DE882898C - Verfahren und Einrichtung zum Zerstaeuben von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten Die Zerstäubung von Flüssigkeiten ist eine Aufgabe, die schon durch eine große Anzahl von Vorschlägen zu lösen versucht wurde. Dabei wurde bereits erkannt, daß eine mechanische Aufspaltung der Flüssigkeiten in Zerstäuberdüsen und ähnlichen Einrichtungen in vielen Fällen allein nicht genügt, um hinreichend kleine und möglichst gleichmäßig große Tröpfchen zu erhalten. Beispielsweise ist nämlich der Erfolg der Inhalationstheraphie wesentlich von der Größe der Flüssi-gkeitsteilchen abgängig, die der Patient in den aus zerstäubten Salzlösungen hergestellten Aerosolen einatmet, und um so größer, je kleiner der Tröpfchendurchmesser ist. Ilm daher die ihren Zerstäubungsgrad maßgeblich beeinflussende Oberflächenspannung dieser Flüssigkeit herabzusetzen, wurde schon vor geschlagen, die Flüssigloeit vor ihrer Aufspaltung zu erwärmen.
• Tn dem Bestreben, die bisherigen Verfahren und Einrichtunigen zur Flüssigkeitszerstäubung weiter zu verbessern, wurde nun gefunden, daß dies bei Zerstäubungseinrichtungen, die mit mechanischer Aufspaltung der Flüssjbkeit und durch unter Überdruck erfolgendes Ausströmen aus Zerstäuberdüsen arbeiten, in besonders wirkungsvoller Weise möglich ist, wenn die zu zerstäubende Flüssigkeit nicht bloß vorgewärmt, sondern auch auf eine über ihrem Siedepunkt bei Atmosphärendruck liegende Temperatur erhitzt wird und dabei gleichzeitig unter einem Druck steht, der über dem dieser Temperatur entsprechenden 5 ättigungsdruck liegt.
• Ein Durchjagen der Flüssigkeit durch die Düse unter diesen Bedingungen, d. h. ihre Verdüsung in der angegebenen Weise, hat vor allem den Vorteil, daß die die Düse verlassenden Flüssigkeitsteilchen noch über einen gewissen Energievorrat verfügen, der es ihnen ermöglicht, einen Teil ihres Flüssigkeitsvolumens nach Verlassen der Düse zu verdampfen, während andererseits durch entsprechende Wahl des Flüssigkeitsdruckes eine Dampfbildung noch innerhalb der Düse ohne weiteres zu vermeiden ist. Da sowohl die Oberflächenspannung als auch die spezifische Verdampfungswärme bei der kritischen Temperatur Null ist, empfiehlt es sich, die erfindungsgemäße Verdüsung der Flüssigkeit bei einer Temperatur, die nur wenig unterhalb dieses Grenzwertes liegt, vorzunehmen und beispielsweise beim Zerstäuben von Wasser eine Wassertemperatur von 3ao0 C und einem Druck von etwa 2100 at zu verwenden.
• Zur Steigerung der angestrebten Wirkung ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Flüssigkeit in eine Umgebung zerstäubt wird, deren Temperatur über dem Siedepunkt der Flüssigkeitströpfchen liegt und die vorzugsweise aus trockener Heißluft besteht, wodurch ebenfalls die Verdampfung der Flüssiglceitströpfchen begünstigt wird. Dies kann in wider Weise geschehen, daß der Sprühraum, aus zudem die in ihn zerstäubende Flüssigkeit dann erst ihrer eigentlichen Verwendung zugeführt wird, ent sprechend beheizt wird.
• Einige zur Durchführung des so gekennzeichneten Verfahrens besonders zweckmäßige Einrichtungen seien, gleichzeitig mit weiteren Merkmalen der Erfindung, an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
• Bei der in Fig. 1 im Längsschnitt und in Fig. 2 in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 wiedergegebenen Einrichtung nach dieser Erfindung wird die zu zerstäubende Flüssigkeit mit hohem Druck in der Pfeilrichtung 1 dem Zerstäuberkopf 2 einer Düse zugeführt, deren zylindrischer Zuleitungskörper 3 von einer elektrischen Heizwicklung 4 umgeben ist, die die Flüssigkeit auf eine über ihrem Siedepunkt liegende Temperatur erhitzen kann. Im vorliegenden Fall wird die durch diese Temperaturerhöhung bereits bedingte starke Herabsetzung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit noch dadurch unterstützt, daß ein mit seiner Spitze in die Austrittsöffnung. 5 des Düsenkopfes ragender Keil 6 einerseits und der diesem gegenüber durch eine Ringscheibe 7 isolierte Düsen kopf andererseits an eine leich- oder Wechselspannungsquelle 8 angeschlossen ist, wodurch im Bereich dieser Austrittsöffnung ein starkes elektrisches Feld erzeugt werden kann. Zu dem gleichen Zweck sind jedoch auch andere Elektroldenanordnungen möglich, und zwar beispielsweise, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, durch Verwendung einer ringförmigen Vorsatzelektrode 9, die durch Isolierstücke 10 auf dem gegebenenfalls weiterhin durch die Scheibe 7 isolierten Düsenkopf 2 abge stützt ist und zu der dann der Keil 6 wieder die Gegenelektrode bildet. Liegt diese Vorsatzelektrode an Erde, die Gegenelektrode dagegen an negativem Potential, so ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sich die Flüssigkeitsteilchen negativ aufladen und damit Zusammenballungen mehrerer Tröpfchen vermieden werden. Die Spannung an allen diesen Elektroden richtet sich im wesentlichen nach den elektrischen Eigenschaften der zu zerstäubenden Flüssigkeit und kann zur Erzielung einer größtmöglichen Herabsetzung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit im Höchstfall so groß gewählt werden, daß die Zerstäubung unter dem Einfluß einer Glimmentladung erfolgt.
• Die so ausgebildete Düse ist in die Seitenwandung einer Trommel 11 mit einem axialen seitlichen Austrittsstutzen 12 eingesetzt, der, wie bei 13 angedeutet, düsenförmig auslaufen kann. Außerdem mündet in dem Mantel dieser somit als Sprühraum der Düse dienenden Trommel eine Rohrleitung 14, aus deren vorzugsweise ebenfalls düsenförmiger Austrittsöffnung 15 ein Strahl heißer Luft mit hoher Geschwindigkeit etwa in der Pfeilrichtung 16 durch die Trommel geleitet wird. Dabei ist die Anordnung von Düse und Rohrleitung so getreffen, daß der aus dieser austretende Luftstrom zunächst etwa tangential an der Düsenöffnung, wo er die dort zerstäubten Flüssigkeitströpfchen mitreißt, vorbeigeführt wird und anschließend unter Umlenkung an der zylindrischen Trommelwandung erst zum AustrittsstutzenIo gelangt. Auf diese Weise werden die etwa noch gebildeten großen Flüssigkeitströpfchen während der Umlenkung an den Mantel der Trommel geschleudert, aus der die so ausgeschiedene Flüssigkeit durch eine oder auch mehrere mit Rücksicht auf Verluste nicht zu groß zu wählende Öffnungen I7 ausfließt, so daß also nur Luft mit sehr kleinen Flüssigkeitströpfchen die Einrichtung verläßt.
• Wenn auch die Verwendung insbesondere trockener Heißluft den Vorteil hat, daß ein Teil des Volumens der Flüssigkeitströpfchen verdunstet wird, diese also kleiner werden, so läßt sich mit gleichem Vorteil, insbesondere was die Ausschleuderung der großen Flüssi,,itströpfchen anbelangt, auch überhitzter Dampf verwenden. Insbesondere kann man der Trommel aber auch durch Kompression erhitzte Luft über die Rohrleitung 14 zuführen, die sich dann erst beim Austritt aus der Düse 13 des Austrittsstutzens der Trommel entspannt und damit abkühlt, Darüber hinaus geht aus dem Vorstehenden aber noch hervor, daß das Vorbeiströmen von Heißluft bzw. -dampf an den nach der Erfindung arbeitenden Düsen auch dann, und zwar im Sinn einer auf über Siedetemperatur befindlichen Umgebung von Bedeutung ist, wenn der Sprühraum nicht eng begrenzt, inbesondere wie im dargestellten Ausführungsbeispiel trommelförmig ausgebildet ist.
• Vor dem Axustrittsstutzen der Trommel sind fernerhin Ultraviolettstrahler 18 angebracht, die die aus der Trommelaustrittsdüse I3 strömende Luft bestrahlen. Ihre kurzwellige Strahlung erzeugt in der Luft eine große Trägerzahl, an denen sich die in Form von Dampf austretende Feuchtigkeit zu einem großen Teil kondensiert. Die so gebundene Feuchtigkeit wird sich daher nicht an den mit ihr zusammen aus dem Trommelaustrittsstutzen austretenden kleinen Feuchtigkeitsteilchcn anlagern, so daß deren Volumenzunahme vermieden wird. Da die Anwesenheit von Kondensationskernen auch im Bereich der Zerstäuberdüse gleichermaßen von Vorteil ist, kann man entsprechende Ultraviolettstrahler, die diese Düse und gegebenenfalls den Heißluft- bzw. Heißdampfstrahl erfassen, auch im Innern der Trommel vorsehen. An Stelle von Ultraviolettstrahlen lassen sich auch radioal<tive Präparate oder ähnliche lonisatoren verwenden.
• Die vorstehend mit waagerechter Trommelachse beschriebene Einrichtung kann genau so gut auch mit senkrechter Trommelachse ausgeführt werden, wobei lediglich die öffnungen für den Austritt der ausgeschleuderten Flüssigkeit sinngemäß in den jeweils unteren Seitenwandungen der Trommel anzuordnen wären. Unabhängig von dieser Trommelanordnung ist es ferner möglich, die Zerstäuberdüse statt in die Seitenwandung, der Trommel in deren Mantel einzubauen, während für die Rohrleitung 14 die Einführung durch die Trommelwandung mit Rücksicht auf die bei dieser Strömungsrichtung zu erzielende gute Ausschleuderung der großen Flüssigkeitsteilchen zu bevorzugen ist.
• Eine andere Möglichkeit zur Ausschleuderung etwaiger bei der erfindungsgemäßen Zerstäubung gel) iltdeter zu großer Flüssigkeitströpfchen ist in Fig. 3 wiedergegeben. In diesem Fall ist die im übrigen beispielsweise wieder mit den Teilen 2 bis 10 der Fig. I auszustattende Düse, in der die erhitzte Flüssigkeit unter hohem Druck und gegebenenfalls bei gleichzeitiger Einwirkung eines elektrischen Feldes zerstäubt wird, in eine Trommel 19 eingebaut, in der ein von außen in der Pfeilrichtung 20 angetriebenes Flügelrad 2 die in diesem Sprühraum zerstäubte Flüssigkeit in Rotation versetzt und in einen etwa tangential zum Trommelmantel verlaufenden Austrittsstutzen 22 fördert.
• Auf diese Weise werden die großen Flüssigkeitströpfchen wieder ausgeschleudert und können dann durch die in der Trommelwandung vorgesehenen kleinen Öffnungen 23 abfließen, so daß ebenfalls nur die kleinsten Flüssig-keitströpfchen die Einrichtung verlassen. Die Trommel kann außerdem von außen beheizt werden, und zwar zweckmäßigerweise so stark, daß die Temperatur des Sprühraums über dem Siedepunkt der Flüssigkeit liegt; es ist jedoch auch möglich, zu dem gleichen Zweck wieder Heißluft bzw. erhitzten Dampf in den Trommelraum zu leiten.
• Die vorstehend beschriebenen Verfahrensmaßnahmen und Einrichtungen sind zwar von besonderer Bedeutung bei der Herstellung von Nerosolen für Inhalationszwecke, können jedoch auch überall dort angewendet werden, wo in der chemischen, pharmazeutischen oder Nahrungsmittel industrie sonstige nicht temperaturempfindliche Flüssigkeitsstoffe fein zerstäubt werden sollen.

Claims (12)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere von Salzlösungen für medizinische Zwecke, mittels mechanischer Aufspaltung bei unter Überdruck erfolgendem Ausströmen aus Zerstäuberdüsen und unter vor heriger Erwärmung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerstäubende Flüssigkeit auf eine über ihrem Siedepunkt bei Atmosphärendruck liegende Temperatur erhitzt wird und unter einem Druck steht, der über dem dieser Temperatur entsprechenden Sättigungsdruck steht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch geliennzeichnet, daß die zu zerstäubende Flüssigkeit auf eine nur wenig unter ihrem britischen Grenzwert liegende Temperatur erhitzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder u dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in eine Umgebung zerstäubt wird, deren Temperatur über dem Siedepunkt der Flüssigkeitströpfchen liegt und die vorzugsweise aus trockener Heißluft besteht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstäubte Flüssigkeit vorzugsweise etwa tangential zur Düsenaustrittsöffnung einem Heißluft- bzw. Heißdampfstrahl hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstäubte Flüssigkeit einer Zentrifugalschleuderung unterworfen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit während ihrer mechanischen Aufspaltung und/oder unmittelbar daran anschließend der Wirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gelçennzeichnet, daß die Spannung an dem auf die zerstäubende Flüssigkeit einwirkenden elektrischen Feld etwa im Bereich der Glimmentladungsspannung liegt.
8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise düsenförmige Öffnung (15) einer Heißluft- bzw. Heißdampfleitung (14) in der Weise zu einer vorzugsweise elektrisch beheizten Zerstäuberdüse (2 bis 6) für eine unter einem größeren Druck als Atmosphärendruck stehende Flüssigfieit angeordnet ist, daß der Heiß luft- bzw. Heißdampfstrahl vorzugsweise etwa tangential an der Düsenöffnung (5) vorbeigeht.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5 bzw. 15) von Zerstäuberdüse (2 bis 6) und Heißgasleitung (I4) im Innern einer vorzugsweise schmalen Trommel (I I) mit einem axialen seitlichen Austrittsstutzen (I2) für die zerstäubte Flüssigkeit angeordnet sind, wobei die Heißgasleitung (I4) in der Nähe des Trommelmantels in diesen mündet, während die Zerstäuberdüse (2 bis 6) vorzugsweise durch die eine Seitenwandung der Trommel (I ; I) eingeführt ist, und daß in der Trommelwandung. bei waagerecht angeordneter Trommelachse vor zugsweise in ihrem Trommelmantel, eine oder mehrere Flüssigkeitstabflußöffnungen (17) vorgesehen sind (Fig. 1 und 2).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Trommelaustrittsstutzens (I2) als Düse (I3) ausgebildet ist.
11. .11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Sprühraum einer vorzugsweise elektrisch beheizten Zerstäuberdüse (2 bis 6) für eine unter einem größeren Druck als Atmosphärendruck stehende Flüssigkeit eine Trommel (Io) mit einem von außen angetriebenen Flügelrad (21) in ihrem Innern und einem etwa tangential zum Trommelmantel verlaufenden Austrittsstutzen (la2) sowie kleinen Flüssigkeits -abflußöfinungen (¢23) in den Trommelwandungen dient (Fig. 3).
12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis III, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Düsen des Zerstäubers (2 bis 6) und/oder vor den Austrittsstutzen (15 bzw. 13) der Heißgasleitung (14) bzw. der Trommel (11) Ultraviolettstrahler (IS) radioaktive Präparate oder ähnliche lonisatoren in der Weise angeordnet sind, daß sie mit ihrer Strahlung den jeweils an diesen Stellen austretenden, im wesentlichen gasförmigen Strahl erfassen.