有效的液滴干燥的制作方法

专利名称：有效的液滴干燥的制作方法
有效的液滴干燥本发明涉及干燥流体的领域。干燥流体意味着流体的液滴被干燥而成为颗粒。在剩余部分中，术语颗粒和液滴一般地视为是相同的实体，这取决于根据干燥阶段。流体干燥例如应用到食品工业中，以便干燥营养物或者为此的配料，类似奶制品、蛋白质、碳水化合物、脂肪、或者其结合物。喷雾干燥还可以被运用到干燥如下的流体，诸如，但是不限于，清洁剂、色料、催化剂、药品、化妆品、聚合物树脂、陶瓷粉末、粉末涂覆材料、粘结剂、石膏、混凝土、金属粉末，等等。在传统类型的喷雾干燥中，流体被供应至喷嘴，这在容器中产生流体的液滴喷雾。 液滴随后例如在干燥塔中的空气流中被干燥。该方法的一个弊端在于为了将液滴干燥成为颗粒要耗费相对大量的能量。本发明的一个目的是提供一种用于减少喷雾干燥所需的能量的量的系统和方法。在一个方面，本发明提供了一种用于喷雾干燥流体的系统，该系统包括流体存储器和喷雾设备。喷雾设备包括至少一个流出开口以及至少一个能量源，所述至少一个流出开口用于将来自存储器的流体的液滴自至少一个流出开口射出，所述至少一个能量源用于至少部分地干燥液滴。喷雾设备布置为将液滴射入可确定的液滴轨迹中，并且至少一个能源布置成提供基本上集中在液滴轨迹上的能量。通过集中，意味着包括这样实施方式，其中能量限定在液滴轨迹周围的有限空间中，例如通过气流的引导来限定。通过‘可确定的轨迹’意味着各个液滴的轨迹主要由预定的线路确定，所述预定线路例如为喷射液滴的喷射轨迹或者承载流动的流动轨迹。在另一个方面，本发明提供了一种用于喷雾干燥流体的方法。该方法包括将来自存储器的流体的液滴自至少一个流出开口射出并且通过至少一个能量源用能量至少部分地干燥液滴。液滴被射到可确定的液滴轨迹中并且能量基本集中在液滴轨迹上。附图


图1示出了根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统的示意图2示出了根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统的第二二实施方式的示意图
图3示出了根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统的第三Ξ实施方式的示意图
图4示出了根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统的第四实施方式的示意图
图5示出了包括多个连接区段的实施方式；
图6示出了包括管状气体引导件的额外的实施方式；
图7示出了根据本发明的包括集中能量源的实施方式；
图8示出了根据本发明的集中能量源的实施方式；
图9示出了根据本发明的集中能量源的实施方式；
图10示出了根据本发明的集中能量源的实施方式；
图11示出了包括分段的气体流动系统的替换实施方式；
图12示出了图11中的区段界面的细节；
图13示出了用于盒形气流引导件的计算设计；
图14示出了用于图13的结构的计算流动轮廓。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统的一个实施方式。系统1包括存储器2和喷雾设备3。喷雾设备与存储器2流体连通以将待喷雾干燥的流体供应至喷雾设备。喷雾设备包括至少一个流出开口4并且布置为将来自存储器2流体液滴5自至少一个流出开口4射出。流出开口可以包括喷嘴。在下文中术语流出开口和喷嘴将被作为同义词使用。现有技术中已知的用于射出液滴的机构是所谓的瑞利分裂机构(Rayleigh break-up mechanism)。基于该机构的射出装置通常包括振动喷嘴或者振动喷嘴板。所述系统还包括用于至少部分地干燥液滴的至少一个能量源6。该系统的特征在于，喷雾设备布置成将液滴射入可确定的液滴轨迹并且至少一个能量源6布置成提供基本上集中在液滴轨迹上的能量7。在图1中示出的实施方式中，喷雾设备3包括一个流出开口 4。可以理解的是，喷雾设备3还可能包括多个流出开口 4，以便将流体自多个流出开口 4射出，从而获得流体的液滴。此外，流出开口 4可以例如布置为喷雾设备3的表面中的孔。为了提供可确定的液滴轨迹，图2A中示出的喷雾设备的实施方式200包括供给压力生成装置8，用于将流体以预定的供给压力提供到流出开口 4，从而获得流体射流。还可以使用用于提供可确定的液滴轨迹的其他机构。这里，供给压力生成装置8布置成保持供给压力基本恒定。因此，产生流体射流，与此同时供给压力生成装置8基本不干扰该射流。 增加供给压力生成装置8仅仅是提供可确定的液滴轨迹的一种方式。其他的方式也是可能的。在该实施方式中，供给压力生成装置包括泵9以便以期望的压力供应流体。在根据本发明的喷雾设备的另一个实施方式201中，如图2B所示，泵9定位在存储器2与喷雾设备3之间以使来自存储器2的流体在压力下被供应到喷雾设备3。在该实施方式中，泵9布置为保持供给压力基本恒定。此外，泵9可以包括压力调节器，诸如过压阀和/或压力调节阀和/或阻尼器。替换地，或者附加地，供给压力生成装置8可以布置为液压地或者气压地将压力施加到流体以保持供给压力基本恒定，即，供给压力生成装置8 可以分别地使用加压的液体或者气体，以在流体上施加基本恒定的压力。在该实施方式中， 泵可以布置为改变流速从而保持压力恒定。在另一个实施方式中，泵可以布置为保持流速恒定，这导致一定的压力。这种泵的一个例子是恒流泵。在图3中示出了用于喷雾干燥流体的系统的另一个实施方式300。该实施方式与先前的实施方式基本相同。然而，包括振动喷嘴10的喷雾设备3布置为通过瑞利分裂器提供单分散性液滴。因此，该实施方式还包括压力改变装置10，以便改变流出开口 4上游的流体的压力。当射流从流出口 4射出时，流体射流的压力变化致使射流在最小压力点处收缩。 接着，流体射流将会在收缩处分裂，从而形成流体的液滴5。流体压力的变化幅度可以为供给压力的大致10%。压力的振动幅度可以是1毫巴到100巴，优选地小于或者等于25巴。在图3示出的实施方式中，压力改变装置10包括控制元件11，该控制元件可沿着来自/到达流出开口 4的方向移动。使控制元件11相对于流出开口 4振动致使流体的压力在控制元件11与流出开口 4之间变化。当流体从流出开口 4射出而成为流体射流时，流体中压力的变化延伸到流体射流中。压力改变装置10可以例如包括压电式元件、电致伸缩元件、声学元件、电磁致动器、音圈、和/或机械装置，以便沿着到达/来自流出开口 4的方向来移动控制元件11。如果喷雾设备3包括多个流出开口 4，单个控制元件11可以被用于改变由多个流出开口 4产生的基本所有流体射流的压力。在与图3中示出的实施方式类似的另一个实施方式中，控制元件布置为以预定的频率改变流出开口 4上游的流体的压力。优选地，所述预定频率基本上恒定。因此，流体射流将会沿着流体射流在基本等距的位置处收缩，并且随后分裂。因此，将会形成基本相同大小的液滴。这些液滴可以具有相对窄的液滴大小分布，例如具有小于1的单分散性指数的液滴大小分布，优选的小于0. 7，更优选地小于0. 1。液滴大小分布的单分散性指数被限定为(d90-dl0/d50)，其中dlO、d50和d90分别地代表10%、50%和90%的液滴大小百分位数。当流体基本同质时，基本相同大小的液滴将会具有基本相等的质量。这仅仅是提供单分散性液滴的一种可能的方式，其他的方式也是可能的。在多个流出开口 4的情形中，流出开口 4可以具有基本相同尺寸，以允许基本相同尺寸的液滴从各个分离的流出开口 4喷出，因此允许液滴以相对窄的大小分布产生。提供单分散性液滴的一个优点可以是，干燥能量的量可与液滴的大小和期望的干燥程度相关。因为液滴具有基本相同的大小，所以液滴的干燥结果将会是基本相同的。这可以减少干燥液滴所需要的能量的量，因为不再需要选择能量的量以使得即使最大液滴也将会达到优选的干燥程度。此外，因为液滴基本具有相同的大小，所以可以防止比期望的液滴大小小的颗粒形成。更小的液滴可能变得太干燥并且甚至烘干耗尽。尽管液滴的耗尽在一些情况下可能是有用的，但其通常是不期望的。与传统的雾化系统相反，未形成所谓的纤细颗粒(超精细颗粒)，这对于能源的高效重复使用是有利的，因为纤细颗粒可造成热交换系统中的问题和污染。优选地，能源的量将会使得液滴完全地并且高效地干燥，而不在液滴表面的周围形成硬表层。这种表层可以阻止液滴内部的水扩散到表面并且可能因此干扰干燥过程。然而，可能还有期望仅部分地干燥液滴的情形。然而，在其他的情况中，可能优选的是，提供能量的量以使包括有机金属化合物的液滴的热分裂发生。在将类似绝缘体和半导体的电化合物以液滴方式印刷在基板上的领域中，这可能是有用的。在本发明中，单分散性液滴在可预先确定的轨迹上干燥，这进一步使得能够通过沿着轨迹选择性地提供能量而优化干燥过程。这意味着供应到液滴的能量的量可以根据液滴在轨迹中位置并因此根据液滴的干燥程度而改变。图8中示出了布置用于沿着液滴轨迹选择性的提供能量的能量源的实例，并且将在后面描述这些实例。液滴的凝固可能对狭窄的液滴分布是有害的。可以采取若干措施来防止凝固。首先，可以选择压力改变装置10的预定压力变化频率，以使得在流出开口 4处连续喷出的两个液滴之间的距离大于或者等于液滴直径的两倍，优选地大于或等于液滴直径的三倍。第二，在多个流出开口 4的情形中，可以布置喷嘴4以形成流体的多个相互分裂开的射流。当射流彼此分裂开时，便减小了由相互不同的喷嘴4射出的液滴凝固的风险，因为由相互不同的喷嘴4射出的液滴之间的距离在飞行过程中增加了。
第三，多个喷嘴4中的两个相邻喷嘴4之间的距离可以大于1.5倍的横向尺寸(比如两个相邻喷嘴4中的至少一个的直径)，更优选地大于2倍，最优选地大于或者等于2. 5 倍的横向尺寸。这也减小了液滴凝固的风险。此外，参照图4的实施方式，为了进一步提高液滴轨迹的可确定性，气动定位可以包括使液滴5加速以防止凝固。这可以减小液滴凝固的可能性。根据本发明的用于喷雾干燥流体的系统可以用于多种液滴生成系统。液滴例如可以根据滴落需求而例如连续或者非连续地产生。此外，可以产生低粘度流体的液滴(例如具有2mPa · s的粘度的盐溶液液滴)，并且还可以产生高粘度的液滴(例如具有250mPa · s 的粘度)。喷雾干燥高粘度流体例如在食品处理工业中是期望的，例如用于干燥牛奶。在传统的牛奶干燥中，牛奶可以在干燥塔里雾化并干燥。牛奶包括大量的水，并且移除干燥塔里如此大量的水可能不是非常节能的。使用高粘度印刷系统使得能够首先以节能的方式从牛奶中提取水并且随后干燥经提取的高粘度牛奶液滴。经提取的高粘度牛奶液滴的示例性粘度是250mPa· S。干燥经提取的牛奶液滴可能会比传统的牛奶干燥过程更高效节能。如在本发明中，将液滴射入可确定的液滴轨迹中并且布置能量源以提供基本集中在液滴轨迹上的能量，甚至可以进一步增加干燥过程的能量效率。为了印刷高粘度流体，在另一个实施方式中，喷雾设备3进一步布置为在穿过流出开口 4的流体中致使大于15巴的压力下降，以使得能够射出具有至少IOOmPa 的粘度的流体液滴。射出高粘度流体的液滴使能够喷雾干燥具有较大浓度的干物质的流体。这意味着当干燥液滴时仅需移除较少的流体。这可以增加能量效率。为了印刷高粘度流体，穿过流出开口 4的流体中的压降优选地在50巴与400巴之间并且更优选地在100巴与200巴之间。流体的粘度高于IOmPa · s，优选地高于25mPa · s，更优选地高于50mPa · s，甚至更优选地高于IOOmPa · s，并且最优选地高于200mPa · s，流体的粘度在流出开口 4中普遍使用的温度下确定。待印刷材料的温度优选地在-50°C与300°C之间并且更优选地在40°C与 100°C之间。目前使用的存在于流出开口 4中的剪切速率优选地在1 X IO4与1 X IOfV1之间并且更优选地为δΧΙΟ5^，使用毛细管粘度计。最小的横向尺寸(诸如流出开口 4的直径)可以小于或者等于150微米，优选地小于或等于100微米，更优选地小于或等于80微米，并且最优选地小于或等于60微米。压降、高粘度和喷嘴4的尺寸的结合使得可产生具有如下期望大小的高粘度流体液滴，所述大小优选地平均小于或者等于250微米且更优选地平均小于或者等于100微米。喷雾干燥高粘度流体期望供给压力为15-3000巴的区间之间，并且优选地在 1-600巴的区间之间。喷雾干燥高粘度流体期望控制元件11定位在到流出开口 4为2微米与1500微米之间并且优选地15微米与500微米之间的预定距离处。这提供了这样的优点，防止施加到高粘度流体的压力变化被粘度流体抑制到从流出开口 4射出的射流没有经历足够大幅度的压力变化以有效地分裂成液滴的程度。在喷墨印刷系统中，液滴的横向尺寸(例如直径)取决于流速和压力变化频率。例如，流速为2. 4ml/min且压力变化频率40. OOOHz的流出开口获得IM微米的平均液滴直径(d50)。相同的2. 4ml/min的流速和更低的500Hz的频率导致535微米的液滴直径。注意到液滴直径指的是液滴刚刚离开流出开口后的直径。干燥的粉末颗粒的尺寸可能更小。原则上，液滴直径不取决于流出开口的直径。然而，流出开口的直径可以影响可能的流速。例如，可能不能稳定地推动流速像0. 2ml/min这么小的流体通过相同的80微米的喷嘴。对于2. 4ml/min的流速来说，喷嘴的直径优选地80微米，并且0. 6ml/min的流速优选地与30微米的喷嘴相结合。与40. OOOHz的压力变化频率结合的后面的0. 6ml/min的流速导致具有78微米的直径的液滴，而与500Hz频率结合的后面的0. 6ml/min的流速导致具有337微米的直径的液滴。为了进一步提高液滴轨迹的可确定性，用于喷雾干燥流体的系统可以包括气体流动引导件，该气体流动引导件布置为控制液滴引导气流以空气动力学的方式将液滴定位到可预定的液滴轨迹中。此外，气体流动引导件自身可以形成有效的装置以提供基本集中在液滴轨迹上的能量。该气流例如可以是空气流。如果期望防止流体液滴的氧化，那么可以使用氖、氩或者其他合适的氧化防止气体。在一些情形中，液滴的轻微氧化可能是有益的。 在这些情形中，例如可以使用氧气和氩气的混合物。在图4中示出了这种气体引导干燥系统400的一个实例。干燥系统400包括喷雾头3，喷雾头3包括控制元件11。尽管气体引导件的许多变型都是可能的，但是在该实施方式中，流体的液滴5被射入管12中，通过气体供应开口 14将气流13提供到管12中。应该注意的是，尽管该实施方式能够有效地与此后公开的振动喷嘴装置3 —起使用，喷雾头可以包括其他雾化装置，包括液滴轨迹仅在接收在气体引导件12中之后才变得可确定的实施方式。更详细地，气体流动引导件包括入口件123和出口件124，其限定沿着相对布置的直立壁120、122的总流动方向P和液滴轨迹T，所述壁限定在直立壁120、122之间的有限宽度的细长空间122，该细长空间的轴向方向与液滴轨迹T对准；在使用中布置为在气体引导件12中提供梯度分层气体流动并且具有等于或大于颗粒速率的气流速度，从而限定颗粒轨迹T。这里，流动方向P和颗粒方向T沿着相同的方向对准。由于气体引导件12的管形式，气流13优选地是分层的并且具有抛物线轮廓。气流优选地具有与流体的液滴5相同或者更大的速率。液滴跟随气流，但是液滴的大小与形状的略微不同都可能致使它们从其轨迹偏离。利用梯度速率轮廓，特别是抛物线轮廓的气体流动，液滴5通过空气动力学提升作用而稳定，该空气动力学提升作用基本上迫使液滴通过管12进入到优选的轨迹中，例如，沿着管的中心轴线。注意到，如果液滴5 具有比气体流动更高的速率，该作用可能相反并且然后液滴5将会从流动的中心流走，这可能是不期望的。空气动力学地修正液滴还可以防止液滴被卡在喷雾干燥系统中并因此污染系统。可选择性地设置扩散器15，以便实现气体的逐渐流入。另一个选择是通过多个气体供应开口 14'和14"提供多个气流13'和13"，以使系统进一步稳定。气流可以是有条件的，特别地，干燥的和/或加热的。设置流出开口 140以使流出气流13、13'、13"转向。如图5中进一步示出，能量的再利用可以由热交换器和空调系统50提供。空气动力学定位可以被用于朝向下一个加热区域“投射”液滴。热交换器50将“冷”-“湿”气体移除并且以“干”-“暖”气体将其取代。替换地，调节可以用与图11中示出的相似方式来设有不可重复循环气体。特别地图5示出了多个连接区段12、12'，每个连接区段12、12 ‘都设置有颗粒入口 123和颗粒出口 124、以及空气流动调节结构125，布置为将液滴朝向每个液滴出口 IM 加速；并且使空气流动从液滴轨迹5偏离。这种流动调节结构可以设置为收缩件125，其使流动加速直到斯托克斯数(Stokes number)大于1，以使颗粒继续他们的轨迹并且不再跟随空气流。距离A应该足够短以使液滴保持斯托克斯数大于1，因此它们保持跟随它们自己的轨迹。距离B应该占据的足够长， 以给予液滴5时间来减缓到管12中的流动大于液滴速度的程度，从而使得液滴稳定。如果距离太短，液滴5可能由于空气流使得它们撞击管12的壁而不稳定。于是，距离B用作设置在在后的区段12、12'之间的减速结构，以在将颗粒接收在在后的区段12'的颗粒入口 123'中之前使液滴减速。应注意，可以考虑其他的减速方法，诸如局部地增加气体压力等；或者可以省去减速结构，如图11至图14的实施方式中所示出的。本发明的一个方面是提供基本集中在液滴轨迹中的能量的能量源126。根据本实施方式，可以在气体引导件的壁120中布置加热器126。应注意，气体引导件12可以通过确定合适的尺寸而具有相对于重力方向的任何定向，但是优选地保持基本水平。此外，管12 可以弯曲以提供紧凑的设计，例如，以线圈系统的形式。此外，管12可以是成簇的。应注意， 通过气体流动的(热)调节，可以省去加热器126，同时将局部化的蒸发能量提供到液滴以致使液滴干燥。图6A和图6B示出了具有恒定空气流的管状气体引导件60的额外的实例，并且沿着气体引导壁120在外部加热以沿着液滴轨迹集中能量。加热可以通过与气体流动相对的流体逆流61提供，从而拉动液滴通过管60。尽管图6A示出了通过加热逆流61来加热，替换的加热也是可能的，例如，通过缠绕在管周围的加热线圈(未示出)。替换地，图6B示出了以图7中进一步示例示出的方式、经由被反射器64朝向轨迹的反射的顶辐射63来加热轨迹。图7示出了根据本发明的能量源600的实施方式，其中反射能量集中元件20包括椭圆镜17的至少一部分，并且其中至少一个能量源6被定位在椭圆镜17的该至少一部分的第一焦点16中，以将辐射能量的至少一部分集中在第二焦点18中。在该实施方式中，能量源600定位在椭圆镜17的至少一部分的第一焦点16中，以便将辐射能量的至少一部分集中在第二焦点18中。集中能量可以增加如上所述的干燥效率和/或干燥速度。在该实施方式中，第一焦点16中的能量源600可以例如包括具有发光螺旋体的加热器。然而，类似红外线光源的其他能量源也是可能的。图7A示出了能源 600的此实施方式的俯视图，其中示出了辐射束19、19'、19〃、19〃 ‘、19〃丨‘、19〃 “‘ 和19"““。(为了清楚起见，在以下的附图中，未示出所有的辐射束19。)辐射束19从第一焦点16中的能量源6直接地行进到第二焦点18。其他束间接地行进，即，通过镜17从第一焦点反射到第二焦点。图7B清楚地示出了该实施方式的侧视图，其中辐射束19从第一焦点11中的能量源6行进以将能量7集中在第二焦点18中。
在传统的喷雾干燥技术中，加热的空气例如对流地或者直接地施加到液滴。空气加热减小了空气的相对湿度，这是用于干燥的驱动力。此外，较高的温度加速了水在固体内部的扩散，因此干燥更快。然而，质量的考虑限至了可应用至空气温度的增加。太热的空气可能导致(例如)表层形成或者表面硬化。当应用辐射驱动干燥时，例如电介质干燥，液滴通过在材料内部被吸收的射频或者微波加热并干燥。辐射驱动干燥可以比空气干燥技术更高效且/或更快速。首先，辐射源(例如红外线源)的波长可以与材料的吸收特性相匹配。其他辐射源是可能的，例如处在红外光谱之外的光源。第二，可能经由辐射将比经由热干燥更多的能量施加到液滴，而不会有液滴的耗尽、形成表层或者致使表面硬化效果的发生。预先试验已经示出液滴可以最终在50厘米与一米之间的轨迹上来喷雾干燥。这与用于应用传统的喷雾干燥方法的大型干燥塔相比非常有利。图8示出了配置集中能量源的几个替换方式。图8A示出了包括四个部分的椭圆镜 17能量源601，所述四个部分朝向彼此正交定位，从而镜17的四个第二焦点18重叠。这种方式，四个能量源6的能量被聚集在一个共同的集中点中。在图8B中，示出了能量源602， 该能量源602包括五个相邻的镜结构，其中每个镜结构都包括彼此相对定位的两个椭圆镜 17，具有重叠的第二焦点18，其中两个能量源6的能量被集中。该构造适于包括定位在一条线上的五个流出开口 4的喷雾系统。图9示出了集中能量源的实施方式，其中布置反射性能量集中元件20以将至少一个能量源6的辐射能量集中在多个焦点中。这是有利的，因为预先试验结果显示出干燥通常的液滴链所需的能量可以在0. 1 与10瓦特之间。红外(IR)能量源6的功率通常为至少1000瓦特，这可能太高并且耗尽液滴而不是干燥它们，且具有造成引起的风险。在图9A中，示出了能量源603，该能量源603包括定位在反射性能量集中元件21 内的能量源6，反射性能量集中元件21将能量源6的能量集中在七束能量7上。在图9B中示出的能量源604与图8A的构造相似，其中，一个能量源6的辐射分布在四束能量7上。在图9C中示出的能量源605与图8B的构造相似，其中，五个能量源6的辐射分布在十束能量7上。将单个能量源的能量分布在多个液滴链上的替换方式是将多个流出开口定位在单束能量上方。这可以例如以图7A中示出的构造实现。在上面讨论了干燥过程可以通过沿着液滴轨迹选择性地供应能量来优化。图IOA 示出了包括多个能量源6、6'、和6"的能量源606，以提供期望的能量轮廓7。每个能量源 6都传递期望量的能量7。图IOB示出了具有传递期望的能量轮廓7的能量源6的能量源 607。这一个能量源6可以例如包括发光螺旋体，该发光螺旋体以其传递期望的能量轮廓7 的方式设计。在不偏离如在所附的权利要求中所阐述本发明的更广德精神和范围的情况下，可以使用结合如上所述的能量源的元件的其他能量源。将集中能量提供到液滴的替换的方式可以是将液滴射入干燥空气流中。图11示出了这种干燥空气流的一个实例。特别地，图IlA示出了分段的气体流动系统110的侧视图，每个区段都设有液滴入口 111和液滴出口 112，以及空气流动调节结构120、121，布置为朝向每个液滴出口 112对液滴加速；并且使空气流动从液滴轨迹116偏离。图IlA的分段的气体引导结构通过一系列相连的引导件115、115'形成，每个引导件都具有液滴入口结构111和液滴出口结构112，在示出的实例中，所述液滴入口结构 111和液滴出口结构112形成为至少部分地与提供总流动P的中央流动引导结构113分离的结构111、112。在前区段115的出口结构112与在后的115'的入口结构对准，从而形成区段界面111'，从而使得颗粒在基本直的轨迹116中经由区段界面111'从入口结构行进到出口结构。平面流动区域的竖直延伸区通过参考标号117指示。应该注意的是，颗粒轨迹T不与总体流动P对准。图IlB示出了具有相对布置的直立壁120、121的气体引导件115的放大的轴向正视图，直立壁120、121沿着重力方向会聚，以在使用中提供沿着远离总流动方向P的方向的基本平面的流动116，并且该平面流动116具有逆着重力g的方向定向的比总流动的流动速率分量小的流动速率分量；并且为梯度的以提供液滴漂浮。如所见的，有效的平面区域116 形成在流动的气体引导件中，流动具有基本平面的形式以及小的竖直延伸区117。在正视图中，能够辨认出入口区域111、中央流动引导结构113和出口区域112。图12示出了区段界面111'的细节，那里可以看到入口区域111具有与在前区段的出口区域112的出口区段分离壁部分1120对准的入口区段分离壁1110。该布置防止了从出口 112离开而进入在后区段115的入口 111的出口流动P的交叉流动，并且促进适当的液滴流动T。图13和图14以部分地面向前防护物131的局部立体图示出了该气体引导结构 115的另一个实例。实际上，提供了这样的平面流动T，其中颗粒沿着由该气体流动结构形成的远离总流动轮廓118的方向的轨迹116被传送。图13示出了用于盒形气体流动引导件115的计算设计，其具有沿着重力的方向会聚的侧壁(参见图11)。此外，相对布置的底壁119和顶壁1 可以在沿着总流动P的方向会聚的所述壁之间限定楔形体积。流动提供有效的平衡高度的效果，其中各种大小和高度的液滴能被平衡而达到基本恒定的漂浮高度。具有会聚流动118的楔形盒设计115可使气体引导件中的气体流动加速，并且增进沿着远离总流动轮廓118的方向的平面流动轮廓116的形成。气体入口区域 130可能具有设有颗粒入口开口的防护部分131。入口防护物131通过提供与总流动118 分离的入口流动区域130来防止两个相连区段之间的交叉流动。入口流动区域130形成平面流动116的开始，朝向成形为具有从底壁1 突出的对应出口区域132的出口区域延伸。图14示出了用于图13的楔形结构的计算流动轮廓。图14A示出了 X-速率轮廓， 详细描述了平面流动中的基本恒定的高前向速率分量，限定了沿着颗粒的轨迹116的X方向。沿着液滴轨迹的X速率分量基本上高于总流动的X速率；说明性的区别是4. 5m/s的平面流动相对于3. 5m/s的总流动。图14B的图表示出了平面流动的相应减小的竖直分量，限定了 Y速率轮廓。这里示出了平面轮廓中的局部竖直流动速率基本上低于总流动分量；根据几何学，说明性的区别是0. 45m/s的平面流动相对于0. 65m/s的总流动。应注意到，尽管在上文中，本发明主要定位于喷雾干燥流体的领域中以用于提供粉末，本发明还可以被应用在其他领域中，例如，液滴印刷如绝缘体和半导体的电子部件的领域。在此特别的领域中，金属盐被溶解，优选地溶解在水中，但是也可以溶解在有机溶剂中，并且随后被印刷。沿着液滴轨迹提供能量致使有机金属化合物的热分裂和熔化，并且允许金属层被印刷到基板的表面上。为了印刷陶瓷元件，陶瓷悬浮物被印刷、干燥并且烧结。所给出的详细附图、具体实例以及特定模式仅为了说明性的目的。所述的实施方式示出了竖直、线形的轨迹。然而还可能的使用其他的轨迹形式，例如水平或者弯曲的轨迹形式。此外，在不背离如在所附权利要求中所表述的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施方式的设计、操作情况、以及布置进行其他替代、修改、改变以及省略。除非物理上不可能，在该实施方式中提出的任何特征都被认为是与其他实施方式的任何其他特征结合公开的，具体地如随后的权利要求中所详细说明的。在权利要求中，任何放在括号之间的参考标记都不应被认为限制权利要求。词语 “包括”不排除存在权利要求中所列举的之外的其他特征或者步骤。此外，词语“一”不应被认为是限制为“仅仅一个”，而是用于表示“至少一个”，并且不排除多个。在相互不同的权利要求中所叙述的一些措施的事实并不表示这些措施的结合不能被有利地使用。
权利要求
1.用于喷雾干燥流体的系统，所述系统包括-流体存储器⑵；-喷雾设备(3)，所述喷雾设备C3)包括至少一个流出开口(4)，以便将来自所述存储器 (2)的流体的液滴(5)自所述至少一个流出开口(4)射出；以及-至少一个能量源(6)，用于至少部分地干燥液滴，其中-所述喷雾设备C3)布置为将所述液滴射入可确定的液滴轨迹中并且所述至少一个能量源(6)布置为提供基本上集中在所述液滴轨迹上的能量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述喷雾设备C3)包括布置为通过瑞利分裂提供单分散性液滴的振动喷嘴。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量源(6)进一步布置为沿着所述液滴轨迹选择性地提供能量。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括气体流动引导件，所述气体流动引导件布置为操纵液滴引导气流以空气动力学地将液滴集中到所述可预先确定的液滴轨迹中。
5.根据权利要求4的系统，其中，所述气体流动引导件是管状的。
6.根据权利要求4的系统，其中，所述气体流动引导件包括限定沿着相对布置的直立壁的总流动方向和液滴轨迹的入口件和出口件，所述壁限定在所述直立壁之间的有限宽度的细长空间，并且所述细长空间的轴向方向与所述液滴轨迹对准；在使用中布置为在所述气体引导件中提供梯度分层气体流动并且具有等于或大于所述颗粒速率的气体流动速率， 从而限定所述颗粒轨迹。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述气体流动引导件具有盒的形式，并且其中， 所述相对布置的直立壁沿着重力方向会聚以在使用中提供基本平面的流动，所述基本平面的流动沿着远离所述总流动方向的方向并且具有逆着所述重力方向定向的比所述总流动的流动速率分量小的流动速率分量；并且为梯度的以提供液滴漂浮。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述气体流动引导件进一步包括相对布置的底壁和顶壁，所述底壁和顶壁在沿着流动的方向会聚的所述壁之间限定楔形体积。
9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述能量源设置为用以加热所述气体引导件的壁的加热器。
10.根据权利要求4所述的系统，其中，所述能量源设置为在所述气体引导件中提供经调节的空气流动的空气调节器。
11.根据权利要求4所述的系统，进一步包括多个相连的区段，每个区段均设有液滴入口和液滴出口、以及空气流动调节结构，所述空气流动调节结构用以使所述液滴朝向每个液滴出口加速；并且使所述空气流动从所述液滴轨迹偏离。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，在液滴出口与液滴入口之间设有液滴减速结构，以便在将所述颗粒接收在后一区段的颗粒入口中之前使所述液滴减速。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量源(6)相对于反射性能量集中元件00)定位，以便将来自所述至少一个能量源(6)的能量集中在至少一个焦点中。
14.用于喷雾干燥流体的方法，所述方法包括以下步骤-将来自存储器⑵的流体的液滴(5)自至少一个流出开口(4)射出；以及-利用由至少一个能量源(6)提供的能量至少部分地干燥所述液滴， 其中-将所述液滴射入到可确定的液滴轨迹中并且将所述能量基本集中在所述液滴轨迹上。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括操纵液滴引导气流以便空气动力学地将液滴集中到所述可预先确定的液滴轨迹中的步骤。
全文摘要
在一个方面中，本发明提供了一种用于喷雾干燥流体的系统和方法。该系统包括流体存储器(2)、喷雾设备(3)，该喷射设备包括至少一个流出开口(4)以便将来自存储器(2)流体的液滴(5)自至少一个流出开口(4)射出，以及至少一个能量源(6)以用于至少部分地干燥液滴。该喷射设备(3)布置为将液滴射入可确定液滴轨迹并且至少一个能量源(6)布置成提供基本集中在液滴轨迹上的能量。本发明的一个目的是提供用于减少喷雾干燥所需的能量的量的系统和方法。
文档编号B01J2/02GK102361684SQ201080013020
公开日2012年2月22日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月26日
发明者勒内·约斯·霍本, 弗里茨·弗霍芬, 格尔本·彼得瑟, 莱昂纳德斯·安东尼厄斯·玛丽亚·布劳沃斯, 赫里特·奥斯特胡伊斯 申请人:荷兰应用科学研究会(Tno)