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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102009025797 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200910025797
Publication date19 Nov 2009
Filing date13 May 2009
Priority date14 May 2008
Also published asCN101579666A, US20090283611
Publication number0910025797, 200910025797, DE 102009025797 A1, DE 102009025797A1, DE 2009/10025797 A1, DE-A1-102009025797, DE0910025797, DE102009025797 A1, DE102009025797A1, DE2009/10025797A1, DE200910025797
InventorsNitin Bhate, Jeffrey Scott Goldmeer, Geoffrey David Myers, Kripa Kiran Varanasi
ApplicantGeneral Electric Co.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Oberflächenbehandlungen und -überzüge zum Zerstäuben Treatments and -überzüge for spraying translated from German
DE 102009025797 A1
Abstract  translated from German
Ein Zerstäuber (12), umfassend eine Vor-Filmbildungs-Region (27, 54, 66) und einen Lippenabschnitt (29, 71, 67), der an einem Ende der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und konfiguriert ist, hydrodynamische Instabilitäten in einem Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender (110, 210, 452, 462) und nichtbenetzender Oberflächen (110, 210, 454, 464) umfasst, worin die nichtbenetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad umfasst und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad umfasst. An atomizer (12) comprising a pre-filming region (27, 54, 66) and a lip portion (29, 71, 67) which is arranged and configured at one end of the pre-filming region, hydrodynamic instabilities in a to produce a liquid film, wherein the lip portion an alternating pattern wetting (110, 210, 452, 462) and non-wetting surfaces (110, 210, 454, 464), wherein the non-wetting surface has a contact angle, with respect to the liquid of more than 90 degrees and includes the wetting surface has a contact angle, with respect to the liquid, comprising of less than 90 degrees.
Claims(10)  translated from German
  1. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ), umfassend: eine Vor-Filmbildungs-Region ( ), Comprising: a pre-filming region ( 27 27 , . 54 54 , . 66 66 ), umfassend eine Oberfläche ( ) Comprising a surface ( 110 110 ), konfiguriert zum Verringern einer mittleren Tropfengröße einer zerstäubten Flüssigkeit, wobei die Oberfläche einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die zerstäubte Flüssigkeit, von weniger als etwas 30 Grad aufweist. ) Configured for reducing a mean droplet size of an atomized liquid, wherein the surface has an effective contact angle, with reference to the atomized liquid, of less than some 30 degrees.
  2. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ), umfassend: eine Vor-Filmbildungs-Region ( ), Comprising: a pre-filming region ( 27 27 , . 54 54 , . 66 66 ) und einen Lippenabschnitt ( ) And a lip portion ( 29 29 , . 71 71 , . 67 67 ), der an einem Ende der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und konfiguriert ist, hydrodynamische Instabilitäten in einem Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender ( ), Which is arranged and configured at one end of the pre-film-forming region to generate hydrodynamic instabilities in a liquid film, wherein the lip portion an alternating pattern wetting ( 110 110 , . 210 210 , . 452 452 , . 462 462 ) und nicht-benetzender Oberflächen ( ) And non-wetting surfaces ( 110 110 , . 210 210 , . 454 454 , . 464 464 ) umfasst, wobei die nicht-benetzende Oberfläche einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad umfasst. ), Wherein the non-wetting surface, comprising an effective contact angle, with respect to the liquid of more than 90 degrees and the wetting surface has a contact angle with respect to the liquid, of less than 90 degrees.
  3. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Oberfläche eine die Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht ( ) According to any of the preceding claims, wherein the surface has a surface energy modifying coating layer ( 112 112 ) umfasst. ) Includes.
  4. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die die Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht ( ) According to any of the preceding claims, wherein said surface energy modifying coating layer ( 112 112 ) ein Keramikmaterial, ein hydrophiles polymeres Material oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der vorhergehenden Materialien umfasst, wobei das Kera mikmaterial Titanoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, Magnesiumaluminat-Spinel, Aluminiumnitrid, Galliumnitrid, Siliciumcarbid, Wolframcarbid, Kobalt-Chromcarbid oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der Vorhergehenden umfasst. ), A ceramic material, a hydrophilic polymeric material or a combination comprising at least one of the foregoing materials, wherein the Kera mikmaterial titanium oxide, silica, alumina, magnesia, zirconia, zinc oxide, yttrium-stabilized zirconia, magnesium aluminate spinel, aluminum nitride, gallium nitride, silicon carbide, tungsten carbide, chromium carbide-cobalt or a combination comprising at least one of the foregoing.
  5. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Oberfläche ein texturiertes Muster umfasst, wobei das texturierte Muster eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen ( ) According to any of the preceding claims, wherein the surface includes a textured pattern, wherein the textured pattern has a plurality of surface features ( 120 120 , . 212 212 ) umfasst, die eine Höhenabmessung (h), eine Breitenabmessung (a) und eine Abstandsabmessung (b) aufweisen, worin ein Verhältnis von b zu a (b/a) geringer ist als oder gleich 8, und worin die Mehrzahl der Oberflächen-Merkmale einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die zerstäubte Flüssigkeit, von weniger als etwa 30 Grad aufweist. ) Which have a height dimension (h), a width dimension (a), and a spacing dimension (b), wherein a ratio of b to a (b / a) is less than or equal to 8, and wherein the plurality of surface features an effective contact angle, with respect to which the atomized liquid, of less than about 30 degrees.
  6. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach Anspruch 2, worin eine ausgewählte oder beide der benetzenden ( ) According to claim 2, wherein a selected one or both of the wetting ( 452 452 , . 462 462 ) und der nicht-benetzenden Oberflächen ( ) And the non-wetting surfaces ( 454 454 , . 464 464 ) ein texturiertes Muster umfasst, wobei das texturierte Muster eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen ( ) Comprises a textured pattern, wherein the textured pattern has a plurality of surface features ( 120 120 , . 212 212 ) umfasst, die eine Höhenabmessung (h), eine Breitenabmessung (a) und eine Abstandsabmessung (b) aufweisen, worin ein Verhältnis von b zu a (b/a) geringer ist als oder gleich 8 und worin die Mehrzahl der Merkmale eine ausgewählte oder beide von einer Vielzahl von Pfosten oder einer Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Pfosten oberhalb der Oberfläche vorsteht und die Vielzahl von Poren auf der Oberfläche angeordnet ist, und worin die Breitenabmessung (a) geringer ist als etwa 100 μm und das Aspekt-Verhältnis (h/a) größer ist als etwa 0,25. ) Which have a height dimension (h), a width dimension (a), and a spacing dimension (b), wherein a ratio of b to a (b / a) is less than or equal to 8 and wherein the plurality of features, a selected or both comprised of a plurality of posts or a plurality of pores, wherein the plurality of posts projecting above the surface and the plurality of pores on the surface is arranged, and wherein the width dimension (a) is less than about 100 microns and the aspect- ratio (h / a) is greater than about 0.25.
  7. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach Anspruch 2, worin die benetzenden Oberflächen ( ) According to claim 2, wherein the wetting surfaces ( 110 110 , . 210 210 ) die die Oberflächenenergie modifi zierende Überzugsschicht ( ) Is the surface energy modifi ornamental coating layer ( 112 112 ) umfassen, wobei die Schicht ein Keramikmaterial, ein hydrophiles polymeres Material oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der vorhergehenden Materialien umfasst, wobei das Keramikmaterial Titanoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, Magnesiumaluminat-Spinel, Aluminiumnitrid, Galliumnitrid, Siliciumcarbid, Wolframcarbid, Kobalt-Chromcarbid oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der Vorhergehenden umfasst. ), Wherein the layer comprises a ceramic material, a hydrophilic polymeric material or a combination comprising at least one of the foregoing materials, wherein the ceramic material is titanium oxide, silica, alumina, magnesia, zirconia, zinc oxide, yttrium-stabilized zirconia, magnesium aluminate spinel, aluminum nitride, gallium nitride, silicon carbide, tungsten carbide, chromium carbide-cobalt or a combination comprising at least one of the foregoing.
  8. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach Anspruch 2, worin die nicht-benetzenden Oberflächen ( ) According to claim 2, wherein the non-wetting surfaces ( 110 110 , . 112 112 ) eine die Oberflächenenergie modifizierende Schicht ( ) A surface energy modifying layer ( 112 112 ) umfassen, wobei die Schicht mindestens ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Keramik, einem polymeren Material, einem fluorierten Material, einer intermetallischen Verbindung und einem Verbundmaterial, wobei die Keramik diamantartigen Kohlenstoff, fluorierten diamantartigen Kohlenstoff, Tantaloxid, Titancarbid, Titannitrid, Chromnitrid, Bornitrid, Chromcarbid, Molybdäncarbid, Titancarbonitrid, stromlos aufgebrachtes Nickel, Zirkoniumnitrid, Siliciumdioxid, Titandioxid oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der Vorhergehenden umfasst, wobei die intermetallische Verbindung Nickelaluminid, Titanaluminid oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der Vorhergehenden umfasst, und worin das polymere Material Polytetrafluorethylen, Fluoracrylat, Fluorurethan, Fluorsilicon, Fluorsilan, modifiziertes Carbonat, Silicon oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der Vorhergehenden umfasst. ), Wherein the layer comprises at least one material selected from the group consisting of a ceramic, a polymeric material, a fluorinated material, an intermetallic compound and a composite material, said ceramic diamond-like carbon, fluorinated diamond-like carbon, tantalum carbide, titanium carbide, titanium nitride , chromium nitride, boron nitride, chromium carbide, molybdenum carbide, titanium carbonitride, electrolessly-applied nickel, zirconium, silica, titania, or a combination comprising at least one of the foregoing, wherein the intermetallic compound is nickel aluminide, titanium aluminide or a combination comprising at least one of the foregoing and wherein the polymeric material is polytetrafluoroethylene, fluoroacrylate, fluorourethane, fluorosilicone, fluorosilane, modified carbonate, silicone or a combination comprising at least one of the foregoing.
  9. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach Anspruch 2, worin die benetzenden Oberflächen ( ) According to claim 2, wherein the wetting surfaces ( 452 452 , . 462 462 ) ein texturiertes Muster umfassen, wobei das texturierte Muster eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen ( ) Include a textured pattern, wherein the textured pattern has a plurality of surface features ( 120 120 , . 212 212 ) umfasst, die eine Höhenabmessung (h), ei ne Breitenabmessung (a) und eine Abstandsabmessung (b) aufweisen, wobei ein Verhältnis von b zu a (b/a) kleiner ist als oder gleich 8 und worin die Vielzahl der Oberflächen-Merkmale einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als etwa 30 Grad aufweist. ) Which has a height dimension (h), egg ne width dimension (a) and a spacing dimension (b), wherein a ratio of b to a (b / a) is smaller than or equal to 8 and wherein the plurality of surface features an effective contact angle, with respect to the liquid having, of less than about 30 degrees.
  10. Zerstäuber ( Atomizer ( 12 12 ) nach Anspruch 2, worin die nicht-benetzenden Oberflächen ( ) According to claim 2, wherein the non-wetting surfaces ( 454 454 , . 464 464 ) ein texturiertes Muster umfassen, wobei das texturierte Muster eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen ( ) Include a textured pattern, wherein the textured pattern has a plurality of surface features ( 120 120 , . 212 212 ) umfasst, die eine Höhenabmessung (h), eine Breitenabmessung (a) und eine Abstandsabmessung (b) aufweisen, wobei ein Verhältnis von b zu a (b/a) geringer ist als oder gleich 8 und worin die Vielzahl der Oberflächen-Merkmale einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die zerstäubte Flüssigkeit, von mehr als etwa 120° aufweist. ) Which have a height dimension (h), a width dimension (a), and a spacing dimension (b), wherein a ratio of b to a (b / a) is less than or equal to 8 and wherein the plurality of surface features a effective contact angle, with respect to which the atomized liquid, of greater than about 120 °.
Description  translated from German
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Gegenstände mit Oberflächen, die derart ausgebildet sind, dass sie eine selektive Benetzung der Oberflächen durch Flüssigkeiten fördern. The present disclosure relates to articles having surfaces that are formed such that they promote a selective wetting of the surfaces by liquids. Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf das Fördern der Zerstäubung durch Erhöhen der Benetzbarkeit der Vor-Filmbildungsregion der Oberflächen und das Induzieren hydrodynamischer Instabilitäten in selektiven Regionen des Zerstäubers. More particularly, this invention relates to the conveying of the atomization by increasing the wettability of the pre-film-forming region of the surfaces and inducing hydrodynamic instabilities in selective regions of the atomizer.
  • [0002] [0002]
    Die Zerstäubung bezieht sich allgemein auf die Umwandlung einer Flüssigkeitsmasse in einen Sprühnebel oder Nebel (dh eine Ansammlung von Tropfen), häufig, indem man die Flüssigkeit durch eine Düse führt. The atomization generally refers to the conversion of a bulk liquid into a spray or mist (ie a collection of drops), often by passing the liquid through a nozzle. Ein Zerstäuber ist eine Vorrichtung zum Erzielen der Zerstäubung. An atomizer is a device for achieving atomization. Übliche Beispiele von Zerstäubungs-Systemen können einschließen: Gasturbinen, Karburatoren, Luftbürsten, Vernebler, Sprühflaschen und Ähnliche. Common examples of sputtering systems may include: gas turbines, Karburatoren, air brushing, nebulizer, spray bottles and the like. In internen Verbrennungstriebwerken z. B. kann die feinkörnige Brennstoffzerstäubung für eine effiziente Verbrennung förderlich sein. In internal combustion engines z. B. may be conducive to efficient combustion, the fine-grained fuel atomization.
  • [0003] [0003]
    Derzeitige Gebläse-Zerstäuber breiten Flüssigkeit von einer Düsenöffnung zu einem Film auf einer oder mehreren Vor-Filmbildungs-Regionen aus. Current blower atomizer wide liquid from a nozzle opening to form a film on one or more pre-film-forming regions. Die Zerstäuber können Druck, Luftströmung, elektrostatische, Ultraschall- und ähnliche andere Methoden nutzen, um Instabilitäten in dem Flüssigkeitsmassenfilm zu erzeugen, um Tröpfchen zu bilden. The atomizer may utilize pressure, air flow, static, ultrasonic and other similar methods to produce instability in the liquid film mass to form droplets. Der Flüssigkeitsmassenfilm in den Vor-Filmbildungs-Regionen wird Luft ho her Geschwindigkeit ausgesetzt, die auf beiden Seiten der Düsenöffnung in die Regionen eintritt. The liquid film mass in the pre-filming regions exposed her speed, which occurs on both sides of the orifice in the air ho regions. Die Luftströme können hydrodynamische Instabilitäten in dem Flüssigkeitsfilm erzeugen und verursachen, dass er in Tröpfchen zerbrochen wird. The air flows can produce and cause hydrodynamic instabilities in the liquid film, that it is broken into droplets. Die mittlere Tropfengröße, die durch einen Zerstäuber erzeugt wird, wird signifikant durch die Gleichförmigkeit und Dicke des Flüssigkeitsfilms in seiner Vor-Filmbildungs-Region beeinflusst. The mean droplet size that is produced by an atomizer is significantly affected by the uniformity and thickness of the liquid film in its on-film-forming region. In einigen Fällen kann die mittlere Tropfengröße mit der Quadratwurzel der Filmdicke variieren. In some cases, the average drop size vary with the square root of the film thickness. Je dünner der Film, je feiner daher die Zerstäubung (dh, die Tropfengröße). The thinner the film, the finer the atomisation therefore (ie, the droplet size). Derzeitige Zerstäuber haben keine Einrichtungen, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit in den Vor-Filmbildungs-Regionen zu dem notwendigen dünnen Film ausgebreitet wird. Current atomizers have no facilities to ensure that the liquid is spread in the pre-filming regions to the required thin film. Dies kann trockene Flecken auf der Oberfläche der Vor-Filmbildungs-Region erzeugen, die zu einem ungleichförmigen Flüssigkeitsfilm und folglich zu größeren gröberen Tröpfchengrößen führen. This can produce dry spots on the surface of the pre-filming region, leading to a non-uniform liquid film and hence larger coarser droplet sizes.
  • [0004] [0004]
    Es besteht daher ein Bedarf, die Gleichförmigkeit des Flüssigkeitsmassenfilms zu verbessern und weitere hydrodynamische Instabilitäten einzuführen, um die Zerstäubung zu fördern. There is therefore a need to improve the uniformity of the liquid mass of the film and to introduce further hydrodynamic instabilities, to promote atomization.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • [0005] [0005]
    Hierin sind Zerstäuber offenbart, die eine Oberfläche aufweisen, die zum Fördern der Zerstäubung einer Flüssigkeit konfiguriert ist. Herein sprayers are disclosed which have a surface that is configured to convey the atomization of a liquid. In einer Ausführungsform schließt der Zerstäuber eine Vor-Filmbildungs-Region ein, umfassend eine Oberfläche, konfiguriert, um die mittlere Tropfengröße einer zerstäubten Flüssigkeit zu verringern, wobei die Oberfläche einen effektiven Kontaktwinkel mit Bezug auf die zerstäubte Flüssigkeit, von weniger als etwa 30 Grad aufweist. In one embodiment the nebulizer includes an on-film-forming region comprising a surface configured to decrease the average droplet size of an atomized liquid, wherein the surface has an effective contact angle, with reference to the atomized liquid, of less than about 30 degrees ,
  • [0006] [0006]
    In einer anderen Ausführungsform schließt der Zerstäuber eine Vor-Filmbildungs-Region und einen Lippenabschnitt ein, der an einem Ende der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und der konfiguriert ist, in einem Flüssigkeitsfilm hydrodynamische Instabilitäten zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender und nicht-benetzender Oberflächen umfasst, wobei die nicht-benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad umfasst und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad aufweist. In another embodiment the atomiser a pre-film forming region and a lip portion includes, of the placed at one end of the pre-film-forming region and which is configured to generate hydrodynamic instabilities in a liquid film, wherein the lip portion an alternating pattern wetting and comprises non-wetting surfaces, the non-wetting surface comprises a contact angle, with respect to the liquid of more than 90 degrees and the wetting surface has a contact angle, with respect to the liquid, of less than 90 degrees.
  • [0007] [0007]
    In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Zerstäuber konfiguriert, einen Flüssigkeitsfilm in einen Sprühnebel umzuwandeln, und er schließt eine Düse zum Injizieren der Flüssigkeit in einen unter Druck stehenden Strömungspfad, eine Vor-Filmbildungs-Region stromabwärts der Düse, umfassend eine Oberfläche, konfiguriert zum Verringern der mittleren Tropfengröße der Flüssigkeit, wobei die Oberfläche einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als etwa 30 Grad aufweist, und einen Lippenabschnitt ein, der stromabwärts der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und konfiguriert ist, hydrodynamische Instabilitäten in dem Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender und nicht-benetzender Oberflächen umfasst, wobei die nicht-benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad umfasst und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad umfasst. In yet another embodiment, an atomizer is configured to convert a liquid film into a spray mist, and it includes a nozzle for injecting the fluid in a pressurized flow path, an on-film-forming region downstream of the nozzle comprising a surface configured for reducing the mean droplet size of the liquid, wherein the surface has an effective contact angle, with respect to the liquid, of less than about 30 degrees, and a lip portion a, which is arranged and configured downstream of the pre-film-forming region, hydrodynamic instabilities in the liquid film produce, wherein the lip portion includes an alternating pattern of wetting and non-wetting surfaces, the non-wetting surface comprises a contact angle, with respect to the liquid of more than 90 degrees and the wetting surface has a contact angle, with respect to the liquid , comprises less than 90 degrees.
  • [0008] [0008]
    Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden durch die folgenden Figuren und die detaillierte Beschreibung beispielhaft erläutert. The above described and other features are exemplified by the following figures and detailed description.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
  • [0009] [0009]
    Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen versehen sind: Reference is now made to the figures in which identical elements are provided with the same reference numbers:
  • [0010] [0010]
    1 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines derzeitigen Vor-Filmbildungs-Zerstäubers zum Einsatz in einem Brennersystem; is a schematic cross-sectional view of a current pre-filming atomizer for use in a combustor system;
  • [0011] [0011]
    2 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform der Oberfläche eines Gegenstandes, der eine Überzugsschicht zeigt; is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of the surface of an object, showing a coating layer;
  • [0012] [0012]
    3 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform der Oberfläche eines Gegenstandes, der die Textur zeigt; is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of the surface of an article showing the texture;
  • [0013] [0013]
    4 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Unterschied zwischen einem Wenzeltropfen-Zustand und einem Cassietropfen-Zustand veranschaulicht; is a schematic cross-sectional view, illustrating the difference between a Wenzel Drop state and a drop of Cassie-state;
  • [0014] [0014]
    5 5 ist eine grafische Darstellung des effektiven Kontaktwinkels als eine Funktion des relativen Abstandes für verschiedene Aspektverhältnisse, wobei die Merkmale Vorsprünge sind; is a graphical representation of the effective contact angle as a function of the relative distance for different aspect ratios, wherein the features are protrusions;
  • [0015] [0015]
    6 6 ist der Zerstäuber von is the atomizer of 1 1 , wobei geeignete Bereiche zum Anordnen einer Hybridtextur-Region hervorgehoben sind; Where appropriate areas are highlighted for arranging a hybrid texture region;
  • [0016] [0016]
    7 7 veranschaulicht beispielhafte Ausführungsformen verschiedener Hybridflecken-Konfigurationen; illustrates exemplary embodiments of various hybrid patch configurations;
  • [0017] [0017]
    8 8 ist eine grafische Darstellung eines effektiven Kontaktwinkels als eine Funktion des b/a-Verhältnisses; is a graphical representation of effective contact angle as a function of the B / A ratio;
  • [0018] [0018]
    9 9 veranschaulicht beispielhafte Ausführungsformen hydrophiler Wenzelzustands-Oberflächenmerkmale; illustrates exemplary embodiments of hydrophilic Wenzel state surface features;
  • [0019] [0019]
    10 10 zeigt Fotografien von Öltröpfchen auf Siliciumpfosten-Oberflächenmerkmalen, die verschiedene b/a-Verhältnisse aufweisen, um das Abrollen zu messen und den Kontaktwinkel zu bestimmen, und shows photographs of oil droplets on silicon Post surface features having various b / a ratios to measure the rolling and to determine the contact angle, and
  • [0020] [0020]
    11 11 ist eine grafische Darstellung des effektiven Kontaktwinkels als eine Funktion des relativen Abstandes (b/a-Verhältnis) für eine hydrophile/superhydrophile Oberfläche. is a graphical representation of the effective contact angle as a function of the relative distance (b / a ratio) for a hydrophilic / super-hydrophilic surface.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • [0021] [0021]
    Bezugnehmend auf die Zeichnung allgemein und auf Referring to the drawings in general and on 1 1 im Besonderen wird klar sein, dass die Darstellungen den Zweck der Beschreibung einer speziellen Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstandes haben und eine Beschränkung darauf nicht beabsichtigt ist. in particular, it will be clear that the representations have the purpose of describing a particular embodiment of the disclosed subject matter hereof and a restriction is not intended it. 1 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften Zerstäubers eines Gasturbinen-Brennersystems. is a schematic cross-sectional view of an exemplary atomizer a gas turbine combustor system. Hierin wird Bezug genommen auf die Anwendung von Oberflächen-Behandlungen und -Überzügen im Brennersystem. Herein, reference is made to the application of surface treatments and -Überzügen in the burner system. Es sollte jedoch klar sein, dass die hierin offenbarten Oberflächen-Behandlungen vorteilhafterweise in irgendeinem Zerstäubungssystem eingesetzt werden können, um die Leistungsfähigkeit des Zerstäubers zu verbessern. However, it should be clear that disclosed herein surface treatments can be advantageously used in any sputtering system to improve the performance of the atomizer. Beispiele von Systemen, die eine Strömungsmittel-Zerstäubung erfordern, schließen, ohne Einschränkung, Landwirtschaft, Nahrungsmittelherstellung, Anstreichen, Waschen und Ähnliche ein. Examples of systems that require a fluid atomization include, without limitation, agricultural, food manufacturing, painting, washing and the like. Der Gebrauch hydrophiler oder superhydrophiler Oberflächen- Behandlungen kann zu gleichmäßigeren dünneren Flüssigkeitsmassen-Filmen führen, die feinere Tröpfchengrößen erzeugen können, dh, die mittlere Tropfengröße einer Flüssigkeit verringern, verglichen mit gegenwärtigen Zerstäubern ohne solche Oberflächen-Behandlungen. The use of hydrophilic or super-hydrophilic surface treatments can lead to more even thinner liquid film mass that can produce finer droplet sizes, ie, reduce the mean droplet size of a liquid compared to current atomizers without such surface treatments. Zusätzlich kann der Einsatz von hydrophob/hydrophilen Hybrid-Regionen in selektiven Bereichen, wie den Lippen der verschiedenen Vor-Filmbildungs-Zerstäuberregionen, hydrodynamische Instabilitäten einführen, die zu einem effizienten Aufbrechen des Flüssigkeitsfilmes und zu einer verbesserten Zerstäubung führen. In addition, the use of hydrophobic / hydrophilic hybrid regions in selected areas, such as the lips of the different sub-filming Zerstäuberregionen introduce hydrodynamic instabilities that lead to efficient breakup of the liquid film and improved atomization.
  • [0022] [0022]
    Mit Bezug auf Verbrennungs-Anwendungen, wie in Turbinen, kann die verbesserte Zerstäubung einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Verbrennung haben. With reference to combustion applications, such as turbines, the improved atomization can have a significant influence on the efficiency of combustion. Im Allgemeinen ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit eines Gebläse-Zerstäubers das Verhältnis von Luft zu Flüssigkeit und der Luft-Seitendruckabfall, der zum Erzeugen eines Sprühnebels einer gegebenen mittleren Tropfengröße erforderlich ist. In general, a measure of the performance of a blower atomizer is the ratio of air to liquid and the air-side pressure drop that is required to produce a spray of a given mean droplet size. Typischerweise ist der Druckabfall ein großer Bruchteil des Druckabfalls für das gesamte Verbrennungssystem und das Strömungsverhältnis von Luft zu Flüssigkeitsmasse ist gleich oder größer als 1,0 für einen Sprühnebel feiner Tröpfchengröße. Typically, the pressure drop is a large fraction of the pressure drop for the entire combustion system and the flow ratio of air to liquid mass is equal to or greater than 1.0 for a spray of fine droplets size. In industriellen Gasturbinen oder in Flugzeug-Triebwerken ist der Brenner-Druckabfall ein Nachteil (dh, ein parasitärer Verlust) für die Brennstoffeffizienz des Systems. In industrial gas turbines or aircraft engines the burner pressure drop is a disadvantage (ie, a parasitic loss) for the fuel efficiency of the system. Folglich repräsentiert die Fähigkeit zum Verringern des Zerstäuber-Druckabfalls oder des Luft-zu-Flüssigkeits-Verhältnisses, das für einen Sprühnebel der erforderlichen Qualität benötigt wird, einen Nutzen der System-Brennstoffeffizienz. Thus represents the ability to reduce the atomizer pressure drop or air-to-liquid ratio, which is required for a spray of the required quality, a benefit of the system fuel efficiency. Der Gebrauch oleophiler und oleophober oder hydrophiler und hydrophober Überzüge auf den den Sprühnebel herstellenden Oberflächen des Zerstäubers zum Verringern der mittleren Tropfengröße der zerstäubten Flüssigkeit kann vorteilhaft in einer Verbesserung der Sprühnebelqualität für einen gegebenen Druckabfall oder ein Luft-zu-Flüssigkeits-Verhältnis relativ zu einem nicht überzogenen Zerstäuber resultieren. The use of oleophilic and oleophobic or hydrophilic and hydrophobic coatings to the spray-producing surfaces of the atomizer to reduce the mean droplet size of the atomized liquid may be advantageous in improving the spray quality for a given pressure drop or air-to-liquid ratio relative to a non- coated atomizer result. Die flüssigkeitsbenetzten Abschnitte des Zerstäubers, die den Sprühnebel in erster Linie über eine Druck-Verwirbelungs-Zerstäubung (dh, an den Vor-Filmbildungslippen) erzeugen, können auch einen Nutzen von hydrophoben oder oleophoben Oberflächen haben, die für eine gegebene mittlere Tröpfchengröße einen geringeren Flüssigkeitszufuhr-Druck gestatten. (Ie, the pre-filming lips) generate the wetted portions of the atomizer which the spray primarily via a pressure-swirl atomization, also benefit from hydrophobic or oleophobic surfaces can have, the less fluid intake for a given mean droplet size -print permit. Dieser verringerte Druck kann eine Ersparnis in der Pumpenarbeit repräsentieren, die zum Zuführen von Brennstoff zum Zerstäubungssystem erforderlich ist. This reduced pressure may be a savings in the pump working represent that is required for supplying fuel to the sputtering system.
  • [0023] [0023]
    Darüber hinaus können die offenbarten hydrophoben oder oleophoben Oberflächen den potenziellen Nutzen verringerter Toleranzen und Genauigkeit bei der Herstellung bereitstellen. In addition, the disclosed hydrophobic or oleophobic surfaces may provide the potential benefits of reduced tolerances and precision during manufacture. Die Oberflächen-Behandlungen können möglicherweise eine gleichförmigere Flüssigkeitsfilm-Dicke und -Verteilung auf den Vor-Filmbildungs-Regionen erleichtern, was einen gleichmäßigeren Sprühnebel trotz Herstellungs-Unvollständigkeiten erzeugt, wie Werkzeugmarken, Mangel an perfekter Konzentrizität, unrunden Abmessungs-Öffnungen und anderen Fehlern, die gewöhnlich Streifen in dem Sprühnebel und andere Symptome der Ungleichmäßigkeit in der Brennstofffilmdicke verursachen. The surface treatments may be able to facilitate a more uniform liquid film thickness and distribution on the pre-filming regions, resulting in a more uniform spray generated despite manufacturing omissions, such as tool marks, lack of perfect concentricity, uneven dimensional holes and other defects, the in the spray and other symptoms of non-uniformity usually cause streaks in the fuel film thickness. Die hierin offenbarten Oberflächen-Behandlungen könnten auch zum Einstellen der räumlichen Verteilung des Sprühnebels benutzt werden, um die Geometrie des Verbrennungssystems besser zu nutzen. The herein disclosed surface treatments could also be used to adjust the spatial distribution of the spray to make better use of the geometry of the combustion system. So erzeugen gegenwärtige Düsen einen axialsymmetrischen konischen Sprühnebel, der entweder solid oder hohl ist, was vom spezifischen Typ abhängt. How to Create an axisymmetric conical spray nozzles current, which is either solid or hollow, which depends on the specific type. Injiziert man diese gleichmäßige Verteilung in einen ringförmigen Brenner, dann kann es, vom Standpunkt der Haltbarkeit, mehr Brennstoff als erwünscht nahe den inneren und äußeren Wandungen geben. When injected this uniform distribution in an annular burner, it can give more fuel than desired near the inner and outer walls from the standpoint of durability. Die Verteilung der offenbarten Oberflächen-Behandlungen auf dem Vorfilmbilder könnten benutzt werden, den Flüssigkeits-Sprühnebel neu zu verteilen, den Massenfluss einzustellen, um den flüssigen Brennstoff in dem stromabwärts gelegenen Brennervolumen gleichmäßiger zu verteilen. The distribution of the disclosed surface treatments on the Vorfilmbilder could be used to distribute the liquid spray new, adjust the mass flow to distribute the liquid fuel in the downstream burner volume evenly. In dem ringförmigen Brenner könnte dies durch Benutzen eines elliptischen Kegels statt eines kreisförmigen Kegels bewerkstelligt werden, wobei die lange Achse der Ellipse umfangsmäßig orientiert ist, um an das ringförmige Volumen anzupassen. In the annular burner this could be accomplished by use of an elliptical cone rather than a circular cone, wherein the long axis of the ellipse is oriented circumferentially to adapt to the annular volume.
  • [0024] [0024]
    1 1 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Gasturbinen-Brennstoffinjektors illustrates an exemplary embodiment of a gas turbine fuel injector 10 10 eines Brennersystem. a burner system. Der Gasturbinen-Brennstoffinjektor The gas turbine fuel injector 10 10 kann einen Zerstäuber can a nebulizer 12 12 umfassen. . include Der Zerstäuber The atomizer 12 12 kann eine äußere Wandung , an outer wall 14 14 , einen äußeren Pilot-Verwirbeler , An outer pilot swirler 16 16 , einen inneren Pilot-Verwirbeler A pilot inner swirler 18 18 und einen Pilot-Brennstoffinjektor and a pilot fuel injector 20 20 einschließen. Include. Der Zerstäuber hat eine Symmetrieachse The atomizer has an axis of symmetry 49 49 und ist allgemein zylindrisch mit einem ringförmigen Querschnittsprofil geformt. and is generally cylindrically shaped with an annular cross-sectional profile.
  • [0025] [0025]
    Der Pilot-Brennstoffinjektor The pilot fuel injector 20 20 liegt entlang der Symmetrieachse lies along the axis of symmetry 49 49 und ist innerhalb des Zerstäubers and is within the atomizer 12 12 derart angeordnet, dass der Brennstoffinjektor im Wesentlichen koaxial mit dem Zerstäuber liegt. arranged such that the fuel injector substantially coaxial with the atomizer. Der Brennstoffinjektor The fuel injector 20 20 injiziert Brennstoff zum Pilot und schließt eine Aufnahmeseite injected fuel to the pilot and includes a receiving side 22 22 , eine Auslassseite , An outlet 24 24 und einen sich dazwischen erstreckenden Körper and a body extending therebetween 26 26 ein. a. Die Auslassseite The outlet 24 24 schließt eine konvergente Auslassdüse includes a convergent exhaust nozzle 28 28 ein, die von dem Brennstoffinjektor a, of the fuel injector 20 20 eine (nicht gezeigte) Brennstoffströmung nach außen dirigiert. (not shown) fuel flow conducted to the outside.
  • [0026] [0026]
    Der innere Pilot-Verwirbeler The inner pilot swirler 18 18 ist ringförmig und umfangsmäßig um den Pilot-Brennstoffinjektor is annular and extends circumferentially around the pilot fuel injector 20 20 herum angeordnet. arranged around. Der innere Pilot-Verwirbeler The inner pilot swirler 18 18 schließt eine Aufnahmeseite includes a receiving side 30 30 und eine Auslassseite and an outlet 32 32 ein. a. Ein (nicht gezeigter) innerer Pilot-Luftstrom tritt in die Einlassseite (Not shown) of inner pilot airflow enters the inlet side 30 30 des inneren Pilot-Verwirbelers ein und wird vor dem Austritt durch die Auslassseite the inner pilot swirler and is before exiting through the outlet 32 32 des inneren Pilot-Verwirbelers beschleunigt. the inner pilot swirler accelerated.
  • [0027] [0027]
    Ein Grundlinien-Pilot-Gebläseaufspalter A baseline pilot Gebläseaufspalter 40 40 ist stromabwärts des inneren Pilot-Verwirbelers downstream of the inner swirler pilot- 18 18 angeordnet. arranged. Der Grundlinien-Pilot-Gebläseaufspalter The baseline pilot Gebläseaufspalter 40 40 schließt einen stromaufwärts gelegenen Abschnitt includes an upstream portion 42 42 und einen stromabwärts gelegenen Abschnitt and a downstream portion 44 44 ein, der sich von dem stromaufwärts gelegenen Abschnitt one that is located on the upstream section 42 42 aus erstreckt. extends from. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt The upstream section 42 42 schließt eine Vorderkante includes a leading edge 46 46 ein und hat einen Durchmesser and has a diameter 48 48 , der von der Vorderkante That from the front edge 46 46 bis zum stromabwärts gelegenen Abschnitt to the downstream portion 44 44 des Pilot-Gebläseaufspalters konstant ist. the pilot Gebläseaufspalters is constant. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt The upstream section 42 42 schließt auch eine innere Oberfläche also includes an inner surface 50 50 ein, die im Wesentlichen parallel und benachbart dem inneren Pilot-Verwirbeler one that is substantially parallel and adjacent pilot inner swirler 18 18 angeordnet ist. is arranged. Die Begriffe „stromaufwärts” und „stromabwärts”, wie sie hierin benutzt werden, sollen die Stelle der Komponenten innerhalb eines Brennersystems beschreiben, wie sie sich auf die Strömung des Strömungsmittels (z. B. Brennstoff) durch das System beziehen. The terms "upstream" and "downstream", as used herein are intended to describe the position of the components within a burner system, how they relate to the flow of fluid (eg. As fuel) through the system.
  • [0028] [0028]
    Der stromabwärts gelegene Abschnitt The downstream portion 44 44 des Grundlinien-Pilot-Gebläseaufspalters erstreckt sich vom stromaufwärts gelegenen Abschnitt the baseline pilot Gebläseaufspalters extends from the upstream section 42 42 bis zu einer Hinterkante to a trailing edge 52 52 des Aufspalters the Aufspalters 40 40 . , Der stromabwärts gelegene Abschnitt The downstream portion 44 44 konvergiert zur Zerstäuber-Symmetrieachse converges to the atomizer axis of symmetry 49 49 hin derart, dass bei einem Mittelpunkt out such that at a midpoint 54 54 des stromabwärts gelegenen Abschnitts of the downstream portion 44 44 dieser stromabwärts gelegene Abschnitt this downstream portion 44 44 einen Durchmesser a diameter 56 56 aufweist, der geringer ist als der Durchmesser which is less than the diameter 48 48 des stromaufwärts gelegenen Abschnittes. of the upstream portion. Der stromabwärts gelegene Abschnitt The downstream portion 44 44 divergiert vom Mittelpunkt diverges from the center 54 54 des stromabwärts gelegenen Abschnittes derart nach außen, dass der Hinterkanten-Durchmesser of the downstream portion outwardly such that the trailing edge diameter 58 58 größer ist als der Mittelpunkt-Durchmesser greater than the center diameter 56 56 des stromabwärts gelegenen Abschnittes, aber geringer als der Durchmesser of the downstream portion, but less than the diameter 48 48 des stromaufwärts gelegenen Abschnittes. of the upstream portion.
  • [0029] [0029]
    Der äußere Pilot-Verwirbeler The outer pilot swirler 16 16 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht vom Grundlinien-Pilot-Gebläseaufspalter extends substantially perpendicularly from baseline pilot Gebläseaufspalter 40 40 und ist an einer Konturwand and is on a contour wall 60 60 befestigt. attached. Die konturierte Wand The contoured wall 60 60 ist an einer Außenwand is on an outer wall 14 14 des Zerstäubers befestigt. the atomizer attached. Der äußere Pilot-Verwirbeler The outer pilot swirler 16 16 ist ringförmig und umfangsmäßig um den Grundlinien-Pilot-Gebläseaufspalter is annular and circumferentially about the baseline pilot Gebläseaufspalter 40 40 herum angeordnet. arranged around. Die konturierte Wandung The contoured wall 60 60 schließt einen Scheitel includes an apex 62 62 ein, der zwischen einem konvergenten Abschnitt a between a convergent section 64 64 der konturierten Wandung the contoured wall 60 60 und einem divergenten Abschnitt and a divergent section 66 66 der konturierten Wandung the contoured wall 60 60 angeordnet ist. is arranged. Der stromabwärts gelegene Abschnitt The downstream portion 44 44 des Aufspalters divergiert zum divergenten Abschnitt the Aufspalters diverges to the divergent section 66 66 der konturierten Wandung hin. the contoured back wall. Die konturierte Wandung The contoured wall 60 60 schließt auch eine Hinterkante also includes a trailing edge 70 70 ein, die sich vom divergenten Abschnitt one extending from the divergent section 66 66 der konturierten Wandung aus erstreckt. the contoured wall extending from. Hinterkante Trailing edge 70 70 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Symmetrieachse is substantially perpendicular to the symmetry axis 49 49 des Zerstäubers und liegt benachbart einer Verbrennungszone the atomizer and is adjacent to a combustion zone 80 80 . ,
  • [0030] [0030]
    Im Betrieb injiziert ein Pilot-Brennstoffkreislauf In operation, injects a pilot fuel circuit 90 90 Brennstoff durch den Pilot-Brennstoffinjektor Fuel through the pilot fuel injector 20 20 zum Brennersystem to the burner system 10 10 . , Gleichzeitig tritt eine Luftströmung in die Aufnahme Occurs at the same time a flow of air into the receptacle 30 30 des Pilot-Verwirbelers ein und wird von der Auslassseite the pilot swirler and is granted by the discharge side 32 32 des Pilot-Verwirbelers nach außen beschleunigt. of the pilot swirler accelerated outward. Die Pilot-Luftströmung strömt im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse The pilot airflow flows substantially parallel to the axis of symmetry 49 49 des Zerstäubers und trifft auf den Luft-Aufspalter of the atomiser and impinges on the air-splitter 40 40 , der die Pilot-Luftströmung in einer verwirbelten Bewegung zum Brennstoff hin dirigiert, der aus dem Pilot-Brennstoffinjektor That in a swirling motion to the fuel towards conducting the pilot air flow from the pilot fuel injector 20 20 austritt. exits. Die Pilot-Luftströmung führt nicht zum Zusammenfallen eines (nicht gezeigten) Sprühmusters des Pilot-Brennstoffinjektors The pilot airflow does not cause the collapse of a (not shown) of pilot fuel injector spray pattern 20 20 , sondern stabilisiert und zerstäubt statt dessen den Brennstoff. But instead stabilizes and atomizes the fuel.
  • [0031] [0031]
    Während die Flüssigkeitsmasse, in diesem Fall Brennstoff, aus dem Pilot-Brennstoffinjektor As the liquid mass, in this case fuel from the pilot fuel injector 20 20 austritt, breitet sich ein Teil des Brennstoffes zu einem Film auf Oberflächen des Zerstäubers outlet, a portion of the fuel spreads to form a film on surfaces of the atomizer 12 12 aus. from. Die flachen Oberflächen, z. B., die innere Oberfläche des Pilot-Aufspalters oder die Düsenlippe, können einen dünnen Film des Brennstoffes sammeln und sie sind manchmal als „Vor-Filmbildungs”-Oberflächen bekannt. The flat surfaces, for. Example, the inner surface of the pilot Aufspalters or the die lip, can collect a thin film of the fuel and they are sometimes known as a "pre-filming" surfaces. Eine solche allgemeine Terminologie wird hierin benutzt. Such a general terminology used herein. Die flache Fläche der Oberfläche erzeugt einen Rezirkulationsbereich geringen Druckes, der den Brennstoff von der Ausgangsdüse The flat face of the surface generates a recirculation area of low pressure, the fuel from the outlet nozzle 28 28 auf die flachen Oberflächen zieht. pulling on the flat surfaces. Dieses „Vor-Filmbilden” gestattet die Bildung einer dünnen Schicht des Brennstoffes. This "on-the-film forming" allows the formation of a thin layer of the fuel. Die Zerstäubung des Brennstoffes wird gefördert, indem zuerst der Brennstoff zu einer dünnen Filmschicht auf den Vor-Filmbildungs-Oberflächen ausgebreitet wird. The atomization of the fuel is promoted by passing the fuel into a thin film layer on the pre-film-forming surface is done first. Die gegenwärtigen Zerstäuber-Vor-Filmbildungs-Oberflächen sind jedoch nicht in der Lage, eine gleichmäßige Dispersion des Films über die Oberfläche oder das Verdünnen der Flüssigkeitsmasse, während sie entlang der Oberflächen stromabwärts (dh, weg von der Düse) fließt, zu fördern. However, the present atomizer on-film-forming surfaces are not capable of uniform dispersion of the film over the surface, or diluting the liquid mass while it flows along the surfaces downstream (ie, away from the nozzle), to promote. Dies kann zu einer nicht-gleichmäßigen Filmdicke, die Streifen oder Spalten in dem resultierenden Sprühnebel verursachen und dickeren Filmmassen führen, die ihrerseits gröbere Tröpfchengrößen und eine ineffiziente Zerstäubung verursachen. This can cause a non-uniform film thickness, the strips or columns in the resulting spray and run thicker film masses, which in turn cause coarser droplet sizes and an inefficient atomization. Durch Fördern der Benetzbarkeit der Vor-Filmbildungs-Oberflächen unter Anwendung hydrophiler oder superhydrophiler Oberflächen-Behandlungen kann sich ein dünnerer, gleichmäßigerer Brennstofffilm auf den Oberflächen bilden, was zu einer besseren Zerstäubung durch feinere mittlere Tröpfchengrößen führen kann. A thinner, more uniform fuel film may form on the surfaces by promoting the wettability of the pre-filming surfaces using hydrophilic or super-hydrophilic surface treatments, which can lead to a better atomization by finer mean droplet sizes. Durch Behandeln der Lippenregionen der Vor-Filmbildungs-Oberflächen mit den hydrophob-hydrophilen Hybrid-Oberflächen können hydrodynamische Instabilitäten eingeführt werden, die zum leichteren Aufbrechen des Filmes und feinerer Tröpfchenbildung führen. By treating the lip regions of the pre-filming surfaces with the hydrophobic-hydrophilic surfaces hybrid hydrodynamic instabilities can be introduced, leading to easier break-up of the film and finer droplet formation.
  • [0032] [0032]
    Der Gasturbinen-Flüssigbrennstoff-Injektor The gas turbine liquid fuel injector 10 10 der the 1 1 wird als ein Beispiel zum Identifizieren von Vor-Film bildungs-Oberflächen zum Bilden von Flüssigkeitsmassen-Filmen benutzt. is used as an example for identifying pre-film forming surfaces for forming fluid mass films. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Flüssigkeitsfilm durch Bilden auf der inneren Oberfläche In an exemplary embodiment, by forming the liquid film on the inner surface 27 27 der Auslassdüse the outlet nozzle 28 28 und der Düsenlippe and the nozzle lip 29 29 beginnen. kick off. Während mehr Brennstoff in die Verbrennungszone As more fuel into the combustion zone 80 80 injiziert wird, kann der Brennstoffstrom stromabwärts wandern und einen Film bilden, der allgemein am Mittelpunkt is injected, the fuel stream may migrate downstream and form a film, which is generally at the mid- 54 54 des stromabwärts gelegenen Abschnittes of the downstream portion 44 44 des Aufspalters beginnt und sich bis zur Lippe the Aufspalters begins and up to the lip 71 71 der Hinterkante the trailing edge 70 70 erstreckt. extends. Während der Brennstoff weiter durch den Injektor During the further fuel through the injector 20 20 zugeführt wird, kann er sich weiter auf den divergenten Abschnitt is supplied, he can continue to the divergent section 66 66 der konturierten Wandung the contoured wall 60 60 ausbreiten und zur Wandlippe and spread to the wall lip 67 67 hin fortschreiten. towards progress. Hydrophile Oberflächen-Behandlungen in den flachen Oberflächenbereichen, wie auf der inneren Oberfläche Hydrophilic surface-treatment in the flat surface areas, such as on the inner surface 27 27 der Auslassdüse the outlet nozzle 28 28 , dem Mittelpunkt , The center 54 54 bis zur Hinterkante to the trailing edge 70 70 des Pilot-Aufspalters und dem divergenten Abschnitt the pilot Aufspalters and the divergent section 66 66 außerhalb auf der konturierten Wandung, kann die Brennstofffilm-Gleichmäßigkeit und die Filmdicke durch Verringern der mittleren Tropfengröße des Brennstoffes fördern. outside to the contoured wall, the fuel film uniformity and the film thickness can promote by reducing the average droplet size of the fuel. Eine Kombination hydrophiler und hydrophober (dh, hybrider) Oberflächen-Behandlungen in strategischen Bereichen kann hydrodynamische Oberflächen-Instabilitäten erzeugen, um die Leistungsfähigkeit des Zerstäubers signifikant zu verbessern. A combination of hydrophilic and hydrophobic (ie, hybrid) surface treatments in strategic areas can generate hydrodynamic instabilities surfaces to improve the performance of the atomizer significantly. Beispiele solcher strategischen Bereiche für die Hybrid-Oberflächenbehandlungen können die Düsenlippe Examples of such strategic areas for the hybrid surface treatments can die lip 29 29 , die Hinterkantenlippe The trailing edge lip 71 71 des Pilot-Aufspalters the pilot Aufspalters 40 40 und die Lippe and the lip 67 67 der konturierten Wandung einschließen. include the contoured wall. Solche Behandlungen können dann einen feineren und gleichmäßigeren Sprühnebel erzeugen. Such treatments can then produce a finer and more uniform spray.
  • [0033] [0033]
    Die „Flüssigkeits-Benetzbarkeit” oder „Benetzbarkeit” einer festen Oberfläche wird bestimmt durch Beobachten der Natur der Wechselwirkung, die zwischen der Oberfläche und einem Tropfen einer gegebenen Flüssigkeit auftritt, der auf der Oberfläche angeordnet wird. The "liquid wettability", or "wettability" of a solid surface is determined by observing the nature of the interaction occurring between the surface and a drop of a given fluid, which is disposed on the surface. Eine Oberfläche mit einer ho hen Benetzbarkeit für die Flüssigkeit gestattet dem Tropfen das Ausbreiten über einen relativ weiten Bereich der Oberfläche (um dadurch die Oberfläche „zu benetzen”). A surface with a ho hen wettability for the liquid permits the drop spreading over a relatively wide area of the surface (the surface to thereby "wetting"). Im extremen Fall breitet sich die Flüssigkeit in einem Film über die Oberfläche aus. In the extreme case, the liquid spreads into a film over the surface. Wo andererseits die Oberfläche eine geringe Benetzbarkeit für die Flüssigkeit aufweist, bleibt die Flüssigkeit in einem wohlgeformten ballförmigen Tropfen (der „nicht benetzenden” Oberfläche). Where on the other hand, the surface has low wettability for the liquid, the liquid (the "non-wetting" surface) remains in a well-formed ball-shaped drop. Im extremen Fall bildet die Flüssigkeit kugelförmige Tropfen auf der Oberfläche, die bei der geringsten Störung leicht von der Oberfläche herabrollen. In the extreme case, the liquid forms spherical droplets on the surface, which can easily roll down from the surface at the slightest disturbance.
  • [0034] [0034]
    Das Ausmaß, in dem eine Flüssigkeit in der Lage ist, eine feste Oberfläche zu benetzen, spielt eine signifikante Rolle bei der Bestimmung, wie die Flüssigkeit und der Feststoff miteinander in Wechselwirkung treten. The extent to which a liquid is able to wet a solid surface, plays a significant role in determining how the liquid and the solid to interact with each other. So genannte „hydrophile” und „superhydrophile” Materialien haben z. B. eine relativ hohe Benetzbarkeit in Gegenwart von Wasser, was zu einem hohen Grad der „Ausbreitung” bzw. „Folienbildung” des Wassers über der festen Oberfläche führt. Have so-called "hydrophilic" and "super-hydrophilic" materials z. B. a relatively high wettability in the presence of water, which leads to a high degree of "spread" or "film-forming" of the water on the solid surface. Hydrophile und superhydrophile Oberflächen sind Beispiele benetzender Oberflächen. Hydrophilic and super-hydrophilic surfaces are examples wetting surfaces. Ein hoher Grad des Benetzens führt zu relativ großen Bereichen des Kontaktes zwischen Flüssigkeit und Feststoff und ist erwünscht in Anwendungen, wo eine beträchtliche Menge der Wechselwirkung zwischen den beiden Oberflächen nützlich ist, wie, z. B., beim Bilden eines gleichmäßigen ultradünnen Films der Flüssigkeitsmasse in einem Zerstäuber. A high degree of wetting results in relatively large areas of contact between liquid and solid and is desirable in applications where a significant amount of interaction between the two surfaces is useful as such. B., in forming a uniform ultrathin film of the liquid mass in an atomizer. Ein gewöhnlich akzeptiertes Maß der Flüssigkeits-Benetzbarkeit einer Oberfläche ist der Wert des statischen Kontaktwinkels, der zwischen der Oberfläche und einer Tangente eines Tropfens einer Vergleichsflüssigkeit am Kontaktpunkt zwischen der Oberfläche und dem Tröpfchen gebildet wird. A commonly accepted measure of the liquid wettability of a surface is the value of the static contact angle formed between the surface and a tangent to a drop of reference fluid at the contact point between the surface and the droplet. Geringe Werte des Kontaktwinkels zeigen eine hohe Benetzbarkeit für die Bezugsflüssigkeit auf der Oberfläche an. Low values of the contact angle to show a high wettability for the reference liquid on the surface. Die Bezugsflüssigkeit kann irgendeine interessierende Flüssigkeit sein. The reference liquid can be any liquid of interest. In vielen Anwendungen ist die Be zugsflüssigkeit Wasser. In many applications, the Be zugsflüssigkeit water. In anderen Anwendungen ist die Bezugsflüssigkeit eine Flüssigkeit, die mindestens einen Kohlenwasserstoff, wie, z. B., Öl, Petroleum, Gasolin, ein organisches Lösungsmittel und ähnliches enthält. In other applications, the reference liquid is a liquid containing at least a hydrocarbon, such as, for. Example, oil, kerosene, gasoline, an organic solvent and contains the like. Weil die Benetzbarkeit teilweise von der Oberflächenspannung der Bezugsflüssigkeit abhängt, kann eine gegebene Oberfläche eine unterschiedliche Benetzbarkeit (und somit einen unterschiedlichen Kontaktwinkel) für verschiedene Flüssigkeiten haben. Because the wettability is partly dependent on the surface tension of the reference liquid, a given surface may have a different wettability (and hence a different contact angle) have for various liquids.
  • [0035] [0035]
    Der Begriff „hydrophil” wird allgemein benutzt, um Oberflächen zu beschreiben, die, unter Bezugnahme auf Wasser, einen nominellen Kontaktwinkel von weniger als etwa 90 Grad erzeugen. The term "hydrophilic" is generally used to describe surfaces which generate, with reference to water, a nominal contact angle of less than about 90 degrees. „Superhydrophil” wird allgemein benutzt, um Oberflächen zu beschreiben, die, unter Bezugnahme auf Wasser, einen nominellen Kontaktwinkel von weniger als 10 Grad erzeugen. "Super Hydrophilic" is generally used to describe surfaces which generate, with reference to water, a nominal contact angle of less than 10 degrees. Gleichermaßen wird der Begriff „hydrophob” allgemein benutzt, um Oberflächen zu beschreiben, die, unter Bezugnahme auf Wasser, einen nominellen Kontaktwinkel von mehr als etwa 90 Grad erzeugen. Similarly, the term "hydrophobic" generally used to describe surfaces which generate, with reference to water, a nominal contact angle of more than about 90 degrees. „Superhydrophob” wird allgemein benutzt, um Oberflächen zu beschreiben, die, unter Bezugnahme auf Wasser, einen nominellen Kontaktwinkel von mehr als etwa 150 Grad erzeugen. "Superhydrophobic" is generally used to describe surfaces which generate, with reference to water, a nominal contact angle of more than about 150 degrees. Hydrophobe und superhydrophobe Oberflächen sind daher Beispiele nicht-benetzender Oberflächen. Hydrophobic and superhydrophobic surfaces are therefore examples of non-wetting surfaces.
  • [0036] [0036]
    In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Zerstäuber eine Vor-Filmbildungs-Region umfassen, die eine Oberfläche umfasst, die konfiguriert ist, die mittlere Tropfengröße einer zerstäubten Flüssigkeit zu verringern, wobei die Oberfläche einen effektiven Kontaktwinkel, mit Bezug auf die zerstäubte Flüssigkeit, von weniger als etwa 30 Grad hat. In an exemplary embodiment may include an on-film-forming region comprising a surface which is configured to decrease the average droplet size of an atomized liquid, a nebulizer, with the surface an effective contact angle, with reference to the atomized liquid, of less than about 30 degrees has. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein Zerstäuber einen Lippenabschnitt aufweisen, der stromabwärts der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und konfiguriert ist, hydrodynamische Instabilitäten in einem Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender und nicht-benetzender Oberflächen umfasst, wobei die nicht-benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, unter Bezugnahme auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad umfasst, und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, unter Bezugnahme auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad umfasst. In another exemplary embodiment, a nebulizer have a lip portion that is arranged and configured downstream of the pre-film-forming region to generate hydrodynamic instabilities in a liquid film, wherein the lip portion includes an alternating pattern of wetting and non-wetting surfaces, wherein the non- -benetzende surface a contact angle, comprising with reference to the liquid of more than 90 degrees, and the wetting surface comprises a contact angle with reference to the fluid, of less than 90 degrees. In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein Zerstäuber sowohl die in der ersten Ausführungsform beschriebene Oberfläche der Vor-Filmbildungs-Region zusammen mit der benetzenden/nicht-benetzenden Hybrid-Oberfläche des Lippenabschnittes, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, einschließen. In yet another exemplary embodiment, a nebulizer, both the surface of the pre-film-forming region described in the first embodiment, together with the wetting / non-wetting hybrid surface of the lip portion that is described in the second embodiment, include.
  • [0037] [0037]
    Bezugnehmend auf Referring to 2 2 , kann in einer beispielhaften Ausführungsform das Substrat , Can in an exemplary embodiment, the substrate 100 100 eines Zerstäubers eine Oberfläche an atomizer, a surface 110 110 aufweisen. have. Die Oberfläche The surface 110 110 könnte irgendeine der oben beschriebenen Oberflächen sein, wobei eine Vor-Filmbildung erwünscht wäre, wie bei den inneren Oberflächen des Verwirbelers, der konturierten Wandung oder der Auslassdüse. could be any of the surfaces described above, wherein a pre-filming would be desirable, as with the inner surfaces of the swirler, the contoured wall or the outlet nozzle. Die Oberfläche The surface 110 110 kann eine die Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht may have a surface energy modifying coating layer 112 112 zum Modifizieren der Oberflächenenergie der Oberfläche umfassen. include, for modifying the surface energy of the surface. In gewissen Fällen kann die die Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht In certain cases, the surface energy modifying coating layer 112 112 einen Überzug umfassen, der über der Oberfläche include a coating, the surface above the 110 110 des Zerstäuber-Substrates Atomizer substrate 100 100 angeordnet ist. is arranged. Die Oberfläche The surface 110 110 kann mindestens eines von einem Metall, einer Legierung, einem Kunststoff, einer Keramik oder irgendeiner Kombination daraus umfassen. may comprise at least one of a metal, an alloy, a plastic, a ceramic, or any combination thereof. Die Oberfläche The surface 110 110 kann die Form eines Filmes, einer Folie oder einer massiven Gestalt annehmen. may take the form of a film, a film or a solid shape. Die Überzugsschicht The coating layer 112 112 kann ein integraler Teil der Oberfläche may be an integral part of the surface 110 110 sein oder die Überzugsschicht his or coating layer 112 112 kann eine Schicht umfassen, die auf der Oberfläche may comprise a layer on the surface 110 110 mittels irgendeiner Anzahl von Techniken, die im Stande der Technik bekannt sind, aufgebracht oder abgeschieden ist. is by any number of techniques that are known in the art, is applied or deposited.
  • [0038] [0038]
    Die die Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht The surface energy modifying coating layer 112 112 kann mindestens ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen hydrophilen Überzug, wie eine Keramik, ein Verbundmaterial und verschiedene Kombinationen daraus. may comprise at least one material selected from the group comprising a hydrophilic coating, such as a ceramic, a composite material, and various combinations thereof. Beispiele geeigneter hydrophiler Keramiken schließen, ohne Einschränkung, anorganische Oxide, Carbide, Nitride, Boride und Kombinationen daraus ein. Examples of suitable hydrophilic ceramics include, without limitation, inorganic oxides, carbides, nitrides, borides, and combinations thereof. Solche Keramikmaterialien schließen Titan, Silicium, Aluminium, Magnesium, Zirkonium, Zink, Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, Magnesiumaluminatspinel und Zinkoxide, Aluminium- und Galliumnitride, Silicium- und Wolframcarbid, Kobalt-Chrom-Carbid; Such ceramic materials include titanium, silicon, aluminum, magnesium, zirconium, zinc, yttrium-stabilized zirconia, magnesium aluminate and zinc oxides, aluminum and Galliumnitride, silicon carbide and tungsten carbide, cobalt-chromium-carbide; Kombinationen daraus und andere ähnliche Keramiken ein. Combinations thereof and other similar ceramics a. Das Oberflächenmaterial kann auf der Grundlage des erwünschten Kontaktwinkels, der benutzten Herstellungstechnik und der Endverwendung des Gegenstandes ausgewählt sein. The surface material may be selected based on the desired contact angle, the fabrication technique used and the end use of the article. Die Überzugsschicht-Materialien und Verfahren zu deren Aufbringung, wie chemische Dampfabscheidung (CVD), physikalische Dampfabscheidung (PVD) usw., sind im Stande der Technik bekannt und können von besonderem Nutzen in harschen Umgebungen sein. The coating layer materials and their methods of application, such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), etc., are known in the art and may be of particular use in harsh environments.
  • [0039] [0039]
    Die Oberfläche The surface 110 110 kann eine Überzugsschicht an overcoat layer 112 112 umfassen, die eine nominelle Benetzbarkeit aufweist, die zum Erzeugen eines nominellen Kontaktwinkels von bis zu etwa 90 Grad genügt. include those having a nominal wettability that is sufficient to produce a nominal contact angle of up to about 90 degrees. Zum besseren Verstehen bedeutet ein „nomineller Kontaktwinkel” For a better understanding, a "nominal contact angle" 114 114 den statischen Kontaktwinkel, der gemessen wird, wo ein Tropfen einer Bezugsflüssigkeit the static contact angle is measured when a drop of a reference liquid 116 116 auf einer flachen, glatten (weniger als 1 mm Oberflächenrauheit) Oberfläche angeordnet ist. on a flat, smooth (surface roughness less than 1 mm) surface is arranged. Dieser nominelle Kontaktwinkel This nominal contact angle 114 114 ist eine Messung der „nominellen Benetzbarkeit” eines Materials, aus dem die Oberfläche im Wesentlichen zusammengesetzt ist. is a measurement of the "nominal wettability" of the material of which the surface is composed substantially.
  • [0040] [0040]
    In einer alternativen Ausführungsform kann die Oberfläche In an alternative embodiment, the surface 110 110 eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen a plurality of surface features 120 120 um fassen, wie in to summarize, as in 3 3 gezeigt. shown. Die Größe, Gestalt und Orientierung der Merkmale The size, shape and orientation of the features 120 120 haben eine starke Auswirkung auf die Benetzbarkeit der Oberfläche have a strong effect on the wettability of the surface 110 110 und, in den beispielhaften Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, sind diese Parameter derart ausgewählt, dass die Oberfläche and, in the exemplary embodiments disclosed herein, these parameters are chosen so that the surface, 110 110 eine effektive Benetzbarkeit (das ist die Benetzbarkeit der texturierten Oberfläche) aufweist, die zum Erzeugen eines effektiven Kontaktwinkels von weniger als dem nominellen Kontaktwinkel an effective wettability (that is, wettability of the textured surface), which for generating a effective contact angle of less than the nominal contact angle 114 114 , mit Bezug auf Wasser, genügt. With respect to water, is sufficient. Die Vielzahl der Oberflächen-Merkmale The large number of surface features 120 120 kann wirksam sein, eine Oberfläche, die einen hydrophilen Überzug aufweist, zu einer Oberfläche zu verändern, die superhydrophile Benetzbarkeit hat. can be effective to change a surface having a hydrophilic coating to a surface which has super-hydrophilic wettability.
  • [0041] [0041]
    Wie oben ausgeführt, können die Größe, Gestalt und Orientierung der Merkmale As stated above, the size, shape and orientation of the features 120 120 derart ausgewählt sein, dass die Oberfläche be selected such that the surface 110 110 eine superhydrophile Benetzbarkeit zeigt. a super hydrophilic wettability shows. Die Auswahl beruht auf der Physik, die der Wechselwirkung der Flüssigkeiten und der festen Oberflächen zugrunde liegt. The selection is based on the physics underlying the interaction of the fluids and solid surfaces. Ein Tropfen der Flüssigkeit verbleibt auf einer texturierten Oberfläche typischerweise in einem einer Anzahl von Gleichgewichtszuständen. A drop of the liquid remains on a textured surface typically in one of a number of equilibrium states. In dem „Cassie”-Zustand, der in In the "Cassie" state, in the 4A 4A abgebildet ist, sitzt ein Tropfen is displayed, sits a drop 200 200 auf den Oberflächen-Merkmalen, in diesem Fall Pfosten on the surface features, in this case, post 212 212 , der texturierten Oberfläche , The textured surface 210 210 und schließt Lufttaschen zwischen den Pfosten ein. and includes an air pockets between the posts. In dem „Wenzel”-Zustand, der in In the "Wenzel" state, in the 4B 4B abgebildet ist, benetzt Tropfen is ready, wet drops 200 200 die gesamte Oberfläche the entire surface 210 210 und füllt die Räume zwischen den Spitzen and fills the spaces between the tips 212 212 mit Flüssigkeit. with liquid. Andere Gleichgewichts-Zustände kann man sich im Allgemeinen als Zwischenzustände zwischen dem reinen Cassie- und dem reinen Wenzel-Verhalten vorgestellen, wobei die Tropfen die Räume zwischen den Oberflächenrauheits-Merkmalen nur teilweise füllen. Other equilibrium states can generally pre-set as intermediate states between pure Cassie and pure Wenzel behavior, which drops the spaces between the surface roughness characteristics fill only partially. Der Begriff „nicht-Wenzel”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf irgendeinen Zustand, der kein reines Wenzelzustands-Verhalten zeigt, wobei der Begriff „nicht-Wenzel” reines Cas siezustands-Verhalten und irgendwelche Zwischenzustände einschließt, die kein reines Wenzel-Verhalten zeigen. The term "non-Wenzel", as used herein, refers to any condition showing no pure Wenzel state behavior, the term "non-Wenzel" pure Cas siezustands behavior and any intermediate states including that no pure Wenzel show behavior.
  • [0042] [0042]
    Der vom Tropfen auf der Oberfläche eingenommene spezielle Zustand hängt von der Gesamtenergie des Feststoff/Flüssigkeit/Dampf-Systems ab, das wiederum eine Funktion der geometrischen Charakteristike – wie Größe, Gestalt und Orientierung – der Oberflächenrauheits-Merkmale des Feststoffes ist. The space occupied by the droplets on the surface of special state depends on the total energy of the solid / liquid / vapor system, which in turn is a function of the geometric Charakteristike - is the surface roughness characteristics of the solid material - such as size, shape, and orientation. Wo, z. B., der Cassie-Zustand in einer geringeren Energie als der Wenzel-Zustand resultiert, wird ein auftreffender Tropfen im Allgemeinen immer das Cassiezustands-Verhalten zeigen. Where, z. B., the Cassie-state to a lower energy than the results Wenzel-state, an impinging drops in general will always show the Cassie-state behavior. Selbst in Fällen jedoch, in denen der Wenzel-Zustand eine geringere Energie zeigt, kann das nicht-Wenzel-Zustandsverhalten aufgrund der Existenz einer Energiebarriere zwischen den beiden Zuständen aufrechterhalten bleiben, was die Zufuhr von Energie erfordert, um den Übergang aus dem „metastabilen” nicht-Wenzel-Zustand zum Wenzel-Zustand geringerer Energie zu erzielen. Even in cases in which the Wenzel state indicates a lower energy, the non-Wenzel-state behavior can be maintained due to the existence of an energy barrier between the two states, which the supply of energy required to "metastable" the transition from the non-Wenzel state to the Wenzel state of lower energy to achieve. Ein Verstehen der Beziehung zwischen der Oberflächen-Geometrie und der -Energie ermöglicht das Entwerfen von Oberflächen, um erwünschte Benetzbarkeit-Charakteristika, einschließlich Kontaktwinkel und Art des Benetzungszustands-Verhaltens, bereitzustellen, die durch Flüssigkeit auf der festen Oberfläche gezeigt wird. An understanding of the relationship between the surface geometry and -Energy allows the design of surfaces to provide desired wettability characteristics, including contact angle, and nature of the wetting behavior state to provide, which is shown by the liquid on the solid surface.
  • [0043] [0043]
    Der effektive Kontaktwinkel theta (θ*) auf der texturierten Oberfläche steht in Beziehung zum nominellen Kontaktwinkel (θ) nach Gleichung (1) für den Wenzel-Tropfen (w) und nach Gleichung (2) für den Cassie-Tropfen (c): The effective contact angle theta (θ *) on the textured surface is related to the nominal contact angle (θ) according to equation (1) for the Wenzel-drops (w) and according to equation (2) for the Cassie-drops (c): cos(θ w *) = rcos(θ) (1) cos (θ w *) = rcos (θ) (1) cos(θ c *) = f SL cos(θ) – f LA (2) cos (θ c *) = f SL cos (θ) - f LA (2) worin „r” der Textur-Parameter ist, der definiert ist als die Kontaktfläche für die Oberfläche, dividiert durch die projizierte Fläche. wherein "R" is the texture parameters, which is defined as the contact surface for the surface divided by the projected area. Für eine quadratische Anordnung quadratischer Pfosten ist r durch den folgenden Ausdruck gegeben: For a square array of square posts r is given by the following expression: r = 1 + 4(h/a)/(1 + b/a) 2 (3) r = 1 + 4 (h / a) / (1 + b / a) 2 (3) worin ”a” die Breite der Pfosten, ”b” der Abstand zwischen den Pfosten von Kante zu Kante und ”h” die Höhe der Pfosten ist. wherein "a" is the width of the posts, "b" is the distance between the posts from edge to edge, and "h" is the height of the post. Die Ausdrücke für f SL und f LA sind gegeben durch The expressions for f and f SL LA are given by f SL = 1/(1 + b/a) 2 ; SL f = 1 / (1 + b / a) 2; (4) (4) und and f LA = 1 – 1/(1 + b/a) 2 (5) f LA = 1 - 1 / (1 + b / a) 2 (5)
  • [0044] [0044]
    Wie durch die obigen Ausdrücke ersichtlich, ist der effektive Kontaktwinkel auf texturierten Oberflächen stark durch Parameter, wie die Größe, den Abstand und das Aspektverhältnis der Textur-Merkmale beeinflusst. As apparent from the above expressions, the effective contact angle is greatly influenced on textured surfaces by parameters such as the size, spacing, and the aspect ratio of the texture characteristics. Das Texturieren einer Oberfläche zum Erzeugen eines Wenzel-Zustand-Tröpfchens ist kritisch für das Bilden einer superhydrophilen Oberfläche. The texturing a surface to produce a Wenzel state-droplet is critical for the formation of a super hydrophilic surface. 5 5 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem effektiven Kontaktwinkel, θ w *, für den Wenzel-Tropfen und dem Textur-Parameter r zeigt. is a graphical representation showing the relationship between the effective contact angle, θ W *, shows Wenzel for the drops and the texture parameter r. In dieser Figur ist die Beziehung zwischen dem Oberflächenbereich der Oberfläche (wie gemessen durch r, das Verhältnis des tatsächlichen Oberflächenbereiches zum projizierten Oberflächenbereich) und dem mit Wasser gebildeten effektiven Kontaktwinkel für Oberflächen aufgetragen, die nominelle Kontaktwinkel von 50 Grad, 60 Grad und 70 Grad aufweisen. In this figure, the relationship between the surface area of the surface (as measured by r, the ratio of the actual surface area to the projected surface area) and the effective contact angle formed with water for surfaces is plotted having the nominal contact angle of 50 degrees, 60 degrees and 70 degrees , Es sollte klar sein, dass der r-Parameter eine Funktion der Geometrie der Oberfläche ist, einschließlich solcher Parameter, wie b/a und h/a, und dass die Natur der speziellen Funktion von der Konfiguration der Oberfläche abhängt. It should be understood that the R parameter is a function of the geometry of the surface, including such parameters, such as b / a and h / a, and that the nature of the particular function depends on the configuration of the surface. Die grafische Darstellung zeigt, dass eine signifikante Verringerung im effektiven Kontaktwinkel (so gering wie 0 Grad) im Falle eines Wenzel-Tropfens erzielt werden kann, wenn eine hydrophile Oberfläche (dh, eine Oberfläche mit einem nominellen Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad) dahingehend texturiert wird, dass sie Oberflächen-Merkmale aufweist. The graph shows that a significant reduction in the effective contact angle (as low as 0 degrees) can be achieved in the case of Wenzel drop when a hydrophilic surface (ie, a surface with a nominal contact angle less than 90 degrees) Textured to the effect is that it has surface features. Während die Textur der Oberflächen-Merkmale dichter (rauer) wird, nimmt der Wert von r zu und der effektive Kontaktwinkel wird vorteilhaft verringert. While the texture of the surface features denser (rougher), the value of r increases and the effective contact angle is advantageously reduced. Wenn daher ein Gegenstand eine existierende hydrophile Oberfläche (wie die meisten Metalloberflächen) aufweist oder die Oberflächen mit einem hydrophilen Oberflächenüberzug überzogen worden ist, dann kann die Oberfläche geeignet texturiert werden durch Auswählen des Textur-Parameters (r), der in dem erwünschten geringen oder null betragenden effektiven Kontaktwinkel resultiert, indem man einen Wenzel-Zustand erzielt. If, therefore, an object of an existing hydrophilic surface (such as most metal surfaces) has or the surfaces has been coated with a hydrophilic surface coating, then the surface can be suitably textured by selecting the texture parameter (r) which in the desired low or zero amount terminate effective contact angle results by achieving a Wenzel state.
  • [0045] [0045]
    Zurückbeziehend auf Referring back to 3 3 , kann die Größe von Oberflächen-Merkmalen , The size of surface features 120 120 in einer Anzahl von Wegen charakterisiert werden. be characterized in a number of ways. In einigen Ausführungsformen steht, wie in In some embodiments is, as shown in 3 3 gezeigt, zumindest ein Untersatz der Vielzahl von Merkmalen showed at least a subset of the plurality of features 120 120 vom Zerstäuber-Substrat by the atomizer substrate 100 100 hervor. out. Darüber hinaus ist in einigen Ausführungsformen zumindest ein Untersatz der Vielzahl von Merkmalen eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Hohlräumen, die in dem Zerstäuber-Substrat Moreover, in some embodiments, at least a subset of the plurality of features of a plurality (not shown) cavities, which in the atomiser substrate 100 100 angeordnet ist. is arranged. Oberflächen-Merkmale Surface features 120 120 umfassen eine Höhen-Abmessung (h) include a height dimension (h) 121 121 , die die Höhe der hervorstehenden Merkmale That the height of the protruding features 120 120 oder, im Fall von Hohlräumen, die Tiefe repräsentiert, bis zu der sich die Hohlräume in das Zerstäuber-Substrat or, in the case of voids, the depth represents up to which the cavities in the atomizer substrate 100 100 hinein erstrecken. inside cover. Oberflächen-Merkmale Surface features 120 120 umfassen weiter eine Breiten-Abmessung (a) further comprise a width dimension (a) 124 124 . , Die genaue Natur der Breiten-Abmessung hängt von der Gestalt des Merkmals ab, ist jedoch als die Breite des Merkmals an dem Punkt definiert, an dem das Merkmal natürlicherweise einen auf der Oberfläche des Gegenstandes angeordneten Flüssigkeitstropfen kontaktieren würde. The precise nature of the width dimension will depend on the shape of the feature, but is defined as the width of the feature at the point where the feature would naturally contact a arranged on the surface of the object fluid drops. Die Breiten-, Ab stands- und Höhen-Parameter der Oberflächen-Merkmale The latitude, Ab Board and height parameters of the surface features 120 120 können eine signifikante Auswirkung auf das Benetzungsverhalten haben, das auf der Oberfläche may have a significant impact on the wetting behavior on the surface 110 110 beobachtet wird. is observed.
  • [0046] [0046]
    Zahlreiche Varietäten von Merkmals-Gestalten sind zum Einsatz als Oberflächen-Merkmale Numerous varieties of feature shapes are used as surface features 120 120 geeignet. suitable. In einigen Ausführungsformen hat mindestens ein Untersatz der Oberflächen-Merkmale In some embodiments, at least a subset of the surface features 120 120 eine Gestalt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Würfel, einem rechteckigen Prisma, einem Kegel, einem Zylinder, einer Pyramide, einem trapezförmigen Prisma und einer Halbkugel oder einem anderen kugelförmigen Abschnitt. a shape selected from the group consisting of a cube, rectangular prism, a cone, a cylinder, a pyramid, a trapezoidal prism and a hemisphere or other spherical portion. Diese Gestalten sind geeignet, unabhängig davon, ob das Merkmal einen Vorsprung, wie ein Podest, oder ein Hohlraum, wie eine Rille oder eine Pore ist. These shapes are suitable whether the feature is a protrusion, such as a pedestal or a cavity such as a groove or a pore. Als ein Beispiel umfasst in speziellen Ausführungsformen mindestens ein Untersatz der Merkmale Nanodrähte, die Strukturen sind, die eine seitliche Größe, die auf einige 10 Nanometer oder weniger beschränkt ist, und eine unbeschränkte Längsgröße haben. As an example, includes in particular embodiments, at least a subset of the features nanowires, which are the structures which have a lateral size is limited to some 10 nanometers or less, and an unlimited longitudinal size. Verfahren zum Herstellen von Nanodrähten aus verschiedenen Materialien sind im Stande der Technik bekannt und schließen, z. B., chemische Dampfabscheidung auf einem Substrat ein. A method for producing nanowires of different materials are known in the art and include, for. Example, chemical vapor deposition on a substrate. Nanodrähte können direkt auf Gegenstand Nanowires directly on object 100 100 gezüchtet oder sie können auf einem separaten Substrat gezüchtet, von dem Substrat (z. B. unter Anwendung von Ultraschall) entfernt, in einem Lösungsmittel angeordnet und auf Gegenstand grown or they may be grown on a separate substrate, removed from the substrate (eg. as by the use of ultrasound), disposed in a solvent and subject to 100 100 übertragen werden, indem man das Lösungsmittel auf der Gegenstands-Oberfläche anordnet und das Lösungsmittel trocknen lässt. are transmitted by placing the solvent on the article surface and to dry the solvent.
  • [0047] [0047]
    Die Merkmals-Orientierung ist eine weitere Design-Betrachtung beim Einstellen der Oberflächen-Benetzbarkeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. The feature orientation is a further design consideration in adjusting the surface wettability in accordance with embodiments of the present invention. Ein signifikanter Aspekt der Merkmal-Orientierung ist der Abstand der Merkmale. A significant aspect of feature orientation is the spacing of features. Bezugnehmend auf Referring to 3 3 sind in einigen Ausführungsformen Merkmale in some embodiments features 120 120 in einer beabstandeten Beziehung an geordnet, die durch eine Abstands-Abmessung (b) arranged in a spaced relationship, which by means of a spacing dimension (b) 126 126 charakterisiert ist. is characterized. Die Abstands-Abmessung The distance dimension 126 126 ist als der Abstand zwischen den Kanten der beiden am meisten benachbarten Merkmale definiert. than the distance between the edges of the two most adjacent features defined.
  • [0048] [0048]
    In einigen Ausführungsformen sind die gesamten Merkmale In some embodiments, the entire features 120 120 der Vielzahl in einer nicht-regellosen Verteilung angeordnet. the variety in a non-random distribution arranged. In einigen Fällen haben Merkmale In some cases, features 120 120 im Wesentlichen die gleichen entsprechenden Werte für h, a und/oder b („eine geordnete Anordnung”), obwohl dies keine allgemeine Anforderung ist. substantially the same respective values for h, a, and / or b ("an ordered array"), though this is not a general requirement. So kann, z. B., die Vielzahl von Merkmalen Thus, for. Example, the plurality of features 120 120 eine Ansammlung von Merkmalen sein, wie, z. B., Nanodrähte, die eine regellose Verteilung von Größe, Gestalt und/oder Orientierung zeigen. a collection of features to be as such. B., nanowires, which show a random distribution of size, shape and / or orientation. In gewissen Ausführungsformen ist darüber hinaus die Mehrzahl von Merkmalen durch eine multimodale Verteilung (z. B. eine bimodale oder trimodale Verteilung) in h, a, b oder irgendeiner Kombination davon charakterisiert. In certain embodiments, moreover, the plurality of features (a bimodal or trimodal distribution of z. B.) in h, a, b, or any combination thereof is characterized by a multimodal distribution. Solche Verteilungen können vorteilhaft eine verbesserte Benetzbarkeit in Umgebungen bereitstellen, in denen ein Bereich von Tropfengrößen angetroffen wird. Such distributions may advantageously provide improved wettability in environments where a range of drop sizes is encountered. Die Abschätzung der Auswirkungen von h, a und b auf die Benetzbarkeit erfolgt deshalb am besten, indem man die distributive Natur dieser Parameter in Betracht zieht. The estimation of the effects of h, a and b on wettability is therefore carried out best by considering the distributive nature of these parameters into account. Techniken, wie Monte Carlo-Simulation, zum Ausführen von Analysen unter Einsatz von Variablen, die Wahrscheinlichkeits-Verteilungen repräsentieren, sind im Stande der Technik bekannt. Techniques, such as Monte Carlo simulation, for performing analyzes using variables representing probability distributions are well known in the art. Solche Techniken können beim Entwerfen von Merkmalen Such techniques may in the design of features 120 120 zum Gebrauch in Gegenständen, wie sie hierin offenbart sind, angewendet werden. be applied for use in articles such as those disclosed herein.
  • [0049] [0049]
    In Abhängigkeit von der Anwendung des Zerstäubers kann die Gegenstands-Oberfläche Depending on the application of the atomizer, the surface of the object- 110 110 ein Material sein, das aus einem Metall, wie einem Metall, umfassend ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Titan, Kupfer, Zirkonium, Aluminium und Nickel, zusammengesetzt ist. be a material that is made of a metal, such as a metal comprising an element selected from the group consisting of iron, titanium, copper, zirconium, aluminum and nickel, composite. In gewissen Ausführungsformen ist das Material im Wesentlichen vollständig metallisch. In certain embodiments, the material is substantially fully metallic. In anderen Ausführungsform umfasst das Material eine Keramik, wie ein Oxid, typischerweise Titanoxid, Siliciumdioxid und Zirkoniumoxid. In another embodiment, the material comprises a ceramic, such as an oxide, typically of titanium oxide, silica and zirconia. Andere mild bis sehr hydrophile Materialien, wie, z. B., gewisse polymere Materialien, können in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Other mild to very hydrophilic materials such as, for. Example, certain polymeric materials can be used in embodiments of the present invention.
  • [0050] [0050]
    Spezifische Bereiche und Kombinationen der Oberflächenmerkmals-Parameter, die oben beschrieben sind, können ein Regime bereitstellen, in dem die effektive Benetzbarkeit der Oberfläche Specific ranges and combinations of the surface feature parameters, which are described above, can provide a regime in which the effective wettability of the surface 110 110 einen effektiven Kontaktwinkel von weniger als etwa 10 Grad mit einem Tropfen der Bezugsflüssigkeit erzeugen kann, in einigen Fällen kann der effektive Kontaktwinkel bis zu nahe null verringert werden. can generate an effective contact angle of less than about 10 degrees with a drop of reference liquid, in some cases, the effective contact angle can be reduced to close to zero. Ein derartig geringer Kontaktwinkel auf einer Oberfläche der Vor-Filmbildungs-Region eines Zerstäubers kann die Bildung eines ultradünnen Flüssigkeitsmassenfilmes auf der Oberfläche ermöglichen, was zusammen mit gegenwärtigen Techniken zum Erzeugen hydrodynamischer Instabilitäten in der Vor-Filmbildungs-Region zu einer feineren mittleren Tropfengröße und einer verbesserten Zerstäubung führt. Such a low contact angle on a surface of the pre-film-forming region of an atomizer can allow the formation of an ultra-thin liquid mass film on the surface, which, together with current techniques for generating hydrodynamic instabilities in the pre-film-forming region in a finer mean droplet size and improved atomization leads.
  • [0051] [0051]
    In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Oberfläche In an exemplary embodiment, the surface 110 110 eine Vielzahl von Oberflächen-Merkmalen a plurality of surface features 120 120 umfassen, die eine mittlere Merkmalsgröße a und einen mittleren Merkmalsabstand b aufweisen. include those having an average feature size a and a mean feature distance b. Das Verhältnis b/a zeigt den Abstand der Merkmale an, und, wenn diese Merkmale enger beieinander stehen, dann nimmt der Kontaktbereich der Oberfläche The ratio b / a indicates the distance of the characteristics, and, if these characteristics are closer together, then, the contact area of the surface 110 110 zu (dh, der Textur-Parameter (r) nimmt zu), was mehr Kontaktbereich für die Flüssigkeit bereitstellt. to (that is, the texture parameter (r) increases), which provides more contact area for the liquid. In einigen Situationen gibt es jedoch, teilweise aufgrund von Beschränkungen in den Herstellungsverfahren, eine praktische untere Grenze, wie dicht die Merkmale beieinander stehen können. In some situations, however, there is, in part, due to limitations in the manufacturing process, a practical lower limit how close the traits can be together. Darüber hinaus können in gewissen Anwendungen zu dicht nebeneinander ste hende Oberflächen-Merkmale Moreover, in certain applications, too close together ste rising surface features 120 120 eine Situation verursachen, bei der Tröpfchen der Flüssigkeit zwischen Merkmalen suspendiert werden, ohne die Bereiche zwischen den Merkmalen cause a situation, are suspended in the droplets of the liquid between features, without the spaces between the features 120 120 zu benetzen. to wet. Ein solcher Zustand würde den effektiven Benetzungsbereich verringern. Such a condition would reduce the effective wetting area. Wenn sich (a) ändert, der Abstand (b) aber konstant ist, dann ändert sich die Merkmalsbreite, doch der Merkmalsabstand ändert sich nicht. If (a) changes, the distance (b) but is constant, then changes the feature width, but the characteristic distance does not change. Dies hängt jedoch davon ab, wie (b) definiert ist, sei es von Merkmalskante zu Merkmalskante oder von Merkmalszentrum zu Merkmalszentrum. However, this depends on how (b) is defined, it is characteristic of edge-to-edge feature or characteristic of center to center feature.
  • [0052] [0052]
    Das Aspektverhältnis (h/a) der Oberflächen-Merkmale The aspect ratio (h / a) of the surface features 120 120 spielt auch eine Rolle bei der Bestimmung des effektiven Benetzungsverhaltens der Oberfläche also plays a role in determining the effective wetting behavior of the surface 110 110 . , Im Allgemeinen sind hohe Aspektverhältnisse, wie mindestens etwa 1 und, in einigen Ausführungsformen, mindestens etwa 4, erwünscht, weil der Oberflächenbereich zunimmt, wenn das Aspektverhältnis zunimmt. Generally, high aspect ratios, such as at least about 1 and, in some embodiments, at least about 4, desirable because the surface area increases as the aspect ratio increases. In einigen Zerstäubungs-Anwendungen bei hoher Temperatur, wie sie, z. B., in Gasturbinen gefunden werden, haben Merkmale hohen Aspektverhältnisses (h/a mindestens etwa 4) eine erwünschte Größe und einen erwünschten Abstand voneinander, um ein b/a im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 6 zu ergeben. In some sputtering in high temperature applications, such as, for example, as can be found in gas turbines, have characteristics of high aspect ratio (h / a is at least about 4) a desired size and a desired distance from each other to a b / a in the range from about 0.5 to about 6 to yield. Diese Kombination von Parameterwerten ergibt eine Oberfläche, die den Überzug eines ultradünnen gleichmäßigen Filmes auf einer Zerstäuber-Oberfläche maximiert. This combination of parameter values results in a surface that maximizes the coating of an ultra-thin uniform film on a nebulizer interface.
  • [0053] [0053]
    Wie oben ausgeführt, können außer benetzenden (z. B. hydrophilen oder sogar superhydrophilen) Oberflächen in den Vor-Filmbildungs-Regionen eines Zerstäubers weitere Vorteile erzielt werden, wenn Kombinationen von benetzenden/nicht-benetzenden (dh, hydrophil-hydrophoben oder „hybriden”) Regionen in strategischen Positionen innerhalb des Zerstäubers angeordnet werden. As stated above, further benefits except wetting (z. B. hydrophilic or even super-hydrophilic) surfaces in the pre-filming regions of an atomizer are obtained when combinations of wetting / non-wetting (ie, hydrophilic-hydrophobic or "hybrid" ) regions are placed in strategic positions within the atomizer. 6 6 veranschaulicht das Brennersystem und den Zerstäuber von illustrates the burner system and the atomiser of 1 1 . , Beispielhafte Stellen für die Hybridflecken wurden eingekreist und durch Pfeile hervorgeho ben. Exemplary sites for the hybrid spots were encircled and ben hervorgeho by arrows. In dieser Ausführungsform können die Hybridflecken an der Düsenlippe In this embodiment, the hybrid patch can look at the die lip 29 29 , der Hinterkantenlippe , The trailing edge lip 71 71 des Pilot-Aufspalters the pilot Aufspalters 40 40 und der Lippe and the lip 67 67 der konturierten Wandung angeordnet sein. the contoured wall be arranged. Der Bequemlichkeit halber werden diese Stellen allgemein als Zerstäubungslippen bezeichnet. For convenience, these bodies are generally referred to as Zerstäubungslippen. 7 7 veranschaulicht Beispiele verschiedener Hybridflecken-Konfigurationen. illustrates examples of various hybrid patch configurations. Es wurde festgestellt, dass die Benutzung der Hybridkonfigurationen hydrodynamische Instabilitäten in einen Flüssigkeitsmassenfilm über die hinaus einführen kann, die für den Zerstäuber vorgesehen sind (wie Hochgeschwindigkeitsluft). It was found that the use of hybrid configurations may introduce hydrodynamic instabilities in a liquid film mass beyond which provided for the atomizer (such as high-speed air). Die Oberflächen-induzierten Instabilitäten können in Verbindung mit den durch die Luftströmung induzierten Instabilitäten zusammenarbeiten, um die Qualität der Zerstäubung zu verbessern. The surface-induced instabilities can cooperate in conjunction with the air flow induced by the instabilities in order to improve the quality of the atomisation. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein alternierendes Muster hydrophober (oder superhydrophober) und hydrophiler (oder superhydrophiler) Textur benutzt werden, um die Oberflächen-induzierten Instabilitäten zu erzeugen. In an exemplary embodiment, an alternating pattern of hydrophobic (or superhydrophobic) and hydrophilic (or super hydrophilic) texture be used to produce the surface-induced instabilities. Wie, z. B., in As such, for example, in 7 7 gezeigt, kann ein Hybridflecken shown, a hybrid spots 450 450 vertikal oder horizontal orientierte alternierende Streifen hydrophiler Textur vertically or horizontally oriented alternating hydrophilic stripes texture 452 452 und hydrophober Textur and hydrophobic texture 454 454 aufweisen. have. In einer anderen Ausführungsform kann ein Hybridflecken In another embodiment, a hybrid spots 460 460 ein Gittermuster hydrophober Regionen a grid pattern of hydrophobic regions 464 464 bilden, das von Regionen form, the regions 462 462 hydrophiler Textur geschnitten ist. hydrophilic texture is cut. So können, z. B., alternierende Flecken hydrophil-hydrophober Oberfläche unter Anwendung von Maskierungstechniken ähnlich denen, die in der Fotolithografie benutzt werden, ausgeführt werden. Thus, for. Example, alternating patches hydrophilic-hydrophobic surface using masking techniques similar to those used in photolithography, are executed. Ein solches Verfahren ist dem Fachmann bekannt, wobei eine Chemikalie benutzt wird, das erwünschte benetzende oder nicht benetzende Muster auf die Oberfläche zu ätzen, während der Rest der Oberfläche durch eine Widerstandsmaske geschützt ist. Such a method is known in the art, wherein a chemical is used to etch the desired wetting or non-wetting pattern on the surface, while the rest of the surface is protected by a resist mask. Das gleiche Herangehen kann nicht nur zum Erzeugen der Hybridflecken in zwei Stufen benutzt werden, sondern auch zum Maskieren der Bereiche der Oberfläche, an denen die Oberflächen-Behandlung nicht erwünscht ist. The same approach can be used not only for generating the hybrid spots in two stages, but also for masking the areas of the surface on which the surface treatment is not desirable. Ein anderes Verfahren zum Erzeugen von Hybridoberflächen ist das Ausführen des Mikrokontakt-Druckens. Another method for producing hybrid surfaces is the execution of the micro-contact printing.
  • [0054] [0054]
    Die Streifen hydrophober Textur The hydrophobic stripes texture 454 454 , . 464 464 sind Bereiche geringer Benetzbarkeit im Vergleich zu den hydrophilen Streifen are regions of low wettability compared to the hydrophilic stripe 452 452 , . 462 462 . , Hydrophobe Materialien haben eine relativ geringe Flüssigkeits-Benetzbarkeit, um die Bildung von Flüssigkeitstropfen zu fördern, die einen minimalen Kontaktbereich mit der Oberfläche Hydrophobic materials have a relatively low liquid wettability to promote the formation of liquid droplets, the minimal contact area with the surface 110 110 aufweisen. have. Superhydrophobe Materialien haben noch eine geringere Wasser-Benetzbarkeit, was zu Oberflächen führt, bei denen Wasser, das auf die Oberfläche auftrifft, abgestoßen wird. Superhydrophobic materials have a lower water wettability, which leads to surfaces where water that impinges on the surface, is repelled. Die Natur der hydrophoben Regionen benachbart hydrophilen Regionen erzeugt eine Oberflächen-Instabilität in dem Flüssigkeitsmassenfilm an den Zerstäuberlippen, weil dies die Stelle ist, an welcher der Film aufgrund der Luftströmung auf dem Film in Tröpfchen aufzubrechen beginnt. The nature of the hydrophobic regions adjacent hydrophilic regions produces a surface instability in the liquid film on the mass Zerstäuberlippen, because this is the location at which the film begins to break up into droplets on the film due to the air flow. Durch Benutzen der Hybridoberflächen in dieser Region erhöht diese Instabilität die gesamte hydrodynamische Instabilität, was bei der Zerstäubung erwünscht ist und zu feineren Tröpfchengrößen führt. By using the hybrid surface in this region, this instability increases the overall hydrodynamic instability, which is desirable during the atomization, leading to finer droplet sizes. Die Kante der Vor-Filmbildungs-Lippe ist ein geeigneter Ort zum Erzeugen hydrodynamischer Instabilitäten und zum Verdünnen der Flüssigkeitsfolie, unmittelbar vor der Disintegration der Folie in Bänder und Tropfen. The edge of the pre-filming lip is a suitable place for creating hydrodynamic instabilities and to dilute the liquid film, immediately prior to the disintegration of the film into strips and drops.
  • [0055] [0055]
    Die Regionen hydrophober Oberfläche können eine Textur haben, die eine Vielzahl von Merkmalen umfasst, wie es für die hydrophilen Oberflächen oben beschrieben wurde. The regions of hydrophobic surface may have a texture comprising a plurality of features, as described above for the hydrophilic surface. Die Oberflächen-Merkmale haben jedoch Gestalten und Parameter, die besser geeignet sind zum Bereitstellen einer Oberfläche mit geringerer effektiver Benetzbarkeit als der nominellen Benetzbarkeit, die dem Material innewohnt, aus dem die Oberfläche hergestellt ist. However, the surface features have shapes and parameters, which are better suited for providing a surface with less wettability than the effective nominal wettability, inherent in the material from which the surface is prepared. Die so entworfenen und hergestellten Oberflächen haben eine ausgewählte Benetzbarkeit für Wasser und Öl, um Oberflächen-Instabilitäten in Zerstäuber-Lippenbereichen des Brennersystems The so designed and manufactured surfaces have a selected wettability for water and oil to surface instabilities in atomizer lip portions of the burner system 10 10 zu verursachen. to cause. In einer Ausführungsform ist der nominelle Kontaktwinkel, mit Bezug auf Wasser, größer als etwa 100 Grad, spezifische größer als etwa 120 Grad und noch spezifischer größer als etwa 150 Grad. In one embodiment, the nominal contact angle, with respect to water, greater than about 100 degrees, specific greater than about 120 degrees, and even more specifically greater than about 150 degrees.
  • [0056] [0056]
    In beispielhaften Ausführungsformen umfassen die Regionen hydrophober Oberfläche In exemplary embodiments, the regions comprise a hydrophobic surface 454 454 , . 464 464 Oberflächen-Texturen mit hohem Kontaktwinkel (geringer Benetzbarkeit) für Wasser und Öl und ebenfalls für ein leichtes Abrollen der Tropfen. Surface textures with high contact angle (low wettability) for water and oil and also for easy rolling of the drops. Durch richtige Auswahl von b/a und h/a, gekoppelt mit der richtigen Auswahl von Materialien auf der Grundlage der Anwendungs-Umgebung, kann eine Oberfläche derart entworfen werden, dass Flüssigkeitstropfen, die auf die Oberfläche auftreffen, hydrophobe und ölbeständige Eigenschaften zeigen, kombiniert mit einem einfachen Abroll-Verhalten. By proper selection of b / a and h / a, coupled with proper selection of materials based on the application environment, a surface can be designed such that drops of liquid impinging on the surface, exhibit hydrophobic and oil resistant properties combined with a simple roll-off behavior. Demgemäß umfassen die Oberflächen-Merkmale eine Höhenabmessung (h), eine Breitenabmessung (a) und eine Abstandabmessung (b) derart, dass das Verhältnis b/a geringer als etwa 4 ist und das Verhältnis h/a geringer als etwa 10 ist. Accordingly, the surface features comprise a height dimension (h), a width dimension (a), and a spacing dimension (b) such that the ratio b / a is less than about 4 and the ratio h / a is less than about 10. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Parameter a geringer als etwa 25 Mikrometer (μm), spezifisch geringer als etwa 10 μm und noch spezifischer geringer als etwa 2 μm. In an exemplary embodiment, the parameter a is less than about 25 micrometers (microns), specifically less than about 10 microns, and more specifically less than about 2 microns. In einigen Ausführungsformen kann b/a in einem Bereich von etwa 0,3 bis etwa 10, spezifisch etwa 0,5 bis etwa 2 liegen und h/a kann in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5, spezifisch bis etwa 0,5 bis etwa 1 liegen. In some embodiments, b / a is in a range of about 0.3 to about 10, specifically about 0.5 to about 2, and h / a is in a range from about 0.5 to about 5, specifically to about 0, 5 to about 1.
  • [0057] [0057]
    Die Oberflächen-Merkmale sowohl für die hydrophile Oberfläche The surface characteristics for both the hydrophilic surface 110 110 als auch die Hybridkonfigurationsflecken and the hybrid configuration stains 450 450 , . 460 460 können durch eine Anzahl von Verfahren hergestellt und der Zerstäuber-Oberfläche may be prepared by a number of methods and the atomizer surface 100 100 verliehen werden. be awarded. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächen-Merkmale direkt auf der Oberfläche In some embodiments, the surface features directly on the surface 110 110 hergestellt werden. be prepared. In anderen Ausführungsformen können die Oberflächen-Merkmale separat hergestellt und dann auf der Oberfläche In other embodiments the surface features can be manufactured separately and then on the surface 100 100 angeordnet werden. be arranged. Das Anordnen der O berflächen-Merkmale auf dem Substrat Disposing the O-berflächen features on the substrate 100 100 kann durch individuelles Anbringen der Merkmale erfolgen oder die Merkmale können auf einem Film, einer Folie oder einem anderen geeigneten Medium angeordnet werden, das dann an dem Substrat can be made by individually attaching the characteristics or features can be disposed on a film, sheet or other suitable medium is then applied to the substrate 100 100 angebracht wird. is applied. Das Befestigen kann in jedem Fall durch irgendein geeignetes Verfahren erfolgen, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, Schweißen, Hartlöten, mechanisches Befestigen oder Ankleben mittels Epoxy- oder anderem Klebstoff, thermisches Spritzen und Ähnliches. The fixing can be effected, such as, but not limited to in any case by any suitable method, welding, brazing, mechanical fastening, or gluing by means of epoxy or other adhesive, thermal spraying, and the like.
  • [0058] [0058]
    Die Anordnung der Oberflächen-Merkmale kann durch Anordnen von Material auf der Oberfläche des Gegenstandes, durch Entfernen von Material von der Oberfläche oder eine Kombination von sowohl Anordnen als auch Entfernen erfolgen. The arrangement of the surface features may be accomplished by placing material on the surface of the object, by removing material from the surface or a combination of both placing and removal. Im Stande der Technik sind viele Verfahren zum Hinzufügen oder Entfernen von Material von einer Oberfläche bekannt. In the prior art, many methods for adding or removing material from a surface are known. So kann, z. B., einfaches Aufrauen der Oberfläche durch mechanische Operation, wie Schleifen, Sandstrahlen, Schrothämmern und Ähnliches geeignet sein, wenn entsprechende Medien/Werkzeuge und Oberflächen-Materialien ausgewählt sind. Thus, z. B., simple roughening of the surface by mechanical operations such as grinding, sand blasting, shot peening and the like be suitable if appropriate media / tools and surface materials are selected. Solche Operationen werden im Allgemeinen in einer Verteilung regellos orientierter Merkmale auf der Oberfläche resultieren, während die Größe der Merkmale signifikant von der Größe der Medien und/oder Werkzeuge abhängt, die für die Operation der Materialentfernung eingesetzt wurden. Such operations are generally carried out in a randomly oriented distribution characteristics resulting on the surface, while the size of the features is significantly depending on the size of the media and / or tools that have been used for the operation of the material removal. Das allgemeine Aufrauen von Oberflächen zum Fördern besseren Benetzens kann dazu benutzt werden, Oberflächen-Merkmale zu erzeugen. The general roughening of surfaces for promoting better wetting can be used to produce surface features. Gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfordern jedoch die Kontrolle über spezifische Parameter, wie relativen Abstand und Aspektverhältnis der Oberflächen-Merkmale, um eine verbesserte oder verringerte Benetzung bereitzustellen. However, certain embodiments of the present invention require control of specific parameters, such as relative distance and aspect ratio of the surface features to provide an enhanced or decreased wetting. Viele der Parameter-Bereiche und -Kombinationen sind sehr schwierig oder unmöglich durch Anwendung traditionell beschriebener Aufrauhungsverfahren, wie Sandstrahlen, z. B., zu erzielen. Many of the parameter ranges and combinations are very difficult or impossible to use traditional described roughening method to achieve such as sandblasting, z. B.,.
  • [0059] [0059]
    Lithografische Verfahren werden gewöhnlich benutzt, um Oberflächen-Merkmale auf ätzbaren Oberflächen, einschließlich Metall-Oberflächen, zu erzeugen. Lithographic methods are commonly used to produce surface features on etchable surfaces, including metal surfaces. Mit diesen Verfahren können geordnete Reihen von Merkmalen bereitgestellt werden; With these methods, orderly rows of features can be provided; die untere Grenze der Merkmalsgröße, die mit diesen Techniken erhältlich ist, ist durch die Auflösung des speziell angewendeten lithografischen Verfahrens begrenzt. the lower limit of feature size that can be obtained with these techniques is limited by the resolution of the specially applied lithographic process. Lithografie und andere Ätzverfahren sind wegen der Neigung zum „Unterschneiden”, dh, seitlich ebenso wie vertikal zu ätzen, im Allgemeinen nicht gut geeignet für die Bildung von Merkmalen mit hohem Aspekt-Verhältnis auf einigen Metall-Oberflächen. Lithography and etching processes are different because of the tendency to "undercutting", ie, the side etching as well as vertically, generally not well suited for the formation of features with high aspect ratio on some metal surfaces.
  • [0060] [0060]
    Elektroplattierungs-Verfahren werden auch üblicherweise benutzt, um Oberflächen-Merkmale hinzuzufügen. Electroplating methods are also commonly used to add surface features. Eine elektrisch leitende Oberfläche kann in einer gemusterten Reihe maskiert werden, um Bereiche freizulegen, auf denen Merkmale angeordnet werden sollen, und die Merkmale können auf diesen freigelegten Regionen durch Plattieren aufgebaut werden. An electrically conductive surface can be masked in a patterned array to expose areas where features are to be disposed, and the characteristics can be built up on these exposed regions by plating. Dieses Verfahren gestattet die Erzeugung von Merkmalen mit höheren Aspekt-Verhältnissen als bei solchen, die üblicherweise durch Ätztechniken erzielt werden. This method also allows the production of features having higher aspect ratios than those that are usually achieved by etching techniques. In speziellen Ausführungsformen erfolgt das Maskieren durch den Einsatz einer anodisierten Aluminiumoxid (AAO)-Schablone mit einer gut kontrollierten Porengröße. In particular embodiments, the masking is done through the use of an anodized aluminum oxide (AAO) stencil with a well-controlled pore size. Material wird durch die Poren auf das Substrat elektroplattiert und die AAO-Schablone wird dann selektiv entfernt; Material is electroplated through the pores in the substrate and the AAO template is then selectively removed; dieses Verfahren wird üblicherweise im Stande der Technik angewendet, um Merkmale hohen Aspektverhältnisses, wie Nanostäbe, herzustellen. This method is commonly applied in the prior art to produce high aspect ratio features, such as nanorods. Nanostäbe aus Metall und Metalloxiden können unter Anwendung üblicherweise bekannter Behandlung abgeschieden werden, und diese Materialien können weiter (z. B. durch Karburisierung) behandelt werden, um verschiedene Keramikmaterialien, wie Carbide, zu bilden. Nanorods of metal and metal oxides can be deposited using generally known treatment, and these materials may further (for. Example, by carburization) are treated, to form various ceramic materials such as carbides. Wie detaillierter unten beschrieben wird, können Überzüge oder an dere Modifikations-Techniken auf die Merkmale angewendet werden, um noch bessere Benetzbarkeits-Eigenschaften bereitzustellen. As described in further detail below, can be applied to coatings or more modification techniques on the features to provide even better wettability properties.
  • [0061] [0061]
    Mikromaschinelle Techniken, wie mikromaschinelles Bearbeiten mit Laser (üblicherweise für Silicium und korrosionsbeständige Stähle, z. B., benutzt) und Ätztechniken (z. B. solche, die üblicherweise für Silicium benutzt werden) sind ebenfalls geeignete Verfahren. Micromachining techniques such as machining using mikromaschinelles laser (typically of silicon and stainless steels, for. Example, used) and etching techniques (for. Example, those which are commonly used for silicon) are also suitable method. Solche Techniken können benutzt werden, um Hohlräume (wie beim Laserbohren) ebenso wie hervorstehende Merkmale zu bilden. Such techniques may be used to form cavities (as in laser drilling) as well as protruding features. Wo die Vielzahl der Oberflächenmerkmale Hohlräume einschließt, kann der Gegenstand in einigen Ausführungsformen ein poröses Material, wie, z. B., ein anodisiertes Metalloxid, umfassen. Where the plurality of surface features including cavities, the article may, in some embodiments, a porous material such as, for. Example, an anodized metal oxide include. Anodisiertes Aluminiumoxid ist ein spezielles Beispiel eines porösen Materials, das zur Anwendung in einigen Ausführungsformen geeignet sein kann. Anodised alumina is a specific example of a porous material which may be suitable for use in some embodiments. Anodisiertes Aluminiumoxid umfasst typischerweise säulenförmige Poren, und Poren-Parameter, wie Durchmesser und Aspektverhältnis, können durch das Anodisierungsverfahren unter Anwendung von Verfahrens-Kontrollen, die im Stande der Technik bekannt sind, um eine Schicht aus Metall in eine Schicht aus porösem Metalloxid umzuwandeln, genau kontrolliert werden. Anodized aluminum oxide typically comprises columnar pores and pore parameter, such as the diameter and aspect ratio can be produced by the anodization using the method checks, as are known in the art, to convert a layer of metal in a layer of porous metal oxide, exactly be controlled.
  • [0062] [0062]
    Hartlot-Techniken können benutzt werden, um Oberflächen-Merkmale an dem Gegenstand anzubringen. Brazing techniques may be used to attach surface characteristics to the article. Bei diesem Verfahren kann eine Überzugsmischung auf der Oberfläche des Gegenstands-Substrates abgeschieden werden, wobei die Überzugsmischung ein Hartlotmaterial und ein Textur bereitstellendes Material umfassen kann. In this method, a coating mixture can be deposited on the surface of the article substrate, wherein the coating mixture may comprise a brazing material and a texture-providing material. Das Hartlotmaterial kann dann erhitzt werden, um das Textur bereitstellende Material an die Oberfläche des Gegenstandes zu binden. The brazing material may then be heated to bond the texture-providing material to the surface of the article. In einem anderen Verfahren können die Oberflächen-Merkmale über ein thermisches Spritz- oder Kaltspritz-Verfahren hinzugefügt werden. In another method, the surface features on a thermal spray or cold spray process can be added. So kann, z. B., eine Mischung aus Teilchen (von Nano-Größe oder Mikro- Größe) und einem Binder auf der Oberfläche des Gegenstands-Substrates zum Bilden einer hydrophilen oder hydrophoben Oberfläche abgeschieden werden. Thus, for. Example, a mixture of particles (nano-sized or micro-size) and a binder on the surface of the article substrate to form a hydrophilic or hydrophobic surface may be deposited. Die Mischung kann ohne Schmelzen der Teilchen abgeschieden werden, um die richtige Textur der Oberfläche sicherzustellen. The mixture may be deposited without melting of the particles in order to ensure the correct texture of the surface.
  • [0063] [0063]
    Kurz gesagt, kann irgendeine Anzahl von Abscheidungs-Verfahren oder Material-Entfernungsverfahren, die im Stande der Technik bekannt sind, zum Bereitstellen von Merkmalen auf einer Oberfläche benutzt werden. In short, any number of deposition processes or material removal processes which are known in the art, are used for providing features on a surface. Wie oben beschrieben, können die Oberflächen-Merkmale direkt auf Substrat As described above, the surface features can be directly on substrate 100 100 aufgebracht oder auf ein Substrat aufgebracht werden, das dann am Substrat be applied or deposited on a substrate, then on the substrate 100 100 angebracht wird. is applied.
  • [0064] [0064]
    Die Natur der Anwendung bestimmt das Ausmaß, zu dem Merkmale auf dem Gegenstand anzuordnen sind. The nature of the application determines the extent to which features are to be placed on the object. Ungleichmäßige Filmschichten, die dicker als erwünscht sind, führen zu einer Brenner-Ineffizienz und zum erhöhten Brennstoffverbrauch und zu erhöhten Kosten. Uneven film layers that are thicker than desired, lead to a burner inefficiency and increased fuel consumption and increased costs. Zerstäuber, die Oberflächen aufweisen, die zur Förderung der Zerstäubung einer Flüssigkeit konfiguriert sind, wie hierin offenbart, können die Gleichförmigkeit und Tröpfchengröße eines Sprühnebels verbessern und die Effizienz von Brennersystemen erhöhen. Atomizer which have surfaces that are configured to promote atomization of a liquid, as disclosed herein, the uniformity and droplet size can improve a spray and increase the efficiency of the burner systems. Die vorerwähnten Ausführungsformen präsentieren klare Vorteile gegenüber existierenden Zerstäubungs-Systemen und solche Oberflächen umfassenden Turbinen-Komponenten. The aforementioned embodiments present clear advantages over existing sputtering systems and such surfaces comprehensive turbine components. Zusätzlich können diese Zerstäubungs-Oberflächen die Leistungsfähigkeit von Brennstoff-Verdampfern verbessern. In addition, these surfaces may improve the atomization performance of fuel vaporizers. Diese Vorrichtungen erzeugen Brennstoffdampf, der dann mit einem inerten Gas oder Dampf vermischt werden kann, sodass Brennstoff in Vormischern verbrannt werden kann, die für die Injektion gasförmigen Brennstoffes vorgesehen sind. These devices generate fuel vapor, which can then be mixed with an inert gas or vapor, so that fuel can be burned in pre-mixers, which are provided for the injection of gaseous fuel. Brennstoff-Verdampfer können ein wichtiges Mittel zum Verbrauchen flüssiger Brennstoffe in existierenden Trocken-Brennersystemen mit geringen Emissionen werden, ohne eine sekundäre Sprühverbrennungs-Fähigkeit zu entwickeln. Fuel evaporator can an important means for consuming liquid fuels in existing dry-burner systems with low emissions, without a secondary Sprühverbrennungs capability to develop. Die verbesserte Zerstäubung, die durch die Oberflächen-Behandlungen und -Überzüge bereitgestellt wird, wie hierin offenbart, könnte die erforderliche Wärmezuführung in einen Brennstoff-Verdampfer verringern und die Verdampfer-Effizienz verbessern. The improved atomization, which is provided by the surface treatments and -Überzüge as disclosed herein could reduce the required heat input into a fuel evaporator evaporator and improve efficiency.
  • [0065] [0065]
    Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung der Merkmale und Vorteile, die durch die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geboten werden, und sie sollen nicht darauf beschränken. The following example serves to illustrate the features and benefits that are offered by the embodiments of the present disclosure, and they shall not be limited.
  • BEISPIELE EXAMPLES
  • Beispiel 1 Example 1
  • [0066] [0066]
    Silicium-Substrate wurden mittels Lithografie mit aufrechten rechteckigen Prismapfosten-Merkmalen von etwa 3 μm in der Breite (a) und mit einer Vielfalt von Pfostenabständen (b/a-Verhältnissen) und Aspekt-Verhältnissen (h/a) bereitgestellt. Silicon substrates by means of lithography with upright rectangular prism post features of about 3 micrometers in width (a) and provided with a variety of post intervals (B / A ratios) and aspect ratios (h / a). Die Substrate wurden dann in einer Kammer mit einem Fläschchen flüssigen Fluorsilans (FS) angeordnet und die Kammer wurde evakuiert, um das Verdampfen und Kondensieren der Flüssigkeit aus der Gasphase auf dem Silicium-Substrat zu gestatten, wodurch ein hydrophiler Film auf der Oberfläche erzeugt wurde. The substrates were then placed in a chamber with a vial of liquid fluorosilane (FS) and the chamber was evacuated to allow the evaporation and condensation of the liquid from the gas phase onto the silicon substrate, thereby forming a hydrophilic film was formed on the surface. Der effektive Wenzelzustands-Kontaktwinkel wurde als eine Funktion des b/a-Verhältnisses aufgezeichnet. The effective Wenzel state contact angle was recorded as a function of b / a ratio. 8 8 veranschaulicht grafisch den Trend der Variierung des b/a-Verhältnisses zum Reduzieren des effektiven Kontaktwinkels. graphically illustrates the trend of variation of the b / a ratio for reducing the effective contact angle. Drei Oberflächen mit nominellen Kontaktwinkeln (CA n ) von 50, 60 bzw. 70 Grad wurden mit den rechteckigen Oberflächen-Pfostenmerkmalen texturiert. Three surfaces with nominal contact angle (CA n) of 50, 60 and 70 degrees were textured with the rectangular surfaces Post characteristics. Wie in How to 8 8 gezeigt, wird der effektive Kontaktwinkel verringert (bis zu etwa null Grad), wenn der relative Abstand zwischen jedem Pfosten verringert wird. shown, the effective contact angle is reduced (up to about zero degrees), when the relative distance between each post is reduced. Darüber hinaus kann das Erhöhen des Aspekt-Verhältnisses im Verringern des Kontaktwinkels für den gleichen Abstand resultieren, weil es energetisch günstig ist, mehr Fläche zu benetzen. In addition, increasing the aspect ratio may result in reducing the contact angle for the same distance, because it is energetically favorable to wet more area. Messungen auf Siliciumscheiben mit quadratischen Podesten zeigen, dass für einen gewissen Bereich von b/a der Kontaktwinkel so gering wie null Grad ist. Measurements on silicon wafers with square pedestals show that for a certain range of b / a of the contact angle as low as zero degrees. Diese Resultate sind unten in Tabelle 1 gezeigt, wo die Parameter (Höhe, Breite und Abstand) der Oberflächen-Merkmale einen etwa null Grad betragenden effektiven Kontaktwinkel erzeugen. These results are shown below in Table 1, where the parameters (height, width and spacing) of the surface characteristics provide about zero degrees amount forming effective contact angle. Tabelle 1 Table 1
    a (μm) a (microns) b (μm) b (microns) Aspekt-Verhältnis (h/a) Aspect ratio (h / a) Effektiver Kontaktwinkel (Grad) Effective contact angle (degrees)
    3 3 1 1 3,3 3.3 0 0
    3 3 1,5 1.5 3,3 3.3 0 0
    3 3 2 2 3,3 3.3 0 0
    3 3 3 3 3,3 3.3 0 0
    3 3 4,5 4.5 3,3 3.3 0 0
    3 3 6 6 3,3 3.3 0 0
    15 15 5 5 1,6 1.6 0 0
    15 15 7,5 7.5 1,6 1.6 0 0
    15 15 15 15 1,6 1.6 0 0
    15 15 11,3 11.3 1,6 1.6 0 0
  • [0067] [0067]
    9 9 zeigt weiter Beispiele der Oberflächen-Pfostenmerkmale, die konfiguriert sind, um Wenzelzustands-Tropfen zu bilden und die geringen effektiven Kontaktwinkel zu erzeugen, die in der obigen Tabelle gezeigt sind. further shows examples of the surface characteristics of post configured to form Wenzel state drops and to generate the low effective contact angle, which are shown in the table above. Das obere Beispiel veranschaulicht Pfostenmerkmale mit einer pyramidalen oberen Oberfläche. The above example illustrates post features with a pyramidal top surface. Das mittlere Beispiel veranschaulicht Pfostenmerkmale mit einer erhöhten pyramidalen oberen Oberfläche, wobei die Merkmale eine größere Höhen-Abmessung als das obere Beispiel aufweisen und die Pyramidengestalt nicht das gesamte Merkmal abdeckt. The median example illustrates post characteristics with an increased pyramidal top surface, wherein the features have a greater height dimension than the previous example and the pyramid shape does not cover the whole feature. Schließlich veranschaulicht das untere Beispiel Pfostenmerkmale mit einer halbkugelförmigen oberen Oberfläche. Finally, the example below post features illustrated with a hemispherical upper surface.
  • [0068] [0068]
    10 10 zeigt die Fotografien von Öltröpfchen auf Silicium-Pfosten mit unterschiedlichen b/a-Verhältnissen. shows the photographs of oil droplets on silicon posts with different b / a ratios. 10 10 führt den nominellen Kontaktwinkel von Öl auf verschiedenen Oberflächenmerkmals-Parametern auf. leads to the nominal contact angle of oil at various surface feature parameters. Das eingesetzte Öl war ein Maschinenschmieröl Terasitic GT 32 ® , das kommerziell von Exxon Mobil erhältlich ist. The oil used was a machinery lubricating oil Terasitic GT 32 ®, which is commercially available from Exxon Mobil. Die Oberflächen haben eine allgemein oleophobe Natur. The surfaces have a generally oleophobic nature. Die Einfachheit des Abrollens wurde gemessen durch Bestimmen des Kippwinkels aus der Horizontalen, der erforderlich ist, bevor ein Tropfen von der Oberfläche herunterrollen wird. The simplicity of rolling was measured by determining the tilt angle from the horizontal that is needed before a drop will roll off of the surface. Ein Tropfen, der einen nahezu vertikalen Kippwinkel erfordert, ist stark an der Oberfläche befestigt, während ein Tropfen, der ein leichtes Abrollen zeigt, einen sehr kleinen Kippwinkel erfordert, um von der Oberfläche abzurollen. A drop that requires a near vertical tilt angle is strongly attached to the surface, while a drop which shows a slight rolling motion, a very small tilt angle requires to roll off the surface. Regionen 5 und 6 waren die einzigen Regionen, bei denen Öltröpfchen von den Pfosten rollten. Regions 5 and 6 were the only regions where oil droplets rolled off the post. Die Öltröpfchen hatten ein Volumen von 2 und 4 Mikrolitern (μl). The oil droplets had a volume of 2 and 4 microliters (ul). Zum Vergleich wurden die gleichen Merkmale mit Wassertröpfchen ähnlichen Volumens getestet. For comparison, the same characteristics were tested with water droplets of similar volume. Mit Wasser als einer Bezugsflüssigkeit rollten die Tröpfchen von den Regionen 5 bis 10 herunter. With water as a reference liquid droplets rolled down from the regions 5 to 10. Auf der Grundlage des Abroll-Datums auf den glatten Siliciumscheiben, die mit FS überzogen waren, wurde der Festhalte-Parameter zu 0,029 N/m (Newton pro Meter) errechnet. On the basis of the Roll-date on the smooth silicon wafers that were coated with FS, the detaining parameter to 0.029 N / m (Newton per meter) was calculated. Der Parameter wurde unter Benutzung eines Goniometers getestet und auf der Grundlage der Gleichung berechnet: ρVgsinθ = μl, worin ρ die Dichte der Flüssigkeit ist, V das Volumen des Tropfens ist, g die Schwerkraft ist, θ der Kontaktwinkel ist, μ der Festhalte-Parameter ist und l die Kontaktlinien-Länge ist. The parameter has been tested using a goniometer and calculated on the basis of the equation: ρVgsinθ = .mu.l, wherein ρ is the density of the liquid, V is the volume of the drop, g is the gravity is, θ is the contact angle, μ the restraining parameters and L is the length of contact line. Für Wasser liegt der Festhalte-Parameter in der Größenordnung von 0,013 N/m. The retention parameter is of the order of 0.013 N / m for water. Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass ein verschiedenes Oberflächenmerkmal-Design für oleophobe Oberflächen-Anwendungen benötigt wird, verglichen mit hydrophoben Oberflächen. From these data it is apparent that a different surface characteristic design for oleophobic surface applications is required, compared to hydrophobic surfaces.
  • Beispiel 2 Example 2
  • [0069] [0069]
    11 11 ist eine grafische Darstellung der effektiven Kontaktwinkel (Grad) in Abhängigkeit vom relativen Abstand der Oberflächen-Merkmale (Abstands-Abmessung (b), dividiert durch die Breitenabmessung (a)). is a graphical representation of the effective contact angle (degrees) depending on the relative distance of the surface features (spacing dimension (b), divided by the width dimension (a)). Die grafische Darstellung zeigt eine Vielfalt hydrophiler/superhydrophiler Oberflächen, die in den Vor-Filmbildungs- und/oder Lippenregionen eines Zerstäubers eingesetzt werden könnten. The graph shows a variety of hydrophilic / super hydrophilic surfaces that may be used in the pre-filming and / or lip regions of an atomizer. Die Oberflächen-Merkmale waren Pfosten, die von der Oberfläche aus vorstanden und eine Breitenabmessung (a) von etwa 3 μm aufwiesen. The surface features were post, which had from the surface presiding and a width dimension (a) of about 3 microns. Wie in der Figur ersichtlich, nahm der effektive Kontaktwinkel der Oberfläche von etwa 25 Grad bis etwa 40 Grad zu, wenn der relative Abstand der Pfostenmerkmale von etwa 4 zu etwa 10 erhöht wurde. As seen in the figure, increased the effective contact angle of the surface of about 25 degrees to about 40 degrees to, when the relative distance of the posts characteristics from about 4 to about 10 was increased. War der relative Abstand der Merkmale enger (z. B. ein b/a von weniger als etwa 4), dann betrug der effektive Kontaktwinkel der Oberfläche etwa null Grad oder vollständiges Benetzen. Was the relative spacing of features close (for. Example, a b / a of less than about 4), then the effective contact angle of the surface was about zero degrees or complete wetting.
  • [0070] [0070]
    Hierin offenbarte Bereiche sind einschließlich und kombinierbar (z. B. Bereiche von „bis zu etwa 25 Gew.-% oder spezifischer etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%” schließen die Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%” usw. ein). Ranges disclosed herein are inclusive and combinable (eg., Ranges of "up to about 25 wt .-% or more specifically about 5 wt .-% to about 20 wt .-%" of the endpoints and all intermediate values of the ranges of "about 5 wt .-% to about 25 wt .-% ", etc.). „Kombination” schließt Gemenge, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und Ähnliche ein. "Combination" is inclusive of blends, mixtures, alloys, reaction products, and the like. Die Begriffe „erster”, „zweiter” und Ähnliche sollen hierin keine Reihenfolge, Quantität oder Bedeutung bezeichnen, sondern sie werden vielmehr benutzt, um ein Element vom anderen zu unterscheiden, und die Begriffe „ein” und „eine” bezeichnen keine Begrenzung der Menge, sondern bezeichnen die Anwesenheit von mindestens einer der angesprochenen Sachen. The terms "first", "second" and the like are herein no order, quantity or importance call, but rather are used to distinguish one element from another, and the terms "a" and "an" do not denote a limitation of quantity , but rather denote the presence of at least one of the aforementioned matters. Die Modifizierung „etwa”, die in Verbindung mit einer Menge benutzt wird, ist einschließlich des genannten Wertes und hat die durch den Zusammenhang diktierte Bedeutung (z. B. schließt sie den Fehlergrad ein, der mit der Messung der speziellen Menge verbunden ist). The modifier "about" is used in connection with a quantity is inclusive of the said value and has the meaning dictated by the context (for. Example, it includes the degree of error which is connected with measurement of the particular quantity). Der Anhang „(e/en)”, wie er hierin benutzt wird, soll sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes einschließen, den es modifiziert, wobei ein oder mehr dieses Begriffes eingeschlossen werden (so schließt, z. B., Färbemittel ein oder mehrere Färbemittel ein). The Annex "(s / s)", as used herein is intended to include both the singular and the plural of the term that it modifies, wherein one or more of that term are included (so includes, for. Example, colorants one or more colorants). Die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform”, „eine andere Ausführungsform” usw. in dieser Beschreibung bedeutet, dass ein spezielles Element (z. B. Merkmal, Struktur und/oder Charakteristikum, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wurde, in mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform eingeschlossen ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann aber nicht zu sein braucht. Zusätzlich sollte klar sein, dass die beschriebenen Elemente in irgendeiner geeigneten Weise in den verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden können. The reference to "one embodiment", "another embodiment", etc. in this specification means that a particular element (z. B. feature, structure, and / or characteristic described in connection with the embodiment, in at least one herein -described embodiment but is included and may be present in other embodiments, need not to be. In addition, it should be understood that the described elements in any suitable manner may be combined in the different embodiments.
  • [0071] [0071]
    Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente anstelle von Elementen eingesetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been described with reference to a preferred embodiment, it should be understood that various changes may be made and equivalents substituted for elements without departing from the scope of the invention. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne deren wesentlichen Umfang zu verlassen. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or a specific material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste Art der Ausführung dieser Erfindung vorgesehen ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen. It is therefore intended that the invention is not limited to the particular embodiment which is provided as the best mode of carrying out this invention, but that the invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.
  • [0072] [0072]
    Ein Zerstäuber An atomizer 12 12 , umfassend eine Vor-Filmbildungs-Region Comprising a pre-filming region 27 27 , . 54 54 , . 66 66 und einen Lippenabschnitt and a lip portion 29 29 , . 71 71 , . 67 67 , der an einem Ende der Vor-Filmbildungs-Region angeordnet und konfiguriert ist, hydrodynamische Instabilitäten in einem Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, wobei der Lippenabschnitt ein alternierendes Muster benetzender That is arranged and configured at one end of the pre-film-forming region to generate hydrodynamic instabilities in a liquid film, wherein the lip portion an alternating pattern wetting 110 110 , . 210 210 , . 452 452 , . 462 462 und nicht-benetzender Oberflächen and non-wetting surfaces 110 110 , . 210 210 , . 454 454 , . 464 464 umfasst, worin die nicht-benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von mehr als 90 Grad umfasst und die benetzende Oberfläche einen Kontaktwinkel, mit Bezug auf die Flüssigkeit, von weniger als 90 Grad umfasst. comprising, wherein the non-wetting surface comprises a contact angle, with respect to the liquid of more than 90 degrees and the wetting surface has a contact angle, with respect to the liquid, comprising of less than 90 degrees. Bezugszeichenliste Reference numeral list
    10 10 Gasturbinen-Brennstoffinjektor Gas turbine fuel injector
    12 12 Zerstäuber Atomizer
    14 14 Äußere Wandung Outer wall
    16 16 Äußerer Pilot-Verwirbeler External pilot swirler
    18 18 Innerer Verwirbeler Inner swirler
    20 20 Pilot-Brennstoffinjektor Pilot fuel injector
    22 22 Aufnahmeseite Up Side
    24 24 Auslassseite Outlet
    26 26 Körper Body
    27 27 Innere Oberfläche der Auslassdüse Inner surface of the outlet nozzle
    28 28 Auslassdüse Outlet nozzle
    29 29 Düsenlippe Nozzle lip
    30 30 Verwirbeler-Aufnahmeseite Swirler Up Side
    32 32 Verwirbeler-Auslassseite Swirler outlet
    40 40 Pilot-Gebläse-Aufspalter Pilot-fan-splitter
    42 42 Stromaufwärts gelegener Abschnitt Situated upstream section
    44 44 Stromabwärts gelegener Abschnitt Situated downstream section
    46 46 Vorderkante Leading edge
    48 48 Durchmesser des stromaufwärts gelegenen Abschnittes Diameter of the upstream portion
    49 49 Symmetrieachse Axis of symmetry
    50 50 Innere Oberfläche Inner surface
    52 52 Hinterkante Trailing edge
    54 54 Mittelpunkt Focus
    56 56 Durchmesser Diameter
    58 58 Hinterkanten-Durchmesser Bute diameter
    60 60 Konturierte Wandung Contoured wall
    62 62 Scheitel Vertex
    64 64 Konvergenter Abschnitt Convergent section
    66 66 Divergenter Abschnitt Divergent section
    67 67 Wandlippe Wall lip
    70 70 Hinterkante Trailing edge
    71 71 Lippe Lip
    80 80 Verbrennungszone Combustion zone
    90 90 Pilot-Brennstoffkreislauf Pilot fuel cycle
    100 100 Substrat Substratum
    110 110 Oberfläche Surface
    112 112 Oberflächenenergie modifizierende Überzugsschicht Surface energy modifying coating layer
    114 114 Nomineller Kontaktwinkel Nominal contact angle
    116 116 Bezugsflüssigkeit Reference liquid
    120 120 Oberflächen-Merkmale Surface features
    121 121 Höhenabmessung h Height dimension h
    124 124 Breitenabmessung a Width dimension a
    126 126 Abstandsabmessung b Distance dimension b
    200 200 Tröpfchen Droplet
    210 210 Oberfläche Surface
    212 212 Oberflächen-Merkmale Surface features
    220 220 Breitenabmessung a Width dimension a
    240 240 Abstandsabmessung b Distance dimension b
    450 450 Hybrid-Oberflächenflecken Hybrid surface stains
    452 452 Hydrophile Oberflächentextur Hydrophilic surface texture
    454 454 Hydrophobe Oberflächentextur Hydrophobic surface texture
    460 460 Hybridoberflächenflecken Hybrid surface stains
    462 462 Hydrophile Texturregionen Hydrophilic texture regions
    464 464 Hydrophobe Texturregionen Hydrophobic texture regions
    400 400 Industrielles Gasturbinentriebwerk Industrial gas turbine engine
    410 410 Ringförmiges Kanister-Verbrennungssystem Ring-shaped canister combustion system
    412 412 Brennergehäuse Burner housing
    414 414 Deckelbaueinheit Lid assembly
    416 416 Brennstoffdüsen-Baueinheiten Fuel nozzles assemblies
    418 418 Strömungshülse Flow sleeve
    420 420 Äußere Wandung Outer wall
    422 422 Übergangskanal Transition duct
    424 424 Radialer Flansch Radial flange
    430 430 Brennerauskleidung Combustor liner
Classifications
International ClassificationB05B1/00
Cooperative ClassificationB05B7/068, B05B7/066
European ClassificationB05B7/06C3C, B05B7/06C3
Legal Events
DateCodeEventDescription
20 Feb 2014R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
Effective date: 20131203