DE4304260A1 - Device for preparing an emulsion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Emulsion durch Erzeugen von Tröpfchen einer er sten Flüssigkeit in einer zweiten Flüssigkeit.The invention relates to a device for manufacturing an emulsion by generating droplets of it most liquid in a second liquid.
Zur Erzeugung einer Emulsion muß Energie zum Zerteilen der ersten Flüssigkeit in Tröpfchen aufgebracht werden. Eine einfache Methode zum Bilden der Tröpfchen ist das Verrühren der Mischung aus den beiden Flüssigkeiten. Dabei treten durch die Strömungsreibung in der Flüssig keit Scherkräfte auf, die größere Tröpfchen zum Zerrei ßen bringen. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht in der Zerteilung der ersten Flüssigkeit durch einen Ul traschallschwinger.To create an emulsion, energy needs to be divided of the first liquid are applied in droplets. An easy way to make the droplets is Mix the mixture of the two liquids. This occurs due to the flow friction in the liquid shear forces, the larger droplets to shred bring food. Another known method is in the division of the first liquid by an ul sonic transducer.
Gemeinsam ist diesen Verfahren die statistische Natur des Zerteilungsvorganges. The statistical nature of these methods is common of the dividing process.
Es entsteht dabei eine mehr oder weniger breite Vertei lung in der Teilchengröße.This creates a more or less wide distribution particle size.
Technisch gewünscht wird jedoch häufig eine möglichst gleiche Größe aller Tröpfchen. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung einer wäßrigen Emulsion eines Pflan zenschutzmittels. Eine wohldefinierte Tröpfchengröße der Wirksubstanz brächte große Vorteile bei der Anwen dung. Die Wirksamkeit auf der Blattoberfläche, das Ver dunsten oder das Ausschwemmen kann um so besser kon trolliert werden, je einheitlicher die Struktur der aufgebrachten Substanz ist.Technically, however, one is often desired same size of all droplets. An example of this is the preparation of an aqueous emulsion of a plant protective agent. A well-defined droplet size the active substance would bring great benefits to users dung. The effectiveness on the leaf surface, the ver steaming or washing out can all the better be controlled, the more uniform the structure of the applied substance is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung der eingangs genannten Art anzugeben, die es er möglicht, eine Emulsion mit einer zumindest annähernd einheitlichen Tröpfchengröße der emulgierten Flüssig keit zu erzeugen.The invention has for its object a Vorrich tion of the type mentioned above, which it possible, an emulsion with an at least approximately uniform droplet size of the emulsified liquid generation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 ange gebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the kenn drawing part of claim 1 or claim 2 is given characteristics solved.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrun de, Grenzschichtbereiche definierter Größe zwischen den beiden Flüssigkeiten zu bilden und die durch den Oszil lator eingebrachte Energie in diesen Bereichen wirken zu lassen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die zu emulgierende Flüssigkeit mit einem geringfügigen Über druck der ersten Kammer zugeführt, so daß sie durch die Durchtrittskanäle hindurchtritt. Die dabei sich bilden den Tröpfchen an den Austrittsöffnungen der Durch trittskanäle werden unter der Einwirkung des Oszilla tors auf die erste oder die zweite Wand abgerissen oder in einen Zustand versetzt, in dem sie von der vorbeiströmenden zweiten Flüssigkeit abgerissen werden. Es hat sich gezeigt, daß in der so gebildeten Emulsion die Tröpfchen der emulgierten Flüssigkeit praktisch eine einheitliche Größe haben.The solution to the invention is based on the idea de, boundary layer areas of a defined size between the to form two liquids and that by the Oszil energy introduced in these areas allow. In the solution according to the invention, the emulsifying liquid with a slight excess pressure supplied to the first chamber so that it through the Through channels. That form in the process the droplets at the outlet openings of the through Pedal canals become under the influence of the Oszilla torn on the first or the second wall or put in a state in which it is from the second liquid flowing past can be torn off. It has been shown that in the emulsion thus formed the droplets of the emulsified liquid practically have a uniform size.
Der Oszillator kann ein fluidischer Oszillator sein, der den Vorzug hat, daß keine elektrischen Zuleitungen erforderlich sind.The oscillator can be a fluidic oscillator which has the advantage that no electrical leads required are.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Oszillator einen piezoelektrischen Aktuator. Dieser piezoelektrische Aktuator kann in Form eines Piezosta pels ausgebildet sein, der zwischen einer Gehäusewand und der als Schwingermembran ausgebildeten zweiten Wand angeordnet ist. Im Falle der Lösung nach Anspruch 1 ist z. B. die erste Wand schwingungsstarr ausgebildet und/oder in ihrem Zentrum an dem Gehäuse abgestützt. Im Falle der Lösung nach Anspruch 2 ist z. B. die zweite Wand mit der ersten Wand über einen schwingungsübertra genden Koppelkörper gekoppelt. Der Piezostapel ist in der Lage, für eine ausreichende Schwingungsamplitude der jeweiligen Wand zu sorgen, die zweckmäßigerweise etwa gleich dem Durchmesser der zu bildenden Tröpfchen ist. Zweckmäßigerweise ist im Bereich der Durchtritts kanäle das Kammervolumen der zweiten Kammer durch einen den Mündungen der Durchtrittskanäle gegenüberliegenden Wandabschnitt auf einen engen Durchflußspalt für die zweite Flüssigkeit verengt. Dadurch wird die Strömungs geschwindigkeit der zweiten Flüssigkeit im Bereich der Durchtrittskanäle, an deren Mündungen sich die Tröpf chen bilden, erhöht. Durch die schnell strömende Flüs sigkeit werden Tröpfchen abgerissen und mitgeführt.According to another preferred embodiment the oscillator is a piezoelectric actuator. This Piezoelectric actuator can be in the form of a piezosta pels be formed between a housing wall and the second wall designed as an oscillating membrane is arranged. In the case of the solution according to claim 1 e.g. B. the first wall is rigid and / or supported at its center on the housing. in the Case of the solution according to claim 2 is, for. B. the second Wall with the first wall over a vibration transmission coupling body coupled. The piezo stack is in able for a sufficient vibration amplitude to worry about the respective wall, which is expedient approximately equal to the diameter of the droplets to be formed is. It is expedient in the area of the passage channels the chamber volume of the second chamber through one opposite the mouths of the passage channels Wall section on a narrow flow gap for the second liquid constricts. This will make the flow speed of the second liquid in the range of Passage channels, at the mouths of which there are droplets chen form, increased. Through the fast flowing rivers Droplets are torn off and carried along.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Durch trittskanäle ringförmig angeordnet, wobei der den Durchflußspalt begrenzende Wandabschnitt den Zufluß zur zweiten Kammer ringförmig umgibt und seinerseits von einem mit dem Abfluß verbundenen Ringraum umgeben ist. In a preferred embodiment, the through tread channels arranged in a ring, the Flow gap limiting wall section the inflow to surrounds the second chamber in a ring and in turn by an annular space connected to the drain is surrounded.
Die Durchtrittskanäle können dabei am Grund einer in der Trennwand ausgebildeten Ringnut angeordnet sein.The through channels can be at the bottom of a the partition formed trained groove.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Durchtrittskanäle ca. 10 µm. Die Länge der Durchtrittskanäle liegt bei ca. 1,3 mm.In a preferred embodiment, the Diameter of the passage channels approx. 10 µm. The length the passage channels is approx. 1.3 mm.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbin dung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung an hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigtFurther features and advantages of the invention result from the following description, which is in Verbin with the accompanying drawings of the invention hand of an embodiment explained. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Emulsion mit einer Schnittdarstellung des die Flüssig keitskammern aufnehmenden Gehäuses, Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for producing an emulsion with a sectional view of the liquid keitskammern female housing,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Gehäuses gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung und Fig. 2 is an enlarged sectional view of the housing according to a first embodiment of the invention and
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Gehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is an enlarged sectional view of the housing according to a second embodiment of the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion umfaßt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gehäuse, dessen Aufbau anhand der Fig. 2 noch näher erläutert wird und in dem die Herstellung der Emulsion erfolgt. Das Gehäuse ist mit einem ersten Anschluß 12 versehen, der über ein Ventil 14 mit einem Behälter 16 für eine zu emulgierende erste Flüssigkeit A verbunden ist. Der Behälter 16 kann über ein Ventil 18 mit Luft beaufschlagt werden, um die Flüssigkeit A unter Druck zu setzen. Das Gehäuse 10 umfaßt ferner einen zweiten Anschluß 20, der über ein Ventil 22 mit einem zweiten Behälter 24 zur Aufnahme einer zweiten Flüssigkeit B verbunden ist. Die aus den Flüssigkeiten A und B gebil dete Emulsion kann über einen dritten Anschluß 26 aus dem Gehäuse 10 abgeführt werden.The device for producing an emulsion shown in FIG. 1 comprises a housing, generally designated 10 , the construction of which is explained in more detail with reference to FIG. 2 and in which the emulsion is produced. The housing is provided with a first connection 12 which is connected via a valve 14 to a container 16 for a first liquid A to be emulsified. The container 16 can be supplied with air via a valve 18 in order to pressurize the liquid A. The housing 10 further comprises a second connection 20 , which is connected via a valve 22 to a second container 24 for receiving a second liquid B. The emulsion formed from liquids A and B can be discharged from housing 10 via a third connection 26 .
Das in Fig. 2 vergrößert dargestellte Gehäuse 10 ist aus fertigungstechnischen Gründen aus drei Teilen 28, 30 und 32 aufgebaut. Dieser Aufbau ist jedoch nicht zwingend und kann unter Beibehaltung der gleichen Funk tionen selbstverständlich abgewandelt werden.The housing 10 shown enlarged in FIG. 2 is constructed from three parts 28 , 30 and 32 for manufacturing reasons. However, this structure is not mandatory and can of course be modified while maintaining the same functions.
Der mittlere Teil 30, an dem der erste Anschluß 12 aus gebildet ist, enthält eine mit diesem über einen Kanal 34 verbundene erste Kammer 36. Diese Kammer wird einer seits von einer zylindrischen Wand 38 und andererseits von einer plattenförmigen zweiten Wand 40 sowie einer zu dieser parallelen, eine zweite Wand bildenden Mem bran 42 begrenzt. Die Platte 40 und die Membran 42 sind jeweils in Aussparungen 44 bzw. 46 in dem Mittelteil 30 eingesetzt und werden durch das obere Teil 28 und das untere Teil 32, welche das Mittelteil 30 zwischen sich einschließen, in ihrer Lage festgehalten, wobei Dich tungen 48 für einen dichten Abschluß an den Grenzflä chen zwischen den drei Teilen 28, 30 und 32 sowie den an ihnen anliegenden Flächen der Platte 40 einerseits und der Membran 42 andererseits sorgen. In dem oberen Teil ist ein Hohlraum 50 ausgebildet, in dem ein piezo elektrischer Aktuator 52 in Form eines Stapels von pie zoelektrischen Elementen angeordnet ist, der sich einerseits an der oberen Endwand 54 des oberen Gehäuse teiles 28 abstützt und andererseits mit einem Mittelab schnitt der Membran 42 verbunden ist. Zuleitungen zu dem piezoelektrischen Stapel 52 werden durch eine Boh rung 56 in dem oberen Gehäuseteil 28 geführt. Der Mit telabschnitt der Membran 42 ist durch eine Ringnut 58 von dem zwischen dem oberen Gehäuseteil 28 und dem mittleren Gehäuseteil 30 eingespannten Rand der Membran getrennt, so daß der dünne Verbindungssteg zwischen dem Membranrand und ihrem Mittelabschnitt ein Schwingen desselben ermöglicht.The middle part 30 , on which the first connection 12 is formed, contains a first chamber 36 connected to it via a channel 34 . This chamber is bounded on the one hand by a cylindrical wall 38 and on the other hand by a plate-shaped second wall 40 and a parallel thereto, forming a second wall Mem bran 42 . The plate 40 and the membrane 42 are each inserted in recesses 44 and 46 in the middle part 30 and are held in place by the upper part 28 and the lower part 32 , which enclose the middle part 30 between them, with lines 48 ensure a tight seal at the boundary surfaces between the three parts 28 , 30 and 32 and the surfaces of the plate 40 on the one hand and the membrane 42 on the other. In the upper part, a cavity 50 is formed, in which a piezoelectric actuator 52 is arranged in the form of a stack of pie zoelectric elements, which is supported on the one hand on the upper end wall 54 of the upper housing part 28 and on the other hand with a central section of the membrane 42 is connected. Leads to the piezoelectric stack 52 are guided by a drilling 56 in the upper housing part 28 . The middle section of the membrane 42 is separated by an annular groove 58 from the edge of the membrane clamped between the upper housing part 28 and the central housing part 30 , so that the thin connecting web between the edge of the membrane and its central section enables the same to swing.
In dem unteren Gehäuseteil 32 ist unterhalb der Platte 40 ein Ringraum 62 ausgebildet. Er umgibt einen zylin drischen Abschnitt 64 des unteren Gehäuseteils 32, der eine axiale Bohrung 66 hat, die wiederum mit dem zwei ten Anschluß 20 über einen Kanal 68 verbunden ist. In nerhalb der Bohrung 66 ist eine Stütze 60 angeordnet, durch welche die Metallplatte 40 mit dem Boden 61 der Bohrung 66 verbunden ist, so daß die Metallplatte 40 im wesentlichen schwingungsstarr ist. Die freie Stirnwand 70 des zylindrischen Abschnittes 64 hat einen geringen Abstand von der Platte 40, so daß ein enger Durchfluß spalt zwischen der zylindrischen Bohrung 66 und dem Ringraum 62 gebildet wird. Letztere ist über einen Kanal 72 mit dem dritten Anschluß 26 verbunden.In the lower housing part 32 , an annular space 62 is formed below the plate 40 . It surrounds a cylin drical portion 64 of the lower housing part 32 , which has an axial bore 66 , which in turn is connected to the two th connector 20 via a channel 68 . In the bore 66 , a support 60 is arranged, through which the metal plate 40 is connected to the bottom 61 of the bore 66 , so that the metal plate 40 is substantially vibration-resistant. The free end wall 70 of the cylindrical portion 64 is a short distance from the plate 40 , so that a narrow flow gap is formed between the cylindrical bore 66 and the annular space 62 . The latter is connected to the third connection 26 via a channel 72 .
Die Verbindung zwischen der ersten Kammer 36 und der zweiten Kammer 62 bzw. dem Durchflußspalt erfolgt über eine große Zahl von Durchflußkanälen 74, die am Grund einer Ringnut 76 ausgebildet sind, die ihrerseits in der der Kammer 36 zugewandten Seite der Metallplatte 40 ausgebildet ist. Die Durchflußkanäle haben einen Durch messer von ca. 10 µm und eine Länge von etwa 1,3 mm. Sie können beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls hergestellt werden.The connection between the first chamber 36 and the second chamber 62 or the flow gap takes place via a large number of flow channels 74 , which are formed at the bottom of an annular groove 76 , which in turn is formed in the side of the metal plate 40 facing the chamber 36 . The flow channels have a diameter of about 10 microns and a length of about 1.3 mm. For example, they can be produced using a laser beam.
In dem den Kanal 72 aufnehmenden Gehäusefortsatz 80 des unteren Gehäuseteils 32 ist eine quer zum Kanal 72 ver laufende Bohrung 82 ausgebildet, die durch Sichtfenster 84 abgeschlossen ist. Diese Sichtfenster ermöglichen eine Kontrolle der Emulsion mittels eines Mikroskopes 86 im Lichte einer Lichtquelle 88, wie dies Fig. 1 zeigt. In the housing extension 80 receiving the channel 72 of the lower housing part 32 a transverse to the channel 72 ver bore 82 is formed, which is completed by viewing window 84 . These viewing windows enable the emulsion to be checked by means of a microscope 86 in the light of a light source 88 , as shown in FIG. 1.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dadurch, daß die Stütze 60 entfällt und daß die Metallplatte 40 schwin gungsfähig ist. Die Membran 42 ist über einen Koppel körper 78 mit der aus Metall bestehenden Platte 40 ge koppelt, so daß die Schwingungen der Membran 42 auf die Platte 40 übertragen werden können.The embodiment according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 2 in that the support 60 is omitted and that the metal plate 40 is capable of vibrating. The membrane 42 is coupled via a coupling body 78 to the metal plate 40 ge, so that the vibrations of the membrane 42 can be transmitted to the plate 40 .
Im Betrieb wird die zu emulgierende Flüssigkeit A mit einem leichten Überdruck von ca. 0,2 bar in die Kammer 36 eingeführt. Die Trägerflüssigkeit B wird dem An schluß 20 zugeführt und strömt über den Kanal 68, 66 und den Durchflußspalt in den Ringraum 62. Die fertige Emulsion wird über den Kanal 72 und den Anschluß 26 aus dem Ringraum 62 abgeführt.In operation, the liquid A to be emulsified is introduced into the chamber 36 with a slight excess pressure of approximately 0.2 bar. The carrier liquid B is supplied to the circuit 20 and flows through the channel 68 , 66 and the flow gap in the annular space 62nd The finished emulsion is discharged from the annular space 62 via the channel 72 and the connection 26 .
Durch den leichten Überdruck wird die Flüssigkeit A durch die Durchflußkanäle 74 aus der ersten Kammer 36 in den Durchflußspalt gepreßt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden Flüssigkeitströpfchen durch Druck stöße, die durch den Aktuator 52 über die Membran 42 in die das Volumen der ersten Kammer 36 füllende Flüssig keit A eingeleitet werden, aus den Durchflußkanälen ausgestoßen.Due to the slight overpressure, the liquid A is pressed through the flow channels 74 from the first chamber 36 into the flow gap. In the embodiment according to FIG. 2, liquid droplets are discharged by pressure surges, which are introduced by the actuator 52 via the membrane 42 into the liquid A filling the volume of the first chamber 36 , from the flow channels.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die Metall platte 40 durch den piezoelektrischen Aktuator 52 über die Membran 42 und den Koppelkörper 78 in Schwingungen versetzt. Durch diese Schwingungen werden Tröpfchen ge bildet, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Durchflußkanäle 74 ist. Die von der Trägerflüssigkeit B im Durchflußspalt mitgerissenen Tröpfchen haben bei beiden Ausführungsformen praktisch alle die gleiche Größe.In the embodiment according to FIG. 3, the metal plate 40 is set in vibration by the piezoelectric actuator 52 via the membrane 42 and the coupling body 78 . By these vibrations droplets are formed ge, the diameter of which is substantially equal to the diameter of the flow channels 74 . The droplets entrained in the flow gap by the carrier liquid B have practically all the same size in both embodiments.
Claims (14)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE4304260A DE4304260A1 (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Device for preparing an emulsion |
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Publications (1)
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| DE4304260A1 true DE4304260A1 (en) | 1994-08-18 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000062914A1 (en) * | 1999-04-16 | 2000-10-26 | Institut Fur Mikrotechnik Mainz Gmbh | Method for producing a water-in-diesel-oil emulsion as a fuel and uses thereof |
| WO2000062913A1 (en) * | 1999-04-16 | 2000-10-26 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Method and micromixer for producing a dispersion |
| WO2004030799A1 (en) * | 2002-10-02 | 2004-04-15 | Unilever N.V. | Method for controlling droplet size of an emulsion when mixing two immiscible fluids |
-
1993
- 1993-02-12 DE DE4304260A patent/DE4304260A1/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |