[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Aerosols.
[0002] Aerosole aus in einem Trägergas fein verteilten Partikeln besitzen ein breites technisches
Anwendungsgebiet. Sie werden je nach Phase der Partikel (Feststoff, flüssig) als Glasperlenstrahlen,
zum Wirbelsintern, Pulver beschichten, Auftragen von Trennmitteln (z.B. in Spritzgussformen),
Dosieren von Pulvern, zum Sandstrahlen, Pflanzen bestäuben, in der Bioverfahrenstechnik,
bei der Kohlestaubverbrennung und bei der Verbrennung von Polymeragglomeraten, zum
Aufbringen von Reinigungs- Schutz-, Desinfektionsmitteln oder desodorierenden Mitteln
(Geruchsneutralisierungsmitteln) in der Bautechnik, z.B. bei der Altbausanierung oder
bei der Reinigung von Kanälen, Abgassystemen, Klimaanlagen, Filteranlagen oder dergleichen
oder auch zur Versorgung von pflanzlichen oder menschlichen bzw. tierischen Lebewesen
mit Nährstoffen, Schutz- und Pflegemitteln eingesetzt. Weiter werden Aerosole in der
Medizintechnik verwendet, wobei es um die Verabreichung von verschiedenen pharmazeutischen
Wirkstoffen oder Desinfektionsmitteln, wie mittels Inhalatoren geht. Andere Anwendungsgebiete
liegen beispielsweise in der Verwendung von Aerosoltröpfchen als Trägermedien für
Duftstoffe oder als Kühl- oder Schmiermedium von Werkzeugmaschinen.
[0003] Feststoffaerosole werden in der Regel mittels Wirbelschichttechnik in Wirbelschichtanlagen
erzeugt. Eine solche besteht im Wesentlichen aus einem vertikal aufgestellten zylindrischen
Rohr. Dieses ist an der Unterseite mit einem Gasverteiler (Lochplatte, poröse Platte)
versehen. Der Feststoff wird in Partikelform im Rohr vorgelegt und durch ein in der
Regel von unten einströmendes Gas verwirbelt. Da die Wirbelschicht dabei die Eigenschaften
einer Flüssigkeit zeigt (waagerechter Meniskus, Pumpbarkeit) spricht man auch von
Fluidisierung. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird ein Zustand einer hochexpandierten
Wirbelschicht erreicht, wobei schwer beschreibbare Strömungsformen sowie instationäre
Gaskanäle und Feststoffsträhnen entstehen. Dies bedingt einen inhomogenen Produktstrom
der Aerosolpartikel. Man versucht diesen durch zylinderförmige hohe Zyklone zu homogenisieren,
was mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden ist und oft keinen hinreichenden
Erfolg sichert. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines regelbaren stationären Strömungsprofils eines
Aerosols mit einem einstellbaren homogenen Produktstrom auch bei geringen Partikelanteilen
zu schaffen, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung klein und kompakt sein soll.
[0004] Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit Verfahren der genannten Art gelöst,
welche dadurch gekennzeichnet, sind dass zwei Gasströme im Gegenstrom in einen abgegrenzten
Mischraum eingeleitet werden und in dem Mischraum mit feinen Partikeln beladen werden
und das erzeugte Aerosol aus dem Mischraum über einen Auslass abgeführt wird oder
dass ein oder zwei Gasströme, von denen mindestens einer ein Aerosol ist, im Gegenstrom
in einen Mischraum eingeleitet werden, in dem Mischraum vermischt werden und das erzeugte
beide eingeleiteten Gaskomponenten aufweisende Aerosol aus dem Mischraum über einen
Auslass abgeführt wird.
[0005] Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zum
Erzeugen eines Aerosols mit einem Mischraum vor, welche dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Mischraum mindestens zwei einander gegengerichtete Gaseinlässe aufweist.
[0006] Die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere
zur Erzeugung von Feststoffaerosolen vorgesehen, wobei allerdings auch die Erzeugung
von Flüssigaerosolen nicht ausgeschlossen ist. Die Größe der Aerosolteilchen liegt
vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 µm.
[0007] Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein homogener Produktstrom einer Mehrphasenströmung
mit stationären Strömungsprofil auch bei geringen Partikelanteilen erreicht. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann kompakt ausgestaltet sein.
[0008] Bei dem erstgenannten Verfahren wird ein Stoff- oder Produktstrom mit Feststoffpartikeln
oder als Flüssigkeit in den Mischraum und die in diesen im Gegenstrom eintretenden
Gase eingebracht und derart ein Aerosol erzeugt. Die eintretenden Gase können gemäß
dem zweitgenannten Verfahren teils selbst schon Aerosole sein, die beispielsweise
nach dem erstgenannten Verfahren oder in einer sonst bekannten Weise hergestellt wurden,
wodurch Mehrkomponentenaerosole oder gegebenenfalls auch Aerosolkonglomerate erzeugbar
sind. Nach dem zweitgenannten Verfahren kann beispielsweise ein Aerosol verdünnt werden
oder aber ein Aerosol mit einer Gasmischung als Trägergas erzeugt werden. Wenn beide
Gasströme Aerosole sind, kann ebenfalls ein Mehrkomponentenaerosol erzeugt werden.
Ein erfindungsgemäß erzeugtes Aerosol, insbesondere als Einkomponentenaerosol, kann
in kaskadierter Form weiteren Aerosolerzeugern, beispielsweise zur Anlagerung von
Flüssigkeitströpfchen an einem in der erfindungsgemäßen Weise erzeugten Feststoffaerosol
ausgesetzt werden.
[0009] Auch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind in
kaskadierter Form als solche oder aber in Kombination mit dem Verfahren und der Vorrichtung
der Patentanmeldung
DE 10 2004 016 211.5 einsetzbar, die insofern vollumfänglich zum Gegenstand und zum Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
dass Partikel des zu erzeugenden Aerosols bildender Stoff über eine Stoffleitung direkt
in den Mischraum eingebracht wird, wobei insbesondere die feinen Partikel über eine
Injektordüse in dem Mischraum austreten. In Weiterbildung kann dabei vorzugsweise
vorgesehen sein, dass die Partikel an einer frei einstellbaren Stelle in den Mischraum
eintreten.
[0011] Eine andere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Gase
durch Gasverteiler in den Mischraum eintreten, wobei ein solcher Gasverteiler durch
eine Vielzahl feiner Durchlässe aufweisende Wandungen gebildet ist. Die Gase treten
vorzugsweise durch poröse Wandungen als Gasverteiler in den Mischraum ein. Zur weiteren
Unterstützung der Durchmischung und Verteilung der Aerosolpartikel im Mischraum sieht
die Erfindung vor, dass der Mischraum in Schwingungen versetzt wird. Um eine Vordurchmischung
der in den Mischraum eintretenden Gase zu erreichen, ist in bevorzugter Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Stoffpartikelleitung eine Injektordüse
als Auslass aufweist.
[0012] Die Erfindung kann im Rahmen der eingangs genannten Anwendungsgebiete eingesetzt
werden. In bevorzugter Weise kann erfindungsgemäß eine dünnwandige Beschichtung einer
Fördereinrichtung zur Vermeidung von Anhaftung, beispielsweise bei der Verarbeitung
klebriger Massen, wie im Thermoplastschmelzen, durchgeführt werden. Es können pulverförmige
Trennmittel, wie Kreide, in sehr kleinen Konzentrationen auf Förderbänder für solche
Massen, wie Gitterförderbänder, aufgetragen werden.
[0013] Weiterhin eignet sich die Erfindung vorzugsweise zur Herstellung von Beschichtungen,
beispielsweise von Wirbeloberflächen mit einer Kunststoff- oder Metallbeschichtung,
wobei die Partikel über eine beheizbare Düse, wie einen Injektionsbrenner auf die
zu beschichtende Oberfläche geleitet werden.
[0014] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt die einzige
Figur
in schematischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Erzeugen eines Aerosols.
[0015] Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem sich ein Mischraum (3) befindet,
der im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Gasverteiler in Form von
porösen Wandungen 4, 4a von Einlassräumen 5, 5a abgetrennt ist. In die Einlassräume
5, 5a führen Gaseinlässe 6, 6a, 6b, durch die Gas über die Einlassräume 5, 5a und
die porösen Wandungen 4, 4a in den Mischraum 3 einleitbar ist. Weiterhin führt direkt
aus dem Mischraum 3, durch die poröse Wandung 4 hindurchtretend, ein Auslass 7 in
Form eines Auslassrohres, über welches das im Mischraum 3 erzeugte Aerosol aus diesem
fortführbar ist. Ebenfalls direkt in den Mischraum, durch die Wandung 4 hindurchtretend,
führt eine Stoffleitung 8, die an ihrem im Mischraum befindlichen freien Ende als
Injektordüse 9 ausgebildet ist und hierzu durch ein Rohr 9a mit größerem Durchmesser
umgeben ist, in welches, beispielsweise über einen seitlichen Einlass 9b, aber auch
über die der Mündung 8a der Rohrleitung 8 abgewandten Seite Gas bzw. schon erzeugtes
Aerosol aus dem Mischraum 3 eintreten kann, um so eine gute Vermischung der durch
die Stoffleitung 8 zugeführten Partikel im im Mischraum 3 befindlichen Gas zu bewirken.
[0016] Die Stoffeinlassleitung 8 kann entsprechend dem Pfeil V verstellt werden, so dass
die Höhe der Mündung 8a der Stoffleitung 8 im Mischvolumen 3 in geeigneter Weise einstellbar
ist.
[0017] Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Schwingungserzeuger 10 in Form
einer Vibrationseinheit aufweisen, mittels dessen das Gehäuse 1 und damit der Mischraum
3 in Schwingungen versetzt werden kann, wodurch der Mischvorgang unterstützt wird.
[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch den Schwingungserreger 10 in Schwingungen
versetzt. Durch die Einlässe 6, 6a treten Gase im Gegenstrom in den Mischraum 3 ein,
was zu einer guten Verwirbelungsströmung in diesen führt. Die Gase können Gasmischungen
sein und feste oder flüssige Stoffe mit sich führen, also schon Feststoff- oder Flüssigkeitsaerosole
sein.
[0019] Durch Abstimmen des Durchsatzes der Gasströme durch die Einlässe 6, 6a, 6b ist das
Strömungsprofil im Mischraum 3 regelbar. Durch die Stoffleitung 8 werden Partikel,
vorzugsweise Feststoffpartikel, in den Mischraum 3 eingeleitet, wobei allerdings auch
die Einleitung einer Flüssigkeit nicht ausgeschlossen ist. Durch Abstimmen der Zuführrate
des durch die Stoffleitung 8 zugeführten Stoff- oder Produktstromes mit der Entnahmerate
am Auslass 7 ist der homogene Stoff- bzw. Produktstrom einstellbar. Der durch die
Stoffleitung 8 zugeführte Stoff wird durch die Injektordüse 9 zerstäubt und durch
die im Mischraum 3 gegebene Verwirbelung weiter in den dort befindlichen Gasen durchmischt.
Das so hergestellte Aerosol tritt durch die Auslassleitung 7 aus und kann seinem Verwendungszweck
zugeführt werden. Die Zufuhr der Gase durch die Einlässe 6, 6a kann durch Überdruck
erfolgen und dementsprechend kann auch der Austritt des Aerosols durch den Auslass
7 erfolgen. Alternativ kann auch am Auslass 7 ein Unterdruck angelegt werden, durch
welchen die Gaszuführung der durch die Einlässe 6, 6a zumindest bewirkt oder zumindest
unterstützt wird.
Bezugszeichenliste
[0020]
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Mischraum
- 4, 4a
- Wandungen
- 5, 5a
- Einlassräume
- 6, 6a, 6b
- Gaseinlässe
- 7
- Auslass
- 8
- Stoffleitung
- 8a
- Mündung
- 9
- Injektordüse
- 9a
- Rohr
- 9b
- seitlicher Einlass
- 10
- Schwingungserzeuger
- V
- Pfeil
1. Verfahren zum Erzeugen eines Aerosols, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gasströme im Gegenstrom in einen abgegrenzten Mischraum eingeleitet werden und
in dem Mischraum mit feinen Partikeln beladen werden und das erzeugte Aerosol aus
dem Mischraum über einen Auslass abgeführt wird.
2. Verfahren zum Erzeugen eines Aerosols, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder zwei Gasströme, von denen mindestens einer ein Aerosol ist, im Gegenstrom
in einen Mischraum eingeleitet werden, in dem Mischraum vermischt werden und das erzeugte
beide eingeleiteten Gaskomponenten aufweisende Aerosol aus dem Mischraum über einen
Auslass abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel des zu erzeugenden Aerosols bildender Stoff über eine Stoffleitung direkt
in den Mischraum eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feinen Partikel über eine Injektordüse in dem Mischraum austreten.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel an einer frei einstellbaren Stelle in den Mischraum eintreten.
6. Verfahren zum Erzeugen eines Aerosols, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase durch Gasverteiler in den Mischraum eintreten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase durch poröse Wandungen als Gasverteiler in den Mischraum eintreten.
8. Verfahren zum Erzeugen eines Aerosols, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum in Schwingungen versetzt wird.
9. Vorrichtung zum Erzeugen eines Aerosols mit einem Mischraum (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (3) mindestens zwei einander gegengerichtete Gaseinlässe (6, 6a) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (3) von Einlassräumen (5, 5a) durch Gasverteiler (4, 4a) abgegrenzt
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum von den Einlassräumen (5, 5a) durch poröse Wandungen als Gasverteiler
(4, 4a) abgegrenzt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stoffpartikelleitung (8) direkt in den Mischraum (3) führt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffpartikelleitung (8) eine Injektordüse (9) als Auslass aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Auslasses (8a) der Stoffpartikelleitung im Mischraum (3) einstellbar
ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (3) durch einen Schwingungserzeuger (10) in Schwingungen versetzbar
ist.