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Flüssigkeitszerstäuber Zur Zerstäubung von Flüssigkeiten sind bereits
rotierende Einrichtungen bekanntgeworden, die zum Teil Zerstäuberarme und zum Teil
Rotationskörper (Zerstäubertrommeln) verwenden, wobei den Austrittsöffnungen die
Flüssigkeit von der Achse her zugeführt wird. Neben Zerstäubern mit kegeligen Flüssigkeitsstrahlen
sind auch Flachstrahler bekannt, die mit düsenähnlichen Schlitzen versehen sind
und eine Zerstäubungsfläche erzeugen. Diese Zerstäubungsfläche liegt entweder in
der Rotationsebene der Zerstäuber oder auch in einem gewissen Winkel dazu, so daß
sie einen Teil eines Kegelmantels bildet.
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Bei den bekannten Zerstäubungseinrichtungen lassen sich jedoch nur
relativ geringe Flüssigkeitsmengen zerstäuben, da die Tröpfchengröße nicht unter
einen bestimmten Wert gesenkt werden kann und bei dem Versuch, größere Flüssigkeitsmengen
zu verarbeiten, starke Zusammenballungen der einzelnen Tröpfchen auftreten.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die es im Gegensatz zu bekannten
Einricbtungen ermöglicht, große Flüssigkeitsmengen in verhältnismäßig kurzer Zeit
mit geringem Aufwand und besonders wirtschaftlich zu zerstäuben. Infolge ihres Aufbaues
ist die neue Einrichtung vor allem zur Zerstäubung von mineralhaltigem Wasser zur
Aerosoltherapie und zum Schutz gegen Nachtfröste durch Bodenausstrahlung geeignet.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitszerstäuber mit einem
motorisch angetriebenen Schleuderrad, entlang dessen Außenumfang gleichmäßig verteilt
Düsen angeordnet sind, denen die Flüssigkeit durch das Innere des Schleuderrades
von dessen Drehachsen her zugeführt wird. Gemäß der Erfindung sind die Düsen Flachstrahldüsen,
vorzugsweise Flachstrahldüsen mit Selbstreinigung, mit quer zur Schleuder radebene
gerichteter Zerstäubungsfiäche.
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Dank den quer zur Schleuderradebene stehenden Zerstäubungsflächen
durchdringen sich diese außerhalb des Schleuderrades nicht, so daß Zusammenballungen
von einzelnen Tröpfchen vermieden werden.
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Außerdem arbeitet der Zerstäuber nach der Erfindung normalerweise
mit einer Tröpfchengröße von nur 20 pL.
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Damit ist eine besonders homogene und feine Verteilung der Flüssigkeit
erzielbar.
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Eine Tröpfchengröße von 20 genügt in vielen Fällen. Bei der Aerosoltherapie
werden jedoch besonders feine Tröpfchen benötigt, die kleiner sein müssen als etwa
3 >. Auch solche Tröpfchen lassen sich durch die Einrichtung nach der Erfindung
ohne weiteres erzeugen. Auch zum Erzeugen eines Nebels zum Schutz gegen Nachtfros.t
durch Boden ausstrahlung wird man bemüht sein, möglichst feine Tröpfchen zu erhalten.
Der Nebel wird um so besser und hält um so länger, je feiner die Tröpfchen sind.
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Fig. 1 zeigt ein teilweise im Schnitt dargestelltes Ausführungsbeispiel
des Gegenstandes nach der Erfindung. Auf der Welle eines senkrecht angeordneten
Motors 1 sitzt ein Düsenkörper 2. Die Flüssigkeit wird durch eine durch die Achse
des Motors gehende Bohrung bei 3 zugeführt und tritt zerstäubt in Form eines feinen
Nebels an den Düsen 4 aus. Wird Wasser zerstäubt, so kann die Einrichtung an das
normale Wassernetz angeschlossen werden Als Motor wird vorteilhaft ein elektrischer
Motor verwendet. Der Durchmesser des Düsenkörpers 2 und die Geschwindigkeit, mit
der beim Zerstäuben gearbeitet wird, sowie die Austrittsöffnungen der Düsen werden
so groß gewählt, daß Wassertröpfchen von höchstens etwa 2011 gebildet werden. Es
wird eine um so bessere Wirkung erzielt, je kleiner die Tröpfchen sind. Der Druck,
mit dem die Flüssigkeit durch die Düsen getrieben wird, wird hauptanteilig durch
die Fliehkraft erzeugt, restlich durch den Druck, mit dem die Flüssigkeit zugeführt
wird. Versuche haben ergeben, daß zur Bildung von Tröpfchen von höchstens etwa 20
Ec ein Druck von mehr als 20 atü erreicht werden muß.
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Dies erfordert eine Umfangsgeschwindigkeit des Düsenkörpers von mindestens
60 m,lSekunde. Für kleinere Tröpfchen wird man entsprechend höhere Werte wählen.
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Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Düsenkörpers 2 von oben. An dem Ende
der gestrichelten Linie befinden sich die Düsen 4, von denen jedoch nur eine in
dem als Schnitt dargestellten Teil der Figur zu sehen ist.
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Die Flüssigkeit wird durch den Kanal 9 von der Achse des Düsenkörpers
her zugeführt.
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Besonders wichtig sind Ausbildung und Anordnung der am Umfang des
Düsenkörpers verteilten Düsen.
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Erfindungsgemäß werden die Düsen so ausgebildet und angeordnet, daß
die Abschleuderung der zerstäubten
Flüssi,gkeitströpfchen in einer
Vielzahl von außerhalb des Düsenkörpers sich nicht durchdringenden Zerstäubungsflächen
erfolgt. Würde die Abschleuderung beispielsweise in Zerstäubungskegeln erfolgen,
wie dies bei den üblichen bekannten Düsen, z. B. bei den Dralldüsen, der Fall ist,
so würden die Flüssiglçeitströpfchen benachbarter Düsen sich bereits in geringer
Entfernung von den Düsen entsprechend dem Üffnungswinkel ihrer Kegel treffen. Die
Flüssigkeitströpfchen würden sich dabei zu dickeren Tröpfchen zusammenballen. Infolge
ihrer größeren Masse würden sie schnell nach unten sinken, so daß die Zerstäubungswirkung
der Düsen wieder zunichte gemacht und kaum eine Nebelwirkung erzielt werden würde.
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Diese Nachteile sind bei der Einrichtung nach der Erfindung durch
die flächenförmige Abschleuderung der Flüssigkeitströpfchen in Verbindung mit der
besonderen Anordnung der Zerstäubungsflächen vermieden. Schräg zur Drehachse des
Düsenkörpers verlaufende Zerstäubungsflächen haben im Gegensatz zu parallel verlaufenden
den Vorteil, daß das durch die Erdschwere bedingte Absinken der Flüssigkeitsteilchen
nicht innerhalb der Ebenen verläuft, sondern schräg dazu in Richtung der Erde erfolgt.
Die Gefahr einer Zusammenballung ist dadurch noch weiter vermindert. Bei einer gleichmäßigen
Verteilung der Düsen am Rand des Düsenkörpers nimmt der Abstand der Flächen mit
wachsender Entfernung vom Düsenkörper zu. In der Nähe der Düsen ist die Dicke der
zerstäubten Schichten zunächst gering. Die Ausbreitung erfolgt hier noch maßgeblich
durch den Ausströmdruckt Gleichzeitig wird durch die Ausströmung eine kräftige Luftbewegung
erzeugt, die die Flüssigkeitströpfchen weiter fortträgt, als ihrem Luftwiderstand
und ihrer kinetischen Energie entsprechen würde. Infolgedessen verbreitert sich
die Dicke der zerstäubten Schichten immer mehr. In einem bestimmten Abstand vom
Düsenkörper ergibt sich schließlich eine gleichmäßig von feinsten Flüssigkeitströpfchen
durchsetzte Luft.
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Die flächenförmige Abschleuderung der zerstäubten Flüssigkeit bei
der Einrichtung nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise erreicht werden.
Eine Älöglichkeit besteht darin, einen dünnen Flüssigkeitsstrahl aus einer Düse
mit genügender Geschwindigkeit schräg auf eine Prallfläche zu leiten. Die dabei
entstehenden Flüssigkeitströpfchen spritzen fächerförmig in einer Fläche ab. Eine
weitere BfIöglichkeit besteht darin, zwei gleich starke Flüssigkeitsstrahlen aus
einer Düse zu kreuzen. Eine vorteilhafte Wirkung ergibt sich, wenn die Flüssigkeitsstrahlen
sich unter einen Winkel von 60 bis 900 treffen. Die Ausbreitung der Flüssigkeitströpfchen
erfolgt dann nur in der Richtung der nach außen verlängerten Winkelha lbierenden
des Kreuzungswinkels.
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In der Zeichnung sind für die vorgenannten Möglichkeiten zum Erzeugen
der sich nicht durchdringenden Zerstäubungsflächen mehrere Beispiele dargestellt.
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Fig. 3 bezieht sich auf die Erzeugung der Zerstäubungsflächen mit
Hilfe eines Flüssigkeitsstrahls und einer Prallfläche. In dem Rand des Düsenkörpers
2 hefindet sich in einer Bohrung ein Gewindestück 5 mit einer kegeligen Öffnung
nach außen. Aus dieser ragt ein federnd gehalterter Prallkörper 6 mit einer Prallfläche
7 heraus. Bei Stillstand des Düsenkörpers 2 befindet sich der Prallkörper 6 infolge
seiner federnden Halterung 10 etwas tiefer, als in der Figur gezeichnet, im Inneren
der Düsenöffnung. Erst bei einer bestimmten Drehzahl wird der Prallkörper in einen
angepaßten Sitz des Gewinderinges dadurch Fliehkraft
wirkung hineingedrückt. Dadurch
verengt sich gleichzeitig ein zwischen der Düsenwand und dem Paßkörper ausgesparter
Düsenkanal. Diese Anordnung ist vorteilhaft, um eine Selbstreinigung der Düsen zu
erzielen. Hierzu wird der Düsenkörper lediglich mit geringer Geschwindigkeit laufen
gelassen. Der Paßkörper befindet sich dabei noch in der durch die Federkraft der
federnden Halterung 10 bedingten Lage, die Flüssigkeit strömt durch den erweiterten
Düsenkanal und spült möglicherweise an den Kanalwänden abgesetzte Verunreinigungen
oder andere Stoffe fort. Die Richtung des Düsenkanals 8 und die der Prallflächle
7 sind so gewählt, daß sich die Zerstäubungsfläche in der vorgesehenen Richtung
ausbreitet.
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Bei der Düse nach Fig. 4 wird eine Zerstäubngsfläche durch zwei sich
kreuzende Flüssigkeitsstrahlen erzeugt. In dem Rand des Düsenkörpers 2 befindet
sich ein nach außen und innen kegelig ausgebildeter Gewindering 11. In seiner der
Düsenkörperachse zugewandten Öffnung ist eine Kugel 12 angeordnet, die eine Großkreisrille
13 auf ihrer Oberfläche aufweist.
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Es sind Mittel vorgesehen, die die Kugel in der gezeichneten Lage
festhalten. Dabei ist jedoch nur ein Verdrehen der Kugel in der Ebene der Großkreisrille
verhindert. Die Kugel 12 wird zweckmäßig ebenfalls federnd gehaltert, so daß sie
erst von einer bestimmten Drehzahl ab durch Fliehkraftwirkung in ihre dargestellte
Arbeitsstellung gedrückt wird. Die Kugel liegt dann allseitig gegen einen angepaßten
Sitz an der Wandung des inneren Düsenkegels an mit Ausnahme von den zwei diametral
gegenüberliegenden Stellen, an denen sich auf der Kugeloberfläche die Großkreisrille
befindet. Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird vom Inneren des Düsenkörpers 2 durch
den Kanal 9 zugeführt. An den Stellen 14 und 15 tritt sie in Form von zwei feinen
Flüssigkeitsstrahlen unter hohem Druck aus. Die Flüssigkeitsstrahlen kreuzen sich
und erzeugen in der durch die gestrichelte Linie 16 angedeuteten Richtung eine Zerstäubungsfläche.
Die Richtung der Linie 16 stellt jedoch nicht die Ausbreitungsrichtung der sich
bei Drehung des Düsenkörpers 2 ergebenden Zerstäubungsfläche dar. Die wirkliche
Ausbreitungsrichtung ergibt sich vielmehr durch die Überlagerung der Umfangsgeschwindigkeit
an den Düsenkanälen mit der Geschwindigkeit des Ausströmdruckes. Diese Verhältnisse
müssen gegebenenfalls bei der Anordnung der Düsen z. B. durch eine schräge Anordnung
berücksichtigt werden, damit sich im wirklichen Ausdehnungsbereich der Flächen keine
Hindernisse befinden und damit die Abstrahlungsflächen auch wirklich die gewünschte
Richtung erhalten.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt zu Fig. 4, der dort durch die zwei dicken
Pfeile und die Bezeichnung I-I kenntlich gemacht ist. In der kegeligen Öffnung des
Gewinderinges 11 ist die Kugel 12 mit der GroRkreisrille 13 sichtbar. Die Kugel
ist an den Seiten abgeflacht. Dadurch wird ein Verdrehen außer in der durch die
Großlçreisrille gehenden Ebene verhindert.
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Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel für eine Düse zum Erzeugen einer
Zerstäubungsfläche durch zwei gekreuzte Flüssigkeitsstrahlen. Der Gewindering 11
in der Bohrung des Düsenkörpers 2 hat jedoch eine andere Form als der in Fig. 4.
Außerdem ist an Stelle der Kugel 12 ein an einer federnden Halterung 21 angebrachter
Paßkörper 22 vorgesehen. Die Düsenkanäle 14 und 15 zum Erzeugen der sich kreuzenden
Flüssigkeitsstrahlen sind, wie die Schnittansicht II-II des Gegenstandes der Fig.
6 in Fig. 7 zeigt, aus dem
Gewindering 11 ausgespart. Fig. 8 zeigt
eine andere Schnittansicht III-III zu Fig. 6.
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Fig. 9 zeigt - ebenfalls in Schnittansicht - eine besonders einfach
und vorteilhaft ausgebildete Düse zum Erzeugen einer Zerstäubungsfläche durch zwei
sich kreuzende Flüssigkeitsstrahlen. Die Düsenkanäle 14, 15, durch die die Flüssigkeitsstrahlen
gebildet werden, sind als Rillen an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in
der inneren Düsenwand ausgespart. Dadurch liegt die Richtung der Zerstäubungsflächen
fest. Als Paßkörper ist hier ebenfalls, ähnlich wie in Fig. 4 und 5, eine Kugel
32 vorgesehen. Sie ist lose im Inneren der Düse angebracht und wird von einer bestimmten
Drehzahl des Düsenkörpers 2 ab durch Fliehkraft in die gezeichnete Arbeitsstellung
gedrückt. Die Kugel schließt dabei die Düsenöffnung bis auf die Rillen in der inneren
Düsenwand allseitig und dicht ab. Eine besondere Halterung für die Kugel, wie in
den Beispielen der vorhergehenden Figuren, ist nicht erforderlich. Die Düsen reinigen
sich ebenfalls von selbst, wenn der Düsenkörper mit geringer Geschwindigkeit angetrieben
und dabei gleichzeitig Flüssigkeit durch die Düsen hindurchgetrieben wird.
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Für die Einrichtung nach der Erfindung gibt es viele Anwendungsmöglichkeiten,
da zerstäubte Flüssigkeiten auf den verschiedensten Gebieten gebraucht werden. Die
Einrichtung nach der Erfindung ist jedoch besonders dort geeignet, wo es darauf
ankommt, große Mengen von Flüssigkeiten in kurzer Zeit und möglichst fein zu zerstäuben.
Ein derartiges Anwendungsgebiet stellt die Aerosoltherapie dar. Hierbei wird Wasser
zerstäubt, in dem natürliche und künstliche Wirk- oder Heilstoffe aufgelöst sind.
Die erzeugten Wassertröpfchen müssen besonders fein sein, damit sie nicht zu Boden
sinken, bevor das Wasser verdunstet ist und die gelösten Bestandteile als feinste
Staubteile zurückbleiben, die bis in die feinsten Kanäle der Lunge vordringen und
dort zur Wirkung gelangen können. Bisher wurde die Zerstäubung des Wassers in der
Hauptsache auf elektrischem Wege mit Hochspannung durch Sprühwirkung erzeugt. Die
Durchführung der Behandlung ist dabei praktisch nur in kleinen geschlossenen Räumen
möglich, da die zerstäubten Wassermengen sehr gering sind. Die Einrichtung nach
der Erfindung ermöglicht es, auch Behandlungen in großen Räumen und sogar im Freien
durchzuführen. Dies ist für Kurorte günstig, da nunmehr ganze Teile eines Kurparkes
oder ganze Bezirke eines Kurortes als Behandlungsbereich dienen können.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Einrichtung nach
der Erfindung stellt die Erzeugung von Nebel insbesondere zum Schutz gegen Nachtfröste
durch Bodenausstrahlung dar. Hierzu wirken sich ebenfalls die großen zerstäubten
Wassermengen je Zeiteinheit und die Feinheit des erzeugten Nebels günstig aus. Der
entstehende Nebel ist auf Grund seiner Feinheit haltbarer. Vergleiche mit bisher
bekannten Wasserzerstäubungsanlagen haben ergehen, daß ohne Schwierigkeit ein mehrfach
besserer Wirkungsgrad erreicht werden kann.
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Die Düsen bei der Einrichtung nach der Erfindung, insbesoffdere die
Paßkörper, werden vorteilhaft aus Stoffen hergestellt, die von den zu zerstäubenden
Flüssigkeiten nicht angegriffen werden. Je nach den zu zerstäubenden Flüssigkeiten
und den von ihnen gelösten Stoff kommen harte und glatte Werkstoffe in Frage, beispielsweise
Bronze, Glas, Porzellan oder nicht rostender Stahl. Die durch die erfindungsgemäße
Ausbildung der Düsen und Paßkörper erreichte
Selbstreinigung ist besonders wichtig,
wenn keine reinen Flüssigkeiten, sondern Flüssigkeiten mit gelösten Stoffen zerstäubt
werden sollen. Der Düsenkörper wird zur Reinigung lediglich mit geringer Geschwindigkeit
angetrieben. Besonders vorteilhaft sind die Ausführungen der Düsen und Paßkörper,
bei denen die Paß körper verschiedene Lagen einnehmen können, vor allem die Ausführung
nach Fig. 9. Die Kugel 32 gelangt nach jeder Betriebsunterbrechung in eine andere
Lage und reinigt dabei die Düse. Wird die Einrichtung nach der Erfindung im Freien
und an anderen Orten betrieben, an denen ein Einfrieren der Zerstäubungsflüssigkeit
infolge großer Kälte zu befürchten ist, so kann vor Beginn der Zerstäubung angewärmtes
Wasser zugeführt werden. Noch besser ist es, die Scheibe, bevor sie mit Wasser beschickt
wird, mit Heißluft vorzuwärmen. Die Heißluft kann aus einer Heißluftdusche entnommen
werden. Es ist ferner vorteilhaft, nach der Beendigung der Zerstäubung, nachdem
das Wasser abgestellt ist, die Düsen scheibe bei voller Drehzahl mit Heißluft auszublasen,
so daß auch die letzten Wassertröpfchen herausgeschleudert werden und die Düsen
und deren Zuführungen nicht als Eis verstopfen können. Weitere vorteilhafte Anwendungsgebiete
für die Einrichtung nach der Erfindung bietet die chemische Industrie. Rauch-und
Staubbekämpfungen über große Flächen und Räume lassen sich ebenfalls leicht durchführen.
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PATENTAXSPIlft(llE: 1. Flüssigkeitszerstäuber mit einem motorisch
angetriebenen Schleuderrad, entlang dessen Außen -umfang gleichmäßig verteilt Düsen
angeordnet sind, denen die Flüssigkeit durch das Innere des Schleuderrades von dessen
Drehachse her zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen Flachstrahldüsen,
vorzugsweise Flachstrahldüsen mit Selbstreinigung, mit quer zurSchleuderradebene
gerichteter Zerstäubungsfläche sind.