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Dokumentenidentifikation DE60217146T2 04.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001436090
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG, EXTRAKTION UND LIEFERUNG VON NEBEL MIT ULTRAFEINEN TRÖPFCHEN
Anmelder Adiga, Kayyani C., Macon, Ga., US;
Adiga, Rajani, Macon, Ga., US;
Hatcher Jr., Robert F., Macon, Ga., US
Erfinder Adiga, Kayyani C., Macon, GA 31210, US;
Adiga, Rajani, Macon, GA 31210, US;
Hatcher, Jr., Robert F., Macon, GA 31208, US
Vertreter Canzler & Bergmeier, Patentanwälte, 85055 Ingolstadt
DE-Aktenzeichen 60217146
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.09.2002
EP-Aktenzeichen 027734912
WO-Anmeldetag 19.09.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/29794
WO-Veröffentlichungsnummer 2003024610
WO-Veröffentlichungsdatum 27.03.2003
EP-Offenlegungsdatum 14.07.2004
EP date of grant 27.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.10.2007
IPC-Hauptklasse B05B 1/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B05B 3/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B05B 7/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A62C 31/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A62C 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A62C 39/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung, Extraktion und die Hochdurchsatz-Abgabe von sehr feinem Nebel zur Luftbefeuchtung, Feuerunterdrückung, Explosions-Abschwächung oder für andere chemische Anwendungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erzeugung eines Nebels, enthaltend sehr feine Tröpfchen bei Umgebungsdruck, aus einem Reservoir von Wasser oder Flüssigkeit, und danach die effektive Aerosolierung bzw. Zerstäubung sehr feiner Tröpfchen aus dem Nebel unter Nutzung von Verwirbelungs- oder Helikalfluss-Verhalten zur Zuführung mit einem ausreichend hohen Durchsatz für eine effektive Anwendung.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Früher sind Ultraschall-Wandlervorrichtungen in Einheiten zur Nebelerzeugung von kleinem Maßstab verwendet worden, um Nebel für vertraute Zwecke zu erzeugen, wie medizinische Inhalationsvorrichtungen und Zier-Fontänen in Anwendungen sowohl im Freien als auch in Gebäuden. Diese Nebelerzeugungseinheiten von kleinem Maßstab werden 5 bis 10 ml/min Flüssigkeit produzieren. Auf Grund der Anforderung für Hochdurchsatz-Nebelgeneratoren in den letzten Jahren folgte eine signifikante Verbesserung hinsichtlich Luftbefeuchtungsanwendungen durch Implementieren von Systemen mit linear angeordneten Anordnungen von piezoelektrischen Wandlern, um den Gesamtdurchsatz zu vervielfachen.

Allerdings umfassen die von diesen früheren Hochdurchsatz-Einheiten erzeugten Nebel üblicherweise sowohl kleine als auch größere Tröpfchen, zumeist größer als mehrere Mikrometer in der Abmessung, auf Grund der in der Extraktion und beim Transport des Nebels, welcher in der Nebelerzeugungs-Einheit gebildet wird, angewandten Verfahren. Zum Beispiel verwenden bestehende Hochdurchsatz-Luftbefeuchter-Ausführungen ein Gebläse oder mehrere Gebläse, um den Nebel direkt nach oben aus dem Behälter, hinter den Wandlern, herauszudrücken. In diesen Ausführungen, worin Nebel aus der Nebelkammer durch ein Gebläse herausgetrieben wird, fallen große Tröpfchen von Nebel zurück in das Flüssigkeitsreservoir. Allerdings bedingt der direkte Luftstrom, welcher auf die Wasserfontäne in diesen Luftbefeuchtern aufprallt ferner, dass der aus dem Luftbefeuchter austretende Nebel, große Anteile von gröberen Wassertröpfchen zu enthält, welche in der Mitte der Nebel-Fontäne zu finden sind. Diese auf einem aufprallenden Luftfluss basierenden Systeme transportieren signifikante Mengen an Feuchtigkeit wegen der erzwungenen Konvektionsströme. Somit enthält der letztendliche Nebel immer noch größere Tröpfchen. Darüber hinaus ist die Verweilzeit des Nebels und des Trägers in der Nebelbildungskammer zu kurz und nicht günstig für eine stabile Aerosol-Bildung.

Die U.S.-Patente Nrn. 5 300 260 und 5 922 247 liefern Beispiele für derzeitige Technologie für existierende Hochdurchsatz-Luftbefeuchter-Anlagen. Das U.S.-Patent 5 300 260 von Keshet et al. verwendet mehrere Wandlereinheiten, angeordnet in einer kreisförmigen Geometrie, um einen höheren Durchsatz zu erzielen. Bei Keshet wird Luft durch ein Zentralrohr geleitet, und die Strömung von Luft wird durch einen kuppelförmigen Oberseiten-Hut zurück in die Nebelkammer oder das Reservoir abgelenkt. Der Luftfluss trifft direkt auf die Vernebelungsregion auf und nimmt Nebel auf und trägt selbigen nach oben. Es wird keine spezielle Trennvorrichtung zum Trennen von gröberen Nebeltröpfchen implementiert, die nicht groß genug sind, um zurück in die Fontäne zu fallen. In einer anderen Ausführungsform wird Luft durch Röhren geleitet, umgebend individuelle Wandler. Diese Luft trägt den Nebel nach oben. Wiederum besitzt die Vorrichtung keine Mittel zum Erreichen einer optimalen Aerosol-Bildung oder Abtrennen von gröberen Tröpfchen, und der Luftfluss, der direkt von oben auf die Nebelbildungsregion prallt, wird eine optimale Aerosol-Bildung und Trennung negativ beeinflussen.

Das U.S.-Patent Nr. 5 922 247 von Shoham et al. verwendet mehrere Wandler-Anordnungen, um einen erhöhten Nebeldurchsatz zu erzielen, sowie die Anwendung eines Hochgeschwindigkeits-Luftstroms, um zuerst den Nebel aus der Produktionskammer zu einer gemeinsamen Kammer zu drücken. Shoham erwähnt kurz die Nachverarbeitung des Nebels, der aus der Nebelbildungskammer durch erzwungene Konvektion unter Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Luft ausgetrieben, und dann erneut unter Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Luft zum Erzeugen einer Zyklon-Wirkung und unter Verwendung von Trägheits-Trennung zum Abtrennen größerer Tröpfchen, vorgetrieben wird. Der Hochgeschwindigkeits-Strahl von Luft, welcher auf die Seiten der konischen Kammer auftrifft, wird Nebeltröpfchen kollabieren lassen oder verdampfen, und die Hochgeschwindigkeits-Trägheits-Trennung wird eine Verdampfung- oder Kondensationsoberflächen-Scherwirkung verursachen. Somit wird der Transport und die Nachverarbeitung des Nebels einen signifikanten Verlust von Nebel durch Ineinanderfließen bzw. Koaleszenz und Kondensation zu Flüssigkeiten verursachen.

Als ein Ergebnis schließen diese Nebel, erzeugt durch frühere Nebelgeneratoren, viele Nachteile ein, welche unvorteilhaft für Luftbefeuchtung und andere Anwendungen sind. Darüber hinaus ist der Maximaldurchsatz, welcher nach Berichten durch frühere Verfahren erzeugt wurde, auf etwa 0,25 Liter pro Minute (Lpm) beschränkt, und verwendet eine Erzeugungsvorrichtung von unannehmbar großer physikalischer Größe und hohen Kosten.

Die Nachteile von Nebeltröpfchen, welche größer als mehrere Mikrometer sind (die hierin als große Tröpfchen bezeichnet werden), schließen ein, dass die Tröpfchen leicht auf Grund von Koaleszenz kollabieren und unter Bildung von Flüssigkeiten ausfallen, ohne ihre(n) beabsichtigen Ziel-Punkt oder -Räume zu erreichen. Diese großen Tröpfchen werden von physikalischen Objekten blockiert und kondensieren und fallen aus und zeigen daher kein gasartiges Fließverhalten, was verursacht, dass Risse und Fugen und andere Flächen von dem Nebel unbeeinflusst bleiben. Ausfallen und Kondensation verursachen, dass die in Anwendungen benötigte Menge an Flüssigkeit sehr hoch ist, was auch dazu führt, dass die behandelten Flächen auf Grund der abgeschiedenen Flüssigkeit befeuchtet zurückbleiben, was Kollateralschaden in der behandelten Fläche verursacht.

In spezifischen Anwendungen, wie der Luftbefeuchtung, Feuerunterdrückung und Explosions-Abschwächung ist die rasche Verdampfung von extrem kleinen Tröpfchen eine wichtige Eigenschaft zur Bereitstellung eines effizienten Kühlungsvorgangs. In jüngeren Untersuchungen haben die Erfinder beobachtet, dass in Submikrometer-Durchmesser-Tröpfchen, welche einen Nanometer-Maßstab erreichen, die Moleküle in jedem Tröpfchen dazu neigen, zur Oberfläche des Tröpfchens zu wandern, was das Tröpfchen sehr reaktiv für mehrere Anwendungen macht. Somit ist die Notwendigkeit für eine effiziente Aerosol-Bildung, Extraktion, Separation und Zuführung von Nebel aus der Nebel-Fontänen-Kammer festgestellt worden, wodurch der abgegebene Nebel aus extrem kleinen Tröpfchen gebildet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung, Aerosolierung und Zuführung eines Nebels vor, bestehend aus einem großen Anteil von sehr feinen Tröpfchen von etwa einem bis fünf Mikrometern oder weniger. Die Erfindung bietet Vorteile hinsichtlich der Erzeugung von sehr stabilen Nebeln, aufgebaut aus vorwiegend Submikrometer-Durchmesser-Nebeltröpfchen von feinem Maßstab, sowie bei der Erzeugung von Nebeln, aufgebaut aus einer Vielzahl von Nebeltröpfchen von größerem Maßstab, während Vorteile hinsichtlich Effizienz und Durchsatz bereitgestellt werden.

Der Nebel wird bei Umgebungsdruck unter Verwendung von elektrischen Ultraschallwandlern erzeugt, um einen elektrischen Frequenz-Eingang in mechanische Ultraschall-Vibrationen umzuwandeln. Der Nebel-Durchsatz ist skalierbar unter Anwendung von Variationen der Frequenz und des Oszillator-Oberflächenbereichs und unter Verwendung eines Mehrkanalsystems von Wandlern. Abgabevorrichtungen können für die Anwendung von Hand auf kleine Flächen, für Anwendungen von mittlerem Maßstab, geeignet für eine Vorrichtung, die ausgelegt ist, um als Rucksack getragen zu werden, oder für Anwendungen im großen Maßstab, zugeführt an ganze Räume oder Gebäude, entworfen werden.

Die Qualität des Nebels wird beibehalten durch Verwendung von ausreichender Frequenz und Bedingungen, um eine Fahne von Nebel herzustellen, enthaltend eine hohe Anzahl von sehr kleinen Submikrometer- bis zu einen Maßstab von nur einigen Mikrometern aufweisenden Tröpfchen, konzentriert in der Nähe der äußeren Bereiche der Fahne. Die Erfindung sorgt in erster Linie für die Extraktion von extrem kleinen Tröpfchen aus der Fahne unter Anwendung eines gleichmäßigen helikalen oder wirbelnden Flusses von Trägergas in jeder Ebene, beginnend an der Oberfläche der Flüssigkeit, wo die Tröpfchen gebildet werden. Der sanft wirbelnde Luftfluss unterstützt die In-situ-Extraktion oder das Aufsammeln von feinem Nebel aus der Erzeugungskammer und die Bildung eines Aerosol-Nebels, welcher sehr stabil ist. Die In-situ-Extraktion von feinem Nebel unterscheidet sich in eindeutiger Weise von Trägheits-Trennung durch Hindurchleiten des Nebels in eine separate Kammer.

In diesem Fall erzeugt der wirbelnde Fluss eine relativ schwache axiale (Vertikal-Komponenten-Geschwindigkeit) Geschwindigkeit, während eine angemessene Umfangs- oder Tangential-Komponenten-Geschwindigkeit beibehalten wird. Somit erzeugt der Fluss von Trägergas im Allgemeinen eine helikale wellenähnliche Geschwindigkeit, wie gezeigt in den Figuren. Der bevorzugte Trägerfluss verzerrt nicht die Kapillarwellen-Produktion von Tröpfchen, welche im Allgemeinen von 1–6 Inch hohen Fontänen, welche große Fontänentröpfchen ausstoßen, begleitet wird.

Das Trägergas wird tangential zu der Extraktionssäule angewandt, sodass der wirbelnde Fluss nur die kleineren Tröpfchen anhebt oder mitführt, ohne den Zentralbereich der Fontänensäule signifikant zu zerstören. Die größeren Tröpfchen der Fontäne werden in der Mitte der Fahne belassen, um in das Reservoir von Lösungen, als eine Fontäne von Flüssigkeit oder Wasser, zurückzufallen. Die Fontäne arbeitet sehr effizient bei der Herstellung von sehr kleinen Tröpfchen, wegen der minimierten Störung des Zentralbereichs der Fontäne, und der gleichmäßige bzw. sanfte verwirbelnde Strom hebt, reflektiert oder trägt den feinen Nebel langsam zu einem geeignet positionierten Auslass. In einer Ausführungsform wird der feine Nebel langsam nach oben in einer helikalen Wellenform gehoben und durch einen Auslass, der an der Spitze des Behälters gelegen ist, ausgegeben.

Die mitgeführten kleineren Tröpfchen können als zerstäubt betrachtet werden, wobei eine ausreichende Verweilzeit für den Nebel aus feinen Tröpfchen bereitgestellt wird, um vor dem Auslassen und Abgeben sehr stabil zu werden. Die Aerosol-Bildung, Extraktion und Anwendung von Tröpfchen im Größenbereich von 0,05 Mikrometer bis 10 Mikrometer hat sich als sehr effektiv in Anwendungen, wie Luftbefeuchtung, Feuerunterdrückung, Explosions-Abschwächung, Sterilisation und Reinigung erwiesen.

Verschiedene Konfigurationen der Vorrichtung können bereitgestellt werden zum Erreichen der Ziele der Erfindung. Der Mechanismus der Bildung eines Wirbel-Flusses innerhalb der nebelerzeugenden Kammer, welcher zu einer helikalen Fluss-Struktur führt, kann durch andere Mittel ohne Verwendung eines Tangential-Einlasses zum Einführen eines solchen Flusses bewirkt werden. Wirbel-Generatoren, basierend auf mehreren Schaufelblättern, und kommerziell erhältliche Wirbel- oder Vortex-Generatoren können verwendet werden, um derartige Flüsse zu erzeugen und derartige Flüsse in die Nebelerzeugungskammer einzuführen.

In Bezug auf den Auslass für den Aerosol-Nebel können verschiedene Konfigurationen geeignet sein. Zum Beispiel kann ein Auslass tangential zur Fontänensäule auf den oberen oder unteren Bereichen des Containers orientiert sein. Alternativ dazu kann ein Auslass an der Spitze des Extraktorbehälters gelegen sein, oder ein Vortex-Finder-Rohr könnte zentral im nebelerzeugenden Behälter für eine nach oben erfolgende Auslassung des feinen Aerosol-Nebels lokalisiert sein. Ferner könnte der Auslass an ein Bauteil von konisch konvergierendem Durchmesser angeschlossen sein, um die Konzentrierung des zerstäubten Nebels für die Abgabe zu unterstützen.

In anderen Beispielen von alternativen Konfigurationen könnten mehrere Einlässe, tangential situiert zur Fontänensäule, vorgesehen sein, um den Trägergasfluss zu verbessern, oder mehrere Auslässe könnten für einen verbesserten Nebelausstoß bereitgestellt werden. Darüber hinaus können Anordnungen bereitgestellt werden, welche mehrere Zerstäuber oder Wandler einsetzen, um die Funktion oder den Durchsatz zu verbessern.

Patentanspruch 1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Nebels gemäß der Erfindung.

In der Vorrichtung ist die Hochfrequenzwellen-erzeugende Vorrichtung vorteilhafterweise ein piezoelektrischer Wandler oder Laserstrahl. Vorzugsweise ist ein Bereich des Behälters, auf welchem die Bereitstellungseinrichtung für den helikalen Fluss und der Nebel-Auslass liegen, zylindrisch. Vorteilhafterweise ist der Nebel-Auslass tangential zu der Fontänensäule gelegen. Die Fontänensäule beinhaltet vorzugsweise einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, und der Nebel-Auslass ist tangential zum oberen Bereich der Fontänensäule situiert. Der Nebel-Auslass schließt in vorteilhafter Weise ein Rohr ein, welches zentral auf dem Behälter gelegen ist, sodass eine erste Verlängerung des Rohrs in den Behälter bis zu einem Punkt unterhalb der Bereitstellungseinrichtung für den helikalen Fluss reicht, und eine zweite Verlängerung des Rohrs sich aus dem Behälter heraus nach außen erstreckt. Vorzugsweise schließt der Behälter einen konischen Bereich ein, aufweisend einen aufwärts orientierten konisch konvergierten Durchmesser, und der Nebel-Auslass ist mit dem konischen Bereich verbunden. In vorteilhafter Weise schließt der Behälter mehrere Nebel-Auslässe ein, welche auf dem Behälter für den Nebel-Ausstoß situiert sind. Vorzugsweise schließt die Bereitstellungseinrichtung für den helikalen Fluss einen Trägermedium-Einlass, tangential situiert zur Fontänensäule, ein. Vorteilhafterweise schließt die Bereitstellungseinrichtung für den helikalen Fluss mehrere Trägermedium-Einlässe auf dem Behälter ein, tangential situiert zur Fontänensäule. Vorzugsweise schließt die Bereitstellungseinrichtung für den helikalen Fluss eine separate Helikal- oder Wirbelfluss-erzeugende Vorrichtung ein, angebracht an dem Behälter, sodass der helikale Fluss des Trägermediums zu dem Behälter kommuniziert bzw. weitergeleitet wird. In vorteilhafter Weise schließt die Fontänensäule einen oberen Bereich und einen unteren Bereich ein, und der Trägermedium-Einlass ist tangential zum oberen Bereich der Fontänensäule situiert, und der Nebel-Auslass ist tangential zum unteren Bereich der Fontänensäule situiert und oberhalb des Reservoirs situiert. Vorzugsweise ist die Hochfrequenzwellen-erzeugende Vorrichtung aus einer Anordnung von piezoelektrischen Wandlern aufgebaut, welche in Kombination angeordnet sind. Vorteilhafterweise besteht die Hochfrequenzwellen erzeugende Vorrichtung aus mehreren ringförmig angeordneten Wandlern, und der Behälter schließt eine ringförmige Kammer zur Verursachung eines ringförmigen Flusses von Luft innerhalb des Behälters ein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Aufrissansicht eines beispielhaften Wassernebelgenerators gemäß der Erfindung.

2a ist eine schematische Draufsicht von Flussgeschwindigkeits-Vektoren an der Trägermedium-Eintrittsebene.

2b ist eine schematische Draufsicht von Flussgeschwindigkeits-Vektoren an der Trägermedium-Austrittsebene.

3a ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Erzeugen und Abgeben eines feinen Nebels.

3b ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Erzeugen und Abgeben eines feinen Nebels.

4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung und Abgabe eines feinen Nebels unter Verwendung eines helikalen Abwärtsflusses von Trägergas und eines zentralen Ausflusses von Nebel.

5a ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche für einen horizontalen Fluss ausgerichtet ist.

5b ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche für einen horizontalen Fluss ausgerichtet ist, und stellt den horizontalen helikalen Fluss von Trägergas und Nebel dar.

6 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, aufweisend einen konisch konvergierenden Bereich, verbunden mit einem Nebel-Auslass.

7 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die mehrere tangential situierte Einlässe aufweist.

8 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die mehrere Auslässe für den Nebel-Ausstoß aufweist.

9 ist eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die mehrere ringförmig angeordnete Zerstäuberelemente, oder Wandlerelemente, und ein ringförmiges Trägermedium-Flussmuster aufweist.

10 ist eine schematische Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die mehrere ringförmig angeordnete Wandlerelemente und ein Trägermedium aufweist, das dazu ringförmig ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsformen werden in Hinsicht auf Nebelerzeugung oder Tröpfchenbildung unter Verwendung einer Anordnung von Wandlern, einer einzigartig definierten Konfiguration des Luftflusses zu der Nebelerzeugungs-Örtlichkeit, Aerosol-Bildung, Stabilität des Nebels, Transport des Aerosols, Klassierung bzw. Sortierung des Nebels und Konfiguration des Nebel-Ausflusses beschrieben.

In einer ersten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen oder mehrere piezoelektrische Wandler 10 bereit, angeschlossen an eine Leistungsversorgung 12, üblicherweise einen externen Antreiber. Die piezoelektrischen Wandler erzeugen einen Nebel aus einer Flüssigkeit, enthalten in einem Reservoir 14 an der Basis 16 der Einheit. Das Reservoir und die Flüssigkeit können in geeigneter Weise bei Umgebungsdruck und bei Umgebungstemperatur bleiben. Üblicherweise werden die Wandler in der Flüssigkeit im Reservoir untergetaucht, wobei der Kristall etwa 1–2 Inch unter der Flüssigkeitsoberfläche eingetaucht ist oder anderweitig in physikalischer Kommunikation mit der Lösung angeordnet ist. Das Reservoir ist innerhalb der Kammerwände 18 der Vorrichtung enthalten, und die Wände sind vorzugsweise zylindrisch, wie abgebildet in den 2a, 2b, 3a und 3b. Eine typische Nebelbildungskammer 20 wird etwa 2–3 Fuß hoch sein und einen Durchmesser von etwa 1–2 Fuß aufweisen. Der Maßstab und die Abmessungen werden in großem Maße abhängig von dem Maßstab der Nebelherstellungseinheit variieren.

Die Nebelerzeugungseinheit 20 kann einen Eintritts-Einlass 22 und einen Austritts-Auslass 24 einschließen, um Flüssigkeit bereitzustellen, um das Reservoir 14 zu bilden. In manchen Anwendungen kann ein Sensor 26 vorgesehen sein, wie gezeigt in diesem Wandler-Abschnitt der Nebelerzeugungseinheit, um den Spiegel des Reservoirs zu überwachen, und ein System kann zur Steuerung des Einlasses und Auslasses des Reservoirs bereitgestellt sein, um den Spiegel entsprechend anzupassen.

Anstatt Hochdrucksysteme oder Hitze-basierende Systeme zu verwenden, sieht die vorliegende Erfindung die Produktion von einem ausreichend hohen Durchsatz von Qualitäts-Feinnebel unter Verwendung einer Hochfrequenz-Ultraschallvorrichtung vor. Bisher ist die Verwendung von Hochfrequenz-Ultraschallvorrichtungen als nicht praktisch für die gewünschten Durchsatzspiegel (1 bis mehrere Liter pro Minute) eines solchen Nebels von feinem Maßstab angesehen worden. Weil die von der Erfindung erzeugten, sehr feinen Nebeltröpfchen bei Umgebungsdruck erzeugt werden, ist keine kostspielige Technologie erforderlich, um mit hohem Druck oder Hitze umzugehen, sodass der Nebel kostengünstig hergestellt werden kann.

In der erörterten Ausführungsform wird die Flüssigkeit, bereitgestellt im Reservoir 14, Ultraschallwellen unterworfen, angetrieben vom piezoelektrischen Wandler 10 oder einer anderen Ultraschallwellen-erzeugenden Vorrichtung. Der Wandler stellt die Ultraschallwellen bereit, welche die Flüssigkeit zerstäuben, um Nebeltröpfchen herzustellen, durch Umwandeln einer elektrischen Frequenz in mechanische Vibrationen. Die mechanischen Vibrationen der piezoelektrischen Vorrichtung erleichtern die Zerstäubung von Fluiden durch Produzieren von Ultraschalldruck- oder Schallwellen mit Verdünnungs- und Verdichtungs-Zyklen. Die Ultraschallwellen produzieren Oberflächen-Kapillarwellen auf Grund von freien Oberflächen-Oszillationen, wo Luft und Flüssigkeit aneinander angrenzen. Jenseits einer bestimmten Amplitude verlängern sich die Kapillarwellen an den Kronen bzw. Kämmen und erzeugen zerstäubte Tröpfchen. Extrem kleine Tröpfchen brechen aus den Kronen gegen die Oberflächenspannung aus. Diese Kapillarwellen-Wirkung wird in starkem Maße unterstützt als die anwendbare Theorie der Nebeltröpfchenbildung. In zumindest einigen Fällen jedoch erzeugt die Verdünnung Kavitationen in der Flüssigkeit, welche zu Blasen führen, welche sich während der negativen Druck-Exkursion ausdehnen und während der positiven Exkursion heftig implodieren. Diese Kavitationen veranlassen die implodierenden Blasen dazu, als kleine Tröpfchen während der Kompression aus der Oberfläche auszutreten, wodurch ein dunstartiger Nebel gebildet wird. Ungeachtet der Kapillarwellen-Wirkung oder Produktion von Kavitationen verursachen die Ultraschallwellen, erzeugt durch die Hochfrequenz-Vibration, eine Zerstäubung der Flüssigkeit zu einer Wolke von Partikeln oder Nebeltröpfchen 28. Die durch den Zerstäubungsvorgang hergestellte Tröpfchengröße wird von der Kubikwurzel der Oberflächenspannung der Lösung, der Dichte der Flüssigkeit und dem Quadrat der Frequenz der Schwingung abhängen. Daher ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bedeutsam zur Steuerung des Tröpfchendurchmessers, erzeugt durch Zerstäubung, und kann die Auslegung der Ultraschallvorrichtung beeinflussen, welche bei der Erzeugung der Nebel-Fahne verwendet wird. Die Gleichung, um die Tröpfchengröße in der Ultraschallwellen-unterstützten Zerstäubung vorherzusagen, wird durch die folgende Gleichung angegeben: d = 0,34(8 &pgr;&tgr;/&rgr;f2)1/3 worin

&tgr;
= Oberflächenspannung der Flüssigkeit
&rgr;
= Dichte der Flüssigkeit
f
= Anregungsfrequenz des Wandlers
d
= Durchmesser des Tröpfchens

Die in Ultraschallwellen-erzeugten Nebeln gebildeten Tröpfchen zeigen eine relativ schmale Größenverteilung, anders als bei Druck-zerstäubten Tröpfchen. Zum Beispiel kann man im Allgemeinen mit Piezo-Wandlern von 1–5 MHz einen schmalen Bereich von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1–5 Mikrometern erzielen. Man könnte auch einen schmalen Bereich von Submikrometer-Tröpfchen unter Verwendung von Piezo-Wandlern von passender Frequenz und Konfiguration erzielen. Wenn eine geeignete Zerstäubung der Tröpfchen erreicht ist, wird der Nebel stabil sein. Wenn jedoch eine Keimbildung ohne korrekte Zerstäubung startet, werden die Tröpfchen koaleszieren und schließlich zu Flüssigkeit kondensieren. Typische kommerziell verfügbare Wandler werden in medizinischen Anwendungen, der Reinigung und der Luftbefeuchtung verwendet. Die bekannten Wandler arbeiten mit Schwingungsfrequenzen von 1,7 MHz bis 2,4 MHz und produzieren Tröpfchen von 1 bis 10 Mikrometern aus Wassernebel. Modifikationen hinsichtlich Frequenz oder der Mechanik des piezoelektrischen Wandlers können gemäß den Wünschen der vorliegenden Erfindung nach einer kleineren Tröpfchengröße vorgenommen werden, abhängig von der gewünschten Nebel-Qualität und -Quantität von kleinen Nano-Maßstabs-Tröpfchen. Ein Wandler kann hinsichtlich der Größe des oszillierenden Elementes variiert werden, um die Nebelerzeugung aus dem Reservoir zu modifizieren. Des Weiteren kann ein Wandler eine Frequenz der mechanischen Oszillation von 20 MHz oder mehr aufnehmen. Und fernerhin kann eine Anordnung von piezoelektrischen oszillierenden Elementen in Kombination angeordnet werden, um kollektiv das zerstäubende Element 10 zu bilden und ein zusätzliches Mittel zur Erhöhung der Zerstäubung und Erzeugung von Nebel bereitzustellen. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform eine Anordnung von 9 piezoelektrischen Elementen in einer 3-mal-3-Feldanordnung angeordnet werden. Die Anzahl von Elementen kann abhängig vom gewünschten Durchsatz variieren. Wenn beispielsweise jedes Element 20 ml/min erzeugt, dann werden 50 Elemente benötigt, um 1 Liter pro Minute zu erzeugen. Ein erhöhtes Nebelerzeugungsvolumen kann beim Durchsatz von Tröpfchen von feiner Qualität unterstützen. Allerdings sollte bemerkt werden, dass ein erhöhter Durchsatz eines Nebels von feinem Maßstab, wie hierin erörtert, nicht möglich wäre ohne weitere Verbesserungen, wie sie von der Erfindung für die Zerstäubung, Extraktion und Abgabe der Nebeltröpfchen bereitgestellt werden. Wenn die Anzahl von Wandlerelementen in einer gegebenen Fläche erhöht wird, und selbige für die Kompaktheit der Gerätgröße dicht gepackt werden, sinkt die Effizienz der Luftmischung mit den Tröpfchen, und die Aerosol-Bildung wird ineffizient. Schließlich wird der Durchsatz des Nebelgenerators reduziert und wird ineffektiv. Deshalb ist eine spezielle Trägergasfluss-Feld-Implementierung der Schlüssel zum Erfolg bei der Nebelerzeugung in großem Maßstab.

Das berichtete Verfahren zur Extraktion und Abgabe von Nebel ist nicht nur anwendbar auf Nebel, hergestellt durch eine Ultraschall-Gerätschaft, sondern gleichermaßen anwendbar auf jeden Nebel oder kleine Partikel, welche durch andere Verfahren hergestellt werden. Andere mögliche Herstellungsmittel schließen Laser-Licht, fokussiert auf eine Flüssigkeitsoberfläche, und kleine Partikel (einschließlich Submikrometer-große Partikel), erzeugt durch chemische oder physikalische Mittel, ein. Es kann deshalb ohne Weiteres ersehen werden, dass die Erfindung in Kombination mit derartigen Tröpfchen oder Partikeln verwendet werden kann, welche durch andere Mittel hergestellt werden.

Das hierin beschriebene Extraktionsverfahren sieht eine Vorrichtung vor, wie veranschaulicht in der Ausführungsform in 1, zur Abgabe von Nebel, enthaltend sehr feine Tröpfchen von verschiedenen Größen bzw. Maßstäben von Mikrometer-Durchmessern bis zu weniger als einem Mikrometer Durchmesser. Der Nebel wird in hoher Quantität und Qualität abgegeben. Das Extraktionsverfahren arbeitet durch Entfernen der kleineren Tröpfchen aus der Fahne oder Säule 28 von Nebel, welche durch die Hochfrequenz-Ultraschall-Schwingungen erzeugt wird. Insbesondere werden die kleineren Tröpfchen aus dem Zentrum der Fahne 28 weg konzentriert, wie gezeigt in der 4, während umgekehrt die größeren Tröpfchen in dem Zentrum konzentriert werden. Das vorliegende Extraktionsverfahren und -Gerät stört das Zentrum der Nebelfahne nicht signifikant, während sie erzeugt wird. Vielmehr wird ein Fluss von Trägergas oder Luft bereitgestellt, welcher in Bezug auf die Fahne an der Basis 16 einer zylindrischen Kammer 20 tangential fließt 30.

Der Tangential-Fluss 30 ist auf den äußeren Bereich 32 des Umfangs eines kreisförmigen Querschnitts der Fahne 28 gerichtet, wie gezeigt in den 2a und 2b, sodass der Fluss 30 tangential auf die Nebel-Fontänensäule an seinem Eintritt, wie gezeigt durch den Einlass 34, in die Fontänensäule gerichtet ist. In jeder Ebene innerhalb der Nebelkammer 20 erzeugt das gerichtete Trägergas einen wirbelnden Fluss mit hoher radialer Geschwindigkeit in Richtung auf den Umfang oder die Wand der Kammer. Der allgemeine Fluss wird spiralförmig um die Zentralachse des Zylinders 20 sein. Die radiale Geschwindigkeit des wirbelnden Trägergasflusses am Zentrum ist relativ geringer und endlich, und in Antwort auf den helikalen Fluss ist der statische Druck an der Mittellinie des Zylinders relativ niedrig im Vergleich zum Druck an den Seitenwänden 18 des Behälters. Der Fluss von langsam wirbelndem Gas an der Oberfläche 36 der Flüssigkeit liefert eine Umgebung für Aerosol-Bildung und begrenzt die Koagulation und Verschmelzung von Tröpfchen und begrenzt daher die Bildung von großen Tröpfchen.

Der Auslass 38 und der Einlass 34 können wie in der 3a gezeigt gelegen sein, wobei der Einlass nahe des unteren Bereichs der Nebelkammer 20 ist. Alternativ dazu kann die Anordnung vergetauscht werden, wie gezeigt in der 3b, und der Einlass 34 kann nahe dem oberen Bereich der Kammer 20 gelegen sein, wobei der Auslass 34 vorzugsweise grade oberhalb des Spiegels des Flüssigkeitsreservoirs 14 ist. Wenn der Auslass nahe beim Oberflächenspiegel des Reservoirs ist, ist festgestellt worden, dass der Ausstoß von Nebel in manchen Konfigurationen effizienter ist, möglicherweise, weil Nebel im Allgemeinen schwerer als Luft ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird bereitgestellt, falls Mehrkomponenten-Flüssigkeitsmischungen als eine Quelle für den Nebel verwendet werden. In diesem Fall können flüchtigere oder eine niedrige Oberflächenspannung aufweisende Komponenten Tröpfchen bilden und in vertikalen Säulen entweichen. In einer Konfiguration, wie oben erwähnt, wird jedoch der helikale Weg des Trägergases die feineren Tröpfchen von diesen flüchtigeren Komponenten zurück zur Flüssigkeitsoberfläche während des Mitreißens und Mischens des Nebels tragen.

Des Weiteren, während der Einlass 34 vorzugsweise tangential in Hinsicht auf die Kammerwand 18 gelegen ist, muss der Auslass 38 nicht tangential angeordnet sein, um einen effektiven Nebel-Durchsatz zu erhalten. Alternativ dazu könnte ein Auslass an der Spitze 40 des Extraktor-Behälters situiert sein. Ungeachtet der alternativen Anordnung des Einlasses 34 und Auslasses 38 verändert sich nicht die Erreichung eines effizienten Durchsatzes eines Qualitäts-Feinnebels durch Erzeugen eines starken Flusses nahe den Säulenwänden 18 ohne Störung der zentralen Fahne 28 und Mitreißen von größeren unerwünschten Tröpfchen. Das Fließverhalten, erzeugt durch die Anordnung, welche von der Erfindung gelehrt wird, optimiert und verbessert die Kapillarwelle und Kavitationsvorgänge zur Erzeugung von feinen Nebeltröpfchen.

Das Bereitstellen von zylindrischen Säulenwänden 18 nimmt den gewünschten tangentialen Wand-Seitenfluss, gezeigt in den Figuren, auf. Eine rechteckige Geometrie wäre nicht so gut geeignet, ohne geeignete Umsicht und geeignetes Design, um zu gewährleisten, dass der Wasserfontänenfluss nicht gestört wird oder dass das Trägergasmedium auf diesem aufprallt.

Weil die kleineren Tröpfchen im äußeren Bereich 32 der Fontäne 28 situiert sind, wirkt der Tangential-Fluss 30 von Trägergas als ein Filter oder Klassierer, um die kleineren Tröpfchen aus der Fahne heraus abzutrennen und sie zum Auslass 38 der Vorrichtung zu tragen. Das Ergebnis des tangentialen Flusses des Trägers ist ein starker Wirbel von Trägergas-Fluss entlang der Seiten der Vorrichtung und nahe der Außenwand der Kammer, aber mit sehr wenig Fluss von Trägergas in der Mitte der Vorrichtung oder nahe dem Zentrum der Kammer, was in der 3a veranschaulicht wird. Die kleineren Tröpfchen im Nebel nahe des äußeren Bereichs 32 der Fontäne 28 werden in den wirbelnden Fluss entlang der Wand 18 der Kammer hineingezogen, und die größeren Tröpfchen, näher zum Zentrum der Fontänen-Fahne verbleiben und fallen zurück in das Reservoir-Bett 14 der Lösung, wie veranschaulicht in der 3a und 3b. Somit wird ein Nebel mit einer hohen Konzentration an kleineren Tröpfchen erzeugt, was mehrere Vorteile bringt.

In der Ausführungsform von 4 ist ein tangentialer Trägergas-Einlass 34 an der Spitze 40 der Nebelbildungskammer 20 oder des Behälters lokalisiert. Innerhalb des Behälters erstreckt sich ein zentral angeordnetes Vortex-Finder-Rohr 42 zu einer gewünschten Länge unterhalb des tangentialen Einlasses, und der Vortex-Finder erstreckt sich zu einer gewünschten Länge über die Spitze des Behälters. Die gewünschte Länge des Vortex-Finder-Rohrs, welche sich unterhalb des Einlasses innerhalb der Kammer erstreckt, ist ein bedeutender Parameter und wird abhängig vom Nebelgenerator-Maßstab und der Systemkonfiguration variieren. Deshalb sollten die Erstreckungs-Längenparameter des Vortex-Finder-Rohrs dementsprechend optimiert werden. Das Rohr 42 kann geringfügig abgeschrägt sein, um zu vermeiden, dass Fontänen-Tröpfchen direkt in den Einlass 44 des Rohrs gelangen. Der Eintritt des Zentralrohrs kann Filter oder verdrillte Rohre enthalten, um den Eintritt jedweder gröberer Tröpfchen in den Nebel-Ausfluss zu reduzieren. Ein nach unten wirbelnder Fluss von Trägergas erreicht die Basis 16 der Kammer unter Befolgung des gezeigten helikalen Spiralwegs 30. Wenn dieser Trägerfluss die Basis der Einheit erreicht, mischt sich das Trägergas mit den Nebeltröpfchen und bildet ein Aerosol aus extrem kleinen Wassertröpfchen. Das abwärts fließende Trägergas kehrt nach Reflektieren von der Reservoir-Flüssigkeitsoberfläche 36 um und trägt das gebildete Aerosol des Nebels 46 nach oben zu und durch das zentral angeordnete Vortex-Finder-Rohr. Größere Fontänentropfen und grobe Tröpfchen werden zurückgelassen. Für eine engere Klassierung der Tröpfchen im Aerosolnebel kann die Gestalt des Vortex-Finder-Rohrs konisch konfiguriert sein, und die Geometrie der Säule 20 kann optimiert werden. Diese Ausführungsform liefert hervorragende Bedingungen für die Aerosolbildung in Hinsicht auf Träger-Flussmuster, Verweilzeit und Menge an Träger und Tröpfchen.

Mehrere feine nebelerzeugende Vorrichtungen 2 können kombiniert und verbunden werden, um eine Reihe von Kammern 20 bereitzustellen, um den Gesamt-Nebeldurchsatz zu erhöhen. Dadurch kann ein gegebener Einlass-Massenfluss von Trägergas zu einer ersten Kammer bereitgestellt werden, und nachfolgende Kammern können den Nebel-Fluss aus den vorangehenden Einheiten empfangen. Wenn zusätzliche feine Nebeltröpfchen angesammelt werden, wird Nebel zu einem Auslass oder einer anderen nachfolgenden Einheit fortschreiten. Die Kammern können durch Kanäle verbunden sein, welche tangential zu den Kammerwänden liegen, sodass der Nebel-Fluss und der Trägergas-Fluss die Fahne nicht stören, welche in jeder Kammer erzeugt wird. Diese Vorrichtungen können modular sein, und die Anzahl von Vorrichtungen, welche miteinander in Kontakt stehen sollen, kann willkürlich variiert werden.

In noch einer weiteren Ausführungsform können zusätzliche Wirbel-Fluss-Kammern (vertikal oder horizontal orientiert), die tangentiale Trägergas-Fluss-Einlässe aufweisen, an dem Auslass der Haupt-Nebel-Kammer oder des Behälters hinzugefügt werden. Diese zusätzlichen Wirbel-Fluss-Kammern werden den ausgetriebenen Nebel aus der Haupt-Nebel-Bildungskammer aufnehmen und fernerhin diesen Nebel einem wirbelnden Fluss unterziehen, um eine weitere Klassierung von Tröpfchen zu erreichen. Eine solche Nachverarbeitung kann wünschenswert sein, wenn ein sehr schmaler Spielraum an Nebeltröpfchengröße für einen spezifischen Zweck erforderlich ist. Allerdings, wie vorangehend erwähnt, wird eine derartige Nachverarbeitung ebenfalls den Gesamt-Durchsatz auf Grund von Koagulationen, Koaleszenz und Verdampfung von Tröpfchen verringern.

Verschiedene andere Konfigurationen der Vorrichtung können bereitgestellt werden zur Erreichung der Ziele der Erfindung. Wie in den 5a und 5b gezeigt, könnte der zylindrische Behälter 20 horizontal orientiert sein, und ein tangentialer Einlass 34 zur Erzeugung eines wirbelnden Flusses 30 von Trägergas situiert sein. In der gezeigten horizontal orientierten Konfiguration würde das Trägergas ebenfalls horizontal fließen und feine Tröpfchen von Nebel mitführen. Der helikale Weg des Trägergases ist durch die Linie 30 in der 5b gezeigt. Ähnlich zu den anderen Konfigurationen hierin wird der Wirbel-Fluss von Trägergas eine angemessene Träger- und Verweilzeit bereitstellen, um die feinen Nebeltröpfchen aufzunehmen, die Tröpfchen zu klassieren und eine effektive Aerosol-Bildung des Nebels bereitzustellen. Der Nebel wird dann in einem Spiralfluss abgegeben, wie abgebildet. Ein horizontal orientiertes System kann die Verweilzeit des Trägers verbessern und eine bessere Mischung und Aerosol-Bildung bereitstellen. Weil die Extraktionssäule horizontal ist, werden ferner während des Mischens größere Tröpfchen mit einer größeren Verweilzeit versehen, wodurch sie zurück in die Basis der Kammer fallen, und zwar mittels Unterstützung durch die Schwerkraft.

Noch andere Konfigurationen werden ebenfalls in Betracht gezogen, wie gezeigt in der 6, wobei der Auslass 38 an einen konischen Bereich 48 des Behälters 20 angeschlossen sein könnte, der einen nach oben gerichteten konisch konvergierenden Durchmesser aufweist, um bei der Konzentrierung des abzugebenden zerstäubten Nebels für die Abgabe zu unterstützen. Des Weiteren könnten, wie in den 7 und 8 veranschaulicht, mehrere Einlässe 34, tangential situiert zur Fontänensäule 28, bereitgestellt werden, um den Trägergas-Fluss zu verbessern, oder mehrere Auslässe 38 könnten für eine verbesserte Nebel-Emission bereitgestellt werden.

In komplexeren Anordnungen können mehrere Zerstäuber oder Wandlerelemente verwendet werden, um die Funktion oder den Durchsatz zu verbessern. In der 9 ist eine ringförmige Anordnung von Zerstäubern 10 gezeigt. Der Behälter 20 ist ausgestattet mit ringförmigen Wandabschnitten 50 für einen nützlichen Trägermedium-Fluss 30 nahe der Nebelbildungselemente. Die Luft oder das Trägermedium tritt tangential zwischen den kreisförmigen Anordnungen von Wandlern ein und fließt zum Zentrum des Behälters, um einen zerstäubten Nebel von Tröpfchen feiner Qualität mitzuführen und dann zu emittieren.

In der 10 werden mehrere ringförmige Anordnungen von Nebelbildungs-Wandlerelementen bereitgestellt. Der wirbelnde Trägermedium-Fluss 30 wird zwischen den Nebelbildungselementen bereitgestellt, um Fein-Qualitäts-Nebeltröpfchen mitzureißen und den zerstäubten Nebel 46 aus dem Behälter 20 zu emittieren. Die Wandlerelemente können in Trögen angeordnet sein, um den Luftfluss weiter zu verbessern und die Störung der Zentralbereiche der Fontänen zu minimieren.

In jedem Fall können die Einheiten modular und kompakt sein. Zum Beispiel können die Einheiten kompakt gemacht werden durch geeignetes Anordnen der Wandler 10 in rechteckigen Kanälen in Reihen und Platzieren der Wirbelfluss-Trägergaskammer 20 auf der Oberseite. Ferner kann eine nebelerzeugende Einheit modular gestaltet werden durch Hinzufügen von mehreren Wandlern zu einer Basiseinheit zum Erzeugen von zerstäubtem Nebel und Hinzufügen einer Wirbelfluss-Einheit auf der Oberseite der Wandler-enthaltenden Basis. Eine derartige Konfiguration könnte nützlich bei der Entwicklung von Einheiten sein, welche gemäß dem gewünschten Durchsatz für die spezifische Anwendung skalierbar sind.

Die kleineren Tröpfchen, umfassend den Nebel 46, werden vorzugsweise von weniger als einem Mikrometer oder im Nano-Maßstab sein. Ein Hochqualitätsnebel, aufgebaut aus Tröpfchen von 50–1000 Nanometern (0,05–1,0 Mikrometer) oder alternativer Weise von bis zu 1–10 Mikrometern, wird durch die erörterten Erzeugungs-, Zerstäubungs- und Extraktionsverfahren machbar, und ein derartiger Nebel kann durch das vorliegende Verfahren bei einem Durchsatz von bis zu 1 Lpm oder mehr hergestellt werden. Der Durchsatz der Vorrichtung und die hierin beschriebenen Verfahren sind variabel von einigen wenigen ml/min bis zu einigen Liter/min, und deshalb für eine Vielzahl von Anwendungen skalierbar, wobei ein ausreichender feiner Nebel-Durchsatz gemäß dem benötigten Maßstab bereitgestellt wird.

Die korrekte Aerosol-Bildung oder Zerstäubung hält die Tröpfchen in dem Trägermedium stabil. Ein passendes Luft- oder anderes Trägermedium muss bereitgestellt werden während einer adäquaten Verweildauer ohne die Bildung von Kapillarwellen und Tröpfchenablösung bzw. Tröpfchendisintegration aus der Flüssigkeitsoberfläche zu verzerren. Ein gerichtetes Durchstreichen mittels eines Gebläses, welches Luft quer über die Oberfläche der Nebelfontäne bläst, beeinflusst die Feinnebel-Erzeugungsrate nachteilig und verringert den Durchsatz. Eine korrekte Aerosol-Bildung ist ebenfalls wichtig, wenn eine große Anordnung von Wellen-erzeugenden Elementen in einer beschränkten Fläche zur Erzeugung einer reichlichen Menge an Nebel vorhanden ist, da Tröpfchen dazu neigen, zu koaleszieren und unverzüglich eine Flüssigkeit zu bilden, wenn kein Trägermedium bereitgestellt wird. Die vorliegende Erfindung erzielt eine korrekte Aerosol-Bildung sogar in Großmaßstab-Systemen, wie 0,25 bis 1 Liter oder mehr pro Minute, durch Bereitstellen einer Aerosol-Bildung unmittelbar nachdem Tröpfchen aus der Flüssigkeitsoberfläche ausgestoßen werden. Wenn der Nebel 46 aus sehr feinen Tröpfchen besteht, verhält er sich charakteristischerweise als eine Pseudo-Gasphasen-Substanz, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit, Dampfphase oder Gas-Plasma-Substanz, weil die extrem kleinen Tröpfchen beinahe in einem molekularen Cluster-Zustand existieren. Makroskopisch sieht das Nebel-Fluid wie eine Gasphasen-Substanz aus, welche vom menschlichen Auge kaum wahrgenommen werden kann, während das Nebel-Fluid mikroskopisch winzige Tröpfchen in wässriger Phase enthält.

Kommerziell verfügbare Hochdurchsatz-Luftbefeuchter besitzen nicht die Nebeldurchsatz- und Abgabestrategien, welche hierin erörtert werden. Ferner werden verfügbare Luftbefeuchter nicht gut geeignet zur Verwendung in der Produktion von Nebel mit einem hohen Anteil an kleineren Mikrometer- und Submikrometer-Tröpfchen sein. Somit wird die derzeitig verfügbare Luftbefeuchter-Technologie für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen, wie Feuerunterdrückung oder Sterilisation, in welchen eine Pseudo-Gasphasen-Substanz, die bei hohen Durchsatzspiegeln zugeführt wird, wünschenswert ist, nicht in Betracht gezogen.

Obgleich die Erfindung in Bezugnahme auf gewisse spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird deutlich sein, dass viele Modifikationen und Änderungen vom Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung, wie sie durch die Patentansprüche definiert wird, abzuweichen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Erzeugung eines Nebels (46), welche folgendes umfasst:

einen Behälter (20);

eine Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle;

ein Reservoir (14), um Fluid in Kommunikation mit der Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle zu halten, um eine Fontänensäule (28) zu erzeugen, welche einen Zentralbereich und einen Außenbereich innerhalb des Behälters aufweist;

einen Trägermediumeinlass (34), der bezüglich der Fontänensäule (28) zum Lenken eines Flusses (30) von Trägermedium um den Außenbereich (32) der Fontänensäule (28) herum ohne bedeutende Störung des Zentralbereichs der Fontänensäule (28) gelegen ist; und

einen Nebelauslass (38) am Behälter (20) zur Abgabe von Nebel (46).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebelauslass (38) ein Rohr (42) umfasst, zentral am Behälter (20) gelegen, so dass sich eine erste Verlängerung des Rohrs in den Behälter (20) zu einem Punkt unterhalb des Trägermediumeinlasses (34) erstreckt, und eine zweite Verlängerung des Rohrs (42) sich aus dem Behälter (20) heraus erstreckt. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle aufgebaut ist aus mehreren ringförmig angeordneten Wandlern (10), und dass der Fluss (30) von Trägermedium in einem helikalen Fluss um die Fontänensäule (28) herum gelenkt ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle ein piezoelektrischer Wandler oder ein Laserstrahl ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebelauslass (38) tangential zur Fontänensäule (28) gelegen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fontänensäule (28) einen oberen Bereich und einen unteren Bereich umfasst, und dass der Nebelauslass (38) tangential zum oberen Bereich der Fontänensäule (28) gelegen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (20) einen konischen Bereich (48) mit einem nach oben konisch zusammenlaufenden Durchmesser aufweist, und dass der Nebelauslass (38) an den konischen Bereich (48) angeschlossen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (20) mehrere Nebelauslässe (38) am Behälter (20) zur Abgabe von Nebel (46) umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fontänensäule (28) einen oberen Bereich und einen unteren Bereich umfasst, und dass der Trägermediumeinlass (34) tangential zum oberen Bereich der Fontänensäule (28) gelegen ist, und dass der Nebelauslass (38) tangential zum unteren Bereich der Fontänensäule (28) gelegen ist und über dem Reservoir (14) liegt. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle aus einer Anordnung von piezoelektrischen Wandlern (10) aufgebaut ist, welche in Kombination angeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Hochfrequenzwelle aus mehreren ringförmig angeordneten Wandlern (10) aufgebaut ist, und dass der Behälter (20) eine ringförmige Kammer zum Verursachen eines ringförmigen Flusses (30) von Luft innerhalb des Behälters (20) umfasst.






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