MX2010013289A - Metodo y aparato para generar niebla. - Google Patents

Metodo y aparato para generar niebla.

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Jude Alexander Glynn Worthy
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Abstract

Se proporciona un aparato mejorado para general niebla. El aparato tiene al menos un conducto (66) de suministro de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro para fluidos con suministro de fluidos de trabajo y una salida en comunicación para fluidos con una primera cámara de mezclado. El aparato también incluye una pluralidad de pasajes (60a, 60b) de fluido de transporte, cada uno de los cuales tienen una entrada adaptada para recibir el suministro de fluido de transporte y una salida en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado. Corriente debajo de la cámara de mezclado está una boquilla (72) que tiene una entrada (74) en comunicación para fluidos con la cama de mezclado , una salda(78), y una porción (76) de garganta de la entrada (74) y salida (78) de la boquilla. La porción (76) de la garganta de la boquilla (72) tiene un área en sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entrada (74) de boquilla o la salida (78) de boquilla. La provisión de una pluralidad de pasajes de fluidos de transporte que fluyera a la cámara de mezclado, y la boquilla corriente debajo de la cámara de mezclado mejora la automatización del fluido de trabajo para general la niebla.

Description

METODO Y APARATO PARA GENERAR NIEBLA Campo de la Invención La presente invención proporciona un aparato y método mejorados para generar nieblas de gotas muy pequeñas, que se ha mostrado que es benéfico en varios campos diversos. Los ejemplos de estos campos incluyen aplicaciones de enfriamiento, de supresión de incendios y de descontaminación .
Antecedentes de la Invención La WO 01/76764 describe un aparato generador de niebla que usa dos fluidos, principalmente para el uso en supresión de incendios. En la WO'764 se hace pasar un aerosol de gotas de un primer fluido (es decir, gotas de un primer fluido trasportado en un medio gaseoso) a través de varias boquillas de primer fluido hasta una zona de mezclado. Al mismo tiempo, se inyecta una corriente de gas en la zona de mezclado corriente arriba de las boquillas del primer fluido. El gas lleva las gotas del primer fluido a través de una boquilla de salida que rocía la corriente combinada de gotas de primer fluido y segundo fluido desde el aparato. El propósito de la WO '764 es reducir las fuerzas de fricción que actúan en las gotas cuando se rocían en la atmósfera al llevar las gotas fuera de la boquilla en la corriente de gas.
La WO ? 764 sólo usa la corriente de gas para llevar las gotas fuera de la boquilla. El aerosol de las gotas del primer fluido se crea en una ubicación no descrita corriente arriba del aparato de la WO x764, y el aparato mismo no aplica ningún mecanismo para atomizar adicionalmente las gotas del primer fluido en el aerosol . En consecuencia, el aerosol creado corriente arriba del aparato de la WO '764 dicta el tamaño de las gotas rociadas desde el aparato, con el aparato mismo que no tiene efecto en el tamaño de la gota. Una limitación adicional del aparato de la WO '764 es que es difícil lograr una mezcla homogénea de gotas y gas. La primera modalidad descrita en la WO '764 depende de una corriente anular, individual de gas que se coloca radialmente hacia afuera del pasaje y boquillas del primer fluido. Este arreglo hace altamente improbable que se logre una distribución efectiva de las gotas del primer fluido en el gas. Estas limitaciones hacen variaciones impredecibles en el tamaño y la distribución de las gotas muy probablemente con el arreglo mostrado en la WO '764.
Es una finalidad de la presente invención evitar o mitigar estas y otras desventajas de la técnica anterior.
Descripción de la Invención De acuerdo a un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para generar una niebla, que comprende: al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluido de trabajo, y una salida; una primera cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con la salida del conducto de suministro de fluido de trabajo; una pluralidad de' pasajes de fluido de transporte, cada pasaje de fluido de transporte que tiene una entrada adaptada para recibir un suministro de fluido de transporte y una salida en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado; y una boquilla que tiene una entrada en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado, una salida, y una porción de garganta intermedia entre la entrada y salida de la boquilla, la porción de garganta que tiene un área en sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entrada de la boquilla o la salida de la boquilla.
El aparato puede comprender adicionalmente al menos un pasaje de fluido de trabajo intermedio del conducto de suministro de fluido de trabajo y la cámara de mezclado, en donde el pasaje de fluido de trabajo tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro y un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
El aparato tiene un eje longitudinal, y al menos una de las salidas del pasaje de fluido de transporte se puede colocar a una distancia radial más corta del eje longitudinal que la salida del pasaje del fluido de trabajo.
La pluralidad de pasajes del fluido de transporte puede comprender un pasaje interior de fluido de transporte, co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior del fluido de transporte.
El aparato puede comprender una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo y de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del eje longitudinal del aparato.
El aparato puede comprender una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte. Los pasajes de fluido de trabajo pueden estar colocados radialmente entre el pasaje interior del fluido de transporte y los pasajes exteriores de fluido de transporte. De manera alternativa, cada uno de los pasajes de fluido de trabajo puede estar localizado entre un par de los pasajes exteriores de fluido de transporte, por lo que los pasajes de fluido de trabajo y los pasajes exteriores de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del pasaje interior del fluido de transporte.
La pluralidad de pasajes de fluido de trabajo puede comprender pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo, en donde los grupos de pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo están ambos circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte, los pasajes exteriores de fluido de trabajo que son una mayor distancia radial del pasaje interior del fluido de transporte que los pasajes interiores de fluido de trabajo.
Los pasajes de fluido de trabajo y fluido de transporte pueden estar sustancialmente paralelos entre sí.
Al menos un pasaje de fluido de trabajo está sustancialmente paralelo al eje longitudinal del aparato.
El conducto de suministro de fluido de trabajo y el pasaje de fluido de trabajo pueden estar sustancialmente perpendiculares entre sí .
El aparato puede comprender además una segunda cámara de mezclado intermedia del conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde al menos uno de los pasajes de fluido de transporte está en comunicación para fluidos con la segunda cámara de mezclado en tanto que el resto de los pasajes del fluido de transporte están en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado.
El aparato puede comprender además un pasillo de comunicación entre la primera y segunda cámara de mezclado, el pasillo que tiene un área de sección transversal que es menor que aquella de cualquier cámara de mezclado.
De acuerdo a un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para generar una niebla, que comprende: un cuerpo que tiene un primer extremo en el cual se definen una entrada de fluido de trabajo y una entrada de fluido de transporte y un segundo extremo en el cual se define un compartimiento, el compartimiento que tiene un primer extremo en comunicación para fluidos con las entradas de fluido de trabajo y de transporte y un segundo extremo que está abierto; una primera pieza de inserción adaptada para ser recibida dentro del extremo abierto del compartimiento, la primera pieza de inserción que define al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo en comunicación para fluidos con la entrada de fluido de trabajo, y una pluralidad de pasajes de fluido de transporte en comunicación para fluidos con la entrada de fluido de transporte; una segunda pieza de inserción adaptada para ser recibida en el compartimiento entre la primera pieza de inserción y el extremo abierto del compartimiento, en donde la segunda pieza de inserción define una boquilla que tiene una porción de garganta de área reducida en sección transversal, en donde la primera y segunda piezas de inserción definen una primera cámara de mezclado entre las mismas que está intermedia de los pasajes de fluido de trabajo y de transporte y la boquilla; y un miembro fijador adaptado para ser recibido en la segunda pieza de inserción y el segundo extremo del cuerpo para asegurar la primera y segunda piezas de inserción en el compartimiento.
La primera pieza de inserción puede comprender además al menos un pasaje de fluido de trabajo intermedio del conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, el pasaje de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro y que tiene un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
El aparato y la primera pieza de inserción están co-axiales alrededor de un eje longitudinal, y al menos una de las salidas del pasaje del fluido de transporte definida en la primera pieza de inserción se puede colocar a una distancia radial más corta desde el eje longitudinal que la salida del pasaje de fluido de trabajo.
La pluralidad de pasajes con fluido de transporte definidos en la primera pieza de inserción pueden comprender un pasaje interior de fluido de transporte co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
La primera pieza de inserción puede definir una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes del fluido de trabajo y de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del eje longitudinal de la primera pieza de inserción.
La primera pieza de inserción puede definir una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte. Los pasajes de fluido de trabajo pueden estar radialmente colocados entre el pasaje interior de fluido de transporte y los pasajes exteriores de fluido de transporte. De manera alternativa, cada uno de los pasajes de fluido de trabajo puede estar localizado entre un par de los pasajes exteriores de fluido de transporte, por lo que los pasajes de fluido de trabajo y los pasajes exteriores de fluido de transporte se alternan circunferencialmente alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
La pluralidad de pasajes de fluido de trabajo puede comprender pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo, en donde los grupos de pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajó están ambos circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior del fluido de transporte, los pasajes exteriores de fluido de trabajo que están a una mayor distancia radial del pasaje interior del fluido de transporte que los pasajes interiores de fluido de trabajo.
Los pasajes de fluido de trabajo y de fluido de transporte, definidos por la primera pieza de inserción, pueden estar sustancialmente paralelos entre sí.
Al menos un pasaje de fluido de trabajo está sustancialmente paralelo al eje longitudinal de la primera pieza de inserción.
El conducto de suministro del fluido de trabajo y el pasaje de fluido de trabajo pueden estar sustancialmente perpendiculares entre sí.
La primera pieza de inserción puede comprender además una segunda cámara de mezclado intermedia del conducto de suministro del fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde al menos uno de los pasajes de fluido de transporte está en comunicación para fluidos con la segunda cámara de mezclado en tanto que el resto de los pasajes de fluido de transporte están en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado.
El aparato puede comprender además un pasillo de comunicación entre la primera y segunda cámaras de mezclado, el pasillo que tiene un área en sección transversal que es menor que aquella de cualquier cámara de mezclado.
De acuerdo a un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para generar una niebla, que comprende los pasos de : suministrar un fluido de trabajo, presurizado, a al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo; introducir un suministro de fluido de transporte a través de una pluralidad de pasajes de fluido de transporte en una primera cámara de mezclado corriente abajo del conducto de suministro de fluido de trabajo; atomizar el fluido de trabajo al inyectar una corriente de fluido de trabajo desde el conducto de suministro de fluido de trabajo en la primera cámara de mezclado para formar una fase dispersada de gotas de fluido de trabajo; dirigir el fluido de transporte y la fase dispersada de fluido de trabajo desde la primera cámara de mezclado a través de una porción de garganta de boquilla que tiene una área reducida de sección transversal; y rociar el fluido de transporte y la fase dispersada del fluido de trabajo desde una salida de boquilla que tiene una mayor área de sección transversal que la garganta de la boquilla.
La cámara de mezclado tiene un eje longitudinal, y una porción del fluido de transporte se puede introducir en la cámara de mezclado en una posición que es una distancia radial más pequeña desde el eje longitudinal que aquella en la cual se introduce el fluido de trabajo.
Una porción del fluido de transporte se puede introducir en la cámara de mezclado mediante un pasaje interior de fluido de transporte que está co-axial con el eje longitudinal, y el resto del fluido de transporte se puede introducir mediante una pluralidad de pasajes exteriores del fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte .
El fluido de trabajo se puede atomizar al hacer pasar el fluido de trabajo a través de una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo que se alternan de manera circunferencial con la pluralidad de pasajes de fluido de transporte alrededor del eje longitudinal.
El fluido de trabajo se puede atomizar al hacer pasar el fluido de trabajo a través de una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo que están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior del fluido de transporte. Los pasajes de fluido de trabajo pueden estar colocados de manera radial entre el pasaje interior de fluido de transporte y los pasajes exteriores de fluido de transporte. De manera alternativa, cada pasaje de fluido de trabajo puede estar colocado entre un par de pasajes exteriores de fluido de transporte, por lo que los pasajes de fluido de trabajo y los pasajes exteriores de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
De acuerdo a un cuarto aspecto de la presente invención se proporciona un aparato para generar una niebla, que comprende : al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluido de trabajo y una salida; al menos un conducto de suministro de fluido de transporte que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluido de transporte y una salida; una primera cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con las salidas respectivas de los conductos y suministro de fluido de trabajo y de transporte; una segunda cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado; una pluralidad de pasajes de comunicación que conectan la primera y segunda cámaras de mezclado; y una boquilla que tiene una entrada en comunicación para fluidos, con la segunda cámara de mezclado, una salida, y una porción de garganta intermedia de la entrada y salida de la boquilla, la porción de garganta que tiene un área de sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entrada de la boquilla o la salida de la boquilla.
El aparato puede comprender además al menos un pasaje de fluido de trabajo intermedio del conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde el pasaje de fluido de trabajo tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro y un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
Al menos un pasaje de fluido de trabajo y el conducto de suministro de fluido de transporte se comunican con la primera cámara de mezclado desde direcciones sustancialmente opuestas.
La pluralidad de pasajes de comunicación pueden comprender un pasaje interior de comunicación co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de comunicación circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de comunicación.
Una modalidad preferida de la presente invención ahora se describirá, a manera solo de ejemplo, con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La Figura 1 es una sección longitudinal a través de un cuerpo o alojamiento de un aparato generador niebla; Las Figuras 2 (a) - (c) son vistas de un primer extremo, de una sección longitudinal y de un segundo extremo de una primera pieza de inserción de un aparato generador de niebla; La Figura 3 es una sección longitudinal a través de una segunda pieza de inserción de un aparato generador de niebla; La Figura 4 es una sección longitudinal a través de un miembro fijador de un aparato generador de niebla; La Figura 5 es una sección longitudinal a través de una primera modalidad de un aparato generador de niebla que incorpora los componentes mostrados en las Figuras 1-4.
La Figura 6 es una sección longitudinal a través de una segunda modalidad de un aparato generador de niebla; La Figura 7 es una sección longitudinal a través de una tercera modalidad de un aparato generador de niebla; La Figura 8 es una sección longitudinal a través de una cuarta modalidad de un aparato generador de niebla; La Figura 9 es una sección longitudinal a través de una primera pieza de inserción, modificada, de una aparato generador de niebla; y La Figura 10 es una vista esquemática que ilustra un ángulo equivalente de expansión para la boquilla usada en las varias modalidades del aparato generador de niebla.
Un aparato generador de niebla se designa en general 10 y está constituido de cuatro componentes principales, que se ilustran en las Figuras 1-4.
El primer componente como se muestra en la Figura 1 es un cuerpo o alojamiento 20 en general cilindrico que tiene un primero y un segundo extremos 22, 24. Una porción 26 de cuello sobresale longitudinalmente desde el primer extremo 22 del cuerpo 20. En el segundo extremo 24 del cuerpo está un compartimiento 28 que está abierto en el segundo extremo 24 del cuerpo 20 y está adaptado para recibir otros componentes del aparato 10, como se describirá más adelante. Extendiéndose longitudinalmente a través del cuerpo 20 está un primer conducto de suministro, o conducto 30 de suministro de transporte de fluido. El conducto 30 de suministro de transporte fluido tiene una entrada 32 en la porción 26 de cuello, y una salida 34 que se abre en el compartimiento 28. El conducto 30 de suministro de fluido de transporte tiene un perfil divergente, donde el área de sección transversal del conducto 30 se incrementa conforme se extiende a través del cuerpo 20 desde la entrada 32 hacia la salida 34. Un segundo conducto de suministro, o conducto 36 de suministro de fluido de trabajo también se proporciona en el cuerpo 20 se extiende a través de una pared lateral del cuerpo 20. El conducto 36 de suministro de fluido de trabajo tiene una entrada 38 en el exterior del cuerpo 20 y una salida 40 que se abre en el compartimiento 28. De esta manera, los conductos 30, 36 de suministro de fluido de transporte y de trabajo están sustancialmente perpendiculares entre sí. La porción 26 de cuello y/o la entrada 32 se adaptan de modo que se pueden conectar una fuente de fluido de transporte (no mostrada) , en tanto que la entrada 38 de fluido de trabajo se adapta de modo que se pueda conectar una fuente de fluido de trabajo (no mostrada) . El segundo extremo 24 del cuerpo 20 tiene una porción 42 de labio saliente de diámetro exterior reducido, en donde al menos una parte de la superficie exterior de la % porción 42 de labio se proporciona con una rosca (no mostrada) .
Los otros dos componentes que forman parte del aparato son una primera pieza 50 de inserción, o de distribución de fluido y una segunda pieza de 70 de inserción, o boquilla, que se muestran en las Figuras 2 y 3 respectivamente, y se adaptan para estar localizados dentro del compartimiento 28. Con referencia a las Figuras 2(a)-(c) , la primera pieza 50 de inserción es una pieza de inserción, en general cilindrica, que está en forma de I cuando se ve en una sección vertical, como se ve claramente en la Figura 2(b) . En otras palabras, la primera pieza 50 de inserción es más gruesa en su periferia exterior con la porción central de la pieza 50 de inserción que tiene un espesor reducido, en comparación. La pieza 50 de inserción tiene una primera superficie 52 terminal y una segunda superficie 54 terminal, cada una de las cuales se puede ver en las vistas respectivas de las Figuras 2 (a) y 2 (c) . Cada una de las superficies terminales 52, 54 de la pieza 50 de inserción tiene una ranura anular 56, 57 que se extiende alrededor de la circunferencia de la periferia exterior de la pieza 50 de inserción. Localizado en cada una de las ranuras anulares 56, 57 está un sello 58, 59 de anillo tórico.
Debido a que la pieza 50 de inserción tiene una forma I cuando se ve en una sección vertical, la primera y segunda superficies terminales 52, 54 de la pieza 50 de inserción tienen una primera y una segunda cavidades cóncavas 53, 55, respectivamente, formadas en las mismas. Extendiéndose longitudinalmente a través de la pieza 50 de inserción y conectando para fluidos la primera y segunda cavidades 53, 55 está una pluralidad de primeros pasajes, o pasaje 60a, 60b de fluido de transporte. Un primer pasaje 60a interior está localizado en el centro de la pieza 50 de inserción tal que está co-axial con un eje longitudinal L compartido por la pieza 50 de inserción y el aparato 10 montado. Los primeros pasajes 60b exteriores están circunferencialmente espaciados alrededor de, y sustancialmente paralelos con, el primer pasaje 60a interior y el eje longitudinal L.
La pieza 50 de inserción también tiene una superficie 62 circunferencial, exterior en la cual se forma un canal 64. El canal 64 se extiende alrededor de la circunferencia completa de la pieza 50 de inserción. Extendiéndose radialmente hacia adentro a través de la pieza 50 de incursión desde el canal 54 están una pluralidad de conductos 66 de suministro de fluido de trabajo. Los conductos 66 de suministro están sustancialmente perpendiculares a los primeros pasajes 60 y el eje longitudinal L. Los conductos 66 de suministro se extienden radialmente hacia adentro a través de la pieza 50 de inserción en los espacios circunferenciales provistos entre los primeros pasajes 60b exteriores. Los conductos 66 de suministro permiten la comunicación para fluidos entre el canal 64 y una pluralidad de segundos pasajes, o pasajes 68a, 68b de fluido de trabajo, localizados en el extremo radialmente más interior de los conductos 66. Los segundos pasajes se dividen en dos grupos por lo que hay una pluralidad de segundos pasajes 68a interiores y una pluralidad de segundos pasajes 68b exteriores. Cada uno de los segundos pasajes 68a, 68b están sustancialmente paralelos con el eje longitudinal L y los primera pasajes 60a, 60b de fluido y de esta manera sustancialmente perpendiculares a los conductos 66 de suministro. Los segundos pasajes 68a, 68b tiene un diámetro sustancialmente constante que puede ser menor que aquel de los conductos 66 de suministro. Los segundos pasajes 68a, 68b interiores y exteriores están circunferencialmente espaciados alrededor del primer pasaje 60a interior y el eje L, con los segundos pasajes 68b exteriores que están localizados radialmente hacia afuera de los segundos pasajes 68a interiores. Los segundos pasajes 68a, 68b están sustancialmente paralelos al eje longitudinal L, así como los primeros pasajes 60a, 60b.
Las posiciones radiales circunferencial relativas de cada uno de los primeros y segundos pasajes se pueden ver mejor en la Figura 2(c). A partir de la Figura 2(c), se puede ver que los segundos pasajes 68a, 68b están espaciados de manera radial y circunferencial para circundar el primer pasaje 60a interior, en tanto que los primeros pasajes 60b exteriores están espaciados radial y circunferencialmente para circundar los segundos pasajes 68a, 68b.
La segunda pieza 70 de inserción de boquilla se puede ver en la Figura 3. Como con la primera pieza 50 de inserción, la segunda pieza 70 de inserción en general es cilindrica y está co-axial con los componentes restantes del aparato 10. La segunda pieza 70 de inserción tiene una boquilla 72 definida en la misma, la boquilla 72 que tiene una entrada 74 de boquilla, una porción 76 de garganta y una salida 78 de boquilla. La boquilla 72 está co-axial con el eje L, y la porción 76 de garganta intermedia a la entrada 74 de boquilla y la salida 78 de boquilla tiene una área en sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entrada 74 de boquilla o la salida 78 de boquilla. También se puede ver claramente de la Figura 3 que la reducción o incremento subsiguiente en el área de sección transversal a través de la boquilla 72 mantiene una pared externa continuamente variable en la boquilla 72. En otras palabras, la boquilla 72 no incluye ningún cambio de paso súbito en el área de sección transversal, lo que crearía pasos o nichos en la pared de la boquilla que interferirían con el flujo de fluido a través de la misma. Por lo tanto, la boquilla 72 es una boquilla convergente-divergente genuina como se entiende en la técnica puesto que es adecuada para generar a través de la misma un flujo supersónico.
La pieza 70 de inserción de la boquilla tiene un primero y un segundo extremos que tienen una primera superficie terminal 71 y una segunda superficie terminal 73, respectivamente. Una ranura 80 está localizada en la superficie circunferencial exterior de la pieza 70 de inserción adyacente al primer extremo. La ranura 80 se extiende alrededor de la circunferencia completa de la pieza 70 de inserción y un sello 82 de anillo tórico está localizado en la ranura 80. La pieza 70 de inserción de boquilla tiene una porción 75 de diámetro reducido adyacente al segundo extremo. La variación entre el diámetro normal de la pieza 70 de inserción y la porción 75 de diámetro reducido crea una superficie 77 de unión a tope, que da hacia la dirección del segundo extremo de la pieza 70 de inserción .
El componente final del aparato 10 es un miembro fijador 90, que se muestra en la Figura 4. El miembro fijador 90 está preferentemente en la forma de un anillo que tiene una primera superficie lateral 92 y una segunda superficie lateral 94. El miembro fijador 90 tiene un agujero que pasa a través del mismo que se forma de la primera y segunda porciones 96,98. La primera porción 96 de agujero se abre en la primera superficie lateral 92 en tanto que la segunda porción 92 de agujero se abre en la segunda superficie lateral 94. La primera porción 96 de agujero tiene un diámetro mayor que la segunda porción 98 de agujero. La variación en el diámetro entre la primera y segunda porciones 96,98 crea una superficie 100 de unión a tope, que da hacia la dirección de la primera superficie lateral 92 del miembro fijador 90. Al menos una parte de la superficie interna de la primera porción 96 de agujero se proporciona con una rosca (no mostrada) . El segundo extremo 94 del miembro fijador 90 se puede proporcionar con una o más aberturas 102 adaptadas para recibir una herramienta adecuada para asegurar el miembro fijador 90 al resto del aparato 10.
Con referencia ahora a la Figura 5, los varios componentes del aparato 10 como se describe anteriormente se montan de la siguiente manera. Primero, la pieza 50 de inserción de distribución de fluido se desliza en el compartimiento 28 mediante el segundo extremo 24 del cuerpo 20. El diámetro interno del compartimiento 28 y el diámetro externo de la pieza 50 de inserción están colocados tal que se logra un ajuste de sellado cerrado entre la pieza 50 de inserción y el cuerpo 20. Cuando la pieza 50 de inserción se coloca correctamente entre el compartimiento 28, la primera superficie terminal 52 de la pieza de inserción se une a tope a la salida 34 del conducto 30 de suministro de fluido de transporte en el cuerpo 20. Como resultado, la salida 34 del conducto 30 de suministro de fluido de transporte está en comunicación para fluidos con la primera cavidad 53 de la pieza 50 de inserción, y el segundo conducto 36 de suministro de fluido está en comunicación para fluidos con el canal 64 de la pieza 50 de inserción. El sello 58 de anillo tórico proporciona un ajuste de sellado entre la primera pieza 50 de inserción y el cuerpo 20.
Una vez que la primera pieza de inserción está en su posición, la segunda pieza 70 de inserción se puede insertar en el compartimiento 28 mediante el segundo extremo 24 del cuerpo 20. Como con la primera pieza 50 de inserción, el diámetro interno del compartimiento 28 y el diámetro externo de la segunda pieza 70 de inserción están colocados tal que se logra un ajuste de sellado cerrado entre la pieza 70 de inserción y el cuerpo 20. Cuando la segunda pieza 70 de inserción se coloca correctamente dentro del compartimiento 28, la primera superficie terminal 71 de la segunda pieza 70 de inserción se une a tope a la segunda superficie terminal 54 de la primera pieza 50 de inserción. Como resultado, una cámara de mezclado que comparte el eje longitudinal L se define por la entrada 74 de boquilla de la segunda pieza 70 de inserción y la segunda cavidad 55 de la primera pieza 50 de inserción. En consecuencia, el cuerpo 20, la primera pieza 50 de inserción y la segunda pieza 70 de inserción ahora están en comunicación para fluidos entre sí mediante las cavidades, pasajes y conductos descritos anteriormente, definidos dentro de estos compartimientos, como se describirá en detalle adicional más adelante. El segundo de los sellos 59 de anillo tórico localizado en la segunda superficie terminal 54 de la pieza 50 de inserción proporciona un ajuste de sellado entre la primera y segunda piezas 50, 70 de inserción.
Finalmente, una vez que la primera y segunda piezas 50, 70 de inserción estén localizadas en sus posiciones correctas en el compartimiento 28 del cuerpo 20, el miembro fijador 90 se puede colocar sobre el segundo extremo de la segunda pieza 70 de inserción. Las porciones roscadas de labio 42 del cuerpo 20 y la primera superficie lateral 92 del miembro fijador 90 cooperan entre sí de modo que el miembro fijador 90 se puede roscar en su posición por medio de una herramienta (no mostrada) insertada en las aberturas 102 en el miembro fijador 90. El miembro fijador 90 se rosca en el cuerpo 20 hasta que las respectivas superficies 77, 100 de unión a tope de la segunda pieza 70 de inserción y el miembro fijador 90 se topan entre sí. Una vez que ha tomado lugar esto, la primera y segunda piezas 50, 70 de inserción se mantienen firmemente en su posición, intercaladas entre el cuerpo 20 y el miembro fijador 90.
La manera en la cual opera el aparato 10 ahora se puede describir, nuevamente, con referencia particular a la Figura 5. Inicialmente, se introduce un fluido de transporte desde una fuente adecuada (por ejemplo, una botella de gas comprimido) en la entrada 32 de suministro de fluido de transporte. Hay una variedad de fluidos que serían adecuados para el uso como un fluido de transporte, pero en este ejemplo preferido el fluido de transporte es aire. La presión de suministro de fluido de transporte puede estar en el intervalo de 2 a 40 bares, o de manera más preferente en el intervalo de 5 a 20 bares. El fluido de transporte pasa a lo largo del conducto 30 de suministro de fluido de transporte en la dirección de la flecha T en la primera cavidad 53 definida en la primera pieza 50 de inserción. Una vez en la primera cavidad 53, el fluido de transporte se separa en varias rutas de flujo conforme entra a los primeros pasajes 60a, 60b de fluido, interiores y exteriores, provistos en la primera pieza 50 de inserción. Conforme fluye el fluido de transporte, deja que los primeros pasajes 60a, 60b de fluido entren a la cámara de mezclado definida entre la segunda cavidad 55 de la primera pieza 50 de inserción y la entrada 74 de boquilla de la segunda pieza 70 de inserción. Los varios flujos de fluido de transporte se expanden y entran en contacto entre sí en la cámara de mezclado, creando de este modo una zona turbulenta en la cámara de mezclado. El fluido de transporte entra en la cámara de mezclado bajo alta presión pero con una velocidad relativamente baja.
Al mismo tiempo conforme se está introduciendo el fluido de transporte en el conducto 30 de suministro de fluido de transporte, se está introduciendo un fluido de trabajo desde una fuente adecuada a una presión preferida de suministro en el intervalo de 2 a 40 bares, de manera más preferente en el intervalo de 5 a 20 bares. El fluido de trabajo se introduce en el conducto 30 de suministro de fluido de trabajo provisto en el cuerpo 20. Como con el fluido de transporte, el fluido de trabajo puede ser varios fluidos pero en este ejemplo preferido es agua. Conforme el fluido de trabajo pasa a través del conducto 36 de suministro de fluido de trabajo, entra al canal 64 provisto en el exterior de la primera pieza 50 de inserción. El fluido de trabajo entonces puede fluir alrededor de la circunferencia completa de la primera pieza 50 de inserción mediante el canal 64, que está entre el cuerpo 20 y la primera pieza 50 de inserción. Conforme fluye alrededor del canal 64, el fluido del trabajo entra a la pluralidad de conductos 66 de suministro, radiales en la primera pieza 50 de inserción y fluya hacia adentro hacia el eje longitudinal L del aparato. En los extremos interiores de los conductos 66 de suministro, el fluido de trabajo da vuelta alrededor de 90 grados y entra a los segundos pasajes 68a, 68b de fluido, interiores y exteriores. Esta vuelta de 90 grados desestabiliza el fluido de trabajo, incrementa el nivel de turbulencia en el mismo y mejora la atomización del fluido de trabajo en la cámara de mezclado, que se describirá adicionalmente más adelante.
Los fluidos de transporte y de trabajo se pueden suministrar sobre una gran variedad de velocidades de flujo másico. La relación entre las velocidades de flujo másico del fluido de transporte y de trabajo puede variar sobre un intervalo preferido de 20:1 a 1:10.
Una vez que el fluido de trabajo alcanza las salidas de los segundos pasajes 68a, 68b de fluido, se inyecta una corriente de fluido de trabajo desde cada segundo pasaje 68a, 68b en la cámara de mezclado. Conforme las corrientes inyectadas de fluido de trabajo entran en contacto con el gas ambiente en la cámara de mezclado, las fuerzas de fricción entre los dos conducen a la atomización de las corrientes de fluido de trabajo, formando de este modo gotas de fluido de trabajo. La turbulencia generada por el fluido de transporte que entra a la cámara de mezclado asegura que las gotas creadas por esta atomización del fluido de trabajo se esparzan completamente en la cámara de mezclado. Esta es la primera etapa del mecanismo de atomización empleado por la presente invención.
Las etapas restantes del mecanismo de atomización se presentan en la boquilla 72 del aparato 10. Las gotas de fluido de trabajo en la cámara de mezclado se llevan por el fluido de transporte, turbulento, a la entrada 74 de la boquilla. La reducción gradual en el área en sección transversal entre la entrada 74 de la boquilla y la garganta 76 de la boquilla conduce a una aceleración del fluido de transporte a una velocidad muy alta, preferentemente sónica. Esta aceleración del fluido de transporte significa que hay un gradiente de velocidad a través de las gotas del fluido de trabajo en la región convergente de la boquilla (es decir, la región entre la entrada de la boquilla y la garganta de la boquilla) , puesto que la porción de cada gota más cerca a la garganta de la boquilla viajará más rápido que la porción más cerca a la entrada de la boquilla. Esto somete a las gotas de fluido de trabajo a fuerzas de corte y las conduce a estiramiento o alargamiento en la dirección de flujo. Donde las fuerzas de corte exceden las fuerzas de tensión superficial se presenta una atomización adicional conforme se deforman las gotas y se rompen en gotas más pequeñas. Esta acción de corte es la segunda etapa del mecanismo de atomización.
Las gotas de tamaño reducido del fluido de trabajo dejan la garganta 76 de la boquilla a una velocidad muy alta, y posiblemente sónica. Como se describe anteriormente, la salida 78 de la boquilla tiene un área mayor de sección transversal que la garganta 76 de boquilla. En consecuencia, el fluido de transporte de alta velocidad sufre una expansión conforme fluye desde la porción 76 de garganta hacia la salida 78. Esto estira las gotas de fluido de trabajo contenidas en el fluido de transporte y les provoca que se rompan en varias gotas más pequeñas de fluido de trabajo. Este rompimiento de las gotas es la tercera etapa en el mecanismo de atomización empleado por la presente invención .
Finalmente, las gotas se rocían desde la salida 78 de la boquilla en una fase dispersada como una niebla. Dependiendo de las condiciones de operación, el flujo a través de la boquilla 72 puede ser subsónico en la región entre la porción 76 de garganta y la salida 78 de boquilla. De manera alternativa, las condiciones de operación pueden significar que el flujo en esta región puede ser supersónico a lo largo de algo o toda su longitud, con la región supersónica que termina en una onda de choque ya sea entre la porción 76 de garganta y la salida 78 de boquilla, de la salida 78 de boquilla, o externa al aparato 10. En estas condiciones de operación en las cuales se presenta una onda de choque, se puede proporcionar un cuarto mecanismo de ruptura de gotas debido al aumento súbito de presión a través de la onda de choque.
La Figura 10 muestra esquemáticamente como se puede calcular un ángulo equivalente de expansión para la boquilla 72 cuando se conocen las áreas de sección transversal de la garganta y de la salida, y la distancia equivalente de ruta entre la garganta y la salida. El es el radio de un círculo que tiene la misma área en sección transversal como la garganta 76 de boquilla. E2 es el radio de un círculo que tiene la misma área en sección transversal como la salida 78 de boquilla. La distancia d es la distancia de ruta equivalente entre la garganta 76 y la salida 78. Un ángulo ß se calcula al trazar una línea a través de la parte superior de E2 y El que cruza una continuación de la línea d de distancia equivalente. Este ángulo ß se puede medir ya sea de un trazado a escala o se calcula de trigonometría usando los radios El, E2 y la distancia d. El ángulo equivalente de expansión ? para el segundo pasaje de fluido entonces se puede calcular al multiplicar el ángulo ß por un factor de dos, donde ?=2ß.
Para el desempeño óptimo del aparato 10, se ha encontrado que el área de sección transversal en la salida 78 de la boquilla 72 puede ser entre 1.1 y 28 veces mayor que aquel de la porción 76 de garganta, tal que la relación de área entre la garganta 76 y la salida 78 de la boquilla 72 pueda estar entre 1:1.1 y 1:28. El área de sección transversal en la salida 78 de la boquilla 72 puede ser de manera más preferente entre 1.4 y 5.5 veces mayor que aquella de la porción 76 de garganta, tal que la relación de área entre la garganta 76 y la salida 78 de la boquilla 72 está por lo tanto más preferentemente entre 5:7 y 2:11. Este incremento en el área de sección transversal entre la garganta 76 y la salida 78 crea un ángulo incluido equivalente de expansión ? para la boquilla 72 de entre 1 y 40 grados, y un ángulo ? que está de manera más preferente entre 2 y 13 grados.
Los datos de desempeño obtenidos en las pruebas del aparato mostrado en la Figura 5 se presentan en la Tabla 1 posterior. Los resultados se obtuvieron usando un sistema de tamaño de partícula de difracción láser que mide los tamaños de las gotas y realiza el análisis de datos. Los datos se midieron 3m desde la boquilla en el centro de la pluma puesto que esto permitió una buena observación de la partícula con el sistema de medición, pero también representó las características típicas de la pluma para la boquilla. Habiendo determinado los tamaños de gota presentes en la pluma, los datos se analizaron adicionalmente para calcular los Dv90 y Df90, que son los parámetros comunes de medición usados en la industria. El Dv90 es el valor donde 90 por ciento del volumen total del líquido roseado está constituido de gotas con diámetros más pequeños que o iguales a este volumen. El Df90 es el valor donde 90 por ciento del número total de gotas roseadas en diámetros más pequeños que o iguales a este valor.
En este ejemplo de prueba no limitante, el fluido de transporte utilizado fue aire comprimido y el fluido de trabajo utilizado fue agua.
Tabla 1 Las Figuras 6-8 muestran modalidades alternativas de un aparato generador de niebla. Cada una de estas modalidades alternativas utiliza la primera y segunda piezas 50, 70 de inserción y el miembro fijador 90 como se describe ya anteriormente con referencia a las Figuras 2-4. Las características de estos componentes por lo tanto se han asignado con los mismos números de referencia y no se describirán nuevamente en unión con estas modalidades alternativas .
Donde estas modalidades alternativas difieren de la primera modalidad descrita anteriormente es que se proporcionan con una tercera pieza de inserción que va a estar localizada en el compartimiento 28 del cuerpo 20 junto con la primera y segunda pieza 50, 70 de inserción.
En la segunda modalidad del aparato 10' mostrada en la Figura 6, se inserta una tercera pieza 110 de inserción en el compartimiento 28 antes de la inserción de la primera y segunda pieza 50, 70 de inserción. La tercera pieza 110 de inserción es tubular y tiene un diámetro exterior que se selecciona para proporcionar un ajuste de sellado cerrado entre el miembro tubular 110 y la superficie interior del compartimiento 28. Para ayudar con el ajuste de sellado, se proporciona un primer extremo 112 de la tercera pieza 110 de inserción con una primera ranura circunferencial 114 en la cual se localiza un sello 116 de anillo tórico. De esta manera, cuando la tercera pieza 110 de inserción se coloca correctamente en el compartimiento 28, el primer extremo 112 y el sello 116 se unen a tope contra las salidas 34 del conducto 30 de suministro de fluido de transporte. Se proporciona una segunda ranura circunferencial 118 de la superficie exterior de la tercera pieza 110 de inserción adyacente al segundo extremo 113 de la pieza 110 de inserción. Se proporciona un sello 117 adicional de anillo tórico de la segunda ranura 118 para ayudar en el sellado de la superficie exterior de la tercera pieza 110 de inserción a la superficie interior del compartimiento 28.
Se pueden hacer ciertas modificaciones al cuerpo 20 a fin de incorporar la tercera pieza 110 de inserción. La longitud axial del compartimiento 28 se puede incrementar de modo que se pueden colocar tres piezas 50, 70, 110 de inserción, en el mismo. De manera alternativa, la longitud axial de la primera y segunda piezas 50, 70 de inserción se puede reducir a fin de que se puedan acomodar las tres piezas de inserción. Otra modificación que se puede requerir es formar el conducto 36 de suministro de fluido de trabajo en una diferente posición axial en el cuerpo 20. Esto será necesario si la tercera pieza 110 de inserción está localizada corriente arriba de la primera pieza 50 de inserción, puesto que la primera pieza 50 de inserción entonces estará adicionalmente a lo largo del compartimiento 28, que en la primera modalidad. Como se ve en la Figura 6, el conducto 36 de suministro se ha re-colocado de modo que la primera pieza 50 de inserción recibe aún el fluido de trabajo mediante el conducto 36 de suministro y el canal 64.
La segunda modalidad del aparato 10' se monta y opera de una manera sustancialmente similar como la primera modalidad. Sin embargo, la presencia de la tercera pieza 110 de inserción, tubular, entre el conducto 30 de suministro de fluido de transporte y la primera pieza 50 de inserción incrementa de manera efectiva la longitud axial del conducto 30 de suministro de fluido de transporte.
La tercera y cuarta modalidades del aparato 10'', 10''' se muestran en las Figuras 7 y 8. Estas modalidades son variaciones en la segunda modalidad ya que también se proporcionan con piezas de inserción, complementarias. La tercera modalidad mostrada en la Figura 7 tiene una tercera pieza 120 de inserción sustancialmente idéntica a aquella usada en la segunda modalidad. Sin embargo, en la tercera modalidad, la tercera pieza 120 de inserción se coloca en el compartimiento 28 tal que se intercala entre la primera pieza 50 de inserción y la segunda pieza 70 de inserción. Como con la segunda modalidad, la longitud axial del compartimiento 28 en el cuerpo 20 se puede extender para acomodar las tres piezas de inserción. La tercera modalidad se monta y opera sustancialmente de la misma manera como la primera y segunda modalidades, pero la presencia de la tercera pieza 120 de inserción, tubular entre la primera y segunda piezas, 50, 70 de inserción incrementa de forma efectiva la longitud axial de la cámara de mezclado corriente abajo de la primera pieza 50 de inserción.
La cuarta modalidad del aparato 10''' mostrado en la Figura 8 combina de manera efectiva los arreglos usados en la segunda y tercera modalidades del aparato. Esto da por resultado que la tercera y cuarta piezas 130, 140 de inserción se coloquen en el compartimiento 28 corriente arriba y corriente abajo de la primera pieza 50 de inserción, respectivamente. La tercera y cuarta pieza 130, 140 de inserción son tubulares y sustancialmente idénticas a las terceras piezas de inserción usadas en la segunda y tercera modalidades. La única diferencia contemplada entre las piezas de inserción de esta modalidad y las terceras piezas de inserción de las modalidades precedentes es que pueden ser de longitud axial más corta de modo que las cuatro piezas de inserción se ajusten en el compartimiento 28 del cuerpo 20. Nuevamente, el cuerpo 20 se puede modificar para variar la longitud axial del compartimiento 28 y/o la ubicación axial del conducto 36 de suministro de fluido de trabajo y de acuerdo a las posiciones de las piezas de inserción.
La cuarta modalidad se monta y opera sustancialmente de la misma manera como las modalidades precedentes, pero la presencia tanto de la tercera como de la cuarta piezas 130, 140 de inserción, tubulares, en cualquier lado de la primera pieza 50 de inserción incrementa de manera efectiva la longitud axial tanto del conducto 30 de suministro de fluido de transporte como de la cámara de mezclado corriente bajo de la primera pieza 50 de inserción.
Usando esta tercera, o tercera y cuarta, piezas de inserción, complementarias, de longitudes variables, se reduce la complejidad de producción del aparato. Por ejemplo, se pueden instalar diferentes tamaños y longitudes de boquilla, o primera pieza de inserción, en el cuerpo del aparato junto con una o más piezas de inserción, complementarias, sin la necesidad de modificar la longitud del cuerpo o del miembro fijador, o de cambiar la tubería que las conecta a una fuente de fluido de trabajo. Adicionalmente, el cambio de la longitud axial de las cámaras de mezclado puede alterar la turbulencia en esas regiones y alterar la primera etapa del mecanismo de atomización empleado por la presente invención.
La Figura 9 muestra una vista de sección de una primera pieza 150 de inserción, modificada, que se puede utilizar en cualquiera de las modalidades precedentes del aparato generador de niebla. La configuración básica de la primera pieza 150 de inserción, modificada, es sustancialmente la misma como la primera pieza 50 de inserción de la Figura 2, con la primera y segunda cavidades 53, 55 que están conectadas para fluidos entre sí por una pluralidad de primeros pasajes, o pasajes 60a, 60b de fluido de transporte. Un primer pasaje 60a interior está localizado en el centro de la pieza 150 de inserción, modificada, tal que está co-axial con un eje longitudinal L compartido por la pieza 150 de inserción y el aparato montado en el cual estará localizado. Los primeros pasajes 60b exteriores están circunferencialmente espaciados alrededor de, y sustancialmente paralelos con, el primer pasaje 60a interior y el eje longitudinal L.
La pieza 150 de inserción, modificada, tiene también una superficie circunferencial exterior 62 en la cual se forma un canal 64. El canal 64 se extiende alrededor de la circunferencia completa de la pieza 50 de inserción. Extendiéndose radialmente hacia adentro a través de la pieza 50 de inserción desde el canal 64 está en una pluralidad de conducto 66 de suministro de fluido de trabajo. Los conductos 66 de suministro están sustancialmente perpendiculares a los primeros pasajes 60a, 60b y el eje longitudinal L. Los conductos 66 de suministro se extienden radialmente hacia a través de la pieza 50 de inserción en los espacios circunferenciales provistos entre los primeros pasajes 60b exteriores. Donde la pieza 150 de inserción, modificada, difiere de la primera pieza de inserción, original, es que los segundos pasajes o pasajes de fluido de trabajo, se han reemplazado con una tercera cavidad 170 central. La tercera cavidad 170 está co-axial con el eje longitudinal L y el primer pasaje 60a interior. La tercera cavidad 170 se forma tal que está en comunicación para fluidos con el primer pasaje 60a interior, cada uno de los conductos 66 de suministro y la segunda cavidad 55. La tercera cavidad 170 tiene un diámetro interno -que es mayor que aquel del primer pasaje 60a interior pero más pequeño que aquel de la segunda cavidad 55. Un labio 172 circunferencial sobresale radialmente hacia adentro desde la pared de la tercera cavidad 170 en el punto donde la tercera cavidad se abre a la segunda cavidad 55.
Un tapón 152 sustancialmente circular se proporciona para la inserción en la tercera cavidad 170 desde la segunda cavidad 55. El tapón 152 tiene un cuerpo 153 de tapón cuyo diámetro externo es mayor que el diámetro interno del labio 172. Por lo tanto, cuando el tapón 152 se inserta en la tercera cavidad 170, el cuerpo 153 de tapón empuja más allá del labio 172 y hay un ajuste a presión entre el cuerpo 153 de tapón y el labio 172. El labio 172 impide de esta manera que el tapón 152 salga de la cavidad 170. Una porción 154 de pestaña sobresale radialmente hacia afuera desde el cuerpo 153 de tapón. La porción 154 de pestaña tiene un diámetro más grande que el diámetro interno de la tercera cavidad 170 para limitar el grado al cual el tapón 152 puede entrar a la tercera cavidad 170.
Un pasaje central se extiende longitudinalmente a través del tapón 152. El pasaje central comprende una porción 160a de diámetro grande y una porción 160b de diámetro pequeño. Cuando el tapón 152 está en su posición dentro de la pieza 150 de inserción, modificada, la tercera cavidad 170 y la porción 160a de diámetro grande del pasaje central definen una cámara 151 de mezclado de primera etapa. La cámara 151 de mezclado de primera etapa recibirá fluido de transporte desde el primer pasaje 60a interior y fluido de trabajo desde los conductos 66 de suministro. La porción 160b de diámetro pequeño del pasaje central permite que los fluidos de transporte y de trabajo recibidos por la cámara 151 de mezclado de primera etapa pasen a la cámara de mezclado principal parcialmente definida por la segunda cavidad 55.
El fluido de transporte que pasa desde el primer pasaje 60a interior de diámetro relativamente pequeño en la cámara 151 de mezclado de primera etapa de diámetro más grande se expandirá y creará un flujo turbulento dentro de la cámara de mezclado de primera etapa. El fluido de trabajo que entra a la cámara 151 de mezclado de primera etapa encontrará esa turbulencia y las fuerzas de fricción generadas entre los dos fluidos conducirán a la atomización de al menos algo del fluido de trabajo. El flujo de los fluidos de transporte de trabajo entonces pasará a través de la porción 160a de diámetro pequeño del pasaje central en la cámara de mezclado principal corriente abajo. De esta manera, la primera pieza 150 de inserción, modificada, proporciona una etapa inicial de mezclado para el fluido de transporte y el fluido de trabajo antes de la etapa principal de mezclado que toma lugar corriente abajo de la primera pieza de inserción, como se describe anteriormente. Esta etapa inicial de mezclado mejora los mecanismos de atomización que se presentan corriente arriba de la boquilla al proporcionar un proceso de atomización, inicial de dos etapas de mezclado turbulento y ruptura de gotas.
La provisión de una pluralidad de pasajes de fluido de transporte permite la formación de varias rutas separadas de flujo de fluido de transporte hacia la cámara de mezclado. Cuando estos varios flujos de fluidos de transporte entran en contacto entre sí en la cámara de mezclado, se crea una mayor cantidad de turbulencia en la cámara de mezclado. La turbulencia mejorada asegura que las gotas atomizadas se distribuyen uniformemente a todo lo largo de la cámara de mezclado. Adicionalmente , los altos niveles de turbulencia significan que si las gotas colisionan entre sí, o con una superficie, serán altos los esfuerzos internos generados, tal que van a exceder más probablemente las fuerzas de tensión superficial. Esto significa que las colisiones son más probables que provoquen ruptura de gotas en lugar de coalescencia . El arreglo de los varios pasajes de modo que las salidas de fluido de transporte circunden las salidas de fluido de trabajo, ya sea en la dirección radial o circunferencial, logra una distribución más homogénea de gotas en la cámara de mezclado y en la sección de expansión (es decir, porción posgarganta) de la boquilla. Esto asegura que la tercera etapa (de expansión) del proceso de atomización es tan efectiva como sea posible.
Cuando está presente, una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo permite que se atomice una mayor velocidad de flujo del fluido de trabajo.
La colocación de las salidas del pasaje de fluido de trabajo hacia el exterior de la cámara de mezclado puede mejorar la atomización al optimizar un mecanismo de remoción de pared. Con la remoción de pared, una película de fluido de trabajo que se une por sí misma a la superficie interior de la cámara de mezclado se atomizará gradualmente conforme el flujo de fluido de transporte remueva las gotas de la película de fluido de trabajo. La provisión de una cámara más larga de mezclado, como en el caso de la tercera modalidad que usa una tercera pieza de inserción, puede mejorar el proceso de remoción de pared, puesto que se incrementa el área superficial sobre la cual se extiende la película de fluido de trabajo.
El conducto de suministro de fluido de transporte, los pasajes de fluido de transporte y el pasaje de boquilla son relativamente anchos y tienen en los mismos restricciones mínimas. Como resultado, se puede usar un fluido cargado de partículas como el fluido de transporte sin ningún perjuicio que los pasajes pertinentes se llegarán a bloquear por la materia en partículas contenida en el fluido de transporte.
Al formar el aparato a partir de un número pequeño de componentes, la presente invención proporciona un proceso simplificado de producción. Los componentes individuales en sí mismos son de una complejidad reducida en comparación con el aparato existente, que es ventajoso en términos de costos de producción. Adicionalmente, puesto que las piezas de inserción se adaptan al cuerpo y se mantienen en su lugar por el miembro fijador, se pueden reducir las tolerancias de maquinado requeridas cuando se producen los componentes .
Los primeros pasajes exteriores de fluido no necesitan estar paralelos al eje longitudinal L. En cambio, los primeros pasajes exteriores de fluido pueden poner en un ángulo con relación al eje longitudinal L. En otras palabras, la entrada y salida de cada primer pasaje exterior de fluido puede estar en diferentes posiciones radiales con relación al eje L. Adicionalmente, los primeros pasajes de fluido no necesitan ser de diámetro sustancialmente constante. Los primeros pasajes de fluido pueden tener una porción que es de diámetro reducido y/o una porción que es de diámetro incrementado. Así como una sección transversal en general en forma de lágrima, los primeros pasajes de fluido pueden tener de manera alternativa una sección transversal sustancialmente circular, o pueden tener una sección transversal elíptica.
Puede haber más de dos conjuntos de primeros pasajes de fluido. Por ejemplo, un tercer conjunto de primeros pasajes de fluido puede extenderse circunferencialmente alrededor de los primeros pasajes interiores y exteriores de fluido, a una mayor distancia radial desde el eje L que aquellos primeros pasajes interiores y exteriores de fluido.
En tanto que es preferible, los segundos pasajes de fluido no necesitan estar localizados radialmente entre los primeros pasajes interiores y exteriores de fluido. Los segundos pasajes de fluido pueden estar localizados radialmente y circunferencialmente de modo que estén entre pares de primeros pasajes exteriores de fluido, de modo que los segundos pasajes de fluido y los primeros pasajes exteriores de fluido alternen en la dirección circunferencial alrededor del eje longitudinal L. En otras palabras, las salidas de los segundos pasajes de fluido están circundadas en la dirección circunferencial por las salidas de los primeros pasajes de fluido.
Los segundos pasajes de fluido también pueden estar conectados para fluidos con los primeros pasajes exteriores de fluido en la primera pieza de inserción tal que la atomización comienza dentro de los segundos pasajes de fluido corriente arriba de la cámara de mezclado.
Cada uno de los segundos pasajes de fluido puede incluir el mismo un componente de generación de turbulencia. El componente puede tomar la forma de un borde ahusado dentro del pasaje, a manera de ejemplo.
Los segundos pasajes de fluido no necesitan estar paralelos al eje longitudinal L. En cambio los segundos pasajes de fluido pueden estar en ángulo con relación al eje longitudinal L. En otras palabras, la entrada y salida de cada segundo pasaje de fluido puede estar en diferentes posiciones radiales con relación al eje L. Adicionalmente, los segundos pasajes de fluido no necesitan ser de diámetro sustancialmente constante. Los segundos pasajes, de fluido pueden tener una porción que es de diámetro reducido y/o una porción que es de diámetro incrementado. Los segundos pasajes de fluido pueden tener una sección transversal sustancialmente circular, o de manera alternativa, pueden tener una sección transversal elíptica.
Puede haber más de dos conjuntos de segundos pasajes de fluido. Por ejemplo, un tercer conjunto de segundos pasajes de fluido puede extenderse de manera circunferencial alrededor de los conjuntos interiores y exteriores de segundos pasajes de fluido, a una mayor distancia radial desde el eje L que los conjuntos interiores y exteriores de segundos pasajes de fluido.
Aunque las modalidades preferidas del aparato descrito anteriormente tienen solo una entrada de fluido de trabajos, en el cuerpo, puede haber una pluralidad de entradas de fluido de trabajo circunferencialmente espaciadas alrededor de la pared lateral del cuerpo. Cada una de las entradas de fluido de trabajo puede estar en comunicación para fluidos con el canal que se extiende alrededor de la circunferencia de la primera pieza de inserción.
El tapón utilizado en la primera pieza de inserción, modificada, mostrada en la Figura 9 se puede proporcionar con una pluralidad de pasajes complementarios que conectan la cámara de mezclado de primera etapa y la segunda cavidad. Estos pasajes complementarios pueden estar circunferencialmente espaciados alrededor de la porción de diámetro pequeño del pasaje central. Los pasajes complementarios pueden estar en más de una posición radial con relación al diámetro de diámetro pequeño del pasaje central .
En las modalidades que emplean, la tercera, o la tercera y cuarta, piezas de inserción, se pueden suministrar varios conductos de suministro de fluido de trabajo en varias posiciones a lo largo del cuerpo. Estos conductos de suministro pueden estar tapados o conectados al suministro de fluido de trabajo como sea necesario, dependiendo de la ubicación axial a lo largo de la cámara de la primera inserción debido a la presencia de estas piezas de inserción complementarias. De manera alternativa, las primeras y segundas piezas de inserción se pueden formar tal que el canal de suministro circunferencial de cada pieza de inserción se extienda longitudinalmente de forma continua sobre la porción frontal de la primera pieza de inserción así como una porción de la tercera pieza de inserción. Esto significa que se puede proporcionar un conducto individual de suministro de fluido de trabajo, en el cuerpo, pero que este conducto aún puede proporcionar fluido de trabajo a la primera pieza de inserción cuando se separa de manera axial del conducto por la presencia de la tercera pieza de inserción .
Una modificación adicional al aparato será voltear la primera pieza de inserción, tal que los segundos pasajes de fluido den hacia arriba hacia el suministro del fluido de transporte. En este caso, el fluido de trabajo y el fluido de transporte que fluyen en direcciones opuestas entrarán en contacto entre sí en una cámara de mezclado definida entre el cuerpo y la primera pieza de inserción. El fluido de trabajo se atomizará en la cámara de mezclado y luego el fluido de transporte llevará el fluido de trabajo dispersado corriente abajo de la boquilla por medio, de los primeros pasajes de fluido a la primera pieza de inserción. La tercera pieza de inserción, tubular, también puede estar desplegada entre el cuerpo y la primera pieza de inserción, en esta versión modificada del aparato, incrementado de este modo el tamaño de la cámara de mezclado definida entre el cuerpo y la primera pieza de inserción. La extensión de la cámara de mezclado de esta manera puede mejorar en la misma el mezclado turbulento.
En su forma más simple, el aparato de la presente invención comprende una pluralidad de pasajes de fluido de transporte y al menos un pasaje de fluido de trabajo que se abren en una cámara de mezclado y una boquilla corriente abajo, de la cámara de mezclado. Este arreglo solo puede proporcionar uno o más de los beneficios listados en otra parte de esta especificación. Por lo tanto, en tanto que la descripción de la modalidad preferida de la presente invención, anterior, describe varios grupos de pasajes y sus posiciones radiales y circunferenciales preferidas con relación uno al otro se debe entender que estas combinaciones no son esenciales para la operación exitosa de la invención. En tanto que la modalidad preferida de la presente invención, descrita anteriormente, comprende una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, la presente invención no se limita a varios pasajes de fluido de trabajo. La presente invención proporcionará una o más de las ventajas listadas en la presente en tanto que tiene uno o más pasajes de fluido de trabajo. Adicionalmente, en tanto que la modalidad preferida tiene un pasaje interior de fluido de transporte que está co-axial con el eje longitudinal L, la presente invención no se limita a la inclusión de este pasaje interior de fluido de transporte. La presente invención también será efectiva con pasajes de fluido de transporte que están solo circunferencialmente espaciados alrededor del eje longitudinal L.
Como se señala ya en la descripción detallada de la presente invención, el fluido de transporte no se limita a aire. Otros ejemplos de fluidos adecuados son nitrógeno, helio y vapor. De manera similar, el agua no es el único fluido adecuado de trabajo que se puede usar con la invención. También son adecuados, para el uso como el fluido de trabajo, otros fluidos que incluyen aditivos tal como descontaminantes, agentes tensioactivos o supresores .
Estas y otras modificaciones y mejoras se pueden incorporan sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (30)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para generar una niebla, caracterizado porque comprende: al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluido de trabajo y una salida; una primera cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con la salida del conducto de suministro de fluido de trabajo; una pluralidad de pasajes de fluido de transporte, cada pasajes de fluido de transporte que tiene una entrada adaptada para recibir un suministro de fluido de transporte y una salida en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado; y una boquilla que tiene una entrada en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado, una salida, y una porción de garganta intermedia entre la entrada de boquilla y la salida de boquilla, la porción de garganta que tiene un área de sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entrada de boquilla o la salida de boquilla.
2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende al menos un pasaje de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro de fluido de trabajo y una salida en comunicación para fluidos con la cámara de mezclado, en donde el pasaje de fluido de trabajo tiene un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
3. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el aparato tiene un eje longitudinal y al menos una de las salidas de pasaje de fluido de transporte se coloca a una distancia radial más corta desde el eje longitudinal que la salida del pasaje de fluido de trabajo.
. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la pluralidad de pasajes de fluido de transporte comprende un pasaje interior de fluido de transporte co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
5. El aparato de conformidad con ya sea la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque además comprende una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo y de fluido de transporte se alternan circunferencialmente alrededor del eje longitudinal del aparato.
6. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque además comprende una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte .
7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los pasajes de fluido de trabajo están radialmente colocados entre el pasaje interior de fluido de transporte y los pasajes exteriores del fluido de transporte.
8. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque cada uno de los pasajes de fluido de trabajo está localizado entre un par de los pasajes exteriores de fluido de transporte, por lo que los pasajes de fluido de trabajo y los pasajes exteriores de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del pasaje interior del fluido de transporte.
9. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la pluralidad de pasajes de fluido de trabajo comprenden pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo, en donde los grupos de pasajes interiores y exteriores del fluido de trabajo están ambos circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte, los pasajes exteriores de fluido de trabajo que están a una mayor distancia radial del pasaje interior del fluido de transporte que los pasajes interiores de fluido de trabajo.
10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende una segunda cámara de mezclado intermedia del conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde al menos uno de los pasajes de fluido de transporte está en comunicación para fluidos con la segunda cámara de mezclado en tanto que el resto de los pasajes de fluido de transporte están en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado.
11. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque además comprende un pasillo de comunicación entre la primera y segunda cámaras de mezclado, el pasillo que tiene un área de sección transversal que es menor que aquella de cualquier cámara de mezclado.
12. Un aparato para generar una niebla, caracterizado porque comprende: un cuerpo que tiene un primer extremo en el cual se define una entrada de fluido de trabajo y una entrada de fluido de transporte y un segundo extremo en el cual se define un compartimiento, el compartimiento que tiene un primer extremo en comunicación para fluidos con las entradas de fluido de trabajo y de transporte y un segundo extremo que está abierto; una primera pieza de inserción adaptada para ser recibida dentro del extremo abierto del compartimiento, la primera pieza de inserción que define al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo en comunicación para fluidos con la entrada de fluido de trabajo, y una pluralidad de pasajes de fluido de transporte en comunicación para fluidos con la entrada del fluido de transporte ; una segunda pieza de inserción adaptada para ser recibida en el compartimiento entre la primera pieza de inserción y el extremo abierto del compartimiento, en donde la segunda pieza de inserción define una boquilla que tiene una porción de garganta de área reducida en la sección transversal, y en donde la primera y segunda pieza de inserción definen una primera cámara de mezclado entre ellas que está intermedia a los pasajes de fluido de trabajo y de transporte y la boquilla; y un miembro fijador adaptado para ser recibido a la segunda pieza de inserción y el segundo extremo del cuerpo para asegurar la primera y segunda piezas de inserción en el compartimiento.
13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la primera pieza de inserción comprende además al menos un pasaje de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro de fluido de trabajo y una salida en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado, en donde el pasaje de fluido de trabajo tiene un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el aparato y la primera pieza de inserción están co-axiales alrededor de un eje longitudinal y al menos una de las salidas del pasaje de fluido de transporte definidas en la primera pieza de inserción se coloca a una distancia radial más corta del eje longitudinal que la salida del pasaje de fluido de trabajo.
15. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la pluralidad de pasajes de fluido de transporte definida en la primera pieza de inserción comprende un pasaje interior de fluido de transporte co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior del fluido de transporte.
16. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la primera pieza de inserción define una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo y de fluido de transporte se alternan de manera circunferencial alrededor del eje longitudinal de la primera pieza de inserción.
17. El aparato de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la primera pieza de inserción define una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo, en donde los pasajes de fluido de trabajo están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque los pasajes de fluido de trabajo están radialmente colocados entre el pasaje interior de fluido de transporte y los pasajes exteriores de fluido de transporte.
19. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la pluralidad de pasajes de fluido de trabajo comprende pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo, en donde los grupos de pasajes interiores y exteriores de fluido de trabajo están ambos circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte, los pasajes exteriores de fluido de trabajo que están a una distancia radial más grande del pasaje interior del fluido de transporte que los pasajes interiores de fluido de trabajo.
20. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la primera inserción comprende además una segunda cámara de mezclado intermedia al conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde al menos uno de los pasajes de fluido de transporte está en comunicación para fluidos con la segunda cámara de mezclado en tanto que el resto de los pasajes de fluido de transporte están en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado.
21. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque además comprende un pasillo de comunicación entre la primera y la segunda cámaras de mezclado, el pasillo que tiene un área en sección transversal que es menor que aquella de cualquier cámara de mezclado .
22. Un método para generar una niebla, caracterizado porque comprende los pasos de: suministrar un fluido presurizado de trabajo a al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo; introducir un suministro de fluido de transporte a través de una pluralidad de pasajes de fluido de transporte en una primera cámara de mezclado corriente abajo del conducto de suministro de fluido de trabajo; atomizar el fluido de trabajo al inyectar una corriente de fluido de trabajo desde el conducto de suministro de fluido de trabajo en la primera cámara de mezclado para formar una fase dispersada de gotas de fluido de trabajo; dirigir el fluido de transporte y la fase dispersada de fluido de trabajo desde la primera cámara de mezclado a través de una porción de garganta de boquilla que tiene un área reducida en sección transversal; y rociar el fluido de transporte y la fase dispersada de fluido de trabajo desde una salida de boquilla que tiene un área mayor de sección transversal que la garganta de boquilla.
23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la cámara de mezclado tiene un eje longitudinal, y una porción del fluido de transporte se introduce a la cámara de mezclado en una posición que es una distancia radial más pequeña desde el eje longitudinal que aquella en la cual se introduce el fluido de trabajo.
24. El método de conformidad con ya sea la reivindicación 22 o reivindicación 23, caracterizado porque se introduce una porción de fluido de transporte en la cámara de mezclado mediante un pasaje interior de fluido de transporte que está co-axial con el eje longitudinal, y el resto del fluido de transporte se introduce mediante una pluralidad de pasajes exteriores de fluido de transporte circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
25. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el fluido de trabajo se atomiza al hacer pasar el fluido de trabajo a través de una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo que se alternan de manera circunferencial con la pluralidad de pasajes de fluido de transporte alrededor del eje longitudinal .
26. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el fluido de trabajo se atomiza al hacer pasar el fluido de trabajo a través de una pluralidad de pasajes de fluido de trabajo que están circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de fluido de transporte.
27. Un aparato para generar una niebla, caracterizado porque comprende: al menos un conducto de suministro de fluido de trabajo que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluido de trabajo y una salida; al menos un conducto de suministro de fluido de transporte que tiene una entrada en comunicación para fluidos con un suministro de fluidos de transporte y una salida; una primera cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con las salidas respectivas de los conductos de suministro de fluido de trabajo y de transporte ; una segunda cámara de mezclado que está en comunicación para fluidos con la primera cámara de mezclado; una pluralidad de pasajes de comunicación que conectan la primera y segunda cámaras de mezclado; y una boquilla que tiene una entrada en comunicación para fluidos con la segunda cámara de mezclado, una salida, y una porción de garganta intermedia de la entrada y salida de la boquilla, la porción de garganta que tiene un área en sección transversal que es menor que aquella de ya sea la entradas de la boquilla o la salida de la boquilla.
28. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque además comprende al menos un pasaje de fluido de trabajo intermedio del conducto de suministro de fluido de trabajo y la primera cámara de mezclado, en donde el pasaje de fluido de trabajo tiene una entrada en comunicación para fluidos con el conducto de suministro y un diámetro que es menor que aquel del conducto de suministro.
29. El aparato de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque al menos un pasaje de fluido de trabajo y el conducto de suministro de fluido de transporte se comunican con la primera cámara de mezclado desde direcciones sustancialmente opuestas.
30. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizado porque tiene un eje longitudinal y en donde la pluralidad de pasajes de comunicación comprenden un pasaje interior de comunicación co-axial con el eje longitudinal, y una pluralidad de pasajes exteriores de comunicación circunferencialmente espaciados alrededor del pasaje interior de comunicación.
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