WO2012168093A1 - Wirbelvorrichtung - Google Patents

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WO2012168093A1
WO2012168093A1 PCT/EP2012/059817 EP2012059817W WO2012168093A1 WO 2012168093 A1 WO2012168093 A1 WO 2012168093A1 EP 2012059817 W EP2012059817 W EP 2012059817W WO 2012168093 A1 WO2012168093 A1 WO 2012168093A1
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vortex chamber
vortex
chamber
whirling device
peripheral wall
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PCT/EP2012/059817
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Alexander CLASS
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Vortex Power Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14701—Swirling means inside the mixing tube or chamber to improve premixing

Definitions

  • the invention relates to a vortex device with at least one vortex chamber for atomizing fluids, for dispersing liquid or gaseous media, for separating different phases of a liquid or gaseous mixture and for modifying the Qust er Modell of water or aqueous solutions.
  • Whirl chambers are u. a. known under the name liquid sprayer device in its simplest form from WO 95/1 6521 A1 and in its further developed forms from DE 1 0200801 9930 A1.
  • the known liquid atomizing device WO 95/1 6521 A1 has a cylindrical vortex chamber wall, which is formed by a cylinder jacket and two flat rats closing this end.
  • the diesstechnikszerstäubervortechnischen according to DE1 0200801 9930 A1 have one or more whirl combing NEN, the side walls and Wirbelsch- and / or floors are formed either concave or convex. Both inventions each have one or more mutually offset tangential inlet openings on the vortex chamber wall. In the bottom of the vortex chamber a zentrixhe outlet opening is provided in each case.
  • the liquid enters tangentially through the inlet openings in the approximately rotationally symmetrical vortex chamber and is set in rotation. This creates in the vortex chamber two nested, opposing vortices, an outer rising and an internally descending vortex. While maintaining this rotation, the fluid exits again from the lower outlet opening.
  • a negative pressure is created in the interior of the descending vortex which transfers the ambient fluid (air) into the vortex chamber sucked in and vermixht with the liquid.
  • the atomizer device serves to increase the oxygen content in water.
  • liquid spray devices have a limited residence time in the chamber that affects oxygenation. Due to the geometry of the vortex chambers, the liquid atomizing devices are less suitable for separating components, for cleaning liquids or for mixing different media.
  • DE1 0200801 9930A1 shows a vortex chamber wall with a configuration that is only generally concave, that is to say the maximum direction of the blipsoid or B-shape or convex, that goes as far as a single-axis hyperboloid of revolution. In the case of the bottom or top surfaces, too, only the generally concave-shaped configuration, which extends as far as the B-shape or convex, shaped in the manner of a two-axis hyperboloid of revolution, is disclosed.
  • the underlying mathematical curves are each simply curved curves. Transition radii, changes of curvature or any particular type of embodiment in the transitional area between the wall and the cover or bottom of the vortex chamber are not defined in DE1 0200801 9930A1.
  • the fluid is injected under pressure through tangential bores in order to generate the necessary swirl and to intensively atomize the fluid.
  • z For example, from DE 3325952 A1 discloses a device for the production of solid liquid keits- Gern i xhen known with a vortex chamber in which a M edium flows in spiral vortex through the chamber.
  • the chamber consists of an inner container and an outer container, each having a hyperbolic M antelline in vertical direction.
  • the medium can be passed several times through the vortex chamber until a colloid or coagulum is reached as the final product. Bne such device has a long design and is not suitable for combination with other facilities.
  • a vortex chamber has at least one injection channel and at least one outlet channel on .
  • the vortex chamber is bounded on the inside by a boundary surface.
  • the boundary surface comprises at least one wall of rotationally symmetrical curvature whose curvature mathematically follows at least approximately a Bessel function.
  • Bnspritzkanal basically all accesses to the interior of the vortex chamber should be understood, which can serve the supply of a M ediums.
  • the vortex chamber comprises a peripheral wall, a lid and a bottom, which together form the boundary surface in the interior of the chamber.
  • the peripheral wall, the lid and / or the bottom may be formed with the curved wall. The curvature of the wall on the lid and / or bottom can at least approximately follow a sombrero function.
  • this can be expressed by concentric waves running around a central axis whose curvatures, or their sequence of M axima and Mlumina, follow a Bessel function.
  • the peripheral wall is essentially rotationally symmetrical about the central axis of the vortex chamber.
  • the curvature of the wall of the vortex chamber on the circumferential wall can have a single or multiple waisted shape, which at least approximately follows a Bessel function.
  • the injection ports and / or the exhaust ports may also be curved at least approximately according to a Bessel function, in particular according to a modified Bessel differential equation of the second kind.
  • the curvature of a wall of the boundary surface of the vortex chamber can be formed by a simple Besselxhe differential equation of the first kind or by a modified Besselxhe differential equation of the second kind.
  • the walls of the peripheral wall, floor and cover can follow the various Bessel functions.
  • the injection and exhaust channels can also be curved in accordance with the different Bessel functions.
  • transitional areas zwixhen peripheral wall and lid or zwixhen peripheral wall and bottom curved cavities can be formed. These are, for example, to be provided as bulges which encircle the middle axis concentrically around the central axis, the curvature of which in turn depends on a Bessel function.
  • the transition areas xllen be formed as possible without burrs.
  • the caverns are used to allow the formation of spirally wound around the central axis ring vortices, which build up in addition to the main axis forming around the Meittelachse.
  • a transitional area zwixhen peripheral wall and cover or zwixhen peripheral wall and bottom a transition radius of about 1 0% to 40% of a height of the half vortex chamber, preferably from 1 4% to 33%.
  • the bottom and cover can be fixed to the peripheral wall by a positive connection.
  • a positive connection can be z. B. by a Rasxitz, such as a snap connection, or a threaded connection.
  • a friction-locked connection is conceivable, provided the connection withstands the pressure within the chamber.
  • the vortex chamber can also be designed in such a way that the cover or the bottom are integrated in the circumferential wall, for example formed as an integral part.
  • the vortex device may comprise a housing having at least one supply and discharge channel. This can be used to accommodate one or more vortex chambers.
  • zwixhen housing and vortex chamber is formed an inlet for a medium for the vortex chamber, which the M edium the Bnspritzkanälen passes.
  • the vortex chamber housing can be round inside and sufficiently dimensioned to bring the vortex chamber or chambers under, or at least formed so that the smallest possible Enstrom the dispersed M ediums is ensured in the Wirbelhuntzulot.
  • a distance zwixhen vortex chamber outer wall and housing inner wall corresponds to at least about twice the maximum diameter of a Bnspritzkanals the vortex chamber.
  • the vortex chamber can z. B. a height, or a diameter of 3mm to 1 0cm and a Bnspritzkanal may for example have a diameter of about 1 mm to 1 cm. Other dimensions are conceivable depending on the use of the vortex device. In principle, a vortex device can also be designed for water pipes in the meter range.
  • Bn injection port can be easily provided as a bore through the peripheral wall of the vortex chamber. At least one channel is provided tangentially to the boundary surface. But it can also be designed as a pipe socket, which is arranged within a bore in the peripheral wall. For certain applications, it is advantageous if the pipe socket is free in the interior of the vortex chamber. Preferably, the binta depth of such a free in the interior cavities are adjustable. For this zwixhen bore and pipe socket, for example, a thread can be provided.
  • a vortex chamber can have a plurality of injection channels or inlet channels, which can be designed to be inferior and take on different functions.
  • the injection and inlet channels can be distributed at lower locations of the vortex chamber.
  • a channel at a vertex of the Bessel curve opens into the vortex chamber. This can be done at a maximum or a minimum of the curved wall.
  • the channels can open into the caverns of the vortex chamber.
  • injection or inflow channels can be distributed helically around the peripheral wall of the vortex chamber, so that they are arranged at underxhiedlichen heights and underxhiedlichen angular positions.
  • a vortex device is an inlet channel z.
  • a dispersion phase into the vortex chamber, which protrudes into the vortex chamber through a bleed channel in the bottom up to a bleeding depth of 14% to 90% of the maximum vortex chamber height.
  • the curvature of the boundary surface of the vortex chamber of the vortex device according to the present invention preferably follows a first or second Bexelf action as above bexhrieben.
  • the curvature it is also conceivable for the curvature to be approximated by circles and / or blips according to such a mathematical Bessel function.
  • the choice of curves and transitions is more positive and positive Negative curvature in the circles and ellipses should essentially correspond to the specifications of the Bessel function.
  • a vortex device can be used as before as a spraying, mixing, separating or water treatment device as before.
  • the dimensions of the vortex chamber, the design of injection ports and outlet ports, the number of vortex chambers in the housing, etc. can be adjusted to produce a desired vortex development within the chamber.
  • exemplary embodiments for subordinate applications are explained.
  • the present invention thus represents a further development of the vortex chambers beyond the field of atomization, which now, thanks to optimized shaping of the vortex chamber and additional applications for the intensive use of liquids and other materials such as suspensions, can be used with the aim of producing it fine dispersions.
  • P water or aqueous solutions z.
  • the vortex chamber is not housed in a housing, it can also be provided freestanding and be verxhen with appropriate Zu Kunststoffxhläuchen and be fed via at least one Bnspritzkanal with at least one pressurized fluid.
  • vortex combing variant with an inner contour operated by an agitator, in which a constant or continuous amount of fluid is treated.
  • the size of the vortex chambers are in principle neither up nor down limits. M iniaturwirbelhuntn of less than about 3 M illimetern, however, can no longer be produced with sufficient accuracy by means of ordinary CNC M axhinen. Sizes over 1 0cm in height or diameter are conceivable.
  • the dimensions to be used play a role entxheidende.
  • the following numerical ratios have always been found to be favorable for the different diameters and overall heights:
  • D top diameter in the upper area at the vertex
  • Hg. 2 xhematixhe representation of a separating vortex chamber with recirculation
  • Hg. 3a Graph of a simple Besselxhen differential equation first
  • Hg. 4a Representation of curvature changes of the graph of a simple Besselxhen differential equation of the first kind (genus),
  • Hg. 4b Representation of curvature changes of a graph of a modified
  • Hg. 5 xhematixhe representation of currents by a variant of a
  • Hg. 6 xhematixhe representation of currents by the variant of a
  • Hg. 8a + 8b general xhematixhe representation of a vortex chamber of a
  • Whirling device as a longitudinal and a Querxhnittitt
  • FIG. 9 xhematixhe representation of a first embodiment of a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 1 0 xhematixhe representation of a second embodiment of a
  • Hg. 1 1 xhematixhe representation of a third embodiment of a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 1 2 xhematixhe representation of a fourth embodiment of a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 1 3 xhematixhe representation of a fifth embodiment of a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 1 4a xhematixhe representation of a sixth embodiment of a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 1 4b xhematixhe representation of an embodiment of a vortex chamber according to the present invention
  • Hg. 1 5 xhematixhe representation of a first embodiment of a lid of a vortex vorgerungsdorfe vortex chamber
  • Hg. 1 6 xhematixhe representation of a second embodiment of a lid of an inventive vortex chamber
  • Hg. 1 7 xhematixhe representation of a third embodiment of a lid of a vortex vortexungsgemässen vortex chamber
  • Hg. 1 8 xhematixhe representation of a first embodiment of a soil with
  • Hg. 1 9 xhematixhe representation of a second embodiment of a floor with outlet channel of a vortex chamber according to the invention
  • Fig. 20 xhematixhe representation of a third embodiment of a floor with
  • Fig. 21 xhematixhe representation of a fourth embodiment of a floor with
  • Fig. 22 xhematixhe representation of a first embodiment of a Auslaxkanals a vortex chamber according to the invention
  • Fig. 23 xhematixhe representation of a second embodiment of an outlet channel of a vortex chamber according to the invention
  • Fig. 24 xhematixhe representation of a third embodiment of a Auslaxkanals a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 25a + 25b xhematixhe representation of a fourth embodiment of Auslaxkanälen a erfindungsgemäxen vortex chamber
  • Hg. 26a + 26b xhematixhe representation of a fifth embodiment of Auslaxkanälen a erfindungsgemäxen vortex chamber
  • Hg. 27a-e xhematixhe representation of verxhiedener embodiments of
  • FIG. 28 xhematixher longitudinal section of a first embodiment of injection channels in a vortex chamber according to the invention, FIG. xhematixher Querxhnitt three Verxhiedener embodiments of Bnspritzkanälen in the vortex chamber of Figure 28,
  • b xhematixher longitudinal and Querxhnitt a third embodiment of injection ports in an inventive vortex chamber, xhematixhe representation of a vortex chamber with seven Bnspritzkanälen, xhematixhe representation of two embodiments of inlet channels in a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention, xhematixhe representation of two further embodiments of inlet channels in a peripheral wall a vortex chamber according to the invention,
  • xhematixhe representation of a fourth embodiment of inlet channels in a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention xhematixhe representation of a fifth embodiment of inlet channels in a peripheral wall of a vortex chamber according to the invention
  • xhematixhe representation of a first variant of Bnlingerxrten of injection or inlet channels in a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 39b xhematixhe representation of a third variant of places of entry of injection or supply channels in a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 40a xhematixhe representation of a fourth variant of places of entry of
  • Hg. 40b xhematixhe representation of a fifth variant of BnDeletexrten a
  • 41 a + 41 b xhematixhe representation as vertical and horizontal extension of a sixth variant of inlet surfaces of injection or inlet channels with a dispersion phase in a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 42a xhematixhe representation of a seventh variant of BnDeletexrten of
  • Hg. 42b xhematixhe representation of an eighth variant of BnDeletexrten of
  • Hg. 43a - 43c xhematixhe representations of variants of inlet channels through a cover of a erf indungsgefflessen vortex chamber
  • Hg. 44a + 44b xhematixhe representations of variants of inlet channels through a bottom of a vortex chamber according to the invention
  • 45a + 45b xhematixhe illustrations of variants coaxial with injection channels arranged inlet channels of a vortex chamber according to the invention
  • Hg. 46 xhematixhe representations of a first embodiment of a vortex chamber according to the invention with an inner contour
  • Hg. 47 xhematixhe representations of a second embodiment of a vortex chamber according to the invention with a inner contour
  • Hg. 48 xhematixhe representation of a vortex device according to the invention with a Vakuumeinreichtung
  • Hg. 46 xhematixhe representations of a first embodiment of a vortex chamber according to the invention with an inner contour
  • Hg. 47 xhematixhe representations of a second embodiment of a vortex chamber according to the invention with a inner contour
  • Hg. 48 xhematixhe representation of a vortex device according to the invention with a Vakuumeinreichtung
  • Fig. 49 xhematixhe representation of a vortex device according to the invention with an agitator
  • Hg. 51 xhematixhe detailed view of a vortex device with two counter-rotating stirrers
  • Fig. 52 xhematixhe representation of a first embodiment of a vortex device with two stirrers and two drive sources
  • Fig. 53 xhematixhe representation of a second embodiment of a vortex device with two agitators and two drive sources.
  • Vortex chambers can also be used to separate components of mixtures of different thicknesses by means of various ablation mechanisms.
  • the separation of the components according to their specific weight as well as their particle size is possible, for example in the case of dispersed or suspended particles in a liquid or in a gas (Aeroxle).
  • Figure 1 is a swirl comb he 1 shown as a separating vortex chamber as xhematixher Querxhnitt.
  • the vortex chamber serves to sort an inhomogeneous mixture of large suspended particles. Se comprises two feeders 2 for an inhomogeneous mixture, two outer discharges 3 for fine particles and a central discharge 4 for coarse particles.
  • a spiral flow 5 of the mixture is shown around a central axis of the chamber.
  • the vortex chamber can additionally reduce the particle size.
  • a vortex chamber is shown as xhematixher transverse section, which serves as a comminuting and separating vortex, a first variant being shown on the left in the drawing, in which large particles are returned in a return channel 7 and again from the resulting suction be sucked with, and right in the picture, a second variant is shown, are returned in the large particles and injected with a pump 5 again in the chamber.
  • an inhomogeneous mixture of large particles is supplied through two feeders 2 and fine particles, e.g. B. nanoparticles, are discharged centrally through a discharge 4.
  • the main vortex stream 5 produced centrally in the vortex chamber comminutes and sorts the particles.
  • a phase can first be dispersed in the vortex chamber and at the end of a separation device - optionally with Zwixhenxados a further vortex chamber - sorted by particle size.
  • the particles which are not yet finely dispersed, can in turn be returned to the first chamber in order to agitate and disperse them again.
  • Gemixhe can be produced with a particularly homogeneous, precisely defined particle size.
  • FIGS. 1 and 2 can be further developed and optimized by means of an embodiment of the vortex chamber according to the present invention.
  • the present invention basically provides vortex chambers that have wholly soft, rounded, alx organixh shaped, allxis harmonically curved boundary surfaces. Plane or parallel avengers, right angles, and other unnatural shapes should be avoided.
  • the present invention achieves a considerable intensification of the vortex process shown in FIGS. 1 and 2 and thus already represents a further development of the existing atomization chambers. This is achieved by multiply curved shapes formed by the mathematical curves of the Bessel differential equation Circumferential wall of the vortex chamber xwie vortex chamber cover and bottom surfaces and also by comparatively large transition radii zwixhen peripheral wall and lid or bottom.
  • Hgur 3a a first Besselxhe differential equation is shown as a mathematical curve. Graphs of a simple Besselx differential equation of the first kind (genus) for real n are shown, according to the formula: 2 dy dy 2 2
  • the graph represents as a mathematical curve, the curvature of a boundary surface of the vortex chamber.
  • a second Besse differential equation is shown as a mathematical curve.
  • the graph represents as a mathematical curve the curvature of a boundary surface of the vortex chamber, but in particular also the curvature of injection and outlet channels.
  • FIG. 4 a shows a Bessel-wide differential equation of the first type, from which it is possible to see the relative changes of curvature K, as they may be formed during the curvature of a boundary surface of the vortex chamber according to the invention.
  • the curve is with a periodic oscillation, z. B. a snus oscillation, comparable to a damping, z. B. a logarithmic function is subjected.
  • FIG. 4b shows the Besselxhe differential equation as a 3-dimensional graph.
  • FIG. 4c shows a vortex chamber 1 of a vortex device according to the invention, which comprises an 8, a cover 9 and a bottom 10.
  • the peripheral wall 8, the cover 9 and the bottom 1 0 each form part of a wall of the boundary surface in the interior of the vortex chamber.
  • the circumferential wall 8 has a circumferential surface which is rotationally symmetrical about a central axis along the longitudinal direction of the axis.
  • the peripheral surface is twice waisted in this variant, the curvature of a Besselxhen differential equal first type corresponds.
  • the cover 9 and the bottom 10 are likewise curved in a rotationally symmetrical manner and have curvature maxima and minima extending annularly around the center axis, analogously to FIG. 4b.
  • FIG. 5 shows the complex flow in a vortex chamber according to the invention. It is shown a Vertikalxhnitt by a simple form of a vortex chamber 1 with two staggered Bnspritzkanälen 1 1 (tangential holes). M edium flows into the chamber through the two injection channels 11. This can be used as Bnstrom of a main phase 1 4, if necessary active with pressure (x, black arrows). In addition, there is an influx through the outlet channel 1 2. This can be given by a dispersion phase 1 4 and passive suction formed (white Reil). Within the vortex chamber there is an outer ascending spiral flow, which merges into an inner descending spiral flow and at least partially exits through the outlet channel 1 2.
  • FIG. 6 shows a horizontal cross section, as a plan view at the level of the injection channels in FIG. There again the outer ascending eddy current and the inner descending eddy current are visible. Substantially within the descending vortex, the inflow of the dispersion phase 1 5 z. B. from the finest droplets or Bläxhen. By Bnspritzkanäle 1 1, the supply of the main phase 1 4 takes place.
  • the alternating shape of the Bessel curve results in the transition areas of the vortex chamber several cavities 1 3, which are formed as circumferential bulges, in which circumferential toroidal Rngwirbel arise.
  • at least two more toroidal Rngwirbelströmungen form parallel to the lid or bottom of the vortex chamber whose axis of rotation is identical to the axis of rotation of the vortex chamber geometry.
  • the toroidal vortexes circulating in the cavities 1 3 of the vortex chamber are not ordinary toroidal vertebrae (see FIG. 7 a), as they are known, for example, from a smoke ring formed with the M and when a liquid flow enters into a standing liquid. Rather, they represent a superimposed form of movement resulting from the conventional vertebral vertebra and the rotation of the vertebrae about the axis of the medial axis. This results in an annular spiral movement, since the entire ring also rotates about its own axis.
  • the toroidal ring vertebrae therefore each consist of a proportion of movement, the circular movement of the fluid along a large, horizontal circle, as well as a second proportion of movement, a movement along a small vertical circle, the cross section through the annulus. This results in a superimposed movement in the form of a spatial spiral that winds around this circular ring.
  • a part of the circulating fluid is constantly replaced by newly flowing fluid or fluid exiting from the vortex chamber.
  • FIG. 8a a vertical section through the rotationally symmetrical vortex is shown. All walls of peripheral wall 8, cover 9 and bottom 1 0 have a change of curvature according to a Bessel function of the first kind.
  • the waist of the peripheral wall 8 has a maximum diameter and a minimum diameter, which are to each other in the ratio of 0.7: 1.
  • the curvature of the lid 9 and the bottom 1 0 has a minimum height and a maximum height, which are to each other in the ratio of 0.7: 1.
  • the caverns 1 3 have a transition region with a large radius, as previously described.
  • the bottom 1 0 is formed on the peripheral wall 8 and has a cylindrical outlet channel 1 2 on.
  • FIG. 8b a horizontal section is shown as a plan view at the level of the tangential injection channels 11 along the section line A-B-C-D. It can be seen that three injection ports 1 1 are provided.
  • the injection channels are formed in the radially outer region with a curvature in accordance with a modified Bessel function of the second type and merge into a cylindrical bore which is tangential to the circumferential wall 8.
  • the embodiment shown merely represents the general shape of the boundary surface located in the interior of the vortex chamber.
  • injection bores or channels x such as outlet openings, so that the turbulence can flow into and out of the vortex chamber .
  • Such opening for injection port is shown in the left hand side of FIG. 8a - xhematixh, not exactly.
  • possible entry points for further injection channels in the following directions are shown as a circle.
  • Se xllen an orthogonal view of the inside visible passage opening of a Bnspritzbohrung on the opposite wall - analogous to the sectional lines or viewing direction of Fig. 8b.
  • FIG. 9 shows a first embodiment of a circumferential wall 8 of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber.
  • the peripheral wall 8 has a top-bottom-symmetrical, waisted shape, wherein the underlying mathematical curve is a simple Bessel function of the first kind (genus), the graph of which turns into a radius after the first curvature change at the second, outer vertex, the value is 4% and 33% of the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber radius. By circles the locations for injection and inlet channels are indicated. Further, a bore for a Bnspritzkanal 1 1 is shown by the peripheral wall. At the upper end, the peripheral wall 8 has a recess 1 6 for a cover and at the bottom of a recess 1 7 for a bottom.
  • FIG. 8 a second embodiment of a peripheral wall of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber is shown.
  • the peripheral wall 8 has a top-bottom-symmetrical shape bulged in the middle, the underlying mathematical curve being a simple Bessel function of the first kind (genus) whose graph is in each case after the second curvature change at the third, outer vertex in FIG egg- NEN radius that is between 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest Wirbelziggurmessers.
  • FIG. 11 shows a third embodiment of a circumferential wall 8 of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber.
  • the peripheral wall has a top-bottom-symmetrical, waisted shape, the underlying mathematical curve being a simple Bessel function of the first kind (genus) whose graph is in each case after the third curvature change at the fourth, outer vertex The transition is made to a radius equal to 1 4% and 33% of the maximum height of the vortex chamber or of the largest vortex chamber radius. Both at the waist point and at the other M axima and Mlumina of the bends injection or inlet channels 1 1 are indicated.
  • a fourth embodiment of a peripheral wall 8 of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber is shown.
  • the peripheral wall has a top-bottom asymmetric, narrow in the lower part and in the upper part wide shape, the underlying mathematical curve is a simple Bessel function of the first kind (genus) whose graph in the upper part after the first change of curvature second, outer vertex, in the lower part already merges into a radius at any previous point.
  • the two transition radii above and below are between 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber half-blade.
  • a fifth embodiment of a peripheral wall 8 of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber is shown.
  • the peripheral wall has a top-bottom-asymmetric shape, narrow in the bottom part and wide in the top part, with the underlying mathematical curve being the x>
  • the two transition radii above and below are between 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber half-meter.
  • FIG. 1 4a an embodiment of a peripheral wall 8 of a substantially rotationally symmetrical vortex chamber is shown.
  • the peripheral wall has, in Querxhnitt on the shape of a snake curve whose graph above and below each at an outer vertex merges into a radius which is between 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest Wirbelzigchermessers.
  • Hgur 1 4b the peripheral wall 8 is curved according to a shortened cycloid. Furthermore, it is closed with a cover 9 and a bottom 1 0.
  • the peripheral wall can also be simplified only from the M surface of a cylinder.
  • the remaining walls of the lid and bottom or the Bnspritz- and inlet channels can be curved according to a Besseischen function.
  • a first embodiment of a rotationally symmetrical swirl chamber cover 9 is shown, the transverse feature of which has a central bulge 8 inwardly into the chamber, the underlying mathematical curve being a simple populate function of the first kind (genus) whose graph each after the first change of curvature at the second, upper vertex merges into a radius which is zwixhen 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest Wirbelzigschmessers.
  • injection channels 1 1 are indicated by circles
  • FIG. 6 a second embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber cover 9 is shown, the Querxhnitt has a central Bb 1 9 upwards, the underlying mathematical curve is a simple Bessel function of the first kind (genus), whose graph in each case after the second change of curvature at the third, upper vertex merges into a radius, the zwixhen 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber half-blade is.
  • Hgur 1 7 a third embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber cover 9 is shown, the Querxhnitt has a central, rounded with a radius pin 20 down, the underlying mathematical curve is essentially a modified Bessel function of the second kind (genus) whose Graph in the edge region merges into a radius, the zwixhen 1 4% and 33% of half the maximum height of the vortex chamber or the largest Wirbelzigschmessers is.
  • the lid of the vortex chamber can also consist of a simple Ran structure or only from large transition radii, the remaining walls may have curvatures according to a Besselxhen function.
  • the peripheral wall of the vortex chamber is closed at its lower end by the vortex chamber floor.
  • both parts are produced in such a way that the bottom is precisely pressed into either an interference fit or screwed into the peripheral wall by a thread.
  • the most seamless and burr-free transition between the individual parts is indispensable for efficient vortex chambers.
  • FIG. 18 a first embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber bottom 10 is shown, interrupted by one or more outlet channels or outlet openings 12.
  • the transverse cross section of the bottom has a central bulge 21 inwardly into the chamber, the underlying mathematical curve being a simple one Bessel function of the first kind (genus), whose graph changes in each case after the first curvature change at the second, lower vertex into a Fiadius, which zwixhen 1 4% and 33% of half the highest height of the vortex chamber or the largest tumbling m erhal bm essers bet.
  • FIG. 19 shows a second embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber floor 10, interrupted by one or more outlet channels or outlet openings 1.
  • the transverse cross section of the floor has a central depression 22 at the bottom, the underlying mathematical curve being a simple Bessel function first type (genus) whose graph transitions to a second radius of curvature at the third, lower vertex, which amounts to 1 4% and 33% of the maximum height of the vortex chamber or of the largest vortex chamber half mesxr.
  • a third embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber floor 1 0 is shown, broken by one or more Auslaxkanälen or outlet openings 1 2.
  • the Querxhnitt the bottom has a central, possibly on Edge of the channel with a radius rounded elevation 23 inwardly, wherein the underlying mathematical curve is essentially a modified Bessel function of the second kind (genus), whose graph in the edge region merges into a radius that zwixhen 1 4% and 33% is half the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber radius.
  • FIG. 21 shows a fourth embodiment of a rotationally symmetrical vortex chamber bottom 10 whose transverse cross section corresponds approximately to the shape of a naturally occurring vortex funnel 24, the underlying mathematical curve essentially being either a modified Bessel function of the second kind (genus), an exponential function or Hyperbolic function whose graph transitions to a radius in the boundary area that is between 1 4% and 33% of the maximum height of the vortex chamber or the largest vortex chamber radius.
  • the bottom of the vortex chamber can also consist of a random surface with transition radii or exclusively of the transition radii amounting to between 12% and 33% of the maximum height of the vortex chamber or of the largest vortex chamber radius.
  • FIG. 22 shows a swirl chamber 1 with an outlet channel 12 in the form of a coaxial cylindrical bore, which penetrates the bottom 110 of the swirl chamber.
  • FIG. 23 shows a swirl comb 1 having a rotationally symmetrical outlet cannula 2 with a bore that tapers outwards according to a modified Bessel function of the second type (genus) and that penetrates the bottom 110 of the turbulence chamber.
  • FIG 24 is a swirl comb he 1 with a rotationally symmetrical Auslaxkanal 1 2 with, according to a modified Bexel function of the second kind (genus) expanding hole that penetrates the bottom 1 0 of the vortex chamber 1.
  • Figure 25a is a plan view from below of a bottom 1 0 a vortex chamber 1 with multiple outlet channels 1 2 in the form of arranged on concentric circles cylindrical bores shown, the bottom of the vortex chamber with a xhrägen angle, z. B. penetrate 45 ° from below so as to be tangent to the main flow direction of the fluid in the vortex chamber.
  • FIG. 25b shows a side view of the floor from FIG. 25a, so that the curved shape of the inner wall of the floor can be seen and the pipe sockets projecting from it are visible.
  • This embodiment of the outlet channels according to FIGS. 25a and 25b is designed primarily for use in separating vortex chambers and serves for the removal of the under-finely finely dispersed particles from the convex regions of the vortex. In pressure-operated vortex chambers, the larger particles are located further inside, near the axis of rotation, while the smaller particles are more likely to be in the peripheral areas of the vortex chamber. When operated with negative pressure vortex chambers, it is the other way round.
  • FIG. 26 a shows a plan view from below of a further embodiment of a bottom 10 of a vortex chamber 1 with a plurality of exhaust channels 1 2 in the form of elongated, circular slots 26 arranged on concentric circles, which penetrate the bottom of the vortex chamber.
  • This Sbhiitze 26 may also be partially executed or interrupted abxhnitttagen.
  • FIG. 26b shows a longitudinal section along the section line A-B-C-D.
  • the slots 26 merge into corresponding discharge mechanisms which join the respective channels located in one of the concentric circles, but separate them from the channels located in another of the concentric circles.
  • this embodiment is designed especially for Bnsatz in separating vortex chambers and serves to discharge the underxhiedlich finely dispersed particles from the verxhiedenen areas of the vortex analogous to the embodiment of Figure 25a.
  • a vortex device which is used as a mxhvorraum
  • the tangential injection of the solvent, the main phase is used with pressure to grind the dispersing phase or the dispersion phases in the complex vortex flows set forth in the introduction so that they are up in be dispersed into the nanometer area.
  • a pressurization can be omitted as a rule.
  • the swirling flow produced in the swirling chamber serves to spatially sort the dispersed particles according to their size or their specific gravity, so that they can be separated by the respective ablation mechanisms.
  • the fluid entering the vortex chamber via pressure via the injection channels creates the main vortex flow (s).
  • the nature and catastrophe of the transfer of the solvent phase from the injection channel into the vortex chamber considerably influences the flow pattern. Therefore, the geometrical shape of the injection ports plays an important role. Due to the configuration of the injection channels, individual parameters can be influenced in a targeted manner.
  • a bore penetrating the peripheral wall causes the incoming fluid to spread more vertically in height, thus making it closer to the wall.
  • the main vortex flow is less disturbed and runs more evenly.
  • a raw nozzle standing freely in the room offers the advantage of a higher vortex velocity and, with a suitable design of the inlet channels, ensures a higher level of dispersion phase.
  • Embodiments with a pipe socket projecting into the lumen of the vortex chamber reinforce, depending on the point of entry into the vortex chamber, either the speed of the intermeshing main vortexes and thus help to considerably increase the overall fluid dynamics.
  • the Bnspritzkanäle can z. B. according to five verxhiedener embodiments according to Figures 27a - e be formed. For all forms, it holds true that the channel extends approximately to the center of the vortex chamber, in the case of FIG. 27e also somewhat beyond.
  • FIG. 27a a rotationally symmetrical injection channel 11 that tapers from outside to inside according to a modified Bessel function of the second type (genus), an exponential function or a hyperbolic function is shown by the circumferential wall 8 of the vortex chamber, which snugly fits inside the vortex chamber wall.
  • this channel in the form of the tapered bore also pass into a cylindrical bore piece. This version requires a pressure-resistant vortex chamber housing.
  • the injection channel has diameters with the following ratios: largest diameter to smallest diameter in the range of 1, 62: 1 or 1, 9: 1 or 2, 73: 1.
  • a cylindrical injection channel penetrating the wall of the vortex chamber is shown with the largest possible radius of curvature, which is tangential to the vortex chamber wall.
  • This design requires a pressure-resistant vortex chamber housing.
  • a pipe socket 28 which is pressed or screwed into the peripheral wall 8 of the swirl chamber into a receiving opening 27 is shown which seamlessly merges into a cylinder-like bore penetrating the wall of the swirl chamber having an identixhem inner diameter which is tangentially tangent to the swirl chamber wall.
  • a pipe stub 28 extending through the vortex chamber wall approximately to the level of the axis of rotation is shown, which is pressed or screwed into a corresponding receiving opening, sealing it tightly and anxiously tangential to the inner wall of the vortex chamber.
  • FIG. 27e shows a pipe stub 28 extending through the vortex chamber wall approximately to the level of the rotation axis, which is pressed or screwed into a corresponding receiving opening and seals it tightly, but further into the interior by a distance of up to 33% of the vortex chamber radius the vortex chamber is displaced and thus stands a bit free in the room.
  • the Bnspritzkanal consists of a pipe socket which can be adjustably mounted by means of a fine thread or other tight connection in the wall of the vortex chamber, so that the Bntauchianae the Bnspritzkanals can be variably adjusted in the vortex chamber ,
  • these have according to the prior art at least one so-called vortex chamber inlet bore in the peripheral wall, but preferably two or more circumferentially uniformly distributed vortex chamber inlets, which are either cylindrical or conical or one after another Hyperbola function have narrowing or expanding diameter. Their position is approximately mid-height or approximately 62%: 38% (golden ratio) above and / or below the center.
  • the supply of a further Huids can be omitted completely, if the fluid already contains all - coarse and inhomogeneous - dispersed particles.
  • injection port is used hereinafter for the normally active, pressurized, generally relatively large orifices of the main phase (of the solvent).
  • the Huid is sucked in the ideal case, or alternatively also injected with pressure, here is always the term inlet channel used.
  • the boundaries here are not always clear.
  • the lower end of the double injection and inlet channel in any case completely vanishes.
  • the Enspritzkanäle should usually largely tangentially cling to the inner wall of the vortex chamber or burr-free and offset in this pass to disturb the already rotating fluid mass in the vortex chamber as little as possible. Only in individual cases can an inward displacement of the injection channels make sense by a maximum of about 33% of the radius (see, for example, FIG.
  • Advantageous places of injection are basically the circulating caverns of the vortex chamber, ie the outer vertices of the Bessel functions or the places where peripheral wall and lid or peripheral wall and bottom of the vortex chamber merge into each other in large radii. But also the respective inner vertices offer advantages in certain applications.
  • the ejection of the main phase into a cavern disturbs the main vortex less and thus causes the existing particles are finely dispersed.
  • the injection of the main phase on a ridge brings the advantage of a higher vortex speed - with slightly more turbulence - and - with a suitable design of the inlet channels - to enter a larger M close to Dispergierphase.
  • a vortex chamber is shown with at least one, approximately halfway up the vortex chamber Enspritzkanal 1 1, with multiple Enspritzkanälen these must not necessarily be arranged in pairs or at regular angular intervals terme- lying, but may be in any angular positions to each other and with inlet channels be combined on the same plane, with arbitrary angles to each other.
  • the injection channel is centered on the vertex of the Bessel function and is tangential to the apex line.
  • En further Enspeiztkanal is shown schematically as a circle. En such lateral Enspritzkanal can also be fed through holes 29 from above the vortex chambers ago. This variant is shown in FIG. FIG.
  • the compensation of the underflow volumes per time is made by matching the injection pressure and the diameter of the injection channels to the resulting dynamic flow pressure.
  • FIG. 31 a shows a vortex chamber with at least one injection channel located at any desired height of the vortex chamber.
  • these need not necessarily be arranged in pairs or at regular angular distances from each other, but they can be arranged at any desired angle relative to one another and can also be combined with inlet channels on the same plane, with arbitrary angles to one another.
  • the or the Bnspritzkanäle through holes or slots from the top, past the lid take place.
  • Hgur 31 b a horizontal section along the lines A-B-C-D of the vortex chamber of Hgur 31 a is shown. The curvature of the walls of the injection ports follows in the longitudinal direction a modified Bessel function of the second kind.
  • a vortex chamber is that shown in FIG. 32, in which all, preferably seven, equally sized bores for injection ducts are distributed uniformly with respect to their offset angle over the entire rounding. in order of their offset height in order ascending at the height of an eighth, two eighths, three eighths, etc. of the inner vortex chamber height are arranged.
  • the further preferred sequence of heights is a statistical distribution of the heights relative to one another, analogously to the firing order of internal combustion engines: 1, 5, 2, 6, 3, 7, 4.
  • the fuel injection channels are thus distributed helically along the circumferential wall of the vortex chamber. In principle, different offset angles and offset heights can also be provided.
  • the turbulence through the inlet channels keep - at least in the organically shaped vortex chambers - within reasonable limits compared to the vast majority of the main laminar flow. Nevertheless, especially the simpler and less favorable flow cylindrical cylindrical vortex chambers according to the prior art with respect to the M to be introduced close to the dispersion phase narrow limits.
  • the maximum amount of dispersing phase to be introduced by purely passive connec- tion here is up to a maximum of about 20% with approximately the same viscosity. In the whirling devices of the present invention, this amount can be increased to around 40%. Feeding with pressure can be helpful to further increase the dispersion quality.
  • Determining factors for the dispersion qualities to be achieved are the location in the complex liquid flow at which the inlet channel ends, its depth and the angle of entry into the liquid flow, the absolute diameter of the tube and the ratio of internal to external cross-section, its size compared to the vortex chamber - Mer size, and its angle of attack against the wall or the liquid flow, its chamfer and the spatial position of the slope relative to the liquid flow and of course the pressure and flow conditions of M ediums in the vortex chamber and the viscosities and particle sizes of all fluids involved.
  • the embodiments of the inlet channels according to the invention generally allow the active sucking of a phase to be dispersed at different locations of the vortex chamber, without an external overpressure being necessary for this purpose.
  • the M tight and the degree of dispersion of the M to be dispersed based on the design of the incoming pipe socket can be adjusted.
  • medical injection needles have proven themselves here for whirl chambers under about 20 mm in size.
  • Hgur 33 a vortex chamber is shown with a pipe socket 28 as an inlet channel, which extends through the vortex chamber wall 8 approximately to the height of the axis of rotation. & is pressed or screwed into a corresponding receiving opening and verxhsted this tight.
  • the upper pipe socket 28 xhmiegt the outer wall of the vortex chamber from the inside largely tangential.
  • the pipe socket is just cut away inside the chamber.
  • the pipe socket is mounted by means of a fine thread or other tight connection adjustably mounted in the peripheral wall of the vortex chamber, so that the immersion depth of the inlet channel can be variably adjusted in the vortex chamber.
  • the lower pipe socket 28 is displaced further into the interior of the vortex chamber by a distance of up to 33% of the vortex chamber radius and consequently protrudes a little freely into the space.
  • a vortex chamber is shown with a pipe socket 28 as an inlet channel, which extends approximately to the height of the axis of rotation through the peripheral wall 8, inside is angexhrägt approximately at an angle of 45 ° and is pressed or screwed into a corresponding receiving opening.
  • the pipe socket 28 snuggles against the boundary surface of the peripheral wall of the vortex chamber largely tangentially from the inside, wherein the angexhrägte opening of the peripheral wall is inclined.
  • the pipe socket is mounted by means of a fine thread or other tight connection adjustable in the peripheral wall of the swirl chamber, so that the Buntauch- depth of the inlet channel can be set variably in the swirl chamber.
  • the lower pipe socket 28 is in turn further into the interior of the vortex chamber offset and thus protrudes a bit freely into the room.
  • a swirl chamber is shown with a pipe socket 28 as an inlet channel, which extends through the peripheral wall at a maximum approximately to the height of the axis of rotation, is approximately beveled at an angle of 45 ° and pressed or screwed into a corresponding receiving opening, wherein he closes these tightly. & nestles against the boundary surface of the vortex chamber from the inside as far as possible tangentially, wherein the angexhrägte opening is averse from the vortex chamber wall.
  • the pipe socket by means of a fine thread or other tight connection is adjustably mounted in the peripheral wall of the vortex chamber, so that the immersion depth of the inlet channel can be set variably in the vortex chamber.
  • the under pipe socket 28 is in turn further into the interior of the vortex chamber offset and thus protrudes a bit freely into the room.
  • the angexhrägte opening is averse to the boundary surface.
  • FIGS. 33 to 35 show the individual embodiments according to FIGS. 33 to 35 again graphixh shown. In addition, their orientation is shown with respect to an existing in the vortex chamber eddy current, which is indicated by xh warze arrows. Accordingly, the inlet channels are aligned in the flow direction, z. B. at an angle of about 45 ° with other angles are possible.
  • FIG. 36 shows from left to right a straight pipe socket, a cut-off pipe socket with an opening pointing in the direction of flow, and a cut-off pipe socket with an opening which is flat with respect to the peripheral wall.
  • the circulating caverns of the vortex chamber are advantageous places of supply, so the externa ßeren vertexes of the Bessel functions and the places where peripheral wall and cover or peripheral wall and bottom of the vortex chamber merge into each other in large radii.
  • the respective inner vertices offer advantages for individual applications.
  • the dispersion phase is fed into a cavern, the amount of dispersion phase drawn in is lower, but the dispersion quality increases.
  • the feeding of the dispersion phase in free space preferably at an inner vertex of the Bessel curve, ensures a higher application of the dispersion phase, with a smaller particle size to be achieved.
  • FIG 38 is a swirl comb he 1 shown in a housing 31.
  • the medium entering the vortex chamber 1 from the housing 31 is shown, which is swirled in the interior of the vortex chamber.
  • an outlet channel 1 1 is shown, which is penetrated by an inlet channel 30, which extends into the vortex chamber 1.
  • the modified M edium exits the vortex chamber in an outlet of the housing, as indicated by gray arrows.
  • the inlet channel 30 enters from below centrixh through the outlet channel 1 2 of the vortex chamber 1 in the form of a coaxial pipe socket significantly smaller in cross section.
  • the immersion depth of the inlet channel 30 into the vortex chamber is 1 4% - 90% of the maximum vortex increase comb.
  • Bne advantageous embodiment provides a coaxial inlet channel from below, which is mounted vertically adjustable by means of a fine thread or other tight connection in the catch basin of the vortex chamber, so that the Bntauchianae of the inlet channel 30 can be variably adjusted in the vortex chamber 1.
  • This allows both the M ischungsdorf and the dispersion quality by stepless Bnschieben the feed tube in the vortex chamber often finely tuned so that aufendige metering mechanisms and the like can be dispensed with.
  • FIG. 39 a shows a further embodiment of a vortex chamber with a feed channel 30, which protrudes coaxially from above through the lid 9 of the vortex chamber in the form of a tube.
  • the inlet channel is provided in register in the bore of the lid 9 and verxh facedt the lid.
  • the immersion depth of the inlet channel 30 in the vortex chamber is 0% - 50% of the maximum vortex comb increase.
  • the outlet therefore projects into the center of the main vortex in the chamber, preferably at most up to 20% of the height of the main vortex.
  • An advantageous embodiment provides a coaxial inlet channel from above, which is mounted by means of a fine thread or other tight connection height adjustable in the lid 9 of the vortex chamber, so that the immersion depth of the inlet channel 30 can be variably adjusted in the vortex chamber.
  • FIG 39b another embodiment of a vortex chamber with a feed channel 30 is shown, in which the cover 9 of the vortex chamber z. B. as in Figure 1 7 is formed with a pin 20.
  • the inlet channel 30 merges seamlessly into a cylindrical bore in the pin 20, which penetrates the downward-pointing pin in such a way that an x-sharp-edged pipe tip results as a flare. In this case, an active absorption of the dispersing phase is possible.
  • Figure 40a an alternative embodiment to Figure 39a is shown, in which the inlet channel 30 is verxhlossen frontally bottom, but one or more openings 32 laterally in its wall, through which the Disperghierphase can flow in the radial direction outward Shen into the vortex chamber.
  • inlet channel 30 protrudes down to at most about 66% of the height of the vortex chamber in this.
  • inlet channel 30 merges seamlessly into a cylindrical bore which does not penetrate the downwardly pointing pin 20 of the vortex chamber cover but is provided with one or more radial bores through which the dispersing phase can flow radially outward into the vortex chamber. Again, an active intake is possible.
  • FIG 41 a is a swirl chamber with one or more inlet channels 30 at the same height as the injection molding channels 1 1 shown.
  • the inlet channels 30 extend from the side through the peripheral wall of the vortex chamber and sit in register in the bore of the vortex chamber wall, so that they verxhliessen.
  • the inlet channels can be provided in height not only approximately centrally, but in any arrangement.
  • the two side inlet channels 30 for two underxhiedliche Dispergierphasen and a Bnspritzkanal 1 1 provides.
  • the individual volumes supplied through the channels may be approximately the same per unit of time. In this case, an adjustment according to the viscosity can also be carried out by underxhiedliche pressures.
  • the main phase is introduced through the injection channel 1 1, whose inner wall is curved in accordance with a Bessel function. Bn inlet channel
  • Large diameter 30.1 is for a first dispersion phase and a feed channel
  • Small diameter 30.2 is intended for a second dispersion phase.
  • the attachment of the feed channels in the upper part of the swirl chamber is to be preferred, especially in the case of feed of higher-viscosity dispersion phases or larger amounts of Huiden to be dispersed, since the main vortex is more stable in this part.
  • the parts of the supplied dispersion phase could be prematurely separated from that from the vortex chamber. border stream are detected and the main vortex process does not go through completely and so not be dispersed finely enough.
  • FIG. 42 a A whirling device with a housing 31 is shown in FIG. 42 a, in which inlet channels 30 are arranged at different heights once above and once below a spraying channel 11. The dispersion exits through an outlet channel 1 2.
  • Hgur 42b is a vertical section through a vortex chamber with Besself accordance with a curved walls, as described for the Hguren 9, 1 5 and 1 8.
  • three overlying Bnspritzkanäle 1 1 and opposite three arranged above each other inlet channels 30 are provided. At least the upper and under injection channel are directed into the caverns.
  • Hgur 43a is a vortex chamber with an inlet channel 30 from above xhräg shown tangentially through the lid 9 of the vortex chamber 1, which sits snugly in the bore of the lid and this closes the other side. It is also possible to provide a plurality of such inlet channels, which are arranged offset to one another, for example, as shown in FIG. 43c as a top view of the lid. An active connec- tion is possible. In Hgur 43b a variant with a vortex chamber with harmoniously curved walls according to the invention is shown, which likewise has from above xhräg tangentially introduced through the lid 9 inlet channels.
  • Hgur 44a a vortex chamber with a plurality of inlet channels 30 is shown, which are introduced from below xhräg tangentially through the bottom 1 0 of the vortex chamber 1 and seated in register in the bore of the soil and verxhraw this verso.
  • Figure 44b shows a bottom view of the bottom 10 of the vortex chamber. M eatig a Auslaxkanal 1 2 is provided and at the edge of the inlet channels are opposite each other visible.
  • Figure 45a vortex device with a housing 31 is shown, in which one or more inlet channels 30 at any height of the vortex chamber 1, z. B.
  • Hgur 45b a comparable vortex device is shown, in which both the outer contour of the inlet channel 30 and the outer contour of the injection channel is designed according to a modified Bessel function of the second kind (genus), an exponential function or a hyperbolic function, so that the outer contour of the Inlet channel and the inner contour of Bnspritzkanals have an analogous shape.
  • the Bnlinger the two phases in the vortex chamber is particularly laminar and turbulence-free
  • a particularly large M close to the dispersion phase is sucked into the vortex chamber.
  • the black arrows indicate the influx of the main phase and the white arrows indicate the influx of the dispersing phase.
  • thin-walled structures may be provided within the vortex chamber.
  • the superstructures of thin-walled inner contours in the vortex chamber fulfill several functions. Se serve to optimally guide the eddy currents in the interior of the vortex chamber and to lengthen the vortex path to be traveled by the Huid and thus to increase the performance of the vortex chamber. In addition, with a suitable design, they can help to further accelerate the lamination by increasing the distance to the circumferential wall in a laminar manner and, with the appropriate attachment of an inflow channel at the narrowest point, similar to a Venturi nozzle, the M close to the dispersing phase to be sucked in increase.
  • the inner contours produced in practice from deep-drawn sheet metal, by injection molding or by CNC machining are fixed with small dimensioning and strömungsmechanixh to be optimized support webs on peripheral wall, lid or bottom of the vortex chamber that the liquid flow in the vortex chamber is influenced as little as possible. These support bars are not visible in the Hguren.
  • Hgur 46 a vortex chamber with a rotationally symmetrical, the vortex chamber 1 approximately filling, thin-walled inner contour 33 is shown.
  • the inner contour has in longitudinal section a top-bottom-asymmetrical, waisted shape whose diameter in the middle part is least, larger in the lower part and largest in the upper part.
  • the underlying mathematical curve is a simple Bessel function of the first kind (genus), as previously explained.
  • the inner contour 33 forms a funnel over the Auslaxkanal 1 2.
  • a cover 9 of the vortex chamber a cover is insomniax Figure 1 6 used.
  • the inner circumference of the Auslaxkanals 1 2 forms an extension of the inner contour 33 and is formed according to a modified Bexelfunktion second type.
  • FIG. 47 shows a swirl chamber with a further embodiment of a rotationally symmetrical, thin-walled inner contour 33 which approximately fills the swirl chamber 1.
  • the wall of the inner contour corresponds approximately to the shape of a naturally occurring vortex funnel and its diameter is tapered downwards and formed substantially larger in the upper part.
  • the underlying mathematical curve is a modified Bessel function of the second kind (genus), an exponential function or a hyperbola function.
  • all combinations of the embodiments of wall, lid, bottom and inner contour described here are possible and claimed.
  • circumferential walls according to the embodiments according to FIGS. 9, 10, 12 and 13 are to be regarded as advantageous, since in them the above further and on the inside significantly narrower inner contour approximately follows the swirl chamber boundaries.
  • a vortex device with a vacuum device, a circulation pump and / or one or more stirrers will be described below.
  • Such a whirling device independently of a vortex chamber with a wall curved in accordance with a Bessel function, forms an evolution of the known vortex devices. It therefore remains reserved to direct to such a whirling independent protection.
  • the vortex device according to the present invention comprises an external vacuum device.
  • the main phase is not pressed by the pressure injection channels 1 1 in the vortex chamber 1, but all phases can be sucked by suction through the or the lower outlet channels 1 2 in the vortex chamber.
  • the vacuum required for this purpose can be generated by the external vacuum pump and fed to the outlet channel of the vortex chamber via channels.
  • the vacuum may be generated by a manual or powered propeller in or below the exhaust ports or an exhaust port.
  • the vortex device has a circulating pump 34 outside the vortex chamber.
  • the extracted by one or more outlet channels Huid can be supplied by means of the external circulation pump of the vortex chamber via the or the injection ports 1 1 again and thus close the same M. Fluid again and again swirled.
  • the circulation pump 34 is inserted between an exhaust passage 1 2 and a spray passage 1 1. Through a further outlet channel 1 2, the fluid can be drained. Further, another injection port is provided to guide further fluids.
  • the vortex comb he 1 can be provided according to one of the above bexhriebenen embodiments, ie having a wall with a curvature according to a Bessel function.
  • a vortex device may include an agitator within the vortex chamber.
  • the agitator serves to fluidize the fluid not or not exclusively passively swirled by pressurized injection of the fluid or fluids, but rather to cause the fluid or fluids to be whirled by one or more propeller type agitators in addition to or exclusively.
  • fluid can be supplied and removed via injection and outlet channels.
  • the constant passage through injection and outlet channels can be completely omitted and only a constant amount of fluid initially filled, the fluid vorhUAd swirled and discharged after completion, the entire volume through the outlet again.
  • the injection and outlet openings can then be used in each case with a valve and remain sealed during the whirling process.
  • an ⁇ inner contour 33 anxhliessen.
  • the inner contour can be designed in its upper, substantially larger part according to FIG. 47 and in its lower, substantially smaller part, such as the part widening again from the vertex in accordance with FIG.
  • one or more propeller-type agitators 35 can be mounted completely or partially on the inner contour 33 coaxial with the vortex chamber and inner contour.
  • the agitator can be operated from outside via a gas and liquid-tight shaft bearing by a motor 36 or a hand crank - possibly with gear or belt ratio - are driven via a vertical axis.
  • a stand-alone or a lower of two propeller-type agitators at the lower end of the inner contour can displace the fluid or fluids so that they are conveyed from below on the wall of the vortex chamber in spiraling upward and thanks to the curved shape of peripheral wall and lid in the upper part the vortex chamber again receive a radially inward-pointing motion pulse, so that they pass over the edge of the inner contour and run down in likewise helical paths inside the inner contour, where they meet again on the one or both propeller-like agitators.
  • only one agitator can set the fluids in the vortex chamber in motion, so that its rotational movement supports the swirl that the fluid or fluids receive through the injection channels by revolving in the same direction of rotation or atomizing the fluid by countering it the spin that results from the tangential injection ports, as illustrated in FIG.
  • two propeller-type agitators it is also possible for two propeller-type agitators to be arranged coaxially one above the other at the lower end of the inner contour in the vortex chamber, the two moving in the opposite direction.
  • the upper agitator 35.1 of the two propeller-type agitators runs at the lower end of the inner contour in such a direction of rotation that it runs counter to the fluids emerging from the inner contour at the lower end and therefore atomises them particularly intensively, while the lower one propeller-like agitator 35.2 turns this opposite again - and thus in the same direction to the circulating inside the inner contour fluid - and this transported back up into the inner funnel.
  • the two propeller-like agitators z. B. be connected to a planetary gear and thus operated with a constant counter-rotating rotation ratio.
  • the two propeller type agitators may be driven by two different drive sources 36.1 and 36.2, e.g. B. Bektromotoren, separated from each other with any number of revolutions, which can change at any time, are driven.
  • the two different motors may be mounted coaxially with the vortex chamber rotational axis (FIG. 52), or one of them or both may be arranged below, above or next to the vortex chamber (FIG. 53).
  • the propeller-like agitators z. B. be driven by a belt or gear drive.
  • the upper of the two two propeller-type agitators 36. 1 can be driven by the upper motor 35. 1 by means of a long axis passing through the interior of the swirl chamber 1 or the inner contour 33, wherein the upper agitator is coaxial, but freely rotatable, to avoid an imbalance the axis of the lower agitator may be connected, as shown in Figure 52.
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Abstract

Eine Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/oder gasförmigen Mediums weist eine oder mehrere Wirbelkammern (1) auf. Eine Wirbelkammer umfasst wenigstens einen Einspritzkanal (11) und wenigstens einen Auslasskanal (12) und wird im Inneren von einer Begrenzungsfläche begrenzt. Die Begrenzungsfläche umfasst wenigstens eine rotationssymetrisch gekrümmte Wandung (8; 9; 10), deren Krümmung mathematisch zumindest annähernd einer Besselfunktion folgt. Die Wirbelvorrichtung kann mit einer Druckbeaufschlagung, einer Einspritzung durch einen Sog mittels einer Vakuumeinrichtung oder durch mit einem angetriebenen propellerartigen Rührwerk oder Kombinationen daraus betrieben werden.

Description

Wirbelvorrichtung
Die &findung betrifft eine Wirbelvorrichtung mit wenigstens einer Wirbelkammer zum Zerstäuben von Fluiden, zum Dispergieren flüssiger oder gasförmiger M edien, zum Tren- nen unterschiedlicher Phasen eines flüssigen oder gasförmigen Gemisches sowie zur M odifikation der Qust erstruktur von Wasser oder wässrigen Lösungen.
Wirbelkammern sind u. a. unter der Bezeichnung Flüssigkeitszerstäubervorrichtung in ihrer einfachsten Form bekannt aus der WO 95/ 1 6521 A1 sowie in deren weiterentwickelten Formen aus der DE 1 0200801 9930 A1 . Die bekannte Flüssigkeitszerstäubervorrichtung WO 95/ 1 6521 A1 besitzt eine zylinderförmige Wirbelkammerwandung, die durch einen Zylindermantel und zwei diesen end- seitig verschließende ebene Ratten gebildet wird. Die Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen nach DE1 0200801 9930 A1 weisen eine oder mehrere Wirbel kämm ern auf , deren Seitenwandungen sowie Wirbelkammerdeckel- und/ oder -böden entweder konkav oder konvex ausgeformt sind. Beide Erfindungen weisen jeweils an der Wirbelkammerwandung eine oder mehrere gegeneinander versetzte tangentiale Enlauföffnungen auf. Im Boden der Wirbelkammer ist jeweils eine zentrixhe Auslaßöffnung vorgesehen.
Bei den bekannten Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen tritt die Flüssigkeit über die Enlauföffnungen tangential in die annähernd rotationssymmetrixhe Wirbelkammer ein und wird in Rotation versetzt. Dadurch entstehen in der Wirbelkammer zwei ineinander liegende, gegenläufige Wirbel, ein au ßen aufsteigender sowie ein innen absteigender Wirbel. Unter Beibehaltung dieser Rotation tritt die Rüssigkeit wieder aus der unteren Auslaßöffnung aus. Bei geeigneter Auslegung der Wirbelkammer entsteht im Inneren des absteigenden Wirbels ein Unterdruck, der das Umgebungsfluid ( Luft) in die Wirbelkammer einsaugt und mit der Flüssigkeit vermixht. Die Zerstäubervorrichtung dient zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts in Wasser.
Bei diesen Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen besteht eine begrenzte Verweildauer in der Kammer, die die Sauerstoffanreicherung beeinträchtigt. Auf Grund der Geometrie der Wirbelkammern sind die Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen wenig zum Trennen von Komponenten, zum Reinigen von Flüssigkeiten oder zum Vermischen verschiedener M edien geeignet. Die DE1 0200801 9930A1 zeigt eine Wirbelkammerwandung mit einer nur allgemein konkaven, also maximal Rchtung Blipsoid oder Bform gehenden oder konvexen, bis hin zu einem einxhaligen Rotationshyperboloid gehenden Ausgestaltung. Bei den Boden- oder Deckelflächen ist ebenfalls nur die allgemein konkav gestaltete, maximal bis zur Bform gehende oder konvexe, nach Art eines zweixhaligen Rotationshyperboloids geformte Ausgestaltung offenbart. Die hierbei zugrundeliegenden mathematischen Kurven sind jeweils einfach gekrümmte Kurven. Übergangsradien, Krümmungswechsel oder irgendeine besondere Art der Ausgestaltung im Übergangsbereich zwi- xhen Wandung und Deckel bzw. Boden der Wirbelkammer sind in der DE1 0200801 9930A1 nicht definiert. Bei den bekannten Zerstäubungsvorrichtungen WO 95/ 1 6521 A1 und DE1 0200801 9930A1 erfolgt die Bnspritzung des Fluids mit Druck durch tangentiale Bohrungen, um den nötigen Drall zu erzeugen und das Fluid intensiv zu zerstäuben. Weiter ist z. B. aus der DE 3325952 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Feststoff- Flüssig keits- Gern i xhen mit einer Wirbelkammer bekannt, bei der ein M edium in Spiralwirbeln durch die Kammer strömt. Die Kammer besteht aus einem Innenbehälter und einem Aussenbehälter, die jeweils eine hyperbelförmigen M antellinie in vertikaler Rchtung aufweisen. Das M edium kann mehrfach durch die Wirbelkammer geleitet werden bis ein Kolloid oder ein Koagulat als Endprodukt erreicht ist. Bne solche Vorrichtung weist eine lange Bauform auf und ist nicht zur Kombination mit weiteren Einrichtungen geeignet.
Zudem ist aus der DE 3738223 eine Vorrichtung zur Energieanreicherung von Wasser oder anderen Fluiden bekannt, bei der ein Fluid mittels eines Accelerators spiralförmig durch eine Kammer strömt. Durch Richtungsänderungen der Strömung wird erreicht, dass eine turbulenzfreie Strömung entsteht und über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Zur Herstellung der Strömung und zur Erhöhung der Verweildauer ist bei dieser Vorrichtung ein aktiver Antrieb erforderlich.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wirbelvorrichtung zu xhaffen, wel- che u. a. die Herstellung feiner Dispersionen, die M ischung von Hüssigkeiten und anderen M edien, die Zerstäubung von Hüssigkeiten ermöglicht und die Herstellung von M edien mit homogener und exakt definierter Teilchen grosse ermöglicht, welche die Sauerstoff- anreichung von Wasser verbessert und die Lockerung von Wassermolekül- Clustern unterstützt, die eine verbesserte Formgebung zur Unterstützung der Huiddynamik bei der Verwirbelung aufweist und die Verweildauer eines M ediums in der Wirbelvorrichtung und die dabei zurück gelegte Wegstrecke erhöht.
Diese Aufgabe wird durch eine Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/ oder gasförmigen M ediums mit einer oder mehreren Wirbelkammern nach dem Hauptanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und unterxhiedliche Varianten gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einer Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/ oder gasförmigen M ediums mit einer oder mehreren Wirbelkammern nach der vorliegenden Erfindung weist eine Wirbelkammer wenigstens einen Enspritzkanal und wenigstens einen Auslasskanal auf . Die Wirbelkammer ist im Inneren von einer Begrenzungsfläche begrenzt. Nach der Erfindung umfasst die Begrenzungsfläche wenigstens eine rotationssymetrisch gekrümmte Wandung, deren Krümmung mathematixh zumindest annähernd einer Besselfunktion folgt. Als Bnspritzkanal sollen grundsätzlich alle Zugänge in das Innere der Wirbelkammer verstanden werden, die der Zuleitung eines M ediums dienen können. Bei bestimmten Anwendungen der Wirbelkammer kann zwixhen Zuleitungen für eine Hauptphase, nachfolgend primär als Bnspritzkanal bezeichnet, und Zuleitungen für Dispergierphasen, nachfolgend als Zulauf kanal bezeichnet, unterschieden werden. Nach einer Ausführungsform umfasst die Wirbelkammer eine Umfangswand, einen Deckel und einen Boden, die gemeinsam die Begrenzungsfläche im Innenraum der Kammer bilden. Dabei können die Umfangswand, der Deckel und/ oder der Boden mit der gekrümmten Wandung ausgebildet sein. Die Krümmung der Wandung an Deckel und/ oder Boden kann zumindest annähernd einer Sombrero- Funktion folgen. Vereinfacht kann diese durch konzentrixh um eine M ittelachse verlaufende Wellen bexhrieben werden, deren Krümmungen, bzw. deren Abfolge von M axima und M inima, einer Besselfunktion folgen. Die Umfangswand ist im Wesentlichen um die M ittelachse der Wirbelkammer rotationssymmetrixh vorgesehen. Die Krümmung der Wandung der Wirbelkammer an der Umfangswand kann eine einfach oder mehrfach taillierte Form aufweisen, die zu- mindest annähernd einer Besselfunktion folgt. Weiter können auch die Bnspritzkanäle und/ oder die Auslaxkanäle zumindest annähernd gemäx einer Besselfunktion, insbe- xndere gemäx einer modifizierten Besselxhen Differentialgleichung zweiter Art, gekrümmt sein. Die Krümmung einer Wandung der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer kann durch eine einfache Besselxhe Differentialgleichung erster Art oder durch eine modifizierte Besselxhe Differentialgleichung zweiter Art gebildet werden. Dabei können die Wandungen von Umfangswand, Boden und Deckel unterxhiedlichen Besselfunktionen fol- gen. Auch die Bnspritz- und Auslaxkanäle können nach unterxhiedlichen Besselfunktionen gekrümmt sein.
In den Übergangsbereichen zwixhen Umfangswand und Deckel oder zwixhen Umfangswand und Boden können rundlich gekrümmte Kavernen ausgebildet sein. Diese sind beispielsweise als konzentrixh um die M ittelachse umlaufende Auswölbungen vor- gesehen sein, deren Wölbung sich wiederum nach einer Besselfunktion richtet. Die Übergangsbereiche xllen möglichst ohne Grate ausgebildet sein. Die Kavernen dienen dazu die Ausbildung von spiralförmig um die M ittelachse umlaufenden Ringwirbeln zu ermögliche, die sich zusätzlich zu den um die M ittelachse ausbildenden Hauptwirbeln aufbauen. Zur Ausbildung der Kavernen weist ein Übergangsbereich zwixhen Umfangswand und Deckel oder zwixhen Umfangswand und Boden einen Übergangsradius von um etwa 1 0% bis 40% einer Höhe der halben Wirbelkammer auf, vorzugsweise von 1 4% bis 33% .
Bei der Wirbelkammer der Wirbelvorrichtung können Boden und Deckel durch eine form- xhlüssige Verbindung an der Umfangswand befestigt werden. Dies kann z. B. durch ei- nen Rasxitz, etwa eine Rastverbindung, oder eine Gewindeverbindung erfolgen. Auch eine reibxhlüxige Verbindung ist denkbar, sofern die Verbindung dem Druck innerhalb der Kammer Stand hält. Grundsätzlich kann die Wirbelkammer aber auch derart gestaltet sein, dass der Deckel oder der Boden in der Umfangswand integriert sind, beispielsweise als einstückiges Teil ausgebildet sind.
Die Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ein Gehäuse mit wenigstens einem Zuführ- und Abführkanal aufweisen. Das kann dient dazu eine oder mehrere Wirbelkammern aufzunehmen. Dabei ist zwixhen Gehäuse und Wirbelkammer ein Zulauf für ein Medium zur Wirbelkammer ausgebildet, der das M edium den Bnspritzkanälen zuleitet. Das Wirbelkammergehäuse kann innen rund sein und ausreichend dimensioniert, um die Wirbelkammer oder -kammern unter zu bringen, oder zumindest so ausgeformt, dass ein möglichst freier Enstrom des zu dispergierenden M ediums in die Wirbelkammerzuläufe gewährleistet ist. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwixhen Wirbelkammeraußenwand und Gehäuseinnenwand mindestens etwa dem zweifachen maximalen Durchmesser eines Bnspritzkanals der Wirbelkammer entspricht.
Die Wirbelkammer kann z. B. eine Höhe, bzw. einen Durchmesser, von 3mm bis 1 0cm und ein Bnspritzkanal kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1 mm bis 1 cm aufweisen. Andere Abmessungen sind je nach Verwendung der Wirbelvorrichtung denkbar. Grundsätzlich können eine Wirbelvorrichtung auch für Wasserrohre im M eter- Bereich ausgelegt werden.
Bn Bnspritzkanal, respektive ein Zulaufkanal, kann einfach als Bohrung durch die Umfangswand der Wirbelkammer vorgesehen sein. M eist wird ein Kanal tangential an die Begrenzungsfläche anxhliessend vorgesehen. Er kann aber auch als Rohrstutzen ausgebildet sein, der innerhalb einer Bohrung in der Umfangswand angeordnet ist. Für bestimmte Anwendung ist es vorteilhaft, wenn der Rohrstutzen frei in den Innenraum der Wirbelkammer steht. Vorzugsweise ist die Bntauchtiefe eines derart frei in den Innen- räum stehenden Bnspritzkanals variabel einstellbar. Hierfür kann zwixhen Bohrung und Rohrstutzen beispielsweise ein Gewinde vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann eine Wirbelkammer mehrere Bnspritzkanäle oder Zulauf kanäle aufweisen, die unterxhiedlich ausgebildet sein und xmit unterxhiedliche Funktionen über- nehmen.
Die Bnspritz- und Zulaufkanäle können an unterxhiedlichen Orten der Wirbelkammer verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise mündet ein Kanal an einem Scheitelpunkt der Besselkurve in die Wirbelkammer. Dies kann an einem Maximum oder einem M inimum der gekrümmten Wandung erfolgen. Insbesondere können die Kanäle in die Kavernen der Wirbelkammer münden.
Bei einer Ausführungsform der Wirbelvorrichtung können mehrere Bnspritz-, bzw. Zulauf kanäle wendelartig um die Umfangswand der Wirbelkammer verteilt sein, so dass sie an unterxhiedlichen Höhen und unterxhiedlichen Winkelpositionen angeordnet sind.
Bei einer Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung ist ein Zulaufkanal z. B. zum Bnbrin- gen einer Dispergierphase in die Wirbelkammer vorgesehen, der bis zu einer Bntauchtie- fe von 1 4% - 90% der maximalen Wirbelkammerhöhe durch einen Auslaxkanal im Boden in die Wirbelkammer hineinragt. Dadurch kann die Vermixhung der Dispergierphase mit der Hauptphase vorteilhaft unterstützt werden.
Die Krümmung der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer der Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung folgt vorzugsweise einer Bexelf unktion erst oder zweiter Art wie oben bexhrieben. Es ist jedoch auch denkbar, dax die Krümmung entsprechend einer solchen mathematixh Besself unktion näherungsweise durch Kreise und/ oder Blip- sen realisiert wird. Die Wahl der Rundungen und der Übergänge zwixhen positiver und negativer Krümmung bei den Kreisen und Ellipsen sollten dabei im Wesentlichen den Vorgaben der Besselfunktion entsprechen.
Nach der Erfindung kann eine Wirbelvorrichtung wie vorher bexhrieben als Zerstäu- bungs- , M isch-, Trenn- oder Wasseraufbereitungsvorrichtung verwendet werden. Je nach Anwendungsgebiet können die Abmessungen der Wirbelkammer, die Ausgestaltung von Bnspritzkanälen und Auslasskanälen, die Anzahl von Wirbelkammern im Gehäuse, etc. angepasst werden, um eine gewünxhte Wirbelentwicklung innerhalb der Kammer zu erzeugen. Nachfolgend werden unterxhiedliche Ausführungsformen für unterxhiedliche Anwendungsgebiete erläutert. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Weiterentwicklung der Wirbelkammern über den Bereich der Zerstäubung hinaus dar, die nun dank optimierter Formgebung der Wirbelkammer und zusätzlicher Applikationen zur intensiven M ixhung von Flüssigkeiten und anderen M edien wie beispielsweise Suspensionen verwendet werden können, mit dem Ziel der Herstellung bexnders feiner Dispersionen. Auch die M öglichkeit, Wasser oder wässrige Lösungen z. B. Trink- , Brauch- oder Abwasxr mit Sauerstoff oder anderen Gaxn anzureichern xwie insbexndere durch Lockerung bzw. Verkleinerung der Struktur der Cluster aus H20-M olekülen im Wasxr desxn Hieß- und Lösungsfähigkeit ( Kapil- largängigkeit) zu steigern, ist Teil diexr Erfindung. Außerdem werden Informierungsmöglichkeiten von Wasxr und wässrigen Lösungen, wie sie in der DE 1 0200801 9930 A1 erwähnt sind, mittels harmonixh abgestimmter Abmessungen sämtlicher relevanter Bauteile zur positiven Beeinflussung des Stoffwechxls von M enxhen, Tieren und Pflanzen erweitert.
Sofern die Wirbelkammer nicht in einem Gehäux untergebracht ist kann sie auch freistehend vorgesehen werden und mit entsprechenden Zuführxhläuchen verxhen sein und über mindestens einen Bnspritzkanal mit mindestens einem druckbeaufxhlagten Fluid gespeist werden.
Bne weitere Fortentwicklung stellt die von einem Rührwerk betriebene Wirbel kämm erva- riante mit Innenkontur dar, bei der eine konstante oder durchlaufende Fluidmenge be- handelt wird.
Der zum Betrieb der Wirbelkammern benötigte Druck und die dabei zu erreichende Durchflussmenge variiert stark. Große Unterxhiede bestehen naturgemäß ohnehin zwi- xhen gasförmigen und flüssigen M edien. Bei wässrigen M edien nicht übermäßiger Viskosität werden in Wirbelkammern mit Höhen bzw. Durchmessern um 3mm bis 1 0mm bei Bnspritzbohrungen von etwa 2x1 mm bis 3x3mm und bei Wasserdrücken zwixhen 2 und 5 bar Durchflussmengen von 3 bis 1 0 Litern pro M inute erreicht.
Der Größe der Wirbelkammern sind prinzipiell weder nach oben, noch nach unten hin Grenzen gesetzt. M iniaturwirbelkammern von unter etwa 3 M illimetern lassen sich allerdings nicht mehr mittels gewöhnlicher CNC-M axhinen hinreichend exakt fertigen. Grö- ßen von über 1 0cm Höhe bzw. Durchmesser sind denkbar.
Für eine optimale Ausgestaltung der Wirbelkammern hinsichtlich Strömungsmechanik und Dispersionsqualität einerseits sowie Bioverträglichkeit andererseits spielen die zu verwendenden Abmessungen eine entxheidende Rolle. Bei den Wirbelkammerformen nach der Erfindung haben sich für die verxhiedenen Durchmesxr und Bauhöhen stets die folgenden Zahlenverhältnisx als günstig herausgestellt:
Dmin : Dmax = 1 : 1 ,27 ( = 4/ pi) sowie 1 : 1 ,62 (= (v5)/ 2± 0,5 = Goldener Schnitt) Hmin : Hmax = 1 : 1 ,27 ( = 4/ pi)
DUnten : Dmitte : Doben = 1 : 1 ,62 : 2,62 = (= Goldener Schnitt) Abkürzungen:
Doben = Durchmesser im oberen Bereich am Scheitelpunkt
Dmitte = Durchmesser im mittleren Bereich am Scheitelpunkt
DUnten = Durchmesser im unteren Bereich am Scheitelpunkt
Dmax = maximaler Durchmesser
Dmin = minimaler Durchmesser
Hmin = minimale Höhe
Hmax= maximale Höhe
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen dargestellt, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. Aus den Zeichnungen offenbar werdende M erkmale der Erfindung sollen einzeln und in jeder Kombination als zur Offenbarung der Erfindung gehörend betrachtet werden. In den Zeichnungen zeigen: Hg. 1 : xhematixhe Darstellung einer Trennwirbelkammer ,
Hg. 2 : xhematixhe Darstellung einer Trennwirbelkammer mit Rückführung,
Hg. 3a : Graph einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster
Art (Gattung) ,
Hg. 3b: Graph einer modifizierten Besselxhen Differentialgleichung zweiter
Art (Gattung) ,
Hg. 4a: Darstellung von Krümmungswechseln des Graphen einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster Art (Gattung) ,
Hg. 4b: Darstellung von Krümmungswechseln eines Graphen einer modifizierten
Besselxhen Differentialgleichung zweiter Art (Gattung) , Hg. 4c: Schnitt durch eine Variante einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,
Hg. 5: xhematixhe Darstellung von Strömungen durch eine Variante einer
Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung im Längsxhnitt,
Hg. 6: xhematixhe Darstellung von Strömungen durch die Variante einer
Wirbelkammer nach Hgur 5 im Querxhnitt,
Hg. 7a + 7b: xhematixhe Darstellung von Ringwirbeln in Kavernen einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,
Hg. 8a + 8b: allgemeine xhematixhe Darstellung einer Wirbelkammer einer
Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung als Längs- und als Querxhnitt,
Hg. 9 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Umfangswand einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 0 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer
Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 1 : xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 2 : xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 3 : xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 4a:xhematixhe Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 4b: xhematixhe Darstellung einer Ausführungsform einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,
Hg. 1 5 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 1 6 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 7: xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 8: xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Bodens mit
Auslaxkanal einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 1 9 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Bodens mit Auslasskanal einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 20 : xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Bodens mit
Auslaxkanal einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,
Hg. 21 : xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Bodens mit
Auslaxkanal einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,
Hg. 22 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Auslaxkanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 23 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Auslasskanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 24: xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Auslaxkanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 25a + 25b: xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform von Auslaxkanälen einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,
Hg. 26a + 26b: xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsform von Auslaxkanälen einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,
Hg. 27a-e: xhematixhe Darstellung verxhiedener Ausführungsformen von
Bnspritzkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 28 : xhematixher Läng chnitt einer ersten Ausführungsform von Bnspritzkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixher Querxhnitt dreier verxhiedener Ausführungsformen von Bnspritzkanälen in der Wirbelkammer nach Figur 28,
xhematixher Längsxhnitt einer Ausführungsform von Bnspritz kanälen in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
b: xhematixher Längs- und Querxhnitt einer dritten Ausführungsform von Bnspritzkanälen in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer Wirbelkammer mit sieben Bnspritzkanälen, xhematixhe Darstellung zweier Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer zweier weiterer Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
xhematixhe Darstellung noch zweier weiterer Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer ersten Variante von Bntrittxrten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
xhematixhe Darstellung einer zweiten Variante von Bntrittsorten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in eine erfindungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 39b: xhematixhe Darstellung einer dritten Variante von Bntrittsorten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 40a: xhematixhe Darstellung einer vierten Variante von Bntrittsorten von
Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in eine erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 40b: xhematixhe Darstellung einer fünften Variante von Bntrittxrten eines
Bnspritzkanals in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 41 a + 41 b: xhematixhe Darstellung als Vertikal- und Horizontalxhnitt einer sechsten Variante von Bntrittxrten von Bnspritz- , bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 42a: xhematixhe Darstellung einer siebten Variante von Bntrittxrten von
Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 42b: xhematixhe Darstellung einer achten Variante von Bntrittxrten von
Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 43a - 43c: xhematixhe Darstellungen von Varianten von Zulaufkanälen durch einen Deckel einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 44a + 44b: xhematixhe Darstellungen von Varianten von Zulauf kanälen durch einen Boden einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,
Hg. 45a + 45b: xhematixhe Darstellungen von Varianten koaxial zu Bnspritzkanälen angeordneter Zulauf kanäle einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 46: xhematixhe Darstellungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wirbelkammer mit einer Innenkontur, Hg. 47 : xhematixhe Darstellungen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wirbelkammer mit einer Innenkontur, Hg. 48 : xhematixhe Darstellung einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung mit einer Vakuumeinreichtung,
Hg. 49 : xhematixhe Darstellung einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung mit einem Rührwerk,
Hg. 50 : xhematixhe Detailansicht einer Wirbelvorrichtung mit einem einzelnen
Rührwerk,
Hg. 51 : xhematixhe Detailansicht einer Wirbelvorrichtung mit zwei gegenläufigen Rührwerken,
Hg. 52 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung mit zwei Rührwerken und zwei Antriebsquellen, und
Hg. 53 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung mit zwei Rührwerken und zwei Antriebsquellen.
In den Hguren werden zahlreiche Ausführungsformen verxhiedener M erkmale einer Wirbelvorrichtung nach der Erfindung bexhrieben. Zur Vereinfachung xllen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden. Natürlich können auch in verxhiedenen Hguren gezeigte M erkmale mit in einer Wirbelvorrichtung mit einander kombiniert werden.
In Rgur 1 wir dargestellt, dass Wirbelkammern mittels verxhiedener Abxheidemecha- nismen auch zum Trennen von Komponenten von Gemixhen unterxhiedlicher Bexhaf- fenheit verwendet werden können. Hierbei ist die Trennung der Komponenten nach deren spezifixhen Gewicht wie auch nach deren Teilchengröße zum Beispiel bei dispergier- ten bzw. suspendierten Partikeln in einer Hüssigkeit oder in einem Gas (Aeroxle) möglich. In Figur 1 ist eine Wirbel kämm er 1 als Trennwirbelkammer als xhematixher Querxhnitt gezeigt. Die Wirbelkammer dient zum Sortieren eines inhomogenen Gemisches unter- xhiedlich grosser suspendierter Teilchen. Se weist zwei Zuführungen 2 für ein inhomogenes Gemixh, zwei äussere Abführungen 3 für feine Partikel und eine mittige Abfüh- rung 4 für grobe Partikel umfasst. Um eine M ittelachse der Kammer ist ein spiralförmiger Strom 5 des Gemixhes gezeigt. Bei flüssigen oder gasförmigen suspendierten Partikeln kann die Wirbelkammer zusätzlich die Partikelgrösse verkleinern.
In Figur 2 ist als xhematixher Querxhnitt eine Wirbelkammer gezeigt, die als Zerkleine- rungs- und Trennwirbel kam mer dient gezeigt, wobei links im Bild eine erste Variante ge- zeigt ist, bei der grosse Teilchen in einem Rückführkanal 7 zurückgeführt und erneut vom entstehenden Sog mit eingesaugt werden, und rechts im Bild ist eine zweite Variante gezeigt ist, bei der grosse Teilchen zurückgeführt und mit einer Pumpe 5 erneut in die Kammer eingespritzt werden. Bei dieser Wirbelkammer wird ein inhomogenes Gemixh mit grossen Teilchen durch zwei Zuführungen 2 zugeführt und feine Teilchen, z. B. Nanopa- rikel, werden mittig durch eine Abführung 4 abgeführt. Der zentral in der Wirbelkammer entstehende Hauptwirbelstrom 5 zerkleinert und sortiert die Teilchen.
Damit ist eine Kombination des M ixhens von M edien und des Trennens von Partikeln in einer oder mehreren Wirbelkammern möglich. So kann beispielsweise eine Phase zunächst in der Wirbelkammer dispergiert werden und am Ende von einer Trennvorrichtung - gegebenenfalls unter Zwixhenxhaltung einer weiteren Wirbelkammer - nach der Partikelgröße sortiert werden. Die noch nicht genügend fein dispergierten Partikel können wiederum in die erste Kammer zurückgeführt werden, um sie nochmals zu verwir- beln und zu dispergieren. Auf diese Weise lassen sich Gemixhe mit besonders homogener, exakt definierter Teilchengröße herstellen. Anwendungsbereiche dieser Technologie liegen im Bereich extrem feiner Zerstäubung von Flüssigkeiten z. B. für L iftbefeuchtung oder zum Farbauftrag, bis hin zur Kraftstoffeinspritzung in M otoren, weiter im Bereich intensiver Gemischbildung durch eine Dispersionsgüte der Tropfen bis in den Nanometerbereich zur Herstellung homogener Gemi- xhe verxhiedener Komponenten z. B. Suspensionen und Emulsionen - hier unter anderem die Herstellung eines Hybridtreibstoffes ( Diesel- Wasser- Gern ixh) - , aber auch zur Aeroxlbildung oder zur Luftbläxhenflotation. En weiterer Bereich ist die Trennung verxhiedener M edien nach deren Partikelgröße oder spezifixhem Gewicht z. B. bei Suspensionen von Partikeln in einem Lösungsmittel oder von Aeroxlpartikeln, aber auch im Be- xnderen die Reinigung von Rüssigkeiten und Gasen von unerwünxhten Partikeln z. B. zur Luft- oder Wasserreinigung. Durch die M odifikation der Wasserstruktur kann auch eine Qualitätsverbesserung von Zement und anderen mineralixhen Werkstoffen mit diesen Wirbelkammern ermöglicht werden.
Die in den Rguren 1 und 2 erläuterten M echanismen können durch eine Ausgestaltung der Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung weiterentwickelt und optimiert werden. Die vorliegende Erfindung sieht grundsätzlich Wirbelkammern vor, die gänzlich weiche, rundliche, alx organixh geformte, allxits harmonixh gekrümmte Begrenzungsflächen aufweisen. Ebene oder parallele Rächen, rechte Winkel und andere unnatürliche Formen sollen konxquent vermieden werden.
Sofern z. B. aus Gründen der Zeit- und Kostenersparnis da, wo es nicht auf extreme Leistung ankommt, zylindrixh gestaltete Wirbelkammern zum Ensatz kommen, können auch diese mit M erkmalen der vorliegenden Erfindung weiterentwickelt werden, wie nachfolgend ausgeführt wird. Es bleibt daher vorbehalten auch auf zylindrixh geformte Wirbelkammern einen Patentxhutz richten. Durch die Ausgestaltung der Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung wird zum einen der Flüssigkeits- oder Gasstrom besonders harmonisch - Turbulenzen und Kavitation können völlig vermieden werden. Dies äu ßert sich unter anderem in einer höheren Strömungsgeschwindigkeit, größeren Durchflussmenge und erheblich größeren Laufruhe bei ansonsten gleichen Bedingungen. Zum anderen werden die stets auftretenden Hohlresonanzen im Inneren der Wirbelkammer, die gerade das Wasser in ungünstiger Weise informieren und so für den Stoffwechsel von Pflanzen, Tieren und M enxhen negative Wirkungen zeitigen können, deutlich reduziert und bezüglich ihrer Obertonreihen ganz natürlich gestimmt. Egal ob einfache Pflanzen keim versuche oder die die M essung der physiologixhen Reaktion von menxhlichen Probanden - gemessen mit Bioresonanzgeräten - sämtliche Versuche ergaben bei den organisch geformten Wirbelkammern ausschließlich positive Reaktionen - zumindest bei Herstellung der Wirbelkammern aus neutralem M aterial, wie etwa Keramik oder nickelfreier Edelstahl. Die vorliegende Erfindung erreicht durch ihre optimierte Formgebung der Wirbelkammern eine erhebliche Intensivierung des in den Hguren 1 und 2 gezeigten Wirbelprozesses und stellt so bereits eine Fortentwicklung der bestehenden Zerstäubungskammern dar. Dies wird, erreicht durch nach den mathematischen Kurven der Besselxhen Differentialgleichung, geformte, mehrfach gekrümmte Umfangswand der Wirbelkammer xwie Wirbelkammerdeckel und -bodenflächen und außerdem durch vergleichsweise große Übergangsradien zwixhen Umfangswand und Deckel bzw. Boden.
In Hgur 3a ist eine erste Besselxhe Differentialgleichung als mathematixhe Kurve dargestellt. Es werden Graphen einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster Art (Gattung) für reelle n gezeigt, gemäss der Formel: 2 d y dy 2 2
x— - + x— + (x - n ) y = 0
dx dx
Der Graph stellt als mathematische Kurve die Krümmung einer Begrenzungsfläche der Wirbel kammer dar. In Figur 3b ist eine zweite Besseische Differentialgleichung als mathematixhe Kurve dargestellt. Eswerden Graphen einer modifizierten Besseischen Differentialgleichung zweiter Art (Gattung) für imaginäre n gezeigt, gemäss der Formel: x2y" + xy' - (x2 + n2) y = 0
Der Graph stellt als mathematische Kurve die Krümmung einer Begrenzungsfläche der Wirbelkammer, insbesondere aber auch die Krümmung von Bnspritz- und Auslasskanälen dar.
Es werden jeweils verschiedene Graphen für verxhiedene Parameter gezeigt.
In Figur 4a ist eine Besselxhe Differentialgleichung erster Art gezeigt, aus der verxhie- dene Krümmungswechsel K ersichtlich sind, wie sie bei der Krümmung einer Begrenzungsfläche der erfindungsgemässen Wirbelkammer ausgebildet sein können. Die Kurve ist mit einer periodixhen Schwingung, z. B. einer Snus-Schwingung, vergleichbar, die einer Dämpfung, z. B. einer Logarithmusfunktion, unterworfen ist. In Figur 4b ist die Besselxhe Differentialgleichung als 3-dimensionaler Graph gezeigt. Damit ergibt sich, wie in den Figuren 4a und 4b dargestellt, in der einfachsten Form für Boden- und Deckelbegrenzungsflächen der Wirbelkammer die Form einer xgenannten „Sombrero- Funktion", sowie für die Begrenzungsf lache an einer Umfangswand ein einfach bis mehrfach taillierter Rotationskörper.
In Figur 4c ist eine Wirbelkammer 1 einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung gezeigt, die eine 8, einen Deckel 9 und einen Boden 1 0 umfasst. Die Umfangswand 8, der Deckel 9 und der Boden 1 0 bilden jeweils einen Teil einer Wandung der Begrenzungsfläche im Inneren der Wirbelkammer. Die Umfangswand 8 weist eine um eine M ittelachse rotationssymmetrische entlang der Längsrichtung der Achse gekrümmte Umfangsfläche auf. Die Umfangsfläche ist in dieser Variante zweifach tailliert, wobei die Krümmung einer Besselxhen Differentialgleicher erster Art entspricht. Der Deckel 9 und der Boden 1 0 sind ebenfalls rotationxymmetrixh gekrümmt und weisen um die M ittelachse ringförmig verlaufende Krümmungsmaxima und -minima auf, analog der Figur 4b. In den Übergangsbereichen von Umfangswand 8 und Deckel 9 sowie von Umfangswand 8 und Boden 1 0 sind xhematixh die vergleichsweise grossen Übergangsradien dargestellt. An dieser Position könnten auch Bnspritzkanäle 1 1 vorgesehen werden. Im Boden 1 0 ist zentral angeordnet ein Auslaxkanal 1 2 vorgesehen.
Bne Gegenkrümmung der Bexelfunktion Übergangsbereich von Wandung xwie Deckel und Boden der Wirbelkammer läuft stets in vergleichsweise große Übergangsradien aus - wie in Fig. 4c eingezeichnet ist. Dadurch bekommen die Wirbelkammern stets orga- nixh gekrümmte Innenformen, die die extreme Fluiddynamik beim Betrieb nicht mehr stören, sondern optimal unterstützen.
In Figur 5 ist die komplexe Strömung in einer Wirbelkammer nach der Erfindung dargestellt. Es wird ein Vertikalxhnitt durch eine einfache Form einer Wirbelkammer 1 mit zwei versetzten Bnspritzkanälen 1 1 (tangentiale Bohrungen) gezeigt. Durch die beiden Bnspritzkanäle 1 1 strömt M edium in die Kammer ein. Dies kann als Bnstrom einer Haupt- phase 1 4, ggf . aktiv mit Druck, erfolgen (xhwarze Pfeile) . Ausserdem besteht ein Zustrom durch den Auslasskanal 1 2. Dieser kann durch eine Dispersionsphase 1 4 gegeben sein und passiv- saugend ausgebildet sein (weisser Reil) . Innerhalb der Wirbelkammer erfolgt eine äussere aufsteigende spiralförmige Strömung, die in eine innere absteigende spiralförmige Strömung übergeht und zumindest teilweise durch den Auslasskanal 1 2 austritt.
In Figur 6 ist ein Horizontalxhnitt, als Aufsicht auf Höhe der Bnspritzkanäle in Hgur 5 gezeigt. Dort sind wiederum der äussere aufsteigende Wirbelstrom und der inneren absteigende Wirbelstrom ersichtlich. M ittig innerhalb des absteigenden Wirbels erfolgt der Zustrom der Dispergierphase 1 5 z. B. aus feinsten Tröpfen oder Bläxhen. Durch die Bnspritzkanäle 1 1 erfolgt die Zufuhr der Hauptphase 1 4.
Durch die alternierende Form der Besselkurve ergeben sich in den Übergangsbereichen der Wirbelkammer mehrere Kavernen 1 3, die als umlaufende Ausbuchtungen ausgebildet sind, in welchen umlaufende toroidale Rngwirbel entstehen. Neben den zwei inein- ander liegenden, gegenläufigen Hauptwirbeln bilden sich also mindestens zwei weitere toroidale Rngwirbelströmungen parallel zum Deckel bzw. Boden der Wirbelkammer aus, deren Rotationsachse identisch mit der Rotationsachse der Wirbelkammergeometrie ist.
Die in den Kavernen 1 3 der Wirbelkammer umlaufenden toroidalen Rngwirbel sind keine gewöhnlichen Toroidalwirbel (siehe Hgur 7a) , wie man sie beispielsweise von einem mit dem M und geformten Rauchring oder beim Bntreten eines Hüssigkeitsstromes in eine stehende Hüssigkeit kennt. Se stellen vielmehr eine überlagerte Bewegungsform dar, die sich aus dem herkömmlichen Rngwirbel und der Drehung des Rngwirbels um die M ittelachse zustande kommt. Es ergibt sich also eine ringförmige Spiralbewegung, da sich auch der gesamte Rng um seine eigene Achse dreht. Die toroidalen Ringwirbel bestehen daher jeweils aus einem Bewegungsanteil, der kreisenden Bewegung des Fluids entlang eines großen, waagrechten Kreises, sowie aus einem zweiten Bewegungsanteil, einer Bewegung entlang eines kleinen senkrechten Kreises, des Querschnittes durch den Kreisring. Dadurch ergibt sich eine überlagerte Bewe- gung in Form einer räumlichen Spirale, die sich um diesen Kreisring herumwindet. Ebenso wie bei den senkrechten Hauptwirbeln wird auch bei diesen toroidalen Wirbeln ständig ein Teil des umlaufenden Fluids durch neu nachströmendes Fluid bzw. aus der Wirbelkammer austretendes Fluid ausgewechselt.
Durch diese zwei oder mehr zusätzlichen Toroidalwirbel wird die mittlere Verweildauer der Fluidpartikel in der Wirbelkammer sowie deren dabei zurückgelegte Wegstrecke bei ansonsten gleichen Bedingungen erheblich gesteigert. Dadurch wird sowohl die Größe der dispergierten Partikel drastixh reduziert, als auch die M enge an angesaugter Disper- gierphase deutlich gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
In den Figuren 8 bis 1 4 werden verxhiedene Ausführungsformen von Umfangswänden 8 einer erfindungsgemässen Wirbelkammer gezeigt. Die dargelegten Wirbelkammerwandungen ermöglichen in Verbindung mit den im Anschluß daran niedergelegten Wirbelkammerdeckeln ( Figuren 1 5 bis 1 7) und Wirbelkammerbodenformen ( Figuren 1 8 bis 21 ) die Herstellung gänzlich organixh geformter - nach den mathematixhen Kurven der Besselxhen Differentialgleichung - mehrfach gekrümmter Wirbelkammern. &findungsgemäß läuft die Gegenkrümmung der Besselfunktion von Wandung sowie Deckel und Boden der Wirbelkammer stets in vergleichsweise große Übergangsradien aus - sie liegen im Bereich von etwa 1 4 - 33% des maximalen Wirbelkammerhalbmessers bzw. der halben Wirbelkammerhöhe. In den Rguren 8a und 8b ist eine einfache Ausführungsform einer Wirbelkammer 1 dargestellt. Diese Ausführungsform kann als Standardausführungsform zur Wasseraufbrei- tung betrachtet werden. In Figur 8a ist ein Vertikalschnitt durch die rotationssymmetri- xhe Wirbel kämm er 1 gezeigt. Alle Wandungen von Umfangswand 8, Deckel 9 und Boden 1 0 weisen einen Krümmungswechsel gemäss einer Besselfunktion erster Art auf . Die Taillierung der Umfangswand 8 weist einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser auf, die zu einander im Verhältnis 0,7 : 1 stehen. Die Wölbung des Deckels 9 und des Bodens 1 0 weist eine minimale Höhe und eine maximale Höhe auf, die zu einander im Verhältnis 0,7 : 1 stehen. Die Kavernen 1 3 weisen einen Übergangsbereich mit grossem Radius auf, wie vorher beschrieben. Der Boden 1 0 ist an der Umfangswand 8 angeformt und weist einen zylindrixhen Auslasskanal 1 2 auf.
In Rgur 8b ist ein Horizontalschnitt als Aufsicht auf Höhe der tangentialen Bnspritzkanäle 1 1 entlang der Schnittlinie A-B-C- D gezeigt. Darin ist ersichtlich, dass drei Bnspritzkanäle 1 1 vorgesehen sind. Die Bnspritzkanäle sind im radial äusseren Bereich mit einer Krümmung gemäss einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art ausgebildet und gehen über in eine zylindrische Bohrung, die sich tangential an die Umfangswand 8 anxhliesst.
Die gezeigte Ausführungsform stellt lediglich die allgemeine Form der im Inneren der Wirbelkammer liegenden Begrenzungsfläche dar. Zum Betrieb ist es selbstverständlich nötig, dass die Wirbelkammerwandung von Bnspritzbohrungen oder -kanälen xwie Auslauföffnungen durchdrungen wird, so dass das Ruid in die Wirbelkammer ein- und wieder ausströmen kann. Bne solche Öffnung für einen Bnspritzkanal ist in Rg. 8a auf der linken Seite - xhematixh, nicht exakt - dargestellt. Ferner sind mögliche Bntrittspunkte für weitere Bnspritzkanäle in den nachfolgenden Rguren als Kreis dargestellt. Se xllen eine orthogonale Aufsicht auf die innen sichtbare Durchtrittsöffnung einer Bnspritzbohrung an der gegenüberliegenden Wandung darstellen - analog der Schnittlinien bzw. Blickrichtung von Fig 8b.
Für das Verständnis der folgenden Ausführungen ist es sinnvoll, sich den Graph der in Fig. 3a bzw. 4a dargestellten Besselfunktion jeweils um 90 Grad gedreht vorzustellen, so dass die y-Achse in der Horizontalen liegt, die positive x-Achse senkrecht steht. Dann bildet die - gestreckte - Kurve der Besselfunktion jeweils entweder die rechte oder die linke Begrenzungslinie der Wirbelkammer in der Schnittzeichnung. Näherungsweise sind die bexhriebenen Ausführungformen mit Kreisen und Ellipsen realisierbar.
In Figur 9 ist eine erste Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand 8 weist eine oben- unten-symmetrische, taillierte Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Durch Kreise sind die Orte für Bnspritz- und Zulaufkanäle angedeutet. Ferner ist eine Bohrung für einen Bnspritzkanal 1 1 durch die Umfangswand gezeigt. Am oberen Ende weist die Umfangswand 8 eine Aussparung 1 6 für einen Deckel und am unteren Ende eine Aussparung 1 7 für einen Boden auf . In Hgur 1 0 ist eine zweite Ausführungsform einer Umfangswand einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand 8 weist eine oben- unten-symmetrische, in der M itte ausgebauchte Form auf , wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungswechsel am dritten, äußeren Scheitelpunkt in ei- nen Radius übergeht, der zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.
In Figur 1 1 ist eine dritte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-symmetrische, in der M itte taillierte Form auf, wobei die zugrunde liegende ma- thematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem dritten Krümmungswechsel am vierten, äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Sowohl am Taillenpunkt als auch an den anderen M axima und M inima der Krümmungen sind Bnspritz-, bzw. Zulaufkanäle 1 1 angedeutet.
In Hgur 1 2 ist eine vierte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-asymmetrische, im unteren Teil enge und im oberen Teil weite Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph im oberen Teil nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äu ßeren Scheitelpunkt, im unteren Teil bereits an einem beliebigen früheren Punkt in einen Radius übergeht. Die beiden Übergangsradien oben und unten liegen zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammer- halbmessers.
In Hgur 1 3 ist eine fünfte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-asymmetrische, im unteren Teil enge und im oberen Teil weite Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve der x> O-Teilast einer einfachen Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph im oberen Teil nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äußeren Scheitelpunkt, im unteren Teil am x= 0- Punkt in einen Radius übergeht. Die beiden Übergangsradien oben und unten liegen zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmes- sers.
In Figur 1 4a ist eine Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist im Querxhnitt die Gestalt einer Snuskurve auf, deren Graph oben und unten jeweils an einem äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. In Hgur 1 4b ist die Umfangswand 8 gemäss einer verkürzten Zykloide gekrümmt. Ferner ist sie mit einem Deckel 9 und einem Boden 1 0 verschlossen.
Grundsätzlich kann die Umfangswand vereinfacht auch nur aus der M antelfläche eines Zylinders bestehen. Die übrigen Wandungen von Deckel und Boden oder die Bnspritz- und Zulauf kanäle können dabei gemäss einer Besseischen Funktion gekrümmt sein.
In den Hguren 1 5 bis 1 7 sind Ausführungsformen von Deckeln der Wirbelkammer, jeweils mit großem Übergangsradius zur Wandung, gezeigt. Die Umfangswand der Wirbelkammer wird an ihrem oberen Ende durch den Wirbelkammerdeckel verschlossen. Idealerweise werden beide Teile so hergestellt, dass der Deckel formgenau entweder in eine Presspassung eingexhoben oder durch ein Gewinde in die Umgangswandung ein- gexhraubt werden kann. En möglichst nahtloser und gratfreier Übergang zwixhen den einzelnen Teilen ist unabdingbar für leistungsfähige Wirbelkammern. In Figur 1 5 ist eine erste Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt eine mittige Ausbuchtung 1 8 nach innen in die Kammer aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bes- sel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, oberen Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Ferner sind durch Kreise Bnspritzkanäle 1 1 angedeutet
In Figur 1 6 ist eine zweite Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt eine mittige Bnbuchtung 1 9 nach oben aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungswechsel am dritten, oberen Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.
In Hgur 1 7 ist eine dritte Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt einen mittigen, mit einem Radius abgerundeten Zapfen 20 nach unten aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve im Wesentlichen eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbel kammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.
Grundsätzlich kann der Deckel der Wirbelkammer vereinfacht auch nur aus einer Ranfläche oder nur aus großen Übergangsradien bestehen, wobei die übrigen Wandungen Krümmungen gemäss einer Besselxhen Funktion aufweisen können. Die Umfangswand der Wirbelkammer wird an ihrem unteren Ende durch den Wirbelkammerboden verschlossen. Idealerweise werden beide Teile so hergestellt, dass der Boden formgenau entweder in eine Presspassung eingexhoben oder durch ein Gewinde in die Umfangswand eingexhraubt wird. En möglichst nahtloser und gratfreier Übergang zwischen den einzelnen Teilen ist unabdingbar für leistungsfähige Wirbelkammern.
In Figur 1 8 ist eine erste Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslasskanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige Ausbuchtung 21 nach innen in die Kammer auf , wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, unteren Scheitelpunkt in einen Fiadius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wi rbel kam m erhal bm essers bet rägt .
In Figur 1 9 ist eine zweite Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslasskanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige Bnbuchtung 22 nach unten auf , wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungs- wechxl am dritten, unteren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammer- halbmesxrs beträgt.
In Hgur 20 ist eine dritte Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslaxkanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige, gegebenenfalls am Rand des Kanals mit einem Radius abgerundete Erhebung 23 nach innen auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve im Wesentlichen eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größ- ten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.
In Figur 21 ist eine vierte Ausführungsform eines rotationxymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, dessen Querxhnitt in etwa der Form eines natürlichen entstehenden Wirbeltrichters 24 entspricht, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve im Wesentlichen entweder eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) , eine Exponentialfunktion oder Hyperbelfunktion ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.
Grundsätzlich kann der Boden der Wirbelkammer vereinfacht auch nur aus einer Ranfläche mit Übergangsradien oder ausxhließlich aus den, zwixhen 1 4% und 33% der hal- ben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers betragenden Übergangsradien bestehen.
Durch den Auslaxkanal tritt das Fluid wieder aus der Wirbelkammer aus. Au ßer bei reinen Zerstäubungsdüsen oder einigen speziellen Anwendungen, wo eine freie Abstrah- lung erwünxht ist, geht das Fluid danach entweder in eine weitere Wirbelkammer bzw. in eine speziell gestaltete Nachwirbelkammer über oder es wird in einer Brems-, Bündel- und Auffangeinrichtung der Wirbelvorrichtung gesammelt. Die Form des Auslaxkanals bestimmt das Strahlverhalten des mit hoher Gexhwindigkeit und erheblichem Drall aus der Wirbelkammer austretenden Fluides. Je nach der weiteren Verwendung sind fünf verxhiedene Ausführungsformen möglich. In Figur 22 ist eine Wirbelkammer 1 mit einem Auslasskanal 1 2 in Form einer koaxialen zylindrixhen Bohrung gezeigt, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer durchdringt. Gegebenfalls mit Verrundungsradien oder Fasen versehen.
In Figur 23 ist eine Wirbel kämm er 1 mit einem rotationssymmetrixhen AuslasskanaM 2 mit einer, sich nach einer modifizierten Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) nach aussen verjüngenden Bohrung gezeigt, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer durchdringt.
In Figur 24 ist eine Wirbel kämm er 1 mit einem rotationssymmetrixhen Auslaxkanal 1 2 mit, sich nach einer modifizierten Bexel- Funktion zweiter Art (Gattung) erweiternden Bohrung, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer 1 durchdringt. In Figur 25a ist eine Aufsicht von unten auf einen Boden 1 0 einer Wirbelkammer 1 mit mehreren Auslasskanälen 1 2 in Form von auf konzentrixhen Kreisen angeordneten zylindrixhen Bohrungen gezeigt, die den Boden der Wirbelkammer mit einem xhrägen Winkel, z. B. 45 ° von unten derart durchdringen, da sie der Hauptströmungsrichtung des Fluides in der Wirbelkammer tangential entgegenstehen. Diese zylindrixhen Bohrun- gen können auf konzentrixhen Kreisen liegen und gehen in Rohrstutzen 25 oder andere Abführmechanismen über, die die jeweils auf einem der konzentrixhen Kreise gelegenen Kanäle zusammenführen, diese jedoch von den, auf einem anderen der konzentrixhen Kreisen gelegenen Kanälen trennen. Der innere Kreis weist vier um 90 °versetzte Bohrungen und der äuxere Kreis zwei um 1 80 ° versetzte Bohrungen auf. In Figur 25b ist eine Seitenansicht des Bodens aus Figur 25a gezeigt, so dax die gekrümmte Form der inneren Wandung des Bodens ersichtlich ist und die xhräg abstehenden Rohrstutzen zu sehen sind. Diese Ausführungsform der Auslasskanäle nach Figur 25a und 25b ist vor allem für den Bnsatz in Trennwirbelkammern konzipiert und dient der Abführung der unterxhiedlich fein dispergierten Partikel aus den verxhiedenen Bereichen des Wirbels. Bei mit Druck betriebenen Wirbelkammern befinden sich die größeren Partikel weiter innen, nahe der Rotationsachse, die kleineren Partikel dagegen eher in den Randbereichen der Wirbelkammer. Bei mit Unterdruck betrieben Wirbelkammern ist es umgekehrt.
In Figur 26a ist eine Aufsicht von unten auf eine weitere Ausführungsform eines Bodens 1 0 einer Wirbelkammer 1 mit mehreren Auslaxkanälen 1 2 in Form von auf konzentrixhen Kreisen angeordneten länglichen, kreisförmigen Schlitzen 26 gezeigt, die den Bo- den 1 0 der Wirbelkammer durchdringen. Diese Sbhiitze 26 können auch nur teilweise ausgeführt bzw. abxhnittsweise unterbrochen sein. In Figur 26b ist ein Längsxhnitt entlang der Schnittline A- B-C- D gezeigt. Die Schlitze 26 gehen in entsprechende Abführmechanismen über, die die jeweils auf einem der konzentrixhen Kreise gelegenen Kanäle zusammenführen, diese jedoch von den, auf einem anderen der konzentrixhen Kreisen gelegenen Kanälen trennen.
Auch diese Ausführungsform ist vor allem für den Bnsatz in Trennwirbelkammern konzipiert und dient der Abführung der unterxhiedlich fein dispergierten Partikel aus den verxhiedenen Bereichen des Wirbels analog Ausführungsform nach Figur 25a.
Sowohl der Ort der Bnf ührung in die Wirbelkammer als auch die geometrixhe Ausges- taltung der Bnspritzöffnung haben großen Bnflu ß auf die Strömungsverhältnisse und xmit auf die Qualität des &gebnixes etwa hinsichtlich der Größe der dispergierten Partikel bei M ixhkammern oder der Homogenität der abgexhiedenen Partikel bei Trennkammern. Bei einer Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die als M ixhvorrichtung verwendet wird, dient die tangentiale Einspritzung des Lösungsmittels, der Hauptphase, mit Druck dazu, die Dispergierphase oder die Dispergierphasen in den in der Einführung dargelegten komplexen Wirbelströmungen so zu zermahlen, dass sie bis in den Nanome- terbereich hinein dispergiert werden. Bei geeigneter Auslegung sämtlicher Bauteile werden hierbei die Dispergierphasen ausschließlich eingesaugt, eine Druckbeaufschlagung kann in der Regel entfallen.
Im Falle der Verwendung der Wirbelvorrichtung als Trennvorrichtung dient die in der Wirbelkammer entstehende Wirbelströmung dem räumlichen Sortieren der dispergierten Teilchen nach deren Größe oder deren spezifischem Gewicht, so dass sie durch die entsprechenden Abxheidemechanismen getrennt werden können.
Das mit Druck über die Bnspritzkanäle in die Wirbelkammer eintretende Fluid erzeugt den bzw. die Hauptwirbelströmungen. Art und Welse des Übertrittes der Lösungsmittel- phase aus dem Bnspritzkanal in die Wirbelkammer beeinflusst das Strömungsbild erheb- lieh. Daher kommt der geometrixhen Form der Bnspritzkanäle eine wichtige Rolle bei. Durch die Ausgestaltung der Bnspritzkanäle können einzelne Parameter gezielt beeinflusst werden.
Generell lässt eine die Umfangswand durchdringende Bohrung das eintretende Fluid sich xhneller in der Höhe verteilen und sorgt so dafür, daß es sich enger an die Wand an- xhmiegt. Dadurch wird der Hauptwirbelstrom weniger gestört und verläuft gleichmäßiger. Das wirkt sich positiv auf die zu erreichende Ehdgröße der dispergierten Partikel aus. Andererseits bietet ein frei in den Raum stehender Rohstutzen den Vorteil einer höheren Wirbelgexhwindigkeit und sorgt bei geeigneter Auslegung der Zulaufkanäle für einen höheren Bntrag an Dispergierphase. Ausführungsformen mit einem, in das Lumen der Wirbelkammer hineinragenden Rohrstutzen verstärken - je nach Bntrittsort in die Wirbelkammer - entweder die Geschwindigkeit der ineinander liegenden Hauptwirbel und helfen so, die Fluiddynamik insgesamt erheblich zu steigern. Damit helfen sie, die M enge an einzutragender Dispergierphase zu steigern - dies gilt für den Fall der Fünf ührung des Fluids an einem inneren Scheitelpunkt der Besselkurve (an einer Taille der Wirbelkammerwandung) oder aber sie steigern die Geschwindigkeit des Toroidalwirbels in der betreffenden Kaverne und helfen so, die Größe der dispergierten Partikel weiter in den Nanometerbereich hinunter zu drücken - dies gilt für den Fall des Eintrittes in die Kaverne selbst (am äu ßeren Scheitelpunkt der Bessel- Kurve) .
Die Bnspritzkanäle können z. B. gemäss fünf verxhiedener Ausführungsformen nach den Figuren 27a - e ausgeformt sein. Für alle Formen gilt, dass der Kanal jeweils etwa bis zur M itte der Wirbelkammer hindurchreicht, im Fall Figur 27e auch etwas drüber hinaus.
In Figur 27a ist ein sich nach einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art (Gattung) , einer Exponentialfunktion oder einer Hyperbelfunktion von außen nach innen verjüngender rotationssymmetrischer Bnspritzkanal 1 1 durch die Umfangswand 8 der Wirbelkammer gezeigt, der sich innen tangential an die Wirbelkammerwandung anschmiegt. Alternativ kann dieser Kanal in Form der sich verjüngenden Bohrung auch in ein zylindrisches Bohrungsstück übergehen. Diese Ausführung bedarf eines druckfesten Wirbel- kammergehäuses.
Vorzugsweise weist der Bnspritzkanal Durchmesser mit folgenden Verhältnissen auf : grösster Durchmesser zum kleinsten Durchmesser im Bereich von 1 ,62 : 1 oder 1 ,9 : 1 oder 2 ,73 : 1 . In Figur 27b ist ein zylindrixher, die Wandung der Wirbelkammer durchdringender Bn- spritzkanal mit möglichst großem Verrundungsradius gezeigt, der sich tangential an die Wirbelkammerwandung anxhmiegt. Diese Ausführung bedarf eines druckfesten Wirbelkammergehäuses. In Figur 27c ist ein in die Umfangswand 8 der Wirbelkammer in eine Aufnahmeöffnung 27 eingepresster oder eingeschraubter Rohrstutzen 28 gezeigt, der nahtlos in eine zy- lindrixhe, die Wandung der Wirbelkammer durchdringende Bohrung mit identixhem Innendurchmesser übergeht, die sich innen tangential an die Wirbelkammerwandung anxhmiegt. In Figur 27d ist ein durch die Wirbelkammerwandung ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse hindurchreichender Rohrstutzen 28 gezeigt, der in eine entsprechende Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingexhraubt ist, diese dicht verxhließt und der sich der inneren Wandung der Wirbelkammer weitestgehend tangential anxhmiegt.
In Figur 27e ist ein durch die Wirbelkammerwandung ungefähr bis auf Höhe der Rotati- onsachse hindurchreichender Rohrstutzen 28 gezeigt, der in eine entsprechende Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingexhraubt ist und diese dicht verxhließt, der jedoch um einen Abstand von bis zu 33% des Wirbelkammerradius weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt ist und folglich ein Stück weit frei in den Raum hineinsteht.
In einer bevorzugten Ausführung nach den Figuren 27c bis e, besteht der Bnspritzkanal aus einem Rohrstutzen, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Wandung der Wirbelkammer montiert werden kann, so dass die Bntauchtiefe des Bnspritzkanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Zur Ausbildung der Bnspritzkanäle in die Wirbelkammer verfügen diese nach dem Stand der Technik über mindestens eine sogenannte Wirbelkammerzulaufbohrung in der Um- fangswand, bevorzugt jedoch zwei oder mehr, über den Umfang gleichmäßig verteilte Wirbelkammerzuläufe, die entweder zylindrisch oder konisch gestaltet sind oder einen sich nach einer Hyperbelfunktion verengenden oder erweiternden Durchmesser haben. Ihre Lage ist in der Höhe ungefähr mittig oder ungefähr im Verhältnis 62% : 38% (Goldener Schnitt) ober- und/ oder unterhalb der M itte angeordnet.
Bei Trennkammern kann die Zuführung eines weiteren Huids jedoch ganz entfallen, wenn das eine Fluid bereits alle - grob und inhomogen - disepergierten Partikel enthält. Der Klarheit halber wird nachfolgend für die normalerweise aktiven, druckbeaufxhlagten, in der Regel relativ großen Bnlauföffnungen der Hauptphase (des Lösungsmittels) die Bezeichnung Bnspritzkanal verwendet. Für die in der Regel kleineren Zulaufkanäle der zu dispergierenden Phase, durch die im Idealfall das Huid eingesaugt wird, oder alternativ ebenfalls mit Druck eingespritzt, wird hier stets die Bezeichnung Zulauf kanal benutzt. Dennoch ist zu bedenken, dass die Grenzen hier nicht immer eindeutig sind. Wenn nicht der Bntrag einer geringen M enge Dispergierphase in eine verhältnismäßig große M enge Lösungsmittel, sondern eine Dispersion mehrerer Bestandteile mit etwa gleichen M engenanteilen, also ungefähr 50% : 50% oder 33% : 33% : 33% erwünxht ist, können auch alle Phasen durch druckbeaufschlagte Bnspritzdüsen in die Wirbelkammer einge- bracht werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung in einem nur saugenden Betrieb der Wirbelkammern mittels einer Unterdruckpumpe verxhwindet der Unter- xhied zwixhen Bnspritz- und Zulaufkanal ohnehin gänzlich. Die Enspritzkanäle sollen sich in der Regel weitestgehend tangential an die innere Wandung der Wirbelkammer anschmiegen bzw. grat- und versatzfrei in diese übergehen, um die bereits in der Wirbelkammer rotierenden Flüssigkeitsmassen so wenig wie möglich zu stören. Nur in einzelnen Fällen kann ein Nach-innen-versetzen der Enspritzkanäle um maximal etwa 33% des Radius sinnvoll sein (siehe z. B. Figur 27e) .
Vorteilhafte Orte der Enspritzung sind grundsätzlich die umlaufenden Kavernen der Wirbelkammer, also die äu ßeren Scheitelpunkte der Besselfunktionen bzw. die Orte, wo Um- fangswand und Deckel oder Umfangswand und Boden der Wirbelkammer in großen Radien ineinander übergehen. Aber auch die jeweils inneren gelegenen Scheitelpunkte bie- ten bei bestimmten Anwendungen Vorteile.
Die Enspritzung der Hauptphase in eine Kaverne stört den Hauptwirbelstrom weniger und bewirkt damit, dass die vorhandenen Partikel feiner dispergiert werden. Die Enspritzung der Hauptphase an einem Grat (an einem inneren Scheitelpunkt) bringt dagegen den Vorteil einer höheren Wirbelgexhwindigkeit - bei geringfügig mehr Turbulenz - und sorgt - bei geeigneter Auslegung der Zulauf kanäle - dafür, eine größere M enge an Dispergierphase einzutragen.
In Hgur 28 ist eine Wirbelkammer mit mindestens einem, etwa auf halber Höhe der Wirbelkammer gelegenen Enspritzkanal 1 1 gezeigt, bei mehreren Enspritzkanälen müssen diese nicht zwangsläufig paarweise oder in regelmäßigen Winkelabständen gegenüber- liegend angeordnet sein, sondern können in beliebigen Winkelstellungen zueinander stehen und mit Zulaufkanälen auf derselben Ebene, mit beliebigen Winkeln zueinander, kombiniert sein. Wie bexhrieben ist der Enspritzkanal mittig auf dem Scheitelpunkt der Besselfunktion angeordnet und xhliesst sich tangential an die Scheitellinie an. En weiterer Enspeiztkanal ist als Kreis schematisch dargestellt. En solcher seitlicher Enspritzkanal kann auch durch Bohrungen 29 von oben der Wirbelkammern her gespeist werden. Diese Variante ist in Figur 30 dargestellt. In Figur 29 ist ein Horizontalschnitt entlang der Schnittlinien A-B-C- D der Wirbelkammer der Figur 28 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, dass die Krümmung der Wandungen in Längsrichtung des Bnspritzkanals 1 1 einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art folgt. Weiter sind zwei Zulaufkanäle gezeigt, die einen Rohrstutzen 28 umfassen.
Bei Flüssigkeiten von unterxhiedlicher Viskosität und spezifixhem Gewicht erfolgt die Kompensation der unterxhiedlichen pro Zeit fließenden Volumina durch Abstimmung des Bnspritzdrucks und des Durchmessers der Bnspritzkanäle auf den resultierenden dynamixhen Fließdruck.
In Figur 31 a ist eine Wirbelkammer mit mindestens einem, auf beliebiger Höhe der Wirbelkammer gelegenen Bnspritzkanal gezeigt. Im Fall von mehreren Bnspritzkanälen müssen diese nicht zwangsläufig paarweise oder in regelmäßigen Winkelabständen einander gegenüber liegend, xndern können in beliebigen Winkelstellungen zueinander angeordnet sein und auch mit Zulaufkanälen auf derselben Ebene, mit beliebigen Winkeln zueinander, kombiniert sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann alternativ - analog zu Figur 30 - der oder die Bnspritzkanäle durch Bohrungen oder Schlitze von oben, am Deckel vorbei, erfolgen. In Hgur 31 b ist ein Horizontalxhnitt entlang der Schnittlinien A-B-C-D der Wirbelkammer der Hgur 31 a gezeigt. Die Krümmung der Wandungen der Bnspritzkanäle folgt in Längsrichtung einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art.
Bne bevorzugte Ausführung einer Wirbelkammer ist außerdem die in Hgur 32 dargestellte, bei der alle, vorzugsweise sieben, jeweils gleich große Bohrungen für Bnspritzkanäle bezüglich ihres Versatzwinkels auf der ganzen Rundung gleichmäßig verteilt xwie be- züglich ihrer Versatzhöhe der Reihenfolge nach aufsteigend auf der Höhe ein Achtel, zwei Achtel, drei Achtel usw. der inneren Wirbelkammerhöhe angeordnet sind. Bne weiter bevorzugte Reihenfolge der Höhen ist eine statistixhe Verteilung der Höhen zueinander, analog der Zündreihenfolge von Verbrennungsmotoren: 1 , 5, 2, 6, 3, 7, 4. Die Bn- spritzkanäle sind somit wendelartig entlang der Umfangswand der Wirbelkammer verteilt. Grundsätzlich können dabei auch verschiedene Versatzwinkel und Versatzhöhen vorgesehen werden.
Wie auch die Bnspritzkanäle sollen die Zulauf kanäle die in der Wirbel kammer rotierenden Flüssigkeitsmassen so wenig wie möglich stören und sich daher weitestgehend tangential an die Wandung der Wirbelkammer anschmiegen. Dennoch sind hier - wie bereits bei den Bnspritzkanälen auch - Varianten beschrieben, bei denen ein Rohrstutzen ein Stück weit frei in das Innere der Wirbelkammer ragt. Des Weiteren sind angexhrägte Rohrstutzen vorgesehen, die dank ihrer Anstellungswinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung einen deutliche Strömungswiderstand darstellen und erhebliche Turbulenzen hinter sich erzeugen. Dies kann einen ausreichenden Sog im Zulaufkanal erzeugen. Dieses Prinzip ist von der sogenannten Lenzklappe bei Schiffen her bekannt. Die Turbulenzen durch die Zulaufkanäle halten sich jedoch - zumindest bei den organisch geformten Wirbelkammern - gegenüber dem bei weitem überwiegenden laminaren Hauptstrom in vertretbaren Grenzen. Dennoch zeigen vor allem die einfacheren und strömungsmechanisch ungünstigeren zylindrischen Wirbelkammern nach dem Stand der Technik bezüglich der einzutragenden M enge an Dispergierphase enge Grenzen. Die durch rein passive Bnsau- gung maximal einzutragende M enge an Dispergierphase reicht hier bis maximal etwa 20% bei annähernd gleicher Viskosität. Bei den Wirbelvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung lässt sich diese Menge auf rund 40% steigern. Die Zufuhr mit Druck kann hilfreich sein, um die Dispersionsgüte weiter zu steigern. Bestimmende Faktoren für die zu erreichenden Dispersionsgüten sind der Ort in der komplexen Flüssigkeitsströmung, an dem der Zulaufkanal endet, seine Bntauchtiefe und der Bntrittswinkel in den Flüssigkeitsstrom, der absolute Durchmesser des Rohres sowie das Verhältnis von Innen- zu Außenquerxhnitt, seine Größe im Vergleich zur Wirbelkam- mergröße, und sein Anstellwinkel gegenüber der Wandung bzw. dem Flüssigkeitsstrom, seine Anschrägung sowie die räumliche Stellung der Schräge gegenüber dem Flüssigkeitsstrom und natürlich die Druck- und Strömungsverhältnisse des M ediums in der Wirbelkammer sowie die Viskositäten und Partikelgrößen aller beteiligten Fluide.
Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Zulaufkanäle ermöglichen in der Regel das aktive Bnsaugen einer zu dispergierenden Phase an verschiedenen Orten der Wirbelkammer, ohne daß hierzu ein äußerer Überdruck nötig ist. Hierbei kann die M enge sowie der Dispersionsgrad des zu dispergierenden M ediums anhand der Ausgestaltung der eintretenden Rohrstutzen eingestellt werden. In der Praxis haben sich hier für Wirbelkammern unter etwa 20 mm Größe medizinische Injektionsnadeln bestens bewährt. In Hgur 33 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der durch die Wirbelkammerwand 8 ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse hindurchreicht. & ist in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingeschraubt und verxhließt diese dicht. Der obere Rohrstutzen 28 xhmiegt sich der Außenwandung der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an. Der Rohrstutzen ist im Inne- ren der Kammer gerade abgexhnitten. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauchtiefe des Zulaufkanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der untere Rohrstutzen 28 ist um einen Abstand von bis zu 33% des Wirbelkammerradius weiter ins Innere der Wirbelkammer ver- setzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein. In Figur 34 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse durch die Umfangswand 8 hindurch reicht, im Inneren etwa in einem Winkel von 45 °angexhrägt ist und in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingeschraubt ist. Der Rohrstutzen 28 schmiegt sich der Begrenzungsfläche der Umfangswand der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an, wobei die angexhrägte Öffnung der Umfangswand zugeneigt ist. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauch- tiefe des Zulauf kanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der untere Rohrstutzen 28 ist wiederum weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein.
In Figur 35 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der durch die Umfangswand maximal etwa bis auf Höhe der Rotationsachse hindurch reicht, etwa in einem Winkel von 45 ° angeschrägt ist und in einer entsprechenden Aufnahme- Öffnung eingepresst oder eingexhraubt ist, wobei er diese dicht verschließt. & schmiegt sich der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an, wobei die angexhrägte Öffnung von der Wirbelkammerwandung abgeneigt ist. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der unter Rohrstutzen 28 ist wiederum weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein. Dabei ist die angexhrägte Öffnung von der Begrenzungsfläche abgeneigt.
Für nicht von der Seite sondern von oben oder unten eintretende, Zulaufkanäle gilt ana- log dasselbe. Die einzelnen Ausführungsformen gemäss den Hguren 33 bis 35 sind in Figuren 36 und 37 nochmals graphixh dargestellt. Dabei wird zusätzlich deren Ausrichtung bezüglich eines in der Wirbelkammer bestehenden Wirbelstroms gezeigt, der durch xhwarze Pfeile angedeutet ist. Demnach sind die Zulaufkanäle in Strömungsrichtung ausgerichtet, z. B. unter einem Winkel von ungefähr 45 ° wobei auch andere Winkel möglich sind. In Figur 36 ist von links nach rechts ein gerader Rohrstutzen, ein abge- xhrägter Rohrstutzen mit einer in Stromrichtung weisenden Öffnung und ein abge- xhrägter Rohrstutzen mit einer zur Umfangswand ebenen Öffnung gezeigt. In Figur 37 sind von links nach rechts vergleichbare Rohrstutzen gezeigt, die jedoch frei in die Wirbelkammer hineinstehen. Bne weitere Neuerung dieser Erfindung gegenüber dem Stand der Technik betrifft die Bntrittxrte der Zulauf kanäle. In der DE 1 0200801 9930 A1 ist ein Zulauf kanal gezeigt, der bis maximal an die Auslaßöffnung der Wirbelkammer heran reicht, aber nicht in die Umfangwand oder gar in die Wirbelkammer hinein reicht. Dieser Zulaufkanal hat den Nachteil, daß die zuzuführende Phase aufgespalten wird in zwei Teilströme: nur ein ge- ringer Teil wird durch den in der Wirbelkammermitte entstehenden Sog bis tief in die Wirbelkammer eingesaugt und dort intensiv verwirbelt und effektiv dispergiert ( Prozeß 1 ) . En großer Teil des zu dispergierenden M ediums wird jedoch lediglich von dem aus der Wirbelkammer austretenden M edium nach au ßen unten mitgerissen und so nicht intensiv verwirbelt und folglich auch nicht ausreichend fein dispergiert ( Prozeß 2) . Dies wird bei der vorliegenden Erfindung durch die Verlängerung des Zulauf kanals 30 für die Dispergierphase bis in die Wirbelkammer hinein verhindert, wie in Figur 38 gezeigt. Die derartige Anordnung eines Zulaufkanals ist auch bei einfach geformten, aus dem Stand der Technik bekannten, Wirbel kam mern, etwa mit zylindrixhen Umfangswänden, vorteilhaft. Es bleibt daher vorbehalten, auf dieses M erkmal der Erfindung einen eigenen Patentxhutz zu richten. Nachfolgend sind eine Reihe weiterer Entrittsorte für Zulaufkanäle in die Wirbelkammer aufgeführt. Bei den Varianten mit seitlicher Zuführung sind die umlaufenden Kavernen der Wirbelkammer vorteilhafte Orte der Zuführung, also die äu ßeren Scheitelpunkte der Besselfunktionen bzw. die Orte, wo Umfangswand und Deckel oder Umfangswand und Boden der Wirbelkammer in großen Radien ineinander übergehen. Aber auch die jeweils inneren gelegenen Scheitelpunkte bieten für einzelne Anwendungen Vorteile. Generell kann gesagt werden, dass bei der Zuführung der Dispergierphase in eine Kaverne die eingesaugte Menge an Dispergierphase geringer ist, dafür aber die Dispersionsgüte steigt. Umgekehrt sorgt die Zuführung der Dispergierphase im freien Raum - bevorzugt an ei- nem inneren Scheitelpunkt der Besselkurve - für einen höheren Bntrag an Dispergierphase, bei geringerer zu erreichender Teilchengröße.
In Figur 38 ist eine Wirbel kämm er 1 in einem Gehäuse 31 gezeigt. M it xhwarzen Pfeilen ist das aus dem Gehäuse 31 in die Wirbelkammer 1 eintretende M edium gezeigt, das im Inneren der Wirbelkammer verwirbelt wird. Im Boden 1 0 der Wirbelkammer ist ein Aus- lasskanal 1 1 gezeigt, der von einem Zulauf kanal 30 durchragt wird, der bis in die Wirbelkammer 1 hineinreicht. Zwischen Zulaufkanal 30 und der Öffnung des Auslasskanals 1 2 tritt das modifizierte M edium aus der Wirbelkammer in einen Auslass des Gehäuses aus, wie mit grauen Pfeilen angedeutet ist. Der Zulaufkanal 30 tritt von unten zentrixh durch den Auslasskanal 1 2 der Wirbelkammer 1 in Form eines im Querxhnitt deutlich kleineren koaxialen Rohrstutzens ein. Die Bntauchtiefe des Zulaufkanals 30 in die Wirbelkammer beträgt 1 4% - 90% der maximalen Wirbel kämm erhöhe.
Bne vorteilhafte Ausführung sieht einen koaxialen Zulauf kanal von unten vor, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung höhenverstellbar im Auffangbecken der Wirbelkammer montiert ist, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer 1 variabel eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich sowohl das M ischungsverhältnis als auch die Dispersionsgüte durch stufenloses Bnschieben des Zuführrohres in die Wirbelkammer oftmals so fein regulieren, dass auf aufendige Dosiermechanismen und ähnliches verzichtet werden kann.
In Figur 39a ist eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer mit einem Zulaufka- nal 30 gezeigt, der koaxial von oben durch den Deckel 9 der Wirbelkammer in Form eines Rohres hineinragt. Der Zulauf kanal ist paßgenau in der Bohrung des Deckels 9 vorgesehen und verxhließt den Deckel. Die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer beträgt 0% - 50% der maximalen Wirbel kämm erhöhe. Der Auslass ragt daher in das Zentrum des Hauptwirbels in der Kammer hinein, vorzugweise höchstens bis zu 20% der Höhe des Hauptwirbels. Eine vorteilhafte Ausführung sieht einen koaxialen Zulauf kanal von oben vor, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung höhenverstellbar im Deckel 9 der Wirbelkammer montiert ist, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann.
In Figur 39b ist eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer mit einem Zulauf ka- nal 30 gezeigt, bei der der Deckel 9 der Wirbelkammer z. B. wie in Figur 1 7 mit einem Zapfen 20 ausgebildet ist. Der Zulauf kanal 30 geht nahtlos in eine zylindrixhe Bohrung im Zapfen 20 über, die den nach unten weisenden Zapfen so durchdringt, dass sich eine xharfkantige Rohrspitze als Auslax ergibt. Dabei ist eine aktive Bnsaugung der Disper- gierphase möglich. In Figur 40a ist eine alternative Ausführungsform zu Figur 39a gezeigt, bei der der Zulaufkanal 30 stirnseitig unten verxhlossen ist, jedoch eine oder mehrere Öffnungen 32 seitlich in seiner Wand aufweist, durch die die Disperghierphase in radialer Rchtung nach au ßen in die Wirbelkammer fließen kann. In dieser Variante ragt der Zulauf kanal bis höchstens etwa 66% der Höhe der Wirbelkammer in diese hinab. Analog in Figur 40b eine Alternative zur Ausführung aus Figur 39b gezeigt, bei der Zulaufkanal 30 nahtlos in eine zylindrische Bohrung über geht, die den nach unten weisenden Zapfen 20 des Wirbelkammerdeckels jedoch nicht durchdringt, sondern mit einer oder mehreren radialen Bohrungen versehen ist, durch die die Dispergierphase radial nach außen in die Wirbelkammer fließen kann. Auch hier ist eine aktive Bnsaugung möglich.
In Figur 41 a ist eine Wirbelkammer mit einem oder mehreren Zulauf kanälen 30 auf derselben Höhe wie die Bnspritzkanäle 1 1 gezeigt. Die Zulauf kanäle 30 reichen von der Seite durch die Umfangswand der Wirbelkammer und sitzen paßgenau in der Bohrung der Wirbelkammerwand, so dass sie diese verxhliessen. Die Zulaufkanäle können in der Höhe nicht nur etwa mittig, sondern in beliebiger Anordnung vorgesehen sein.
In Hgur 41 b ist eine vorteilhafte Ausführungsform gezeigt, die zwei seitliche Zulauf kanäle 30 für zwei unterxhiedliche Dispergierphasen und einen Bnspritzkanal 1 1 vorsieht. Die einzelnen Volumina, die durch die Kanäle zugeführt werden, xllen pro Zeiteinheit in et- wa gleich sein. Dabei kann eine Anpassung gemäss der Viskosität auch durch unterxhiedliche Drücke erfolgen. Die Hauptphase wird durch den Bnspritzkanal 1 1 eingebracht, dessen Innenwand gemäss einer Besselfunktion gekrümmt ist. Bn Zulaufkanal
30.1 mit grossem Durchmesser ist für eine erste Dispergierphase und ein Zulaufkanal
30.2 mit kleinem Durchmesser ist für eine zweite Dispergierphase vorgesehen. Bei Wirbelkammern ohne Innenkontur ist insbesondere bei der Zuführung von höherviskosen Dispergierphasen oder bei größeren Mengen an zu dispergierenden Huiden die Anbringung der Zulaufkanäle im oberen Teil der Wirbelkammer zu bevorzugen, da der Hauptwirbel in diesem Teil stabiler ist. Im unteren Teil der Wirbelkammer könnten die Teile der zugeführten Dispergierphase vorzeitig von dem aus der Wirbelkammer austre- tenden Strom erfaßt werden und den Hauptwirbelprozeß nicht ganz durchlaufen und so nicht fein genug dispergiert werden.
In Hgur 42a ist eine Wirbelvorrichtung mit einem Gehäuse 31 gezeigt, bei der Zulauf ka- näle 30 auf unterschiedlichen Höhen einmal über und einmal unter einem Bnspritzkanal 1 1 angeordnet sind. Die Dispersion tritt durch einen Auslasskanal 1 2 aus. In Hgur 42b ist ein Vertikalschnitt durch eine Wirbelkammer mit gemäss einer Besself unktion gekrümmten Wandungen gezeigt, wie zu den Hguren 9, 1 5 und 1 8 beschrieben. Auf der einen Seite sind drei über einander liegende Bnspritzkanäle 1 1 und gegenüberliegend drei über einander angeordnete Zulauf kanäle 30 vorgesehen. Dabei sind zumindest der obere und unter Bnspritzkanal in die Kavernen gerichtet.
In Hgur 43a ist eine Wirbelkammer mit einem Zulauf kanal 30 von oben xhräg tangential durch den Deckel 9 der Wirbelkammer 1 gezeigt, das paßgenau in der Bohrung des Deckels sitzt und diesen umseitig verschließt. Es können auch mehrere solcher Zulaufkanäle vorgesehen sein, die beispielsweise zu einander versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, wie in Hgur 43c als Aufsicht auf den Deckel gezeigt ist. Dabei ist eine aktive Bnsau- gung möglich. In Hgur 43b ist eine Variante mit einer Wirbelkammer mit erfindungsge- mäss harmonixh gekrümmten Wandungen gezeigt, die ebenfalls von oben xhräg tangential durch den Deckel 9 eingeführt Zulauf kanäle aufweist.
In Hgur 44a ist eine Wirbelkammer mit mehreren Zulaufkanälen 30 gezeigt, die von un- ten xhräg tangential durch den Boden 1 0 der Wirbelkammer 1 eingeführt werden und paßgenau in der Bohrung des Bodens sitzen und diesen umseitig verxhließen. Hgur 44b zeigt eine Ansicht von unten auf den Boden 1 0 der Wirbelkammer. M ittig ist ein Auslaxkanal 1 2 vorgesehen und am Rand sind die Zulauf kanäle einander gegenüberliegend ersichtlich. In Figur 45a ist eine Wirbelvorrichtung mit einem Gehäuse 31 gezeigt, bei der ein oder mehrere Zulauf kanäle 30 auf beliebiger Höhe der Wirbelkammer 1 , z. B. mittig, von der Seite durch die Umfangswand 8 der Wirbelkammer 1 reichen, so dass sie jeweils genau koaxial in einem sich konisch nach innen verjüngenden Bnspritzkanal 1 1 in die Wirbel- kammer enden. Daraus ergibt sich der Effekt, dass die Dispergierphase aus dem Zulaufkanal 30 wie bei einer Wasserstrahlpumpe von der, in die Wirbelkammer eintretenden Hauptphase mit in die Wirbelkammer gerissen wird.
In Hgur 45b ist eine vergleichbare Wirbelvorrichtung gezeigt, bei der sowohl die Außenkontur des Zulauf kanals 30 als auch die Außenkontur des Bnspritzkanals nach einer mo- difizierten Besselfunktion zweiter Art (Gattung) , nach einer Exponentialfunktion oder einer Hyperbelfunktion gestaltet ist, so dass die Außenkontur des Zulauf kanals und die Innenkontur des Bnspritzkanals eine analog verlaufende Form besitzen. Dadurch erfolgt zum einen der Bntritt der beiden Phasen in die Wirbelkammer besonders laminar und turbulenzfrei, zum anderen wird eine besonders große M enge an Dispergierphase mit in die Wirbelkammer gesaugt. Die schwarzen Pfeile deuten den Zustrom der Hauptphase und die weissen Pfeile den Zustrom der Dispergierphase an.
In weiteren Ausführungsformen können dünnwandige Bnbauten innerhalb der Wirbelkammer vorgesehen sein. Die hier bexhriebenen Bnbauten dünnwandiger Innenkonturen in die Wirbelkammer erfüllen mehrere Funktionen. Se dienen dazu, die Wirbelströ- mungen im Inneren der Wirbelkammer optimal zu führen sowie die von dem Huid zurückzulegende Wirbelstrecke zu verlängern und somit die Leistung der Wirbelkammer zu erhöhen. Außerdem können sie bei geeigneter Auslegung helfen, durch zunehmende Verringerung des Abstandes zur Umfangswand die Hüssigkeit zusätzlich laminar zu be- xhleunigen und bei geeigneter Anbringung eines Zulauf kanals an der engsten Stelle ähn- lieh wie bei einer Venturi-Düse die M enge an einzusaugender Dispergierphase zu steigern. Die in der Praxis aus tiefgezogenen Blechen, durch Spritzgussverfahren oder durch CNC- Bearbeitung hergestellten Innenkonturen werden mit klein zu dimensionierenden und strömungsmechanixh zu optimierenden Halterungsstegen so an Umfangswand, Deckel oder Boden der Wirbelkammer befestigt, dass der Flüssigkeitsstrom in der Wirbelkammer möglichst wenig beeinflußt wird. Diese Halterungsstege sind in den Hguren nicht ersichtlich.
In Hgur 46 ist eine Wirbelkammer mit einer rotationssymmetrischen, die Wirbelkammer 1 annähernd ausfüllenden, dünnwandigen Innenkontur 33 gezeigt. Die Innenkontur weist im Längsschnitt eine oben- unten-asymmetrische, taillierte Form auf , deren Durch- messer im mittleren Teil am geringsten, im unteren Teil größer und im oberen Teil am größten ist. Die zugrunde liegende mathematixhe Kurve ist eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) , wie vorher erläutert. Die Innenkontur 33 bildet einen Trichter über dem Auslaxkanal 1 2. Als Deckel 9 der Wirbelkammer wird ein Deckel ge- mäx Figur 1 6 verwendet. Der Innenumfang des Auslaxkanals 1 2 bildet eine Verlänge- rung der Innenkontur 33 und ist gemäx einer modifizierten Bexelfunktion zweiter Art geformt.
In Figur 47 ist eine Wirbelkammer mit einer weiteren Ausführungsform einer rotations- symmetrixhen, die Wirbelkammer 1 annähernd ausfüllenden, dünnwandigen Innenkontur 33 gezeigt. Die Wandung der Innenkontur entspricht in etwa der Form eines natürlich entstehenden Wirbeltrichters und ihr Durchmesxr ist sich nach unten verjüngend und im oberen Teil wesentlich größer ausgebildet. Die zugrunde liegende mathematixhe Kurve ist eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) , eine Exponentialfunktion oder eine Hyperbelfunktion. Grundsätzlich sind alle Kombinationen der hier niedergelegten Ausführungsformen von Wandung, Deckel, Boden und Innenkontur möglich und mit beansprucht. In der Praxis bestehen jedoch Enxhränkungen beim Bnbau von Innenkonturen. Hier sind Umfangs- wände gemäss den Ausführungsformen nach den Figuren 9, 1 0, 1 2 und 1 3 als vorteil- haft anzusehen, da in ihnen die oben weitere und innen deutlich schmalere Innenkontur in etwa den Wirbelkammerbegrenzungen folgt.
Nachfolgend wird eine Wirbelvorrichtung mit einer Vakuumeinrichtung, einer Umwälzpumpe und/ oder einem oder mehreren Rührwerken beschrieben. Bne solche Wirbelvorrichtung bildet unabhängig von einer Wirbelkammer mit einer Wandung, die nach einer Besselfunktion gekrümmt ist, eine erf inderixhe Weiterbildung der bekannten Wirbelvorrichtungen. Es bleibt daher vorbehalten auf eine derartige Wirbelvorrichtung unabhängigen eigenen Schutz zu richten.
In einer Ausführungsform weist die Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine externe Vakuumeinrichtung auf . Die Hauptphase wird dabei nicht durch Druck durch die Bnspritzkanäle 1 1 in die Wirbelkammer 1 gepreßt, sondern alle Phasen können durch Sog durch den oder die unteren Auslasskanäle 1 2 in die Wirbelkammer eingesaugt werden. Das hierzu nötige Vakuum kann durch die externe Vakuumpumpe erzeugt werden und dem Auslasskanal der Wirbelkammer über Kanäle zugeführt werden. Alternativ kann das Vakuum durch einen hand- oder motorbetriebenen Propeller in oder unterhalb der Auslasskanäle oder einer Auslauföffnung erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach Figur 48 weist die Wirbelvorrichtung eine Umwälzpumpe 34 ausserhalb der Wirbelkammer auf . Das durch eine oder mehrere Auslasskanäle abgesaugte Huid kann mittels der externen Umwälzpumpe der Wirbelkammer über den oder die Bnspritzkanäle 1 1 erneut zugeführt werden und so dieselbe M enge Fluid immer wieder von neuem verwirbelt. Wie in Figur 48 gezeigt ist, ist die Umwälzpumpe 34 zwischen einen Auslasskanal 1 2 und einen Bnspritzkanal 1 1 eingesetzt. Durch einen weiteren Auslasskanal 1 2 kann das Fluid abgelassen werden. Ferner ist ein weiterer Bnspritzkanal vorgesehen, um weitere Fluide zu zu führen. Die Wirbel kämm er 1 kann dabei nach einer der oben bexhriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein, d. h. eine Wandung mit einer Krümmung gemäss einer Besselfunktion aufweisen.
In noch einer weiteren Ausführungsform nach Figur 49 kann eine Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ein Rührwerk innerhalb der Wirbelkammer aufweisen. Das Rührwerk dient dazu, dass das Fluid nicht oder nicht ausxhließlich passiv durch druckbe- auf xhlagte Bnspritzung des Fluids oder der Fluide verwirbelt wird, sondern dass das Fluid oder die Fluide dabei zusätzlich oder ausschließlich von einem oder mehreren propellerartigen Rührwerken in eine Wirbelbewegung gebracht werden. Dabei kann über Bnspritz- und Auslasskanäle Fluid zu- und abgeführt werden. Alternativ kann der ständige Durchlauf über Bnspritz- und Auslasskanäle dabei ganz unterbleiben und nur eine konstante Menge an Fluid anfangs eingefüllt, anxhließend das konstante Volumen verwirbelt und nach Beendigung das gesamte Volumen durch die Auslassöffnung wieder abgelassen werden. Bnspritz- und Auslaßöffnung sind dann jeweils mit einem Ventil ver- xhließbar und bleiben während des Wirbelvorgangs verxhlossen.
In einer Variante der kann die Wirbelvorrichtung kann sich über dem Rührwerk zentriert eine Innenkontur 33 anxhliessen. Die Innenkontur kann in ihrem oberen, wesentlich größeren Teil gemäss Figur 47 und in ihrem unteren, wesentlich kleineren Teil, wie der sich vom Scheitelpunkt nach unten wieder erweiternde Teil gemäss Figur 46 gestaltet sein. Am unteren Ende der Wirbelkammer 1 kann, ganz oder teilweise überstülpt von der Innenkontur 33 koaxial zur Wirbelkammer und Innenkontur das eine oder mehrere propel- lerartige Rührwerke 35 angebracht sein. Das Rührwerk kann von au ßen über ein gas- und flüssigkeitsdichtes Wellenlager durch einen Motor 36 oder eine Handkurbel - gegebenenfalls mit Zahnrad- oder Riemenübersetzung - über eine senkrechte Achse angetrieben werden.
En alleinstehendes oder ein unteres von zwei propellerartigen Rührwerken am unteren Ende der Innenkontur kann das oder die Fluide so verdrängen, dass diese von unten an der Wandung der Wirbelkammer in spiralförmigen Bewegungen nach oben befördert werden und dank der gekrümmten Form von Umfangswand und Deckel im oberen Teil der Wirbelkammer wieder einen radial nach innen weisenden Bewegungsimpuls erhalten, so dass sie über den Rand der Innenkontur treten und in ebenfalls spiralförmigen Bahnen im Inneren der Innenkontur wieder nach unten laufen, wo sie erneut auf das eine oder beide propellerartige Rührwerke treffen.
Grundsätzlich kann nur ein Rührwerk die Fluide in der Wirbelkammer in Bewegung setzen, so dass dessen Drehbewegung den Drall, den das oder die Fluide durch die Bn- spritzkanäle erhalten, unterstützt, indem es in derselben Drehrichtung umläuft oder aber das Fluid zerstäubt, indem es entgegen dem Drall rotiert, der sich durch die tangentialen Bnspritzkanäle ergibt, wie in Figur 50 erläutert ist.
Es können aber auch zwei propellerartige Rührwerke am unteren Ende der Innenkontur in der Wirbelkammer koaxial übereinander angeordnet sein, wobei die beiden sich in gegenläufiger Richtung bewegen. Wie in Figur 51 erläutert ist, läuft das obere Rührwerk 35.1 der beiden propellerartigen Rührwerke am unteren Ende der Innenkontur in einem solchen Drehsinn, dass es den, am unteren Ende innen aus der Innenkontur austretenden Fluiden entgegenläuft und diese daher besonders intensiv zerstäubt, während das untere propellerartige Rührwerk 35.2 sich hierzu wieder entgegengesetzt dreht - und damit gleichsinnig zu dem sich im Inneren der Innenkontur umlaufenden Fluid - und dieses wieder nach oben in den Innentrichter befördert.
Die beiden propellerartigen Rührwerke können z. B. mit einem Planetengetriebe verbunden sein und somit mit einem konstanten gegenläufigen Umdrehungsverhältnis betrie- ben werden.
Wie in den Figuren 52 und 53 gezeigt ist, können die beiden propellerartigen Rührwerke von zwei verxhiedenen Antriebsquellen 36.1 und 36.2, z. B. Bektromotoren, getrennt voneinander mit beliebigen Umdrehungszahlen, die sich auch jederzeit ändern können, angetrieben werden. Die beiden verxhiedenen M otoren können koaxial zur Wirbelkam- merrotationsachse montiert sein ( Figur 52) , oder aber einer davon oder beide können unten, über oder neben der Wirbelkammer ( Figur 53) angeordnet sein. Die propellerartigen Rührwerke können z. B. über einen Riemen- oder Zahnradantrieb angetrieben werden.
Das obere der beiden zwei propellerartigen Rührwerke 36.1 kann von dem oberen M otor 35.1 mittels einer langen Achse angetrieben werden, die durch das innere der Wirbelkammer 1 bzw. der Innenkontur 33 hindurchreicht, wobei das obere Rührwerk zur Vermeidung einer Unwucht koaxial, aber frei drehbar mit der Achse des unteren Rührwerkes verbunden sein kann, wie in Figur 52 dargestellt. BEZUGSZBCHENUSTE
1 Wirbel kammer 34 Umwälzpumpe
2 Zuführung 35 Rührwerk
3 Abführung 36 M otor
4 Abführung
5 Strom
6 Pumpe
7 Rückführkanal
8 Umfangswand
9 Deckel
1 0 Boden
1 1 Bnspritzkanal
1 2 Auslasskanal
1 3 Kaverne
1 4 Hauptphase
1 5 Dispergierphase
1 6 Aussparung
1 7 Aussparung
1 8 Ausbuchtung
1 9 Bnbuchtung
20 Zapfen
21 Ausbuchtung
22 Bnbuchtung
23 Erhebung
24 Wirbeltrichter
25 Rohrstutzen
26 Schlitze
27 Aufnahmeöffnung
28 Rohrstutzen
29 Bohrung
30 Zulaufkanal
31 Gehäuse
32 Öffnungen
33 Innenkontur
K Krümmungswechsel

Claims

Patentansprüche
1 . Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/ oder gasförmigen M ediums mit einer oder mehreren Wirbelkammern ( 1 ) , wobei eine Wirbelkammer wenigstens einen Bnspritzkanal ( 1 1 ) und wenigstens einen Auslasskanal ( 1 2) aufweist und im Inneren von einer Begrenzungsfläche begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche wenigstens eine rotationssymetrisch gekrümmte Wandung (8; 9 ; 1 0) umfasst, deren Krümmung mathematisch zumindest annähernd einer Besselfunktion folgt.
2. Wirbelvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammer ( 1 ) eine Umfangswand (8) , einen Deckel (9) und einen Boden ( 1 0) umfasst, die gemeinsam die Begrenzungsfläche bilden, wobei die Umfangswand (8) , der Deckel (9) und/ oder der Boden ( 1 0) mit der gekrümmten Wandung ausgebildet sind.
3. Wirbelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Wandung an Deckel (9) und Boden ( 1 0) zumindest annähernd einer Sombrero- Funktion folgt.
4. Wirbelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Wandung an der Umfangswand (8) eine einfach oder mehrfach taillierte Form aufweist, die zumindest annähernd einer Besselfunktion folgt.
5. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Besselfunktion durch eine einfache Besselxhe Differentialglei- chung erster Art oder durch eine modifizierte Besselxhe Differentialgleichung zweiter Art gegeben ist.
6. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Bnspritzkanäle ( 1 1 ) und/ oder die Auslasskanäle ( 1 2) zumindest annähernd gemäss einer Besselfunktion, insbesondere gemäss einer modifizierten Besseischen Differentialgleichung zweiter Art, gekrümmt sind.
7. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Übergangsbereichen zwischen Umfangswand (8) und Deckel (9) oder zwischen Umfangswand (8) und Boden ( 1 0) rundliche Kavernen ( 1 3) ausgebildet sind.
8. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich zwixhen Umfangswand (8) und Deckel (9) oder zwixhen Umfangswand (8) und Boden ( 1 0) einen Übergangsradius von um etwa 1 0 bis 40% einer Höhe der halben Wirbelkammer aufweist.
9. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Boden ( 1 0) und Deckel (9) durch eine formxhlüssige Verbindung an der Umfangswand (8) befestigbar sind.
1 0. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (31 ) mit wenigstens einem Zuführ- und Abführkanal vorgesehen ist, in welchem wenigstens eine Wirbelkammer ( 1 ) aufgenommen ist, wobei zwixhen Gehäuse (31 ) und Wirbelkammer ( 1 ) ein Zulauf für ein M edium in die Wirbelkammer ausgebildet ist.
1 1 . Wirbelvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einer Au ßenwandung der Wirbelkammer ( 1 ) und einer Innenwandung des Gehäuses (31 ) mindestens etwa dem zweifachen maximalen Durchmesser eines Bnspritzkanals ( 1 1 ) der Wirbelkammer ( 1 ) entspricht.
12. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung entsprechend der mathematixh Besselfunktion näherungsweise durch Kreisen und/ oder Ellipsen realisiert ist.
13. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bnspritzkanal ( 1 1 ) vorgesehen ist, der als frei in den Innenraum der Wirbelkammer ( 1 ) stehender Rohstutzen (25) ausgebildet ist.
14. Wirbelvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Bntauchtiefe des frei stehenden Bnspritzkanals ( 1 1 ) in die Wirbelkammer variabel einstellbar ist.
15. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bnspritzkanal ( 1 1 ) an einem Scheitelpunkt der Besselkurve in die Wirbelkammer ( 1 ) mündet.
1 6. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bnspritzkanäle ( 1 1 ) wendelartig um die Umfangswand (8) der Wirbelkammer ( 1 ) verteilt sind.
17. Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zulauf kanal (30) in die Wirbelkammer ( 1 ) vorgesehen ist, der bis zu einer Bntauchtiefe von 1 4% - 90% der maximalen Wirbelkammerhöhe durch einen Auslasskanal ( 1 2) in die Wirbelkammer hineinragt.
Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass in der Wirbelkammer ( 1 ) eine dünnwandige Innenkontur (33) vor gesehen ist, deren Wandung nach Art einer Besselfunktion gekrümmt ist.
Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Vakuumeinrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks am Auslasskanal ( 1 2) vorgesehen ist.
Wirbelvorrichtung nach Anspruch 1 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung durch eine Vakuumpumpe oder einen hand- oder motorgetriebenen Propeller vorgesehen ist.
21 . Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Umwälzpumpe (34) zur Rückführung eines aus einem Auslasskanal abgeführten M ediums in einen Bnspritzkanal ( 1 1 ) vorgesehen.
Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Rührwerk (35) zur Erzeugung eines Wirbelstroms in der Wirbel kammer ( 1 ) vorgesehen ist.
23. Wirbelvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich über dem Rührwerk (35) zentriert eine Innenkontur (33) anxhliesst.
Wirbelvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (35) eine Rotationsrichtung aufweist, die der spiralförmigen Drehbewe- gung eines Stroms (5) entgegen gesetzt ist, der durch wenigstens einen tangentialen Bnspritzkanal ( 1 1 ) erzeugt ist.
Wirbelvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rührwerke (35) vorgesehen sind, die koaxial über einander angeordnet sind und in gegenläufiger Richtung rotieren.
Wirbelvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rührwerke (35) durch zwei von einander getrennte Antriebsquellen (36.1 ; 362) angetrieben sind.
27. Verwendung einer Wirbelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Zerstäubungs- , M ixh- , Trenn- oder Wasseraufbereitungsvorrichtung.
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