinen runko 5 sijoittuu monireikäisen levyn 26 keskelle, ja rengasmaisen heijastusrakenteen 72 väliin, joka on samankeskinen muuntimen 70 kanssa ja muodostaa laitteen 18 rungon kartiomai-sesti muotoillun osan 74 jatkeen. Nestettä syötetään osaan 74 kanavaosan 76 kautta. Muuntimen 70 toiminta sopivalla 10 taajuudella (tai sopivalla säteen suuntaisella etäisyydellä muuttimen 70 ja heijastimen 72 välillä) mahdollistaa akustisen seisovan aallon muodostamisen, jonka amplitudi vaihtelee levyn 26 tason kanssa yhdensuuntaisena. Seisovan aallon muotoa kuvataan varjostuksella X, maksimikohdat 15 ovat kohdissa A. Tässä suoritusmuodossa levy 26 esitetään yleensä tasaisena; kuitenkin se voi olla kaareva suihkujen divergenssin takaamiseksi. Vaihtoehtoisesti tasaisessa levyssä 26 voi olla suihkuja tuottavia reikiä, jotka on porattu sopiviin kulmiin keskenään eri suuntaisten suihkujen 20 joukon varmistamiseksi.

Kuvioiden 1, 4 ja 5 suoritusmuodoissa on edullista tuottaa akustinen seisova aalto siten, että muuntimen ak-tiivisen pinnan ja levyn (kuvioissa 1 ja 4) välissä tai * muuntimen ja heijastimen (kuvio 5) välissä on parillinen * .·. · 25 lukumäärä neljännesaaltoja. Tällaisissa olosuhteissa, jos • «s heijastuksia tapahtuu pinnoilla, jotka ovat täydellisiä • · · heijastimia eikä huomattavaa vaimenemista nesteessä esiin- • · · *** ny, paineen amplitudi voi olla monta kertaa suurempi kuin vapaa kenttäarvo solmukohdissa ja nolla maksimikohdissa.

ί *** 30 Jos etäisyys ei ole parillinen neljännesaaltoluku, paineen ··· lisäys on paljon pienempi, kunnes rajalla, kun etäisyys on t pariton neljännesaaltoluku, ihanneolosuhteissa paine sol-mukohdassa on yhtä suuri kuin vapaan kentän arvo solmukoh- • · • dissa ja vastaavasti pienempi muualla.

M« • · · • « · ·«· 1 1 8677 15 Käytännössä pinnat, joilla akustinen energia kokee heijastumisen, eivät ole täydellisiä heijastimia (esimerkiksi monireikälevyllä on monimutkainen impedanssi) ja nesteillä on todennäköisesti huomattava vaimennus joko 5 luontaisesti tai nesteen kaasu- tai kiintoainepitoisuudes-ta johtuen ja niin ollen olosuhteet suihkun tuottavassa laitteessa eivät ole tavallisesti ihanteelliset. Siitä huolimatta, jopa ei ideaalitapauksessa, saavutetaan tavallisesti etuja tuotettaessa suihkuihin tehokasta häiriötä 10 luomalla akustisia seisovia aaltoja perustuen parilliseen lukumäärään neljännesaaltoetäisyyksiä muuntimen ja vastakkaisen heijastavan pinnan välille perustuen joko monirei-käjoukkoon tai rengasmaiseen kuvion 5 mukaiseen heijastimeen. Kuten edellä mainittiin, haluttu seisova aalto voi-15 daan muodostaa tarkkailemalla äänitasoja käyttäen apuna hydrofonisondia.

Kuitenkin tuotetut pisarat koskettavat kaasuvirtaa, joka järjestetään vaikuttamaan pisaroihin tavalla, jota kuvataan yksityiskohtaisemmin kuvion 6 yhteydessä, ja kaa-20 su virtaa sisääntulosta 12 ulosmenoon 34. Kaasuvirran puuttuessa on osoittautunut, että, johtuen edellä kuvatus-ta imu-vaikutuksesta, suihkun hajottamisesta syntyvillä :*"· pisaroilla on taipumus sulautua yhteen, erityisesti suih- a kun hajoamispisteen ollessa välillä 100 - 300 mm, sillä • 25 seurauksella, että vaikutus kokojakaumaan on epäedullinen.

·*,·] Saattamalla pisarat kosketukseen kaasuvirran kanssa sopi- • ♦ · valla tavalla huomattavaa osaa pisaroista voidaan estää • · ♦ * yhteensulautumasta ja tällä tavalla on mahdollista saavutin taa jauhemainen tuote, joka sisältää suurin piirtein mono- ' · t ** 30 dispergoituja hiukkasia.

·...* Nestepisaroiden konversio jauhemuotoon voidaan suo- « ·...: rittaa useilla eri tavoilla. Erityisen sopiva menetelmä käsittää kaasun hyväksikäytön pisaroiden sekoittamiseksi • · t’m ja niiden pitämiseksi erillään lennossa. Näin esimerkiksi • · · *·* * 35 nestemäisen valmisteen luonteesta riippuen kaasua voidaan e·· • · • « ··· 1K 1 18677 16 lämmittää tai jäähdyttää lämmön siirtämiseksi pisaroihin tai lämmön poistamiseksi niistä. Kuitenkin, kuten aiemmin mainittiin, muita mekanismeja jähmettymisen varmistamiseksi (tai osittain jähmettämiseksi) ei ole suljettu pois.

5 Käytetty kaasu on tavallisesti ilmaa, vaikka muutkin kaasut ovat mahdollisia ja ne voivat olla välttämättömiä esimerkiksi siellä, missä on tarpeen tai haluttua estää hapettuminen tai missä kaasu vaikuttaa jähmettymiseen reagoimalla kemiallisesti pisaroiden kanssa.

10 Mitä tahansa mekanismia käytetäänkään jähmettämi- sessä, nestepisarat seuraavat liikerataa kaasuvirran vaikutuksesta ja jähmettyvät ainakin osittain lennossa ollessaan ja lopulta kerrostuvat jauheena pääastian 10 suppilo-osaan 14. Jauhetta voidaan poistaa jatkuvasti tai erissä 15 ulostulon 16 kautta.

Tyypillisesti käytetyn nestemäisen valmisteen tiheys on 700 - 1 500 kg/m3, viskositeetti ΙΟ"3 - 10'1 Pa ja pintajännitys ilmassa 0,030 - 0,073 N/m. Aukkojen halkaisijat ovat tavallisesti sellaisia, että tuotettujen pisa-20 rolden mediaanihalkaisijat ovat hieman alle 1 mm:n, tyypillisesti aukkojen halkaisijat ovat 10 - 500 mikronin välillä, mikä antaa tyypillisen paineen aleneman 10 - ·*·*; 0,5 baariin G ja suihkunopeudet ovat 3-20 m/s ja suihkun * .‘Ϊ*. Reynoldsin luku on 1 - 104. Muunnin toimii 1 - 200 kHz:n ,·. · 25 taajuudella ja tyypilliset amplitudit ovat 0,5-5 mikro- ·*,/ nia. Kaasun virtausnopeus on tyypillisesti 5-30 m/s ja *!i.* Reynoldsin luku on 10s - 106.

**' ' Viitaten kuvioon 6 siinä kuvataan tiettyjä tärkeitä asioita, joita herää suunniteltaessa suihkun tuottavaa ί *** 30 laitetta, kuten kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa.

• ta s,..: Levyn 26 keskialueella ei ole suihkun tuottavia aukkoja, « suihkun tuottaminen rajoittuu rengasmaiselle alueelle, jota on merkitty viitemerkillä AR. Tuotettuja suihkuja • rengasmaisen alueen AR sisemmällä ja ulommalla ääri- V! 35 alueella on merkitty viitenumeroilla Ji ja J0 ja suihkut, • * • · »·· 118677 17 jotka ovat näiden äärialueiden välissä, on selvyyden vuoksi jätetty pois. Kaasuvirtausta on merkitty nuolilla 6 ja vaikka ne on esitetty vain toisella sivulla, on selvää, että kaasuvirta G suuntautuu sisäänpäin kohti levyn 26 5 symmetria-akselia S laitteen 18 koko ulkokehällä. Piste C osoittaa levyn 26 kaarevuuden keskustan ja kaikilla suihkuilla on akselit, jotka ekstrapoloituina leikkaavat pisteessä C.

Neste tulee aukoista aluksi jatkuvana ligamenttina, 10 joka myöhemmin hajotetaan pisaroiden virroiksi akustisten sykäysten vaikutuksesta, joita kohdistetaan laitteessa olevan nesteen kautta. Mitta a edustaa kunkin suihkun kulkemaa matkaa ennen kuin hajotus alkaa. Mitta b on matka, jonka kukin pisaravirta kulkee suihkun hajottamispisteen 15 ja yhteensulautumisen alkamisen välillä (kaasuvirran G puuttuessa). Vaikka mitat a ja b vaihtelevat eri nesteillä ja eri toimintaolosuhteissa (esim. aukon halkaisija, suihkun nopeus jne.), tyypillisesti mitta a on noin 50 mm ja mitta b on 100 - 300 mm. Kaasuvirta G järjestetään niin, 20 että se törmää suihkujen Jx sisimpään riviin etäisyydellä b, ts. ennen yhteensulautumisen alkamista, j**.. Kaasuvirta G vähentää yhteensulautumista kahden eri :*·*· mekanismin avulla. Toinen mekanismi käsittää pisaroiden m "imussa kulkeutumisen" häiritsemisen altistamalla pisarat V * ,·. · 25 sivuittaisvoimalle; tätä varten kaasuvirta on tarkoituk- • e* senmukaisesti turbulentti niin, että sivuittaisvoima on • · · *!;.* muuttuva. Toinen mekanismi käsittää kunkin virran pisaroi- • · e * • · · * den kiihdyttämisen kaasuvirralla ainakin siinä määrin, että perättäisten pisaroiden välisen etäisyyden ei sallita • · • ** 30 pienentyvän pisteeseen, jossa yhteensulautumista voi ta- ··· :...· pahtua merkittävässä mittakaavassa. Käytännössä kiihdytys f .<««: on tavallisesti sellaista, että pisaroiden välinen etäi- syys kasvaa kaasuvirran G aikaansaaman kiihdytyksen seu- e · ^ rauksena. Vaikka kaasuvirtaa G voidaan ohjata toisen tai V * 35 molempien mekanismien varmistamiseksi, edullisessa järjes- ··· l8 1 1 8677 telyssä kaasuvirta sijoitetaan niin, että molemmat mekanismit ovat tehokkaita, samalla kun taataan, että kaasu-virta törmää kaikkiin pisaravirtoihin ennen yhteensulautumisen alkamista. On ymmärrettävä, että tämä voidaan hel-5 posti toteuttaa käytännössä asettamalla kaasuvirran G suunta sopivaan kulmaan, antamalla kaasuvirralle sellainen nopeus, että haluttu kiihdytys saavutetaan ja rajoittamalla suihkun tuottavien aukkojen jakautumista sopivalla tavalla säteen suuntaisesti sisäänpäin. Tässä yhteydessä on 10 ymmärrettävä, että mitä lähempänä aukot ovat levyn 26 keskustaa, sitä kauemmaksi pisaravirrat kulkevat ennen kuin ne koskettavat kaasuvirtaa, minkä seurauksena kaasuvirta on vähemmän tehokas (jos lainkaan) vähentämään tai estämään yhteensulautumista.

15 Tyypillisesti aukot jaetaan yleensä rengasmaisen alueen AR yli niin, että ulomman ja sisemmän suihkun Jz ja J0 kaltevuuskulmat Θ akseliin S nähden ovat 30° - 60°.

Jotta tämä keksintö tulisi paremmin ymmärretyksi, viitataan seuraavaksi kuvioihin 7A - 7D, joissa kuvataan 20 kaasuvirtauksen vaikutusta pisaravirtoihin. Kuvio 7A kuvaa kokojakaumaa, joka saadaan yhdestä akustisesti värähtele-västä suihkusta, joka tulee 50 mikronin aukosta suihkuno-peudella 6 m/s ja jossa nestemäinen valmiste on glyseroli/ vesi (viskositeetti 10 cP) ja paine on 4 baaria. Tässä ; 25 tapauksessa ei ole häiritsevää/kiihdyttävää kaasuvirtaa.

i ·*

Kokojakauma mitattiin 15 mm:n etäisyydeltä aukosta. SMD- • · « *Π.* mitta (Sauter-keskiläpimitta) oli 125 mikronia ja havait- • · t * ' tiin, että tuossa kohdassa oli kapea kokojakauma.

Kuviot 7B ja 7C liittyvät samaan parametrisarjaan t · ϊ " 30 kuin edellä viitattiin, paitsi että kokojakauma mitattiin M» 150 mm:n ja 215 mm:n etäisyydellä aukosta. Näissä tapauk-....: sissa nähtiin, että aluksi saavutettu kapea kokojakauma on ,,,,· leventynyt huomattavasti ja SMD-mitta on kasvanut huomat- • Φ • tavasti 211 ja 225 mikroniin.

·*· t · * * * · ··· • · t · ·*· 118677 19

Kuvio 7D liittyy edelleen samaan parametrisarjaan, jota kuvattiin kuviossa 7Ά, paitsi että tässä tapauksessa suihku ulotettiin kaasuvirtaan, jonka virtaus on 150 1/tunti (noin 40 m/s) ja kokojakauma mitattiin 215 mm:n 5 etäisyydeltä aukosta. Havaittiin, että vaikka kokojakauma on leventynyt hieman, se jää kapeaksi (SMD-mitta tässä tapauksessa oli 113 mikronia).

Kuten aiemmin mainittiin, on edullista käyttää pisaran tuottamislaitetta, jossa käytetään seisovan aallon 10 olosuhteita ja aukkojoukkoa, jossa aukot sijoitetaan etäisyydelle, joka vastaa parillista aallonpituuksien lukua akustisesta aallontuottavasta muuntimesta. Tiettyä aukon halkaisijaa ja suihkutusnopeutta varten tämä etäisyys voidaan määrittää laskemalla optimaalinen hajotustaajuus (nk. 15 Weberin taajuus) fw seuraavasta kaavasta: - Uj/lv missä Uj on suihkutusnopeus (m/s) ja 1„ on nopeimmin kasva-20 van, suihkun hajottamiseen johtavan aaltohäiriön aallonpituus, joka lasketaan kaavasta: ·· • · • ♦ · :Ts lv = TIDV2[1 + 3z]1/2

• J

··· • » ♦ • t · .·. : 25 missä z on Onshore-luku, z = n/(sdD, )1/2 ja ·’,·! missä D. on aukon halkaisija/suihkun halkaisija (m); n on nesteen viskositeetti (Ns/mz); • · * s on nesteen pintajännitys (N/m); ja d on nesteen tiheys (kg/m3).

* ** 30 Käytettäessä esimerkiksi vettä (s = 0,072 N/m, d = • * · 1 000 kg/m3, n = 0,001 Ns/m2) laminaarisen suihkunopeuden ollessa 7 m/s ja aukon halkaisijan ollessa 200 mikronia, ....: Weberin taajuus f„ on 5 520 Hz.

^ Jos le on aallonpituus ja c on äänen nopeus vedessä, V: 35 silloin ··· • 9

• I

' a·· 118677 20 1. = c/fw = 1 450/5 520 - 0,262 metriä Näin seisovan aallon olosuhteiden saavuttamiseksi aukkojoukon täytyy sijoittaa levylle muunnin erottelun 5 vastatessa ml,/4, jossa m on parillinen kokonaisluku. Vahvin ja vähiten vaimennettu signaali saavutetaan, kun m = 2, ts. levyltä muuntimelle erottelu on 0,131 metriä.

Tätä keksintöä kuvataan seuraavaksi lisää esimerkkien avulla.

10 Esimerkki 1

Dispergoiva aine liuotettuna veteen altistettiin säädetylle suihkuhajotukselle käyttämällä pisaran tuottavaa laitetta, joka on samanlainen kuin kuviossa 4 esitetty. Dispergoivan aineen liuos oli sellaista, joka pisa-15 roiksi muodostettuna voitaisiin kuivata kuuman ilman kosketuksella ja sillä oli seuraavat fyysiset ominaisuudet 20°C lämpötilassa: pintajännitys 0,063 N/m tiheys 1 217 kg/m3 20 viskositeetti 0,014 Ns/m

Aukon halkaisija oli 200 mikronia ja laminaari j *·· suihkunopeus (säätämällä nestesyötön painetta) asetettiin :T: 7,1 m:ksi/s. Vastaava Weberin taajuus laskettiin edellä ·*·*· kuvatun menettelytavan mukaisesti suurin piirtein 6 930 • ' .*.J 25 Hz:ksi ja levyltä muuntlmeen erottelu asetettiin tämän • t : ,·, mukaisesti (m - 2) seisovan aallon olotilan saavuttami- • · · *·’.* seksi.

9 9 · • ·

Kun pisaravirrat joutuivat turbulentin kiihdyttävän (> kaasukentän kohteeksi, jonka nopeus oli 19,5 m/s (mitattu- • · : " 30 na pystysuorassa suunnassa) ja jota ohjattiin niin, että 9 m *...* se törmää pisaroihin ennen yhteensulautumisen alkamista, 9 ····· pisaran kokojakauman havaittiin kaventuvan huomattavasti mitattuna kohdassa, joka on pystysuorassa 860 mm aukkole-vyn alapuolella, ja SMD-mitta oli 450 mikronia standardi- • « · 35 poikkeaman ollessa 81 mm.

*·· • ' · • 9 999 118677 21

Vertailuesimerkki 1

Edellinen esimerkki toistettiin käyttäen samaa nestemäistä valmistetta ja edellä mainittuja olosuhteita, paitsi että laminaari suihkunopeus oli 6,6 m/s (vastaava 5 Weberin taajuus laskettiin 6 410 Hz:ksi) ja kaasuvirta puuttui. Aukkolevyltä muuntimeen väli asetettiin tämän mukaisesti seisovan aallon olosuhteiden saavuttamiseksi (m 1 2). Pisaroiden kokojakauman mittausten, jotka tehtiin kohdassa, joka sijaitsee pystysuorassa 860 mm aukkolevyn ala-10 puolella, havaittiin osoittavan massiivista yhteensulautumista, SMD-mitta tässä tapauksessa oli 718 mikronia stan-dardipoikkeaman ollessa 288 mikronia.

Esimerkki 2

Nestemäinen valmiste, johon esimerkissä 1 viitat-15 tiin, muutettiin jauhemaisiksi hiukkasiksi teollisen mittakaavan suihkukuivuritornissa, joka on kuviossa 1 esitetyn muotoinen. Pisarageneraattori käsitti osittain pallomaisen levyn, johon oli muodostettu noin 500 aukkoa, jotka oli sijoitettu samankeskisille riveille aukkojen välisen 20 etäisyyden ollessa 5 mm ja rivien välisen etäisyyden ollessa 5 mm. Ulompi rivi sijoitettiin 140 mm kohtisuoralle }1·.. etäisyydelle osittain pallomaisen levyn pystysuorasta sym- ·1·1· metria-akselista. Virtausnopeudella 3,3 N m3/s (20° C:n j1j\ lämpötilassa) kulkeva kaasu kuumennettiin 320 eC:n lämpö- • .•.J 25 tilaan ja tuotiin torniin rengasmaisen putken kautta, joka ·',·] ympäröi pisarageneraattoria siten, että kuuman kaasun • · 1 "j/ Reynoldsin luku putkesta ulostullessa oli 2 x 105 (320 eC).

** Putki suunnattiin niin, että kaasu johdettiin säteen suun taisesti sisäänpäin noin 30°:n kulmassa pystysuoraan näh-ί " 30 den.

a1·

Neste syötettiin pisarageneraattoriin nopeudella, joka johti laminaarisiin suihkuihin, joiden ulostulonopeus oli 6,6 m/s. Osapallomaisesta levystä ulostulevat suihkut • e • olivat suihkujen ulommilla riveillä pystysuoraan nähden ·1·2 3 • i · •e • e 2 • · 3 118677 22 45°:n kulmassa ja muuttuivat 30°:n kulmaan suihkujen si-semmillä riveillä.

Muunnin sijoitettiin seisovan aallon olosuhteiden (m - 2) aikaansaamiseksi ja sitä käytettiin lasketun 7 470 5 Hz:n suuruisen Weberin taajuuden mukaisesti. Näin saatu hiukkaskoon jakauma järjestettynä Fitisch-hiukkasmittarin mukaisesti on seuraavanlainen: luokka (mikronia) paino-% kussakin luokassa 100 - 200 4 10 200 - 300 31 300 - 400 45 400 - 500 11 500 - 600 5 600 - 700 4 15 Keskimääräisen hiukkaskoon (perustuen massaan) ha- valttiin olevan suurin piirtein 344 mikronia.

·· • « • ·· ··· • · * # * * * ··· • · · • · · • · • · m • · • · ♦ · * · e • · · ··· f ··· ♦ · · • · φ *· ♦ · • ·* ··♦ • · • · ··· • · • · ·*♦ • · · • · · *«# • · « · ···

Claims (21)

118677 Patentt ivaat imukset

1. Menetelmä kiinteiden hiukkasten tuottamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: 5 keskenään eri suuntiin suuntautuvien nestesuihkujen joukon suuntaamisen; suihkujen häiritsemisen niiden hajottamiseksi pisa-ravirroiksi, joiden kokojakauma on kapea; näin saatujen pisaravirtojen joukon saattamisen 10 kosketuksiin kaasuvirran kanssa kunkin virran pisaroiden yhteensulautumisen vähentämiseksi; ja pisaroiden jähmettämisen aikaansaamisen tai sen sallimisen ainakin osittain pisaroiden lennossa ollessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että kaasuvirran nopeus on suurempi kuin ulostulevien suihkujen nopeus.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pisaroiden jähmettäminen suoritetaan kaasun myötävaikutuksella.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää nesteen suihkuttamisen lukuisina suihkuina, samalla kun ;*·*; mainittuun nestemäiseen valmisteeseen kohdistetaan paine- .*:*. pulsseja niin, että suihkut samanaikaisesti altistuvat .·. · 25 mainituille painepulsseille ja jotka sen vuoksi hajoavat • · · .*'/ kapean kokojakauman omaaviksi pisaroiksi.

• · · *“.* 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen mene- • · · telmä, tunnettu siitä, että neste suihkutetaan lukuisina keskenään eri suuntiin suuntautuvina suihkuina ·· i ** 30 kaarevalta pinnalta, suihkuja ympäröi pari kuviteltua kar- ··· tiomaista pintaa, jotka leikkaavat kaarevan pinnan.

··..: 6. Laitteisto kiinteiden hiukkasten tuottamiseksi, • · tunnettu siitä, että se käsittää: • m • laitteet nestevalmisteen purkamiseksi nestesäiliös- ··* V : 35 tä lukuisina suihkuina; «·· • · • · *·· 118677 laitteet suihkujen häiritsemiseksi niiden hajottamiseksi joukoksi pisaravirtoja, joissa pisaroiden kokojakauma on kapea; laitteet pisaravirtojen saattamiseksi kosketuksiin 5 kaasuvirran kanssa niin, että ennen yhteensulautumisen alkua kunkin virran pisarat dispergoituvat niiden yhteensulautumisen vähentämiseksi, ja laitteet pisaroiden jähmettämiseksi ainakin osittain niiden ollessa lennossa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut häirintälaitteet voivat kohdistaa mainittuun nestekerrostumaan painepulsse-ja niin, et£ä suihkut häiriintyvät samanaikaisesti ja hajoavat pisaroiksi, joiden kokojakauma on kapea.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että painepulssit tuotetaan akustisen muuntimen avulla, joka on upotettu mainittuun neste-valmistekerrokseen tai on sen kanssa kosketuksessa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, 20 tunnettu siitä, että pulssitaajuus on sellainen, jolla suihkut resonoivat. ί *..

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen lait- teisto, tunnettu siitä, että mainitut poistolait- ·*·*· teet käsittävät levyn, jossa on joukko aukkoja, joista • 2. neste poistetaan ja jossa levyn ja muuntimen aktiivisen :.·, pinnan välinen etäisyys vastaa suurin piirtein parillista • · · lukumäärää akustisten aaltojen neljännesaallonpituuksia, • · · ’ jotka tuotetaan nestekerrostumassa.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen lait- * « • ** 30 teisto, tunnettu siitä, että suihkut tulevat ulos «M • · '·..* aukoista, jotka on muodostettu kaarevalle ulospäin kupe- *:··· ralle pinnalle siten, että pinnan kaarevuus määrää suihku- jen liikeradat. • ·

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen lait- • · « 35 teisto, tunnettu siitä, että sykäyslaittet on • *· • * «·· ,. 1 1 8677 suunniteltu niin, että tuotetaan paineaalto, jonka aalto-rintama muotoutuu suurin piirtein pinnan muotoon, johon aukot on muodostettu.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 6-12 mukainen 5 laitteisto, tunnettu siitä, että pisaroiden ja mainitun kaasuvirran välinen kosketus on sellainen, että pisaroihin kohdistuu muuttuvia siirtymävoimia sivusuunnassa suihkutussuuntaan nähden ja/tai suihkujen joukon yleiseen kulkusuuntaan nähden.

14. Menetelmä nestemäisen valmisteen suihkukuivaa- miseksi ja hiukkasmaisen tuotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: (a) nestevalmisteen suihkuttamisen sitä sisältävästä astiasta alaspäin suuntautuvien suihkujen joukkona; 15 (b) akustisten aaltojen tuottamisen astiassa ole vaan nesteeseen siten, että suihkuja häiritään suurin piirtein samanaikaisesti ja saadaan ne hajoamaan pisara-virroiksi, joiden kokojakauma on kapea; (c) ennen pisaroiden yhteensulautumista mainitut 20 pisaravirrat saatetaan kosketukseen turbulentin kaasuvirran kanssa pisaroiden yhteensulautumisen vähentämiseksi, ja :T: (d) kun nestepisarat laskevat tornissa, nestepisa- rat saadaan ainakin osittain jähmettymään mainitun kaasun .*. : 25 vuorovaikutuksesta. • ·· • a

; ,·, 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, • · · *·*.* tunnettu siitä, että kaasuvirta on sellainen, että • · · r r • · · * mainitun kaasun avulla pisaroihin kohdistuu muuttuvia siirtymävoimia sivusuunnassa suihkujen suuntaan nähden. • · : ** 30

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetel- ·*** *...· mä, tunnettu siitä, että mainittu kaasu kiihdyt- ·>··· tää pisaroita suihkujen joukon yleisessä kulkusuunnassa.

....: 17. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 ja 14 - 16 mu- kainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu tuo- • · · *·* ' 35 daan rengasmaiseen kanavaan, joka ympäröi rei'itettyä le- ··» • · • · ··· 118677 vyä, josta pisarat tulevat ulos, kaasuvirta suuntautuu sisäänpäin suihkujen joukkoon nähden niin, että se katkaisee pisaravirrat ennen yhteensulautumisen alkua.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 ja 14 - 16 mu-5 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestemäinen valmiste työnnetään ulos yleensä pallomaisen muotoiseen levyyn tehdyistä aukoista ja jossa akustisia aaltoja tuotetaan siten, että aaltorintama yleensä muotoutuu levyn muotoon, taajuus vastaa suurin piirtein suihkujen reso- 10 nanssitaajuutta ja suurin piirtein seisovan aallon olosuh teet pääsevät voitolle mainitun levyn ja akustisia aaltoja tuottavan muuntimen aktiivisen pinnan välillä.

19. Suihkukuivauslaitteisto kiinteiden hiukkasten tuottamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: 15 (a) tornin; (b) laitteet, jotka on sijoitettu tornin yläosaan nestemäisen valmisteen poistamiseksi astiasta joukkona alaspäin suuntautuvia suihkuja, joilla on ennalta määrätty nopeus ja halkaisija; 20 (c) laitteet suihkujen häiritsemiseksi ja niiden hajottamiseksi pisaravirroiksi, joissa pisaroiden kokoja-kauma on kapea; ·1 2 3·1· (d) laitteet kaasuvirran tuomiseksi torniin nopeu- ·1·1. della, joka on suurempi kuin suihkujen nopeus ja siten, .·. : 25 että kaasu koskettaa pisaravirtoja ennen pisaroiden yh- • · · • .·. teensulautumisen alkamista, mikä hajottaa pisarat kussakin ♦ · · virrassa ja vähentää niiden yhteensulautumista, ja • · · * (e) laitteet pisaroiden jähmettämiseksi ainakin osittain, kun se laskeutuvat tornissa. ·· r • 1 * '1 30

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laitteisto, · · *...· tunnettu siitä, että mainitut laitteet pisaroiden jähmettämiseksi ainakin osittain muodostuvat mainituista ....: laitteista kaasuvirran tuomiseksi torniin.

• · • 21. Patenttivaatimuksen 19 tai 20 mukainen lait- • 35 teisto, tunnettu siitä, että mainitut poistolait- 2 • 1 · • » • 1 3 118677 teet käsittävät yleensä osapallomaisen muotoisen rei'lte-tyn levyn, johon tehtyjen aukkojen kautta neste poistetaan, mainitut häirintälaitteet käsittävät sähköakustisen muuntlmen, jonka aktiivinen pinta on kosketuksessa astias-5 sa olevan nesteen kanssa ja on muodoltaan yhteensopiva levyn kanssa, muunninta käytetään taajuudella, joka vastaa suurin piirtein suihkujen resonassitaajuutta (Weberin taajuus) ja muunnin ja mainittu levy ovat sijoitetut siten, että akustinen seisovan aallon tilanne muodostuu astiassa 10 olevaan nesteeseen. «· • · • ·· »·* • t · • * * «t* • * · • · · • · • · « * ·· • · • i · • · * «*· · ··« • · · • · · ·· » · • ·· • f* • · • * ··· * « « · * · M* • * • · · ··* • · • * ··· 28 1 1 8677