SE448685B - Anordning for finfordelning av vetskor med en med ultraljudsfrekvenser svengande konisk bojresonator - Google Patents

Description

448 685 « 2 elektrisk kompoundvibrator, som kan vara utförd som en stegtransfor- mator eller med en konisk, exponentiell eller liknande kontur. Ültraljudsfinfördelaren enligt uppfinningen kan i synnerhet an» vändas till luftbefuktare i luftkonditioneringsanläggningar, i olje- brännare, som metallfinfördelare för alstring av pulver ur finfördela~ de smälter, eller som finfördelare för finfördelning av lösningar, suspensioner eller emulsioner för att alstra pulver genom avdrivning av de flytande komponenterna. Den kan också användas i processkammare vid lågt eller högt gastryck, vid låga eller hån temperaturer och i inerta eller reaktiva gasatmosfärer. Tack vare den höga, med minimal effektförbrukníng uppnåbara kapaciteten finns det således många möjli- ga tillämpningar i industriell skala. Vid den senare tillämpningen eftersträvas särskilt en gastillsats till eller avgasning av vätskor genom diffusion. Därvid kan man genom lämplig inställning av finför- delningsytans lutning få en lång kastbana för vätskepartiklarna, och därigenom optimalt utnyttja processrummets hela volym.

'De fördelar som vinnes genom uppfinningen består väsentligen i att stora vätskemängder kan tillföras till finfördelaren genom central inmatning under optimala betingeler. Vidare undvikes kavitation vid tillförselställena trots i början stor tjocklek på vätskefilmen. Tack vare dimmans parabelformiga kurva växer dropparnas inbördes avstånd kontinuerligt, varigenom den vanliga benägenheten hos tät dimma att smälta samman till större droppar starkt avtar. Genom att kastbane- diametern ökar med kvadraten på droppdiametern kan partiklarna sepa- reras vid pulverframställning. Genom snedställning av finfördelnings- ytan förhindras en överkritisk dämpning av finfördelningssvängningar~ na, emedan den överflödiga vätskan då rinner av från finfördelarens kant utan att negativt påverka funktionen. , 7 Med en konisk böjsvängningsfinfördelare med 50 mm diameter är det möjligt att vid en arbetsfrekvens av 20 kHz och en HF-effektför- brukning av mindre än 10 W finfördela 150 l/h vatten i droppar av cirka 40/um diameter. Med en större konyta kan kapaciteten ökas avse- värt. Genomflödet kan minskas ända till noll genom minskning av vätske- tillförseln utan att dropparnas storlek förändras. Anordningen enligt uppfinningen kan dessutom utan svårighet användas vid frekvenser upp till ca 100 kHz. Vid en ungefär oförändrad tillförsel per ytenhet av några l/h och cmz minskar medeldroppdiametern i motsvarande män.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med ledning av på bifogade ritning schematiskt visade utföringsexempel. Därvid visar fig 1 en utföringsform av en finfördelare enligt uppfinningen, vid 3 448 685 vilken böjresonatorn är utbildad i form av en ihålig kon, fig 2a och 2b den koniska böjresonatorn i planvy och längdsnitt, fig 3 den koniska böjresonatorn enligt uppfinningen i längssnitt, fig 4 en utföringsform med horisontell vätsketillförsel, fig Sa - Se några olika utföringsformer av böjresonatorn, fig 6 en annan utföringsform av uppfinningen, vid vilken den koniska böjresonatorn är förbunden med aktiveringssystemet på sådant sätt att systemets totallängd blir fl /4, fig 7 ett sätt att fästa den i fig 6 visade anordningen, fig Sa och 8b ett par olika sätt att tillföra vätskan vid en anord- ning med omvänd kon, fig 9 ett linjärt system med flera finfördelare, där böjresonatorerna utgörs av omvända ihåliga koner, fig 10 en kas- kadartad sammankoppling av flera koniska böjresonatorer med ett gemensamt aktiveringssystem, fig 11 en finfördelare med konisk böj- resonator och med vätsketillförseln skeende axiellt bakifrån, och fig 12 en utföringsform med värmnings- och kylningsanordningar avsedd för finfördelning av metallsmältor.

Vid den i fig 1 visade utföringsformen av uppfinningen har ultraljudsfinfördelaren en medelst två piezokeramikskivor 1 aktiverad kopplingsvibrator 2, som är utbildad som en i en nod 3 avsatsförsedd amplitudtransformator. Vibratorer av detta slag förklaras närmare i exvis DE-A- 2 906 823.

Böjresonatorn 4 är i detta exempel utbildad i form av en rotationssymmetrisk ihålig kon och befinner sig vid den mitt emot avsateen 3 liggande änden av aktiveringssystemets slanka cy- lindrieka del 5. Enligt uppfinningen kan totallängden av ett sådant aktiveringssystem utgöra (2n+1) Å /4 varvid n=0 eller ett annat helt mi. via aeni rig 1 visade uifasi-ingefermen ar içmgaen 3 '2 /4 vax-via avståndet mellan avsatsen 3 och böjresonatorns 4 spets, d v s längden ev den eylindriaka smalare delen 5, är )\/2 så att en nod befinner sig vid kenepetaen. Böjreaonatorns 4 dimensioner, d v a tjockleken, diame- tern och knnvinkeln. väljas så att vid den önskade arbetsfrekvensen böjreaonanser med fler eller färre nodradier och/eller'nodcirklar upp- träder. Företrädeavie väljee en egenreeonans vid vilken böjresonatorn 4 svänger med nodradier och med en från centrum, d v e konepeteen, till periferien tilltagande amplitud så att den till konepetsen ledda vätskan kan utbreda sig ät det perifera omrâdet med avtagande film- tjocklek.

På fig 2a visas nodradierna i planvy. Fig 2b åskådliggör den 1- háliga konresonatorns 4 böjevängning.

Av fig 3 framgår att den vätska 6 som skall förvandlas till 448 685 4 dimma kan tillföras uppifrån till böjresonatorns 4 spets som en rela- tivt tjock stråle. Enär en nod befinner sig vid den ihåliga konens 4 spets föreiggår där ingen aktivering av kapillarvågor. Ej heller kan någon svängningskavitation uppträda såsom fallet skulle vara vid de för finfördelningen erforderliga amplituderna vid större vätskefilm- tjocklek. vätskan rinner därför ostört av över konytan varvid med till- tagande avstånd till centrum filmtjockleken vid samtidigt tilltagande amplitud hos finfördeleren kontinuerligt avtar. Pâ detta sätt instäl- ler sig automatiskt en för finfördelningen optimal filmtjooklek. Fin- fördelningen aker sedan på konventionellt sätt genom avsnörning av små droppar ur kapillärvågsanllret. Genom den komiska ytans lutning sluneae amêdropparna axialsymmetriskt bort från finfördelaren i app- roximativt parabelformade banor vers avstånd från centrum är ungefär proportionella mot amplituden lf hos omvendlaren. mot den finfördelade vätskans täthet Q ooh mot kvadraten på droppdiemetern d. Medeldropp- diametern dm följer på känt sätt kapillarvágsformeln där <5 '= ytspänning, Älf = kapillärvàglängd, f = frekvens.

Droppapektrat beskrives genom en relativt smal logaritmiek nor- malfördelning. ' ' Av fin 3 framgår videre att böjresonatorn 4 fästes vid aktive- ringssystemet med en förbindelsedel 7.

Vätsketillförseln kan med variation av den i fig 3 visade an- ordninqen även ske horisontalt enligt fig 4. l Vid en svängning av böjreeonatorn 4 med flera nodcirklar skulle det enligt uppfinninzen även kunna erfordras att vätsketillföreeln in- te blott riktas centralt mot konspetaen utan även till nodoirklarnas område. _ Fia 5 a - e visar ett urval av möjliga utföringsformer för böj- resonatorn. Väsentligt är att minst en lutande eller krökt finfördelar- yta är förhanden och att vätskan tillföras vid en nod resp en nodlin- je. Vid den i fig Sb visade utföringsformen kan vätskan ledas längs hela snittkanten pa båda ytorna t ex genom en spaltformig öppning.

Pig 6 visar en eammanträngd utföringsform av den i fig 1 visade finfördelnren med konisk böjresonator 4. I detta fall utgör aktive- ringssystemets totallängd få /4 (n=0) så att en nod befinner sig vid 448 685 5 böjresonstorns 4 spets. Denna utföringsform föredras enär den relativt lätt kan utföras genom ett instick i det oylindriske aktiveringssyste- met. För ett undvika en utstrålning av luftljud på böjresonetorns 4 baksida (som skulle förbruka onödig effekt) bör instiekets bredd» d vs avståndet mellan konens 4 perifers ände och aktiveringsdelen 2» utgöra ca h nam/m Den i rig 6 visade utföringsformen kan på enkelt sätt fästas vid en fästanordning 8; För den skull förses enligt fig 7 konspetsen med ett hdl genom vilket ett fästdon 9, t ex ett stift, rör, en träd e d föras. Vätsketillförseln 10 kan i detta fall koneentriskt omge fästdonet 9. Även andra variationer av den uppfinningsenliga finförde- leren kan fixeras pd analogt sätt. Det fasta underlaget 8 kan även vs- ra en vätskeledning ur vilken vätskan genom kanal 10 föras till kon- spetsen.

Vid den i fig 8a resp b visede enordningen fästes med fästet 7 en konisk böjresonstor 4 vid aktiveringssystemet 2 så att denna kopp- ling visar en omvändning av den inledningsvis nämnde utföringsformen.

Vätsketillförseln sker enligt fig 8a genom en ringdysa 11 som är an- brinnad kring böjresonetorne fäste 7 d v s i övergàngszonen mellan böjresonatorn ¿ och sktiveringssystemet 2. vätskan kan emellertid även ledas in till nodomrddet på något godtyckligt annat sätt, t ex genom ett axislt hål 12 i aktiveringssystemet med sidoutlopp vid konmunteln, d v s i övergånqszonen till böjresonatorn 4 enligt tig 8b.

Enligt fis 9 kan flera i tig Be och b visade finfördelare fäs- tes vid en gemensam vätekeförsörjningsledning. Andre anordningar, t ex cirkelformnde. är också möjliga. En adden utföringeform är sär- skilt lämpad för större vätskegenomlopp.

Böjresonstorerne kan emellertid också förbindes keskadformigt med varandra och aktiveras gemensamt såsom sohematiskt visas i fig 10.

Kaskadelementen består sv dimensions- och meterialmässigt lika konfer- made böjresonntorer 4 med kopylingsdelar 14. Ett keskadelements total- längd utgör Å_/2 och keskedelementens förbindelse sker i bukar, t ex genom skruvar 15. De enskilda knskedelementen kan också fästes vid va- randra genom lödning eller annan lämplig åtgärd. En annan variant be- står i framställning av kesksder i ett stycke. Det för kssksdelementen gemensamma aktiveringssystemet (här ej visat) kan befinna sig såväl över som under knsksden. Vätsketillförseln ken ske på redan förklarat sätt. Här förses kopplingadolarns 14 i övergdngszonen till konepetsen med ett ringformat rör 16 som innehåller vätskeutlopp.

Claims (10)

448 685 Det 1 fíß 11 visade Ä /4-utförandet med komisk böjresonator som närmare beskrivits i fig 6, ägnar sig på grund av arten av vätska- tillförseln särskilt för användning vid oljebrännare. Aktiveringssye- temat 2 har ett axialt hål 17 till spetsen av resonatorn 4. Genom det- ta hål 17 dras ett på resonans inställt rör 18 som i nodomràdet fast förankra: med systemet, t ex genom fastekruvning 19. öppningen vid re- sonatorns spets är något avrundad för att man skall få en optimal för- delning på konens yta av den genom röret 18 ledde och vid spetsen ut- trädande vätsken. g Fig 12 visar en utföringsform vid vilken böjresonatorn 4 upp- värmas och de temperaturkänsliga delarna av ektiveringssyetemet 2 av- kyla. _ Uppvärmningen ekar t ex genom en induktioneepole 20 genom vil- ken metallsmältan 21 ledas. Avkylningen åstadkommas mellan två närlig- gande nodområden på den slanka delen 5. För den skull kan detta område .t ex konoentriskt förses med en vätska- eller gaakylning 22. Kyl- eträckan'22 anbringas företrädesvis vid den undre delen av den slanka delen 5. Avkylningssträokan 22 ooh aktiveringssystemet 2 kan vidare förses med en ommentling varigenom varje avbräek genom överhettning är uteelntet. P a t e n t k r a v :

1. Anordning för finfördelning av vätskor, bestående väsentligen av ett ultra- ljudsaktiveringssystem (2, 3) och en med ultraljudsfrekvenser svängande böjresonator (li) samt anordningar för att tillföra vätskan, kännetecknad av att böjresonatorn är utbildad i form av en ihålig kon (4) eller ihålig pyramid (fig Sa), som två i vinkel mot varandra stående ytor (fig 5b) eller som en ihålig, väsentligen halv- sfärisk yta (fig Ed), att vätskan tillförs på böjresonatorns spetsomrâde resp på dess hjässparti, i vilket en svängningsnod bildas, och att aktiveringssystemets längd uppgår till cirka (2n+1)Å/4, varvid N=Û eller ett heltal.

2. Anordning enligt kravet 1, kännetecknad av att aktiveringssystemets (2) längd uppgår till M4, och att böjresonatorn (4) är bildad genom en smal inskär- ning i en tjock, cylindrisk del av aktiveringssystemet, varvid företrädesvis inskär- ningens bredd uppgår till (Zmfilluft/ll, där n=0 eller ett heltal (fig 6).

3. Anordning enligt kravet 1, kännetecknad av att böjresonatorn (4) för ' finfördelning av smältor är kombinerad med uppvärmningsorgan (20), exvis en induktionsspole, och att en kylsträcka (22) är anordnad mellan två närliggande nodomrädenlpå en smal, cylindrisk del (5) av aktiveringssystemet (1, 2, 5) (fig 12). m. 448 685 7

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att vätskan som ska finfördelas är anordnad att tillföras axiellt i en stråle (6) till böjreso- natorns (4) spets.

5. Anordning enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av att akti- veringssystemet (2) för vätsketillförseln har ett axiellt häl (17), genom vilket ett till resonans avstämt rör (18) är draget och är infäst i böjresonatorn (4) i nodornrådet, och att böjresonatorns spets är avrundad vid öppningen (fig 11).

6. Anordning enligt något av kraven 1 till 4, kåinnetecknad -av att böjreso- natorns (4) spets är försedd med ett hål och fixeras medelst ett fästelement (9), som omges koncentriskt av anordningarna (10) för vätsketillförseln (fig 7).

7. Anordning enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av att aktiver- ingssysternet med en smal del (7) är fäst på böjresonatorns (4) spets utifrån, varvid företrädesvis vätskan antingen tillförs genom aktiveringssystemet genom ett axiellt hål (12), som i övergången till böjresonatorn (4) är försett med vätske- utloppsöppningar (fig Bb), eller genom ett ringformigt rör (11), som är anordnat i övergångsområdet mellan böjresonatorn (4) och aktiveringssystemet (2, 7) och är försett med vätskeutloppsöppningar (fig Ba).

8. Anordning enligt något. av föregående krav, kännetecknad av att den består av flera finfördelare, som är fästa vid en gemensam'vätsketillförselledning, t ex i ett linjärt (fig 9) eller cirkulärt arrangemang. I

9. Anordning enligt något av kraven 1 till 7, kännetecknad av att flera lika böjresonatorer (4) med ett gemensamt aktiveringssystern är kaskadartat för- bundna med varandra, och att kaskadelementens förbindningar är gjorda i bukarna.

10. Anordning enligt kravet 9, kännetecknad av att de i kaskaden ingående resonatorerna inbördes är anordnade i olika vinkellägen.