DE887025C - Method and device for atomizing a liquid - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit Bei der technischen Anwendung der Zerstäubung von Flüssigkeiten kommt dem dabei erzielten Zerstäubungsgrad der Flüssigkeit, d. h. ihrer weitestgehenden Aufspaltung in allerkleinste Teilchen, eine besondere Bedeutung zu. So ist es z. B. bei der auf diesem Wege erfolgenden Herstellung von Trockenmilchpulver u. a. einerseits möglich, den eigentlichen Trocknungsproze3 erheblich zu verkürzen, andererseits die spätere Rückführung in die Flüssigkeitsform wesentlich zu vereinfachen, insbesondere zu beschleunigen, je kleiner der Durchmesser der einzelnen Tröpfchen bei der Aufspaltung der Flüssigkeit und damit auch die Korngröße ihrer Trockensubstanz wird. Bisher hat man deshalb versucht, die Tröpfchengröße vor allem auf rein mechanischem Wege herabzusetzen, z. B. durch die besondere Anordnung und Formgebung von Düsen, aus denen die Flüssigkeiten unter gleichzeitiger Zerstäubung durch Druck oder Sog austreten.Method and device for atomizing a liquid In the The technical application of the atomization of liquids corresponds to that achieved Degree of atomization of the liquid, d. H. their greatest possible division into the smallest Particles, have a special meaning too. So it is B. when taking place in this way Manufacture of dry milk powder, etc. on the one hand possible, the actual drying process 3 to shorten considerably, on the other hand, the later return to the liquid form to simplify significantly, in particular to accelerate, the smaller the diameter of the individual droplets when the liquid is split up and thus also the grain size their dry matter becomes. So far, attempts have therefore been made to determine the droplet size reduce mainly in a purely mechanical way, z. B. by the special arrangement and shaping of nozzles from which the liquids are simultaneously atomized leak through pressure or suction.

Es wurde nun erkannt; .daß sich die Aufspaltung der Flüssigkeit in allerkleinste Teilchen bei sonst gleichen strömungstechnischen Eigenschaften der einzelnen Zerstäuberteile, wie ihrer Düsen u. dgl:, wesentlich wirkungsvoller gestalten läßt, wenn erfindungsgemäß die Flüssigkeit während ihrer mechanischen Aufspaltung und gegebenenfalls auch noch daran anschließend dem Einfluß, eines stationären elektrischen Feldes oder auch eines vorzugsweise hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes ausgesetzt wird. Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten durch elektrische Felder wesentlich herabgesetzt wird, eine Wirkung, die vor allem bei der Behandlung von elektrisch nicht leitenden Flüssigkeiten in hochfrequenten Wechselfeldern durch die dann gleichzeitig auftretende dielektrische Erwärmung der Flüssigkeiten noch besonders gefördert wird, da mit steigender Temperatur der Flüssigkeit ihre Oberflächenspannung bekannte lich ebenfalls abnimmt. Aus dem letzten Grunde empfiehlt es sich daher, zur Steigerung des angestrebten Erfolges, die Flüssigkeit nicht nur der Wirkung eines elektrischen Feldes zu unterwerfen, sondern sie in Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig, insbesondere bei Verwendung stationärer elektrischer Felder, im bereits vorgewärmten Zustande dem Zerstäuber zuzuführen.It has now been recognized; .that the splitting of the liquid into Very small particles with otherwise the same fluidic properties make individual atomizer parts, such as their nozzles and the like, much more effective leaves, if according to the invention, the liquid during its mechanical splitting and, if necessary, the influence of a stationary electric Field or a preferably high-frequency alternating electric field will. The invention is based on the fact that the surface tension of liquids is significantly reduced by electric fields, an effect which is particularly useful when treating electrically non-conductive liquids in high-frequency alternating fields by the then occurring at the same time dielectric heating of the liquids is particularly promoted, as with As the temperature of the liquid increases, its surface tension is also known decreases. For the last reason it is therefore advisable to increase the desired Success in not only subjecting the liquid to the action of an electric field, but in a further development of the invention they simultaneously, especially when used stationary electric fields, in the already preheated state the atomizer to feed.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Durchführung des vorgeschlagenen -Verfahrens können in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Im wesentlichen wird ihr Aufbau meist lediglich davon abhängen, ob es sich um eine Zerstäubung elektrisch gut oder schlecht leitender Flüssigkeiten handelt. So können vor allem im letzteren Falle zwei ganz oder teilweise die Austrittsöffnungen einer Zerstäuberdüse bildende Metallteile, die voneinander isoliert sind, an verschiedenen Polen einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle liegen und damit in besonders einfacher Weise als Elektroden der entsprechenden auf die zerstäubende Flüssigkeit einwirkenden elektrischen Felder dienen. Bei elektrisch gut leitenden Flüssigkeiten wird man dagegen mit gleichem Vorteil außerhalb der Düsen eine den zerstäubenden Flüssigkeitsstrahl vorzugsweise gänzlich umschließende Elektrode vorsehen, zu der die von dieser isolierte Düse oder auch nur ein Teil derselben die Gegenelektrode des jeweils zur Anwendung kommenden elektrischen Feldes bildet.The devices according to the invention for implementing the proposed -Processes can be designed in the most varied of ways. Essentially its structure will mostly only depend on whether it is an electrical atomization good or bad conductive liquids. So can especially in the latter Case two completely or partially forming the outlet openings of an atomizer nozzle Metal parts, which are insulated from one another, at different poles of a or AC voltage source and thus in a particularly simple manner as electrodes the corresponding electric fields acting on the atomizing liquid to serve. In the case of liquids with good electrical conductivity, on the other hand, you will do the same Advantageously, outside of the nozzles, an atomizing liquid jet is preferred Provide a completely enclosing electrode to which the nozzle isolated from it or only a part of the counter electrode of the one being used electric field forms.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen. In dieser zeigt, auf das Wesentlichste beschränkt, Fig. i eine in sich als Doppelelektrode ausgebildete Zerstäuberdüse und Fig.2 eine der Fig. i äußerlich ähnliche Diese, jedoch mit vorgesetzter zusätzlicher Elektrode. Die erfindungsgemäße Düse nach Fig. i besteht aus einem Düsenkopf i, in dessen beispielsweise kreisrunde Austrittsöffnung :2 für die an ihr zu zerstäubende Flüssigkeit die Spitze eines Kegels 3 hineinragt, der seinerseits innerhalb des Düsenkörpers 4, vom Düsenkopf i durch einen Dichtungsring 5 aus Isolierstoff getrennt, angeordnet ist. Düsenkopf i und -körper 4, die beide aus elektrisch gut leitendem Material bestehen, sind mit je einem Pol einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle 6 verbunden, so daß sich zwischen den Rändern der Austrittsöffnung :2 und der Spitze des Kegels 3 als Elektroden ein entsprechendes elektrisches Feld ausbildet, dessen Feldstärke sich durch eine gleichzeitig die mechanische Aufspaltung der Flüssigkeit begünstigende scharfkantige Ausgestaltung der Austrittsränder wesentlich steigern läßt. Dem gleichen Zweck einer örtlichen Erhöhung der Feldstärke kann auch eine Nadel dienen, die auf die Kegelspitze aufgesetzt ist und durch die Öffnung des Düsenkopfes hindurchgreift. Eine in der Pfeilrichtung durch die Düse strömeide Flüssigkeit wird daherbei ihrem- Aufpf all auf die Düsenöffnung gleichzeitig derKraftwirkung eines elektrischen Feldes unterworfen, das außerdem bei einer elektrisch nicht leitenden Flüssigkeit und Wechselspannungserregung der Elektroden eine dielektrische Erwärmung der Flüssigkeit hervorruft.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken. In this one, restricted to the essentials, Fig. I shows one thing in itself designed as a double electrode atomizer nozzle and FIG. 2 one of FIG. 1 externally Similar, but with an additional electrode in front of it. The inventive The nozzle according to Fig. I consists of a nozzle head i, in which, for example, circular Outlet opening: 2 the tip of one for the liquid to be atomized on it Cone 3 protrudes, which in turn inside the nozzle body 4, from the nozzle head i is separated by a sealing ring 5 made of insulating material. Nozzle head i and body 4, both of which are made of a highly electrically conductive material each connected to one pole of a DC or AC voltage source 6, so that between the edges of the outlet opening: 2 and the tip of the cone 3 as electrodes a corresponding electric field forms, the field strength of which is determined by a at the same time the mechanical splitting of the liquid is favored by sharp edges Design of the exit edges can be increased significantly. Same purpose one A needle can also be used to increase the field strength locally is placed and reaches through the opening of the nozzle head. One in the Direction of the arrow through the nozzle, the liquid flowing through the nozzle is therefore simultaneously subjected to the force of an electric field on the nozzle opening, This is also the case with an electrically non-conductive liquid and alternating voltage excitation of the electrodes causes dielectric heating of the liquid.

Während die in Fig. i dargestellte Anordnung in erster Linie für nicht leitende Flüssigkeiten geeignet ist, wird man für Flüssigkeiten guter elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Milch, zweckmäßig eine Einrichtung nach Fig.2 verNvenden, deren mechanischer Zerstäuberteil i bis 4 dien gleichen äußeren Aufbau besitzt, nur mit dem Unterschied, daß Düsenkopf i und -körper 4 jetzt nicht mehr voneinander isoliert sind, sondern aus einem Stück bestehen können. Außerdem ist aber eine insbesondere ringförmige Elektrode 7, die durch beispielsweise ebenfalls ringförmige IsolierstÜcke 8 vom Düsenkopf getrennt ist, auf diesen aufgesetzt und mit dem .einen Pol einer Gleich-oder Wechselspannungsquelle 6 verbunden, all deren anderen Pol wieder der Düsenkopf i oder auch der Düsenkörper 4 als Gegenelektrade angeschlossen ist. Die zwischen diesen beiden Elektroden auftretende Potentialdifferenz wird auf diese Weise nicht "mehr durch den Flüssigkeitsstrahl innerhalb der Düse überbrückt, sondern wirkt sich auf die Flüssigkeit erst während ihres Versprühens sowie auch noch anschließend daran aus, wobei durch letzteren Umstand gleichzeitig die Einwirkdauer des elektrischen Feldes in vorteilhafter Weise erhöht wird.While the arrangement shown in Fig. I primarily for not Conductive liquids are suitable, one becomes good electrical for liquids Conductivity, such as B. milk, expediently use a device according to Fig. 2, whose mechanical atomizer part i to 4 has the same external structure, only with the difference that nozzle head i and body 4 are no longer from each other are isolated, but can consist of one piece. But there is also one special ring-shaped electrode 7, which, for example, likewise ring-shaped insulating pieces 8 is separated from the nozzle head, placed on this and with the .eine pole one Direct or alternating voltage source 6 connected, all of whose other pole is again the The nozzle head i or the nozzle body 4 is connected as a counter electrode. the The potential difference occurring between these two electrodes is applied to this Way no longer bridged by the liquid jet inside the nozzle, but affects the liquid only while it is being sprayed and also afterwards from it, whereby by the latter circumstance at the same time the duration of action of the electrical Field is increased in an advantageous manner.

Die Einrichtung nach dieser Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die in der@Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden. So ist es z. B. nicht erforderlich, daß die Düse aus Metall besteht. Vielmehr lassen sich für sie auch isolierende Kunststoffe verwenden, wenn z. B. durch eine Metallisierung oder durch entsprechende metallische Einzelteile dafür Sorge getragen ist, daß ihre die mechanische Aufspaltung der Flüssigkeit verursachenden Austrittsöffnungen ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen liach Fig. i und 2 hinreichend als Elektroden dienen können. Um die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den Elektroden herabzusetzen, ist .es in manchen Fällen sogar zu empfehlen, keine frei liegenden, blanken Elektroden zu verwenden, sondern diese in der Weise in einen Isolierstoff von hoher Durchschlagsfestigkeit und vorzugsweise großer Dielektrizitätskonstante einzubetten, daß eine Berührung der Elektroden mit der Flüssigkeit, gegebenenfalls auch in deren zerstäubter Form, ausgeschlossen ist.However, the device of this invention is not limited on the embodiments shown in the @ drawing, but can in manifold Way to be modified. So it is B. does not require that the nozzle made of metal consists. Rather, insulating plastics can also be used for them, if z. B. by metallization or by corresponding individual metallic parts care is taken that their causing the mechanical splitting of the liquid Outlet openings similar to the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 can adequately serve as electrodes. To avoid the risk of an arc discharge between In some cases it is even advisable to reduce the electrodes, but none to use exposed, bare electrodes, but rather these in one way Insulating material with high dielectric strength and preferably a large dielectric constant to embed that a contact of the electrodes with the liquid, if necessary also in their atomized form is excluded.

Ferner ist es selbstverständlich möglich, an Stelle einer kreisförmigen Düsenöffnung oder eines in diese hineinragenden Kegels auch jede beliebige andere zunächst nur der rein mechanischen Zerstäubung dienende Düsenform zu wählen und ihre Öffnung z. B. als längeren Spalt mit einem in diese an Stelle eines Kegels hineingreifenden Keil auszubilden, welch letzterer dann auch mehrere aus der Düse herausragende Nadelelektroden tragen kann.It is of course also possible to use a circular one instead of a circular one Nozzle opening or any other cone protruding into it to choose initially only the purely mechanical atomization serving nozzle shape and their opening z. B. as a longer gap with one in this instead of a cone to form a wedge reaching into it, which latter then also several can carry needle electrodes protruding from the nozzle.

Die erfindungsgemäße zusätzliche Einwirkung elektrischer Felder l,äßt sich weiterhin mit gleichem Vorteil auch bei allen anderen bekannten mechanischen Zerstäubungseinrichtungen unter im allgemeinen einfacher sinngemäßer Anpassung an deren sonstige bauliche Ausführung verwenden, z. B. bei solchen Geräten, die nach Art eines Brennstoffvergasers arbeiten.The additional action of electric fields according to the invention leaves continues with the same advantage with all other known mechanical Atomizing devices with a generally simple analogous adaptation to use their other structural design, z. B. in such devices that after Type of a fuel gasifier work.

Ferner kann es bei der Anordnung nach Fig. i ebenfalls zweckmäßig sein, die Einwirkdauer des elektrischen Feldes durch eine ähnlich dem Teil ? der Fig. 2 dem Düsenkopf vorgelagerte zusätzliche Elektrode zu erhöhen, wobei diese das gleiche Potential wie der Düsenkopf, gegebenenfalls aber auch ein von diesem verschiedenes erhalten kann und dann wieder isoliert anzuordnen ist, sofern man sie mit Rücksicht auf eine etwaige Bogenentladung zwischen den Elektroden nicht sowieso schon in einen Isolierstoff eingebettet hat.Furthermore, it can also be expedient in the case of the arrangement according to FIG be the duration of the electric field by a similar to the part? the Fig. 2 to increase the nozzle head upstream additional electrode, this the same potential as the nozzle head, but possibly also one of this various things can be obtained and then to be arranged again in isolation, provided that one in consideration of a possible arc discharge between the electrodes already embedded in an insulating material.

Ebenso ist die Art der zu zerstäubenden Flüssigkeit für das Wesen der Erfindung unerheblich, so daß es möglich ist, das vorgeschlagene Verfahren und -die zugehörigen Einrichtungen auf den verschiedensten technischen Gebieten zu verwenden. Außer der bereits erwähnten Herstellung von Trockenmilchpulver kann man sich daher beispielsweise mit besonderem Vorteil auch beim Spritzen von Lacken oder beim Zerstäuben von Wasser zum Zwecke der Luftbefeuchtung in Klimaanlagen der Erfindung bedienen.So is the type of liquid to be atomized for the being of the invention insignificant, so that it is possible, the proposed method and -to use the associated facilities in a wide variety of technical fields. In addition to the already mentioned production of dry milk powder, one can therefore for example with particular advantage when spraying paints or when atomizing of water for the purpose of air humidification in air conditioning systems of the invention.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren-- zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, vorzugsweise mittels Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit während ihrer mechanischen Aufspaltung und gegebenenfalls auch noch daran anschließend der Wirkung eines stationären elektrischen Feldes oder eines vorzugsweise hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes ausgesetzt wird. PATENT CLAIMS: i. Method - for atomizing a liquid, preferably by means of nozzles, characterized in that the liquid during their mechanical splitting and possibly also the subsequent to it Effect of a stationary electric field or a preferably high frequency one electric alternating field is exposed. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vor ihrer Zertäubung erw -ärmt wird. 2. The method according to claim i, characterized characterized in that the liquid is heated before it is atomized. 3. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch i oder 2, bei der die zerstäubte Flüssigkeit aus einer Düse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall bestehenden Teile der Austrittsöffnung (2) des Düsenkopfes (i) und die Spitze eines im Zerstäubergehäuse angeordneten Zerstäuberkegels (3) mit vorzugsweise scharfkantigen Rändern voneinander isoliert sind und an verschiedenen Polen einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle (6) liegen. q.. 3. Establishment for the method according to claim i or 2, wherein the atomized liquid from a nozzle, characterized in that the parts made of metal the outlet opening (2) of the nozzle head (i) and the tip of one in the atomizer housing arranged atomizer cone (3) with preferably sharp edges from each other are isolated and at different poles of a DC or AC voltage source (6) lie. q .. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch i oder 2, bei der die zu zerstäubende Flüssigkeit aus einer Düse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Düse vor deren Austrittsöffnung (2) eine den zu zerstäubenden Flüssigkeitsstrahl vorzugsweise gänzlich umfassende Elektrode (7) angeordnet ist, zu der die von dieser isolierte Düse oder ein Teil derselben die Gegenelektrode eines elektrischen Feldes bildet. Device for the method according to claim i or 2, in which the Liquid to be atomized emerges from a nozzle, characterized in that outside the nozzle in front of its outlet opening (2) a jet of liquid to be atomized preferably completely encompassing electrode (7) is arranged, to which the of this insulated nozzle or part of it is the counter electrode of an electric field forms. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen aus einem ganz oder teilweise eine Feldelektrode bildenden Düsenkopf (i) mit beispielsweise schmaler länglicher oder kleiner kreisförmiger Öffnung (2) bestehen, in,die aus dem Inneren des Düsenkopfes (i) die Spitze eines Keils Ader Kegels (3) hineinragt, wobei dieser Keil oder Kegel gegebenenfalls als Gegenelektrode des elektrischen Feldes dient und dann vom Düsenkopf (i) durch einen Isolierring (5) od.dgl. getrennt ist. 5. Device according to claim 3 or q., Characterized in that the Nozzles from a nozzle head (i) which wholly or partially forms a field electrode For example, there are narrow, elongated or small circular openings (2), in that from inside the nozzle head (i) the tip of a wedge vein cone (3) protrudes, this wedge or cone optionally as a counter electrode of the electrical Field is used and then from the nozzle head (i) through an insulating ring (5) or the like. separated is. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Spitze des Keils oder Kegels (3) eine oder mehrere Nadeln aufgesetzt sind, die durch die Öffnung (2) des Düsenkopfes (i) hindurchgreifen. 6. Device according to claim 5, characterized in that on the tip of the wedge or cone (3) one or more needles are placed through the Reach through the opening (2) of the nozzle head (i). 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldelektrode in .der Weise in einen Isolierstoff von hoher Durchschlagsfestigkeit und vorzugsweise großer Dielektrizitätskonstante eingebettet ist, daß ihre Berührung mit der Flüssigkeit, gegebenenfalls auch in deren zerstäubter Form, ausgeschlossen ist. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 714390.7. Device according to one of the claims 3 to 5, characterized in that the field electrode in .der manner in an insulating material of high dielectric strength and preferably large dielectric constant is embedded that their contact with the liquid, possibly also in whose atomized form is excluded. Attached publications German patent specification No.714390.