Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Partikelbildner auf eine Seite einer durchlässigen Wand aufgebracht und mit Hilfe eines die Wand durchströmenden Druckgases unter Bildung der Fluidpartikel durch die Wand hindurchgedrückt.

Entsprechend weist die erfindungsgemäBe Vorrichtung eine durchlässige Wand, eine Ein- richtung zur Aufbringung eines Partikelbildners auf die durchlässige Wand und eine Einrich- tung zur Beaufschlagung der durchlässigen Wand mit einem die durchlässige Wand unter Mitnahme des Partikelbildners und Bildung der Fluidpartikeln durchdringenden Druckgases auf.

Vorteilhaft kann diese Erfindungsiösung zur Fluidbehandlung empfindlicher, leicht defor- mierbarer Gegenstände verwendet werden, insbesondere zu deren Kühlung. Durch die er- findungsgemäße Verwendung einer insbesondere Poren aufweisenden durchlässigen Wand können unter Einwirkung des durch die durchlässige Wand strömenden Druckgases Fluidpartikel mit geringer kinetischer Energie gebildet werden, so daß auf der Austrittsseite der Wand eine Fluidpartikelströmung mit je Partikel außerordentlich niedriger Energie er- zeugbar ist. Durch eine solche, beispielsweise durch flüssigen Stickstoff gebildete Partiel- strömung kann z. B. eine Flussigkeitsoberflache abgekühlt und verfestigt werden, ohne daß dabei durch die Einwirkung der Strömung bedingte Verformungen der verfestigten Flüssig- keitsoberfläche erkennbar sind.

Vorzugsweise wird der Partikelbildner auf die druckbeaufschlagte Wand aufgesprüht, wobei vorzugsweise ein im Querschnitt großer, gleichzeitig im wesentlichen die gesamte Oberflä- che der durchlässigen Wand benetzender Sprühstrahl verwendet wird.

Entsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sprühdüse für die Erzeugung eines auf die Wand zu richtenden Sprühstrahis auf, wobei die Sprühdüse für die Erzeugung eines sich insbesondere kegelförmig aufweitenden Sprühstrahis, der die gesamte Oberflä- che der druckbeaufschiagten Wand erfaßt, vorgesehen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Fluidpartikel zur Behandlung verformungs- empfindlicher Gegenstände eingesetzt werden sollen, werden bei kontinuierlicher Zuführung des Partikelbildners die Durchlässigkeit der Wand und der Gasdruck so gewählt, daß aus der Wand eine kontinuierliche Partikelströmung mit einer im Vergleich zur kinetischen Energie der Sprühstrahipartikel geringen kinetischen Energie je Partiel austritt. Entsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen zur Einstellung der durch den Sprühstrahl je Zeiteinheit transportierten Partikelbildnermenge sowie Einrichtungen zur Einstellung der je Zeiteinheit durch die Wand strömenden Druckgasmenge auf, wobei die durch den Sprüh- strahl je Zeiteinheit transportierte Partikelbildnermenge über die Druckdifferenz des auf den Partikelbildner ausgeübten Förderdrucks und des Gasdrucks des Druckgases einstellbar ist.

Darüberhinaus könnte die durchlässige Wand als austauschbares Teil vorgesehen sein, so daß Wandteile mit unterschiedlicher Durchlässigkeit verwendbar sind.

Vorzugsweise wird die durchlässige Wand im wesentlichen horizontal angeordnet und der Aerosolbildner von oben her auf die Wand aufgebracht. In diesem Fall wird die Partikelbil- dung durch die Schwerkraft unterstützt. Die Wand kann jedoch jede beliebige Lage ein- nehmen und ein Partikelbildner insbesondere auch vertikal von unten nach oben durch die Wand gedrückt werden.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Wand als Bodenwand eines den Sprühstrahl aufnehmenden, mit dem Druckgas beauf- schlagbaren Druckraums vorgesehen, wobei der Druckraum insbesondere zylindrisch aus- gebildet sein kann und die Bodenwand und der Sprühstrahl koaxial zur Zylinderachse ange- ordnet sind.

Dem Druckraum kann ein Druckschwankungen des Druckgases ausgleichendes Puffervolu- men vorgeschaltet sein.

Vorzugsweise wird die Durchlässigkeit der durchlässigen Wand, der Gasdruck und die je Zeiteinheit auf die Wand aufgebrachte Menge des Partikelbildners so gewählt, daß bei kon- tinuierlichem Abtransport des Partikelbildners von der Oberfläche der durchlässigen Wand in die Wand hinein die Bildung eines zusammenhängenden Flüssigkeitsspiegels des Parti- kelbildners vermieden wird. Auf diese Weise wird gesichert, daß auf die Oberfläche der durchlässigen Wand auftreffende Sprühtröpfchen des Partikalbildners in kleinere Partikelein- heiten zerplatzen.

Die durchlässige Wand weist insbesondere porenartige Durchgangskandle auf, vorzugs- weise mit Durchlaßweiten im Mikrometerbereich (5-500 pm, je nach Druckniveau).

Als durchlässige Wände können z. B. Sinterscheiben, insbesondere aus Metall, Glas oder Keramik hergestellte Sinterscheiben, verwendet werden. Es ist darüberhinaus denkbar, daß zur Erzeugung einer gerichteten Fluidpartikelströmung eine durchlässige Wand verwendet wird, die entsprechend ausgerichtete Durchgangskanäle aufweist.

Insbesondere bei Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Kühlung von Gegen- ständen kann der Partikelbildner durch flüssigen Stickstoff und das Druckgas durch gasför- migen Stickstoff gebildet sein.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen : Fig. 1 einen wesentlichen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vertikalen Schnittanschicht, Fig. 2 ein in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendetes Teil zur Bildung einer Druckkammer in einer vertikalen Teilschnittansicht, und Fig. 3 einen wesentlichen Teil einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein zylindrisches Gehäuse bezeichnet, das nach unten offen und oben durch eine Stirnwand 2 verschlossen ist. In der Stirnwand 2 sind Durchgangsboh- rungen 3 mit einem oberen Innengewinde 4 und einem unteren Innengewinde 5 vorgese- hen. Das obere Innengewinde 4 dient dem Anschluß einer Druckgasleitungsverbindung mit einer in den Figuren nicht gezeigten Druckgasquelle. in der Stirnwand 2 ist ferner eine zen- trale Bohrung 6 mit einem Innengewinde vorgesehen, in welche ein mit einem entspre- chenden Außengewinde versehenes oberes Ansatzstück 7 einer Sprühdüsenhalterung 8 ein- schraubbar ist. Die Sprühdüsenhalterung 8 weist an ihrer Unterseite ein weiteres Ansatzstück 9 mit einem Außengewinde auf, das in ein entsprechendes Innengewinde eines zylindrischen Einsatzes 10 einschraubbar ist, wobei die Sprühdüsenhalterung 8 mit einer Ringschulter 9 gegen die ringförmige Endstirnfläche des zylindrischen Einsatzes 10 zur Anlage kommt. Der von der Sprühdüsenhalterung 8 nach unten vorstehende Ansatz 9 ist mit einer Sprühdüse 11 verbunden, in welcher in der Fig. 1 nicht sichtbare Prallflächen für die Zerstäubung eines zu versprühenden Partikelbildners vorgesehen sind. Die Sprühdüse 11 erzeugt einen sich kegel- förmig aufweitenden Sprühstrshl 12 eines Partikelbildners, im vorliegenden Fall flüssigen Stickstoffs. Der flüssige Stickstoff wird der Sprühdüse 11 über einen die Sprühdüsenhalterung 8 mit den Ansätzen 7 und 9 durchquerenden Durchgangskanal 13 zugeführt, welcher über in den Figuren nicht gezeigte Anschlußmittel mit einem Vorrutsbehälter für flüssigen Stickstoff verbindbar ist.

Wie den Fig. 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, weist der zylindrische Einsatz 10 einen Ringvor- sprung 14 mit einer Ringnut 15 auf. In die Ringnut 15 ist eine Ringdichtung 16 aus einem ge- eigneten Dichtungsmaterial wie z. B. Gummi oder NBR eingelegt.

Mit 17 sind in Höhe der Sprühdüse 11 angeordnete Bohrungen in der Seitenwand des zylin- drischen Einsatzes 10 bezeichnet, welche nach außen zu einem ringförmigen Pufferraum 18 und nach innen zu einem durch den eingeschraubten zylindrischen Einsatz 10 gebildeten Druckraum 19 hin öffnen.

Mit dem Bezugszeichen 20 ist in der Fig. 1 eine poröse Metallsinterscheibe bezeichnet, die in einen sich verjüngenden Abschnitt des zylindrischen Einsatzes 10 an dessen unterem Ende über ihren Umfang anliegend eingepreßt ist, wobei sie auf einer an dem zylindrischen Einsatz 10 gebildeten Ringschulter 21 aufliegt. Die aus Edelstahl hergestellte Sinterscheibe 20 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 20 mm, eine Dicke von 2,5 mm und eine Porenweite von 70 pm auf.

Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der zylindrische Einsatz 10 an seinem unteren Ende mit Schlüsselangriffsflachen 22 in der Art einer Mutter versehen.

Mit 23 ist ein in die Bohrungen 17 einschraubbares Teil mit einem zentralen Durchgang 24 bezeichnet, wobei solche Teile 23 mit verschiedenen Weiten des jeweiligen Durchgangs 24 zum wahiweisen Einschrauben zur Verfügung stehen. Solche Teile 23 sind auch in die Innen- gewinde 5 in der Stirnwand 2 einschraubbar.

Zur Montage der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird zunächst das die Sprühdüsenhai- terung 8 mit den Ans (5zen 7 und 9 sowie die Sprühdüse 11 enthaltende Bauteil in das Innen- gewinde der Bohrung 6 in der Stirnwand 2 des zylindrischen Gehäuses 1 eingeschraubt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zylindrische Gehäuse 1 von einer nicht gezeigten Doppelwand umgeben, wobei zwischen der gezeigten Wand und der nicht gezeigten zwei- ten Wand ein Zwischenraum zur thermischen Isolation des Gehäuses 1 gebildet ist. Nach dem Einschrauben des genannten Teils mit der Sprühdüse in die Bohrung 6 wird das in Fig. 2 gezeigte Teil in das Gehäuse 1 eingesetzt und auf den unteren Ansatz 9 der Sprühdüsenhal- terung 8 aufgeschraubt, wobei das Ende des zylindrischen Teils 10 gegen die Ringschulter 9 an der Sprühdüsenhalterung 8 zur Anlage kommt. Durch die Ringdichtung 16 wird dabei der Pufferraum 18 drucksicher verschlossen. Vor dem Einsetzen des zylindrischen Einsatzes 10 in das Gehäuse 1 können an den Bohrungen 17 oder/und den Bohrungen 5 dem Teil 23 entsprechende Teile mit Durchgangsöffnungen 24 gewünschter Weite eingeschraubt wer- den.

Die genannte Druckgasquelle wie auch der Vonratsbehälter für flüssigen Stickstoff sind mit nicht gezeigten Einrichtungen zur Druckregulierung versehen, so daß das Druckgas mit einem gewünschten eingestellten Druck über die Bohrungen 3, den Pufferraum 18 und die Bohrungen 17 in den Druckraum 19 gelangen kann. Ebenso ist der zum Versprühen des flüs- sigen Stickstoffs durch die Sprühdüse 11 erforderliche Druck regulierbar. Damit innerhalb des Druckraums 19 der Sprühstrahl 12 aus der Sprühdüse 11 austreten kann, muß der Förderdruck des flüssigen Stickstoffs etwas höher liegen als der Druck des hier verwendeten Stickstoff- druckgases. Durch die Druckdifferenz ist die Menge des versprühten Materials regelbar, während der Absolutwert der Drucke für die Durchsatzmenge durch die Sinterscheibe 20 maßgebend ist. Druckdifferenz und Absolutwerte des Drucks sind so einzustellen, daß sich auf der Sinterscheibe kein Stau unter Erzeugung eines Flüssigkeitsspiegels bildet.

Auf die Sinterscheibe 20 aufgesprühter flüssiger Stickstoff trifft auf die Poren aufweisende Sinterscheibe 20 auf, wo die Sprühpartikel auf der Oberfläche zerplatzen und durch das unter Druck anliegende, durch die Sinterscheibe kontinuierlich hindurchströmende Druckgas mitgerissen werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Durchlässigkeit der Sinter- scheibe 20, der Innendruck des Stickstoffgases in der Druckkammer 19 und die pro Zeitein- heit auf die Sinterscheibe 20 aufgesprühte Menge an flüssigem Stickstoff so bemessen, daß sich kein Flüssigkeitsspiegel des flüssigen Stickstoffs auf der Scheibe bilden kann, sondern das flüssige Material stets unter Vermeidung einer solchen Flüssigkeitsspiegelbildung in aus- reichendem Maße von der Wandoberfläche nach innen abtransportiert wird. Durch die geeignete kegelförmige Aufweitung des Sprühstrahis 12, der die gesamte Oberfläche der Sinterscheibe 20 erfaßt, ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über der Sinterscheibe 20.

Durch die Mitnahme von Flüssigkeitsteilchen durch das kontinuierlich durch die Sinter- scheibe 20 strömende Druckgas kommt es in den engen Poren der Sinterscheibe 20 zur Bil- dung kleiner Aerosolpartikel, so daß auf der dem Druckraum gegenüberliegenden Außen- seite der Sinterscheibe 20 eine Aerosolströmung austritt. Die oben genannten Parameter sind darüber hinaus so bemessen, daß die kinetische Energie je Partiel dieser Strömung, ver- glichen mit der Energie der Sprühteilchen in dem Sprühstrahl 12 sehr gering ist. Durch diese geringe Teilchenenergie der Aerosolströmung können verformungsempfindliche Gegen- stände behandelt, z. B. gekühlt, werden.

Die vorliegende Vorrichtung kann z. B. in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, um Oberflächen von Pudding abzukühlen und zu verfestigen, wobei die abgekühlte und ver- festigte Oberfläche keinerlei durch die Kühiströmung bedingte Verformungen erkennen läßt.

Hinter der Sinterscheibe 20 bildet sich ein strömender Nebel mit einer hohen Konzentration an feinsten Aerosolteilchen aus, durch welche sich eine intensive Kühlwirkung auf der be- treffenden Oberfläche erzielen läßt.

In der beschriebenen Vorrichtung sind über entsprechende Einrichtungen Drücke des Druckgases und Durchsatzmengen von Partikelbildnern einstellbar. Die Sinterscheibe 20 kann aus ihrem Preßsitz in dem Einsatz 10 entfernt und gegen eine andere Scheibe mit einer anderen Durchlässigkeit ausgetauscht werden. Die Durchlässigkeit kann über die Scheiben- dicke wie auch die Weite der Durchgangsporen reguliert werden. Durch unterschiedliche Durchgänge 24 aufweisende Einsatzstücke 23 sind weitere Variationsmöglichkeiten der Druckgasströmung gegeben.

Es wird nun auf Fig. 3 bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit der- selben, jedoch mit dem Buchstaben a versehenen Bezugszahl wie bei dem vorgehend be- schriebenen Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.

Mit dem Bezugszeichen 26 ist in der Fig. 3 eine koaxial zu einem Einsatzteil 1 Oa angeordnete Leiteinrichtung bezeichnet, die über nicht gezeigte Schraubverbindungen mit einem vor- stehenden Ringteil 14a eines zylindrischen Einsatzes 10a verbindbsr ist. Zwischen der Leitein- richtung 26 und dem zylindrischen Einsatz 10a ist ein Ringraum 27 mit einer ringförmigen Aus- trittsöffnung 28 gebildet. Der Ringraum 27 steht über Durchgänge 29 in Verbindung mit einem Pufferraum 18a für Druckgas.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, steht die Leiteinrichtung 26 geringfügig über das untere Ende des zylindrischen Einsatzes 10a hinaus vor.

Druckgas aus dem Puffervolumen 18a gelangt nicht nur über in der Fig. 3 nicht sichtbare Verbindungsöffnungen in einen Druckraum 19a, sondern über die Durchgänge 29 auch in den Ringraum 27 und tritt aus der ringförmigen Öffnung 28 unter Bildung einer hohlzylin- drischen Strömung aus. Diese hohlzylindrische Strömung umgibt aus einer durchlässigen Wand 20a austretende Fluidpartikel, welche aus einem über einen Sprühstrahl 1 2a aus einer Sprühdüse 11 a auf die durchlässige Wand 20a aufgebrachten Aersolbildner erzeugt werden.

Durch die aus der Öffnung 28 ringförmig austretende Strömung kann sich z. B. bei Verwen- dung von flüssigem Stickstoff als Aerosolbildner durch den der Zylindereinsatz lOa stark ab- geküh ! t wird, am Ende des Einsatzes kein aus der Feuchtigkeit der Luft gebildetes Eis nieder- schlagen, was inbesondere bei Verwendung der Vorrichtung als Kühleinrichtung für Lebensmittel wegen der Möglichkeit der Kontamination der Lebensmittel durch das Eis und die damit verbundene bakteriologische Belastung von Nachtei ! wäre. Durch die Schutz- gasströmung gelangt keine Luft an das Ende des zylindrischen Einsatzes 10a. Das verhält- nismäßig warme Schutzgas sorgt dafür, daß es am unteren Ende der Leiteinrichtung 26 nicht stattdessen zur Eisablagerung kommen kann.

Die beschriebene Vorrichtung könnte z. B. auch zur Erzeugung einer Brennerflamme verwen- det werden, wobei unter Bildung einer sehr reaktionsfähigen Mischung ein mit dem Aerosol verbrennbares Druckgas verwendbar ist, und wobei dem Außenschleier eine Kühifunktion für die Düse und eine Schutz-und Stützfunktion für die Flamme zukommt. Hierfür könnte auch ein vom Druckgas unabhängiges Kühl-und Schutzgas eingeleitet werden, wie z. B. Druckluft, Argon oder/und C02 sowie 02.

Zur Bildung flächig ausgedehnter Flammen könnten großflächig ausgebildete durchlässige Wände vorgesehen werden, wobei durch eine Vielzahl von dahinter angeordneten Sprüh- düsen, die zur Aufbringung von Aerosolbildner auf die durchlässige Wand wahlweise ver- wendbar sind, gewünschte Muster von Flammenteppichen erzeugbar sind.

Es ist ferner denkbar, durchlässige Wände mit Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit vorzusehen, wobei auch unter Bildung von Zwischenräumen im Abstand zueinander ange- ordnete durchlässige Wände verwendbar sind.

Unter anderem zur Kompensation der sich im Querschnitt verändernden Sprühteilchen- dichte des Sprühstrshis könnte die Oberfläche der durchlässigen Wand z. B. gewölbt sein. Zur Ausbildung einer bestimmten Aerosolströmung ist es auch denkbar, die Austrittsftäche für die Fluidpartikel geeignet zu formen.

Neben der oben erwähnten Verwendung des Druckgases als Reaktionsgas, z. B. in einem Brenner, kann das Druckgas die gegenteilige Funktion als Inertgasströmung ausüben.

Die Druckkammer 19 mit der Sinterscheibe 20 bildet eine zweite Stufe der Materialstreuung sowie eine Dämpfungsstufe. Als erste Stufe können alle bekannten Düsen eingesetzt werden, Flüssigkeitsdüsen, Luftzerstreuungsdüsen, Ultraschalldüsen, Mehrstoffdüsen. Je mehr Gas- phase durch die erste Stufe in die Druckkammer geleitet wird, desto weniger zusätzliches Druckgas wird benötigt.

Die vorangehend beschriebene Vorrichtung mit einer Druckkammer 19, die eine durch- lässige Wand 20 und insbesondere eine Düse 11 umfassende Einlasse für unter Druck stehende Medien aufweist, kann auch dazu genutzt werden, um verschiedene Medien homogen miteinander zu mischen, Gase mit Gasen, Flüssigkeiten mit Flüssigkeiten und Gase mit Flüssigkeiten.

Beim Mischen kann z. B. die Druckkammer mit einer Flüssigkeit durchströmt werden, wobei die poröse Wand eine Drossel bildet. Mit einem Überdruck wird dann eine Gasphase, eine Mischphase oder weitere Flüssigkeit in die Druckkammer eingedüst. Unter dem erhöhten Druck in der Druckkammer mischen sich die Medien. Nach dem Durchgang durch die poröse Wand sind sie dann unter vermindertem Druck gemischt.