DE1400706C - Device for spraying liquids by means of sound energy - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigkeiten mittels Schallcnergie, die durch einen aus einer Düse austretenden Druckgasstrom erzeugt wird, der auf die öffnung eines Schwingtopfes auftrifft und wobei mit dem die Düse tragenden Körper eine die zu zerstäubende Flüssigkeit zuleitende, mit Austrittsöffnungen versehene Einrichtung verbunden ist.The invention relates to a device for spraying liquids by means of acoustic energy, which is generated by a flow of pressurized gas exiting a nozzle which is directed at the opening a vibrating pot strikes and with the body carrying the nozzle a to be atomized Liquid-conducting, provided with outlet openings device is connected.

Der Schwingtopf wird hierbei unter dem Einfluß eines auftretenden Überschallstrahles in Resonanz gebracht. Ein solcher Schwingtopf wird periodisch aufgeladen und entladen bei der aufgezwungenen Resonatorfrequenz. Hierbei wird der mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Strahl in eine hochintensive Schalleistung umgewandelt. Vorrichtungen, die eine solche Schallenergie verwenden, haben sich als sehr vorteilhaft auf den technischen Gebieten, wie Sprühtrocknen, Entschäumen, Reinigen, Zerstäuben usw., erwiesen, und in vielen Fällen weisen sie bedeutende Vorteile über die bekannten Verfahren, die nicht nur höhere Drücke, sondern auch ein kompliziertes mechanisches und elektronisches Zubehör erfordern, auf. Die Betriebsfrequenz kann in einem weiten Bereich variieren, wenn eine entsprechende Variierung des Druckes des dem Schwingtopf zügeführten Gases gegeben ist. Ein typischer Schalltransformator, der einen Einlaßdruck zwischen etwa 2,5 und 3,6 atü aufweist, hat beispielsweise eine Betriebsfrequenz von 7600 bis 9400 Hz. Hierbei muß die Ausführung der Düse und des Schwingtopfes so sein, daß Schallwellen über einen weiten Druckbereich erzeugt werden, um eine kontinuierliche und betriebssichere Arbeitsweise der Vorrichtung zu gewährleisten.The vibrating bowl becomes in resonance under the influence of a supersonic jet brought. Such a vibrating bowl is periodically charged and discharged when it is forced Resonator frequency. The beam that hits it at high speed is converted into a high-intensity sound power. Devices, those who use such sound energy have proven to be very advantageous in technical areas such as Spray drying, defoaming, cleaning, atomizing, etc., have been proven, and in many cases they are significant Advantages over the known processes, which not only involve higher pressures, but also a complicated one require mechanical and electronic accessories. The operating frequency can be in one vary widely if a corresponding variation in the pressure of the vibrating pot is supplied Gas is given. A typical sonic transformer that has an inlet pressure between about 2.5 and 3.6 atm has, for example, an operating frequency of 7600 to 9400 Hz Design the nozzle and the vibrating bowl so that sound waves over a wide pressure range are generated in order to ensure a continuous and reliable operation of the device.

Die eingangs beschriebene und bekannte Vorrichtung hat sich jedoch trotz des jahrelangen Bekanntscins in der Praxis nicht durchgesetzt, da der Hohlraum des Schwingtopfes schon nach kurzer Betriebszeit irgendwelche und wenn auch nur geringe Verunreinigungen aufweist, die das Schallfeld ungünstig beeinflussen, ja verändern.However, the known device described at the outset has proven itself in spite of its many years of acquaintance not implemented in practice, since the cavity of the vibrating bowl has any, even if only slight, impurities after a short period of operation that have an unfavorable influence on the sound field, yes change it.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten mittels Schallenergie in der Weise zu verbessern, daß in allen Betriebszuständen der Vorrichtung eine Beeinflussung des Schwingtopfhohlraumes durch eintretende Flüssigkeitsteilchen nicht eintritt, ohne daß dabei auf eine gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit in dem Schallfeld bei minimalem Flüssigkeitsverbrauch verzichtet werden muß.The object of the invention is to provide the known devices for spraying liquids by means of To improve sound energy in such a way that an influence in all operating states of the device of the vibrating bowl cavity does not occur due to liquid particles entering, without affecting a uniform distribution of the liquid in the sound field is dispensed with with minimal liquid consumption must become.

Eine Lösung wurde darin gefunden, daß die Austrittsöffnungen für die zu zerstäubende Flüssigkeit in Strömungsrichtung gesehen im Abstand von der öffnung des Schwingtopfes angeordnet sind, wodurch der geschilderte Nachteil der bekannten Vorrichtung in vollem Umfang ausgeschaltet wird.A solution was found in that the outlet openings for the liquid to be atomized in Seen flow direction are arranged at a distance from the opening of the vibrating bowl, whereby the described disadvantage of the known device is completely eliminated.

Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Flüssigkeitszuführung konzentrisch zu der Düse, wodurch man minimale Abmessungen erhält. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann so ausgeführt werden, daß ihre Gesamtlänge nicht größer als etwa 7,5 cm ist. Trotz der kleinen Abmessungen hat das neuartige Gerät eine Leistung, die gegenüber den bekannten Sprühdüsen größerer Dimension darin überlegen ist, daß die Zerstäubung mit viel größerer Gleichförmigkeit der Partikelgröße erfolgt.In the present invention, the liquid is supplied concentric to the nozzle, which results in minimal dimensions. The device according to the invention can be made so that their total length is no greater than about 7.5 cm. Despite the small dimensions, the new device has a performance compared to the known Larger size spray nozzles are superior in that they atomize with much greater uniformity the particle size takes place.

Die durch die neue Vorrichtung erzeugten Partikeln des Nebels können auch ohne Befeuchtung in Suspension gehalten werden.The mist particles generated by the new device can also be in suspension without humidification being held.

Es ist ferner zweckmäßig, den Abstand des Schwingtopfes von der Düse veränderlich zu machen, da man hierdurch den Verlauf der Ausbreitung des Schallfeldes variieren kann, wobei der Winkel der Ausbreitung eine Funktion des Abstandes des Schwingtopfes von der Düse ist.It is also useful to make the distance between the vibrating bowl and the nozzle variable, because you can thereby vary the course of the propagation of the sound field, the angle of the Spread is a function of the distance between the bowl and the nozzle.

Einen schmalen Winkel verwendet man beispielsweise, um Sprühmaterial auf einen Förderriemen aufzubringen. In diesem Fall wird der Mikronebel auf eine bestimmte Fläche konzentriert. Die Vorteile einer solchen Anordnung sind ohne weiteres einleuchtend. Um einen entsprechenden Ausbreitungsverlauf zu erhalten, wird der Abstand zwischen der Düse und dem Schwingtopf entsprechend vergrößert.For example, a narrow angle is used to apply spray material to a conveyor belt. In this case, the micro-mist is concentrated on a certain area. The advantages such an arrangement are readily apparent. The distance between the The nozzle and the vibrating bowl are enlarged accordingly.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely shows

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,Fig. 1 is a view, partly in section, of a device according to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie 2-2 der Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section through the device along the line 2-2 of FIG. 1,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen des typischen Verlaufs der Ausbreitung des Nebels bei zwei verschiedenen Einstellungen.3 and 4 are schematic representations of the typical course of the spread of the fog at two different settings.

Die Vorrichtung 10 besteht aus einem äußeren Gehäuse 12, das eine zylindrische Bohrung 14 aufweist und an einem Ende ein Außengewinde 16 zum Anschluß eines Lufteinlaßstutzens und am anderen Ende ein Innengewinde 18 trägt. Einteilig mit dem' Gehäuse 12 ist ein im rechten Winkel zu diesem verlaufender Stutzen 20 mit einer Bohrung 22 für den Flüssigkeitseintritt verbunden.The device 10 consists of an outer housing 12 which has a cylindrical bore 14 and at one end an external thread 16 for connecting an air inlet port and at the other End carries an internal thread 18. One piece with the 'housing 12 is a one extending at right angles to the latter Connection piece 20 connected to a bore 22 for the entry of liquid.

Auf das Gewinde 16 ist lösbar ein üblicher Stutzen 30 aufgeschraubt, der mit der Druckluftquelle in Verbindung steht. In das Gewinde 18 ist eine Hülse 32 eingeschraubt, deren Innendurchmesser 34 verjüngt ist und am Ende außen eine Schrägfläche 35 aufweist. Wie es in Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die Hülse 32 etwas über das Gewindeende 18 des Gehäuses hinaus, wo der Innendurchmesser der Hülse am kleinsten ist. Diese Hülse 32 mit den anderen noch zu beschreibenden Teilen bildet die Düse.A conventional nozzle 30 is detachably screwed onto the thread 16 and is connected to the compressed air source in FIG Connection. A sleeve 32 is screwed into the thread 18, the inner diameter 34 of which is tapered and has an inclined surface 35 on the outside at the end. As can be seen in Fig. 1, extends the sleeve 32 slightly beyond the threaded end 18 of the housing, where the inner diameter of the Sleeve is smallest. This sleeve 32 with the other parts still to be described forms the Jet.

Konzentrisch und im Abstand von dem Gehäuse sitzt fest in diesem ein mit Innengewinde versehenes Verteilerkreuz 40, das eine Mittelbohrung 42 aufweist, die in einer Kammer 44 endet. Ein Kanal 46 in einem Arm des Kreuzes verbindet die Kammer 44 mit der Bohrung 22 des Flüssigkeitseinlasses 20. Konzentrisch in der Bohrung 42 des Kreuzes 40 ist ein hohler Schaft 48 eingeschraubt, der im wesentlichen einen Teil 50 mit einem gleichbleibenden Durchmesser aufweist, während sich die Mittelbohrung 52 über die gesamte Länge erstreckt. Die Außenfläche im Bereich des Abschnittes 50 bildet mit dem konischen Teil 34 der Hülse 32 eine Kammer 54, in der die Geschwindigkeit des Druckgases erhöht wird. Da der Konus 34 am äußeren Ende der Hülse am kleinsten ist und sich im unmittelbaren Bereich des Endes 47 des Schaftes 48 befindet, wird eine verengte Düse 60 gebildet, deren Wirkungsweise weiter unten beschrieben wird. Ein Dichtungsring 49, der auf der Außenfläche des Schaftes 48 sitzt, bildet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Schaft 38 und der Bohrung 42 des Kreuzes 40. Man kann im allgemeinen Dichtungsringe verschiedenen Materials erhalten, und es ist selbstverständlich, daß hier ein Material ausgewählt wird, das den auftretenden Temperaturen und Drücken standhält.Concentrically and at a distance from the housing, an internally threaded one is firmly seated in the latter Distribution cross 40, which has a central bore 42 which ends in a chamber 44. One channel 46 in one arm of the cross connects the chamber 44 with the bore 22 of the liquid inlet 20. Concentrically in the bore 42 of the cross 40, a hollow shaft 48 is screwed, which essentially has a part 50 with a constant diameter, while the central bore 52 extends over the entire length. The outer surface in the area of section 50 forms with the conical part 34 of the sleeve 32 a chamber 54 in which the speed of the compressed gas is increased. Since the cone 34 is smallest at the outer end of the sleeve and is in the immediate Located in the region of the end 47 of the shaft 48, a narrowed nozzle 60 is formed, the mode of operation of which will be described below. A sealing ring 49, which sits on the outer surface of the shaft 48, forms a liquid-tight seal between the shaft 38 and the bore 42 of the cross 40. Man can in general receive sealing rings of various materials, and it goes without saying that Here a material is selected that can withstand the temperatures and pressures that occur.

Claims (1)

3 43 4 An dem dem Flüssigkeitseintritt 20 abgewandten winkel«, hier etwa 180°, den etwaigen Arbeitsbereich,At the angle facing away from the liquid inlet 20, here about 180 °, the possible working area, Ende des hohlen Schaftes trägt dieser ein Außen- der zu einem bestimmten Abstand des SchwingtopfesAt the end of the hollow shaft, the latter carries an outer shaft to a certain distance from the vibrating bowl gewinde, um eine Kappe 76 aufzuschrauben. Diese von der Düse gehört.thread to screw on a cap 76. This heard from the nozzle. Kappe 76 dichtet die Mittelbohrung 52 des Schaftes Fig. 4 veranschaulicht einen schmalen gerichtetenCap 76 seals the central bore 52 of the shaft. Fig. 4 illustrates a narrow directional one 48 ab. Entweder bei der Montage oder zu einem 5 Ausbreitungswinkel \. 48 from. Either during assembly or at a 5 spread angle \. früheren Zeitpunkt können Radialbohrungen 78 in Es folgt ein Beispiel einer bestimmten Ausfüh-At an earlier point in time, radial bores 78 can be den Schwingtopf 70 und in das Ende 47 des Schaftes rungsform, bei der das Gehäuse eine Länge von etwathe vibrating pot 70 and in the end 47 of the shaft approximately shape, in which the housing has a length of about 48 angebracht werden, die mit der Mittelbohrung 52 11,5 cm und einen Durchmesser von etwa 3,5 cm48, the one with the central hole 52 11.5 cm and a diameter of about 3.5 cm in Verbindung stehen. Die Bohrungen 78 dienen als aufweist:
Öffnungen zum Austritt in das Schallfeld. Die innere iokeep in touch. The bores 78 serve as having:
Openings for exit into the sound field. The inner io Gestaltung des Schwingtopfes 70 weist im wesent- Verwendetes Gas .. LuftThe design of the vibrating bowl 70 essentially shows the gas used. air liehen eine zylindrische Wand 72 auf, die konzentrisch Gasdruck I,lbis5atüborrowed a cylindrical wall 72, the concentric gas pressure I, lbis5atü und im Abstand zu dem Ende 47 des Schaftes 48 Gasströmung 0 25 bis 0 75 m³/minand at a distance from the end 47 of the shaft 48 gas flow 0.25 to 0.75 m ³ / min liegt. Die Wand 72 endet in einer Schulter 74, welche Frequenz ....'.'.'.'.'.'.'.'.'. 19 000 bis 22 000 Hzlocated. The wall 72 ends in a shoulder 74, which frequency .... '.'. '.'. '.'. '.'. '. 19,000 to 22,000 Hz sich dicht an das Ende 47 des Schaftes anlegt. 15 _......rests tightly against the end 47 of the shaft. 15 _...... Beim Betrieb der Einrichtung wird Druckluft in FlüssigkeitsströmungDuring operation of the device, compressed air is converted into a liquid flow die Bohrung 14 eingeführt, und ein gleichförmiger (^Wasser) bis zu 680 g/minthe bore 14 is inserted, and a uniform ( ^water ) up to 680 g / min Überschallstrahl tritt aus der verengten Düse 60 aus Partikelgroße unter 15 μSupersonic jet emerges from the narrowed nozzle 60 from particle sizes below 15 μ und wird in Druckschallwellen durch den Schwingtopf 70 umgewandelt. Vorzugsweise wird die Ein- 20 Mit einer Wasserströmung von 113 g/min erhält richtung mit unhörbaren Überschallfrequenzen ge- man Partikeln unter 10 Mikron,
fahren. Wie schon erwähnt, trägt die Hülse 32 anand is converted into pressure sound waves by the vibrating pot 70. 20 With a water flow of 113 g / min, a direction with inaudible supersonic frequencies is obtained; particles below 10 microns,
drive. As already mentioned, the sleeve 32 carries on ihrem äußeren Ende eine Schrägfläche 35, die den Patentansprüche:
mit hoher Geschwindigkeit austretenden, durch denits outer end an inclined surface 35, which the claims:
exiting at high speed through the Schwingtopf erzeugten Schallwellen eine Ablenkfläche 25 1. Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigbietet. Die Gestaltung der Fläche 35 ist so, daß im keiten mittels Schallenergie, die durch einen aus Bereich der Öffnungen 78 ein Niederdruckbereich einer Düse austretenden Druckgasstrom erzeugt durch den radial den Schwingtopf verlassenden Strahl wird, der auf die öffnung eines Schwingtopfes gebildet wird. Dieser Niederdruckbereich saugt auftrifft und wobei mit dem die Düse tragenden Flüssigkeit aus den Öffnungen 78 in das nach unten 30 Körper eine die zu zerstäubende Flüssigkeit zugerichtete Schallfeld. Die hochintensiven Schallwellen leitende, mit Austrittsöffnungen versehene Einhöheren und niederen Druckes wirken auf die Luft- richtung verbunden ist, dadurch ge ken η moleküle und verursachen in diesem Feld eine zeichnet, daß die Austrittsöffnungen (78) in Turbulenz, wodurch eine Zerstäubung der Flüssig- Strömungsrichtung gesehen im Abstand von der keit zu einem Mikronebel hervorgerufen wird. 35 Öffnung des Schwingtopfes (70) angeordnet sind.Vibrating pot, sound waves generated a deflection surface 25 1. Device for spraying liquid offers. The design of the surface 35 is such that in the ability by means of sound energy, which is made by one In the area of the openings 78, a low-pressure area of a nozzle exiting compressed gas flow is generated by the beam leaving the vibrating bowl radially, which hits the opening of a vibrating bowl is formed. This low pressure area sucks in and impinges with the one carrying the nozzle Liquid from the openings 78 into the downward 30 body a prepared liquid to be atomized Sound field. The high-intensity sound waves conducting, with outlet openings provided and low pressure act on the air direction, thereby ge ken η molecules and cause in this field a draws that the outlet openings (78) in Turbulence, causing an atomization of the liquid flow direction seen at a distance from the ability to form a micro-mist. 35 opening of the vibrating bowl (70) are arranged. Um den Schwingtopf relativ zur Düse in einem 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch geverhältnismäßig schmalen Arbeitsbereich einstellen kennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (78) zu können, sind einstellbare Abstandshalterungen quer zur Achse eines mit einer Flüssigkeitsquelle vorgesehen. verbundenen hohlen Schaftes (48) verlaufen undTo the vibrating bowl relative to the nozzle in a 2. Apparatus according to claim 1, thereby proportionally Set a narrow working area indicates that the outlet openings (78) to be able to use adjustable spacers across the axis of one with a liquid source intended. connected hollow shaft (48) extend and F i g. 3 veranschaulicht durch den Ausbreitungs- 40 sich unterhalb des Topfes (70) befinden.F i g. 3 illustrated by the spreading 40 located below the pot (70). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings