[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen.
[0002] Unter Aerosolen versteht man Kolloide-Systeme aus Gasen z.B. Luft mit darin fein
verteilten festen Stoffen und/oder Flüssigkeiten von einer Grösse von ca. 0,1 bis
100 my Durchmesser. Man erhält solche Teilchen durch mechanische Zerstreuung feiner
Pulver,durch Kondensation von Dämpfen, durch Abkühlung unter den Tauoder Gefrierpunkt.
Auch bei Verbrennungsprozessen entstehen solche kolloide Systheme.Ebenfalls bilden
sich derartige Teilchen bei der Versprühung von Lösungen oder Suspensionen von Feststoffteilchen
in Lösungsmitteln und nachfolgender Vergasung des Lösungsmittels z.B.aus entsprechenden
Behältnissen.
[0003] Aerosole sind unstabile Kolloid-Systeme,das heisst,dass es hier keine Schutzkolloide
gibt, da das Dispersionsmittel und der kolloide Anteil erhebliche Dichteunterschiede
aufweisen. Die Brown' sche Molekularbewegung ist in solchen Systemen ziemlich stark.
Die Kolloide setzen sich um so rascher durch Teilchenvergrösserung oder Koagulation
am Boden ab ,je grösser die Teilchen sind und je mehr auf die Raumeinheiten entfallen.
[0004] In der Praxis finden Aerosole dort Verwendung, wo Stoffe auf einfachste Art mit maximaler
Wirkung aufgetragen werden sollen.
[0005] So sind aus dem täglichen Leben von den versprühungsfähigen Anwendungsgegenständen
für den persönlichen Gebrauch,wie z.B. pharmazeutische Produkte,Kosmetika,Pflegemittel
allgemein bekannt. Die Handhabung von versprühbaren Farben und Anstrichmitteln ist
ebenfalls eine geläufige Anwendungsform von Aerosolen.
[0006] Auch muss auf die enorme Bedeutung der Aerosol-Therapie in der Veterinars-und Human-Medizin
mit dem sehr breiten Anwendungsspektrum hingewiesen werden.
[0007] Für die Technik ist auch der Absorptionseffekt ein sehr wichtiges Kriterium für den
Einsatz von guten Düsen in Absorptionstürmen. Es ist z.B. bekannt, dass eine 100%ige
Sättigung von 1 Liter Wasser mit 10 gr Kohlendioxyd in einem Rührsystem bei einem
Druck von etwa 4,7 atu nach sehr langer Zeit möglich ist. In einer Füllkörperkolonne
hingegen erhält man einen Wirkungsgrad von 95 %, mit einem Kaskadensystem einen von
etwa 70 %, mit dem Eindüsen in den Gasraum einen solchen von ebenfalls 70 %,wohingegen
man bei dem Eindüsen eines Gases zusammen mit Wasser in den Absorptionsraum einen
Wirkungsgrad von 98 % erreicht.Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei der Herstellung
von Emulgaten vor.
[0008] Der Stoffübergang von einer Phase in eine andere ist proportional der Oberfläche
und umgekehrt proportional der Grenzschicht. Dies besagt, dass je grösser die Oberfläche
zwischen zwei Phasen ist, desto grösser ist auch der Stoffübergang und je kleiner
die Grenzschicht zweier Phasen ist, um so grösser ist der Stoffübergang.
[0009] Bei der Verwendung von Rührsystemen, Raschigringen und Strahldüsen werden Turbulenzen
erzeugt.Auch hier gilt,dass je grösser der Turbulenzgrad ist, um so kleiner ist die
Grenzschicht und desto grösser ist auch der Stoffaustausch.
[0010] Auch bei der Herstellung von Oel/Wasser-Emulsionen kommt es wesentlich darauf an,
dass die flüssigen Komponenten wie Oel, Wasser und Emulgatoren in kleinste Tröpfchen
zerteilt werden und somit möglichst ideale Voraussetzungen für die Kolloidbildung
geschaffen werden, damit eine stabile und homogene Emulsion entsteht.
[0011] Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist darin zu erblicken, dass mittels einer sehr
einfachen Vorrichtung in Bezug auf eine grosse Oberfläche zwischen den Phasen und
der Kleinheit der Grenzschicht Bedingungen geschaffen werden, die damit dem kolloiden
Zustand der Aeorosole nahekommen und die obenerwähnten bekannten Ergebnisse anderer
bisher bekannter Aerosolerzeuger übertreffen.
[0012] Zum Stand der Technik können aus der Vielzahl von Aerosol-Erzeugern, Düsen und als
solche bezeichnete Vorrichtungen auf verschiedene Schutzrechtspublikationen hingewiesen
werden, die z.T. in Konstruktion und sonstiger Ausbildung wesentlich komplizierter
sind als die erfindungsgemäss vorgestellte Vorrichtung.
[0013] Im Einzelnen wurden hinsichtlich ihrer Konstruktion und Wirkungsweise im Zusammenhang
mit der erfindungsgemässen Konstruktion folgende Schriften untersucht:
DE-OS 24 04 856, 24 07 856, 24 37 025, 24 29 291, 24 61 157, 25 28 758, 25 42 240,
28 16 441, 28 26 784, 28 53 280, 29 08 989, 29 27 737, 30 04 864, 30 24 472, 33 07
835, 32 30 977, 32 33 901, 32 39 009,
[0014] DE-Gbm 71 18 535, 74 27 701, 77 24 732, 82 23 492, 82 29 742, 82 29 747, 84 12 354
[0015] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen oder ähnlicher
kolloidaler Teilchen, deren kennzeichnende Merkmale darin zu sehen sind, dass diese
Vorrichtung aus einer konusartigen und/oder zylindrischen Düse besteht, in deren zentraler
Bohrung zwei Funktionsteile, nämlich einem "Vaterteil" (im Nachstehenden als V-Stück
bezeichnet) und einem "Mutterteil" (im Nachstehenden als M-Stück bezeichnet) angeordnet
sind, die in qeeigneter Form miteinander verbunden sind und ein oder mehr als eine
Möglichkeit besitzen, verschiedenartige Medien zuzuführen. Die zentral zueinander
angeordnete Bohrung des V- und M-Stückes sind durch eine hyperbolische Formgebung
ausgezeichnet. Das V- und M-Stück ist derart ausgestaltet, dass das M-stück mit einer
konisch nach unten verlaufenden, sich düsenartig verengenden, hyperbolisch geformten
Bohrung versehen ist, die mit den Einführungsgängen vom V-stück eine Einheit bildet,
wobei die Flächen der Einführungsgänge im V-Stück ein gleiches Verhältnis zu den Flächen
der Austrittsöffnung am M-Stück aufweisen. Mit einer derartigen Formgebung des M-und
V-Stückes ist die Voraussetzung geschaffen, dass im eigentlichen Turbinenraum eine
Drallwirkung mit sehr hoher Geschwindigkeit erreicht werden kann.
[0016] Eine weitere Beschleunigung der Umfangsgeschwindigkeit des Mediums im Turbinenraum
wird dadurch erreicht, dass man in dem kugellagerförmig ausgebildeten Turbinenraum
eine oder mehrere Kugeln ,zum Beispiel aus Metall, Glas oder Kunststoff einbringt.
Durch diese erfinderische Massnahme wird die Medienzerstäubung noch um ein Vielfaches
verbessert und die Sogwirkung an der Austrittöffnung am M-Stück optimiert.
[0017] Durch diese Sogwirkung können flüssige und/oder gasförmige Medien inform von Additiven
z.B.beim Imprägnieren,Emulgieren und der Aerosoltherapie ,um Beispiele zu nennen,besonders
wirksam und mit gleichbleibenden Bedingungen eingesetzt werden.
[0018] Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese nun anhand von den anliegenden
6 Zeichnungen erläutert werden:
Zeichnung 1) Düsenaufbau (Einstoffdüse)
Zeichnung 2) Düsenaufbau (Mehrstoffdüse)
Zeichnung 3) Schnitt durch V-Stück
Zeichnung 4) Schnitt durch M-Stück
Zeichnung 5) Schnitt-Einstoffdüse
Zeichnung 6) Schnitt Mehrstoff-Düse
[0019] Die in Zeichnung 1) dargestellte Vorrichtung beinhaltet einen optischen Eindruck
des Gesamtaufbaus der Vorrichtung, insbesondere auch der erfindungsgemässen Vorrichtung
bei der Anwendung für ein einziges Medium. In den Düsenmund wird das V- und M-Stück
(nicht gezeichnet) eingebracht, das von der Düsenmutter gehalten wird.
[0020] Die in Zeichnung 2) dargestellte Vorrichtung dient vor allem der Zerstäubung von
mehr als einem Medium (hier für zwei Stoffe gezeichnet) und zeigt die Halterung des
V- und M-Stückes in der Düse. Die miteinander verbundenen Funktionsteile V-c-und V-m
werden durch die Düsenmutter D-m in den Düsenkopf K eingepresst und gegen den Mediendruck
festgehalten. Selbstverständlich wird vorausgesetzt, dass das Medium M-2, wenn es
zum Einsatz kommt, genauso rein ist wie das gefilterte Medium M-1. Ansonsten ist auch
hier ein Filter zweckmässig.
[0021] Die Zeichnungen 3) und 4) stellen Schnitte durch das V- und M-Stück dar, und geben
vor allen Dingen eine Vorstellung über die Anordnung der Kugeln bzw. über den durch
den Zusammenbau gebildeten Turbinenraum und die hyperbolische Formgebung der Mündungsteile
des V- und M-Stückes.
[0022] Diese Einzelheiten sind dann nun in den Zeichnungen 5) und 6) ausführlich erläutert:
Der Düsenkörper 1 mit dem V-Stück 2 und dem M-Stück 3 sind in dem Düsenkörper 1 fest
montiert und werden durch die oben erläuterte Düsenmutter (hier nicht gezeichnet)
in dem Düsenkörper eingepresst.Über die Eingängskanäle 4 und 5 werden die aerosolbildenden
Medien zugeführt.Das V-Stück 2 besitzt an seinem einen Ende einen Kopf 2', mit mehreren
senkrechten Eintrittsbohrungen 6 und mehreren konischen, tangential angeordneten Eintrittsöffnungskanälen
7, die zum Turbinenraum 8 führen.In der Mitte des M-Stücks 3 ist eine hyperbolische
Bohrung 9 angebracht, in die das eine Ende des Kopfes 2' bezw. die Bohrung 4', die
nach unten ebenfalls hyperbolisch verläuft und düsenartig endet, einmündet.
[0023] Der Zwischenraum 10 gegenüber der Ausflussöffnung 9 hin verengt sich und dient der
hyperbolischen Anpassung des austretenden Mediumsstrahles.
[0024] Um eine optimale Düsenwirkung zu erzielen, müssen die Flächen der Eintrittsöffnung
7 in nahezu gleichem Verhältnis zu den Flächen dimensioniert sein,die durch die Austrittsöffnung
9 gebildet werden.
[0025] Zum Schutz der Düsenkanäle ist es notwendig,eine geeignete Filtervorrichtung dem
Medieneintritt vorzuschalten.
[0026] Als Materialien für die Herstellung der vorbeschriebenen Vorrichtung eignen sich
alle Werkstoffe,die sich mechanisch bearbeiten lassen,wobei eine Kombination verschiedener
Werkstoffe in Abstimmung zu den entsprechenden Einsatzgebieten der Zerstäubungsvorrichtung
ohne weiteres möglich ist.
1)Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen oder ähnlicher kolloidaler Teilchen, dadurch
gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung aus einer konusartigen und/oder zylindrischen
Düse besteht in deren zentraler Bohrung zwei Funktionsteile ,das V-Stück und das M-Stück,die
miteinander verbunden sind,angeordnet sind und Zuführungen für ein oder mehrere Medien
besitzt.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass das V-Stück 2) mit einer
hyperbolisch ausgebildeten verbindenden Bohrung 4) versehen ist und dass das M-Stück
3) mit einer ebenfalls hypobolische Formgebung der Bohrung 9 ausgebildet ist.
3) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 2),dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung
4) der Bohrung des V-Stückes zentral über der Öffnung 9) des M-Stückes miteinander
verbunden angeordnet ist.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
V- und M-Stück einen Raum bildet, bei dem die durch die Ausgänge 7) dimensionierte
Fläche im gleichen Verhältnis zu derjenigen Fläche steht,die durch den Querschnitt
der Austrittsöffnung 9) dimensioniert wird.
5) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 4) ,dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung
in einen Turbinenraum mündet, in dem ein oder mehrere Kugeln eingebracht sind.
6) Vorrichtung nach Ansprüchen 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungskanäle
7 mehr als eine Öffnung besitzen.