DE102020115540A1 - Device for diluting aerosols - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Verdünnen von Aerosolen mit einem veränderbaren Verdünnungsfaktor zum Prüfen in ihrem Durchlassgrad unterschiedlicher Filtereinrichtungen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen jeweils mit einem Einlass und einem Auslass für das Aerosol, wobei zwischen dem Einlass und dem Auslass zur Aufteilung und zum Mischen des Volumenstromes ein Hohlkörper und eine Reihenschaltung eines Filters und eines ersten Ventils und zur Messung des Drucks der Teilströme des Aerosols eine Druckmesseinrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass in ihrem Durchlassgrad sehr stark unterschiedliche Filtereinrichtungen einfach prüfbar sind. Dazu ist in den Verdünnungseinrichtungen jeweils eine über wenigstens ein zweites Ventil mit dem Einlass und über wenigstens ein drittes Ventil mit dem Auslass verbundene Bypassleitung angeordnet. Die Verdünnungseinrichtungen der Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen sind in Reihe geschaltet. Weiterhin sind die Betätigungseinrichtungen der ersten, zweiten und dritten Ventile mit der Steuereinrichtung verbunden.The invention relates to devices for diluting aerosols with a variable dilution factor for testing the degree of permeability of different filter devices with a plurality of dilution devices, each with an inlet and an outlet for the aerosol, with a hollow body and a hollow body between the inlet and the outlet for dividing and mixing the volume flow a series connection of a filter and a first valve and a pressure measuring device for measuring the pressure of the partial flows of the aerosol are arranged parallel to one another. The devices are characterized in particular by the fact that filter devices that differ greatly in terms of their degree of permeability can be easily tested. For this purpose, a bypass line connected via at least one second valve to the inlet and via at least a third valve to the outlet is arranged in the dilution devices. The dilution devices of the device for diluting aerosols are connected in series. Furthermore, the actuating devices of the first, second and third valves are connected to the control device.

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Verdünnen von Aerosolen mit einem veränderbaren Verdünnungsfaktor zum Prüfen in ihrem Durchlassgrad unterschiedlicher Filtereinrichtungen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen jeweils mit einem Einlass und einem Auslass für das Aerosol, wobei zwischen dem Einlass und dem Auslass zur Aufteilung und zum Mischen des Volumenstromes ein Hohlkörper (Kapillare) und eine Reihenschaltung eines Filters und eines ersten Ventils und zur Messung des Drucks der Teilströme des Aerosols eine Druckmesseinrichtung parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Betätigungseinrichtung des ersten Ventils und die Druckmesseinrichtung mit einer Steuereinrichtung verbunden sind.The invention relates to devices for diluting aerosols with a variable dilution factor for testing the degree of permeability of different filter devices with several dilution devices each with an inlet and an outlet for the aerosol, with a hollow body between the inlet and the outlet for dividing and mixing the volume flow ( Capillary) and a series connection of a filter and a first valve and a pressure measuring device are arranged parallel to one another to measure the pressure of the partial flows of the aerosol and the actuating device of the first valve and the pressure measuring device are connected to a control device.

Bei einer Partikelmesstechnik für Aerosole ist ein bezüglich der Partikelanzahlkonzentration (Partikel je Volumeneinheit Trägergas) begrenzter Messbereich zu beachten. Dieser liegt um Größenordnungen unter der in vielen industriellen und natürlichen Prozessen anzutreffenden Konzentrationen. Weiterhin ist die Verwendung von Verdünnungssystemen zur Konzentrationsanpassung des Aerosols der Probenahme zur Partikelmessung üblich. Durch diese technische Einrichtung wird die hohe Konzentration des Messortes auf eine von der Partikelmesstechnik verarbeitbare Konzentration herabgesetzt. Zur Rückrechnung des Messergebnisses auf die ursprüngliche Konzentration auf die des Messortes bedarf es einer reproduzierbaren und bekannten Verdünnung.In the case of particle measurement technology for aerosols, a limited measuring range with regard to the particle number concentration (particles per volume unit of carrier gas) must be observed. This is orders of magnitude lower than the concentrations found in many industrial and natural processes. Furthermore, the use of dilution systems to adjust the concentration of the aerosol of the sampling for particle measurement is common. This technical device reduces the high concentration of the measurement location to a concentration that can be processed by particle measurement technology. A reproducible and known dilution is required to calculate the measurement result back to the original concentration on that of the measurement location.

Bekannt sind beispielsweise Verdünnungssysteme, die eine Stromaufteilung des Aerosols vollziehen und aus einem Teilstrom die Partikel vollständig entfernen und nach folgender Mischung eine den Teilströmen entsprechende Verdünnung bewirken. Durch die Druckschrift DE 10 2014 200 823 A1 Einrichtung zur Erzeugung eines einstellbaren Differenzdruckes eines kompressiblen Mediums bei Durchströmung einer Fluidführung, die Druckschrift DE 296 10 043 U1 Verdünnungseinrichtung zur Probennahme in hochkonzentrierten Aerosolen und die Druckschrift DE 10 2008 047 404 A1 einem Partikelzähler vorzuschaltende Einrichtung zur in sich geschlossenen Verdünnung von Aerosolen sind derartige Lösungen bekannt.For example, dilution systems are known which divide the flow of the aerosol and completely remove the particles from a partial flow and, after subsequent mixing, cause a dilution corresponding to the partial flows. Through the pamphlet DE 10 2014 200 823 A1 Device for generating an adjustable differential pressure of a compressible medium when flowing through a fluid guide, the publication DE 296 10 043 U1 Dilution device for taking samples in highly concentrated aerosols and the publication DE 10 2008 047 404 A1 Such solutions are known to be connected upstream of a particle counter for the self-contained dilution of aerosols.

Diese Einrichtungen verfügen über einen festen Verdünnungsfaktor als Verhältnis der Konzentrationen des unverdünnten zum verdünnten Aerosol oder können diesen η̇ einem bestimmten Bereich variieren. Für in ihrem Durchlassgrad sehr stark unterschiedliche Filtereinrichtungen sind diese durch den begrenzten Bereich einer Verdünnung nicht geeignet.These devices have a fixed dilution factor as the ratio of the concentrations of the undiluted to the diluted aerosol or can vary this η̇ within a certain range. Due to the limited range of dilution, these are not suitable for filter devices that differ greatly in terms of their degree of penetration.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdünnungseinrichtung für Aerosole so bereitzustellen, dass in ihrem Durchlassgrad sehr stark unterschiedliche Filtereinrichtungen einfach zu prüfen sind.The invention specified in claim 1 is based on the object of providing a dilution device for aerosols in such a way that filter devices that are very different in terms of their degree of permeability can easily be tested.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in claim 1.

Die Einrichtungen zum Verdünnen von Aerosolen mit einem veränderbaren Verdünnungsfaktor zum Prüfen in ihrem Durchlassgrad unterschiedlicher Filtereinrichtungen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen jeweils mit einem Einlass und einem Auslass für das Aerosol, wobei zwischen dem Einlass und dem Auslass zur Aufteilung und zum Mischen des Volumenstromes ein Hohlkörper (Kapillare) und eine Reihenschaltung/Reihenanordnung mit einem Filter und einem ersten Ventil und zur Messung des Drucks der Teilströme des Aerosols eine Druckmesseinrichtung parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Betätigungseinrichtung des ersten Ventils und die Druckmesseinrichtung mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass in ihrem Durchlassgrad sehr stark unterschiedliche Filtereinrichtungen einfach prüfbar sind.The devices for diluting aerosols with a variable dilution factor for testing the degree of permeability of different filter devices with several dilution devices each with an inlet and an outlet for the aerosol, with a hollow body (capillary) between the inlet and the outlet for dividing and mixing the volume flow and a series connection / series arrangement with a filter and a first valve and a pressure measuring device are arranged parallel to one another for measuring the pressure of the partial flows of the aerosol and wherein the actuating device of the first valve and the pressure measuring device are connected to a control device, are characterized in particular by the fact that Filter devices that differ greatly in terms of their degree of penetration can be easily tested.

Dazu ist in den Verdünnungseinrichtungen jeweils eine über wenigstens ein zweites Ventil mit dem Einlass und über wenigstens ein drittes Ventil mit dem Auslass verbundene Bypassleitung angeordnet. Die Verdünnungseinrichtungen der Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen sind in Reihe geschaltet. Weiterhin sind die Betätigungseinrichtungen der zweiten Ventile und der dritten Ventile mit der Steuereinrichtung verbunden.For this purpose, a bypass line connected to the inlet via at least one second valve and to the outlet via at least one third valve is arranged in each of the dilution devices. The dilution devices of the device for diluting aerosols are connected in series. Furthermore, the actuation devices of the second valves and the third valves are connected to the control device.

Die Einrichtung eignet sich damit besonders vorteilhaft für Anwendungen, in denen regelmäßig sehr unterschiedliche Aerosolkonzentrationen gemessen werden sollen. Dies kann eine Anlage zur Bestimmung des Abscheidegrades von Filtereinrichtungen sein. Werden Filtereinrichtungen, die hinsichtlich Ihres Abscheidegrades sehr unterschiedlich sind, mit einem konstanten zuströmenden Aerosol geprüft, so ist das durch die Filtereinrichtungen hindurchtretende, abströmende Aerosol sehr unterschiedlich konzentriert. Da der als Qualitätsparameter geltende Durchlassgrad einer Filtereinrichtung sich als Verhältnis der Konzentrationen des abströmenden zum anströmenden Aerosols ergibt, müssen hier sehr unterschiedliche Aerosolkonzentrationen gemessen werden. Mit der Einrichtung sind vorteilhafterweise Filtereinrichtungen mit sehr stark unterschiedlichen Durchlassgraden prüfbar, da die Einrichtung mit den Verdünnungseinrichtungen in ihrem Verdünnungsfaktor ebenfalls stark veränderbar ist.The device is therefore particularly advantageously suitable for applications in which very different aerosol concentrations are to be measured on a regular basis. This can be a system for determining the degree of separation of filter devices. If filter devices that are very different in terms of their degree of separation are tested with a constant inflowing aerosol, the concentration of the outflowing aerosol passing through the filter devices is very different. Since the degree of permeability of a filter device, which is a quality parameter, results from the ratio of the concentrations of the outflowing to the inflowing aerosol, very different aerosol concentrations have to be measured here. With the device, filter devices with very different degrees of permeability can advantageously be tested, since the device with the dilution devices can also be greatly changed in its dilution factor.

Mit der Ausbildung der Verdünnungseinrichtungen mit den Bypassleitungen ist so bei Bestehenbleiben der Verbindungen der Verdünnungseinrichtungen eine unterbrechungsfreie Durchströmung der Einrichtung mit wahlweise einer oder keiner Verdünnung gegeben. In der Praxis können somit die einzelnen Verdünnungseinrichtungen permanent für den maximalen Verdünnungsfaktor kaskadiert werden. Temporär nicht erforderliche, einzelne Verdünnungseinrichtungen, können durch die in ihr enthaltene Bypassleitung unwirksam gemacht werden. Alle Verbindungen der Verdünnungseinrichtungen der Einrichtung bleiben permanent bestehen. Ein manueller Rüstvorgang bei Änderung des Gesamtverdünnungsverhältnisses oder eine Umschaltung durch externe Vorrichtungen ist nicht erforderlich. Verdünnungen oder Überbrückungen erfolgen mit den zweiten Ventilen und den dritten Ventilen, deren Betätigungseinrichtungen mit der Steuereinrichtung verbunden sind. Dazu sind der Einlass und der Auslass der Verdünnungseinrichtung entweder über den Hohlkörper als Kapillare und der Reihenschaltung/Reihenanordnung mit dem Filter und dem ersten Ventil oder über den Hohlkörper als Kapillare und der Bypassleitung miteinander verbunden.With the design of the dilution devices with the bypass lines, there is an uninterrupted flow through the device with either one or no dilution if the connections of the dilution devices remain in place. In practice, the individual dilution devices can thus be cascaded permanently for the maximum dilution factor. Individual dilution devices that are temporarily not required can be rendered ineffective by the bypass line it contains. All connections of the facility's dilution devices remain permanent. A manual set-up process when changing the total dilution ratio or a switchover by external devices is not necessary. Dilutions or bridges take place with the second valves and the third valves, the actuating devices of which are connected to the control device. For this purpose, the inlet and the outlet of the dilution device are connected to one another either via the hollow body as a capillary and the series connection / series arrangement with the filter and the first valve or via the hollow body as a capillary and the bypass line.

Damit kann die Einrichtung automatisiert betrieben werden, ohne dass Umrüstungen von Verdünnungseinrichtungen notwendig sind. Dazu sind auch keine externen Vorrichtungen notwendig.This means that the device can be operated in an automated manner without the need to convert the dilution devices. No external devices are necessary for this either.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 and 3.

In einer Ausführungsform ist das zweite Ventil und das dritte Ventil jeweils ein Dreiwegeventil oder sind jeweils zwei Zweiwegeventile.In one embodiment, the second valve and the third valve are each a three-way valve or are each two two-way valves.

Die Steuereinrichtung kann insbesondere ein Datenverarbeitungssystem sein, welches mit einem Datennetz verbindbar oder verbunden ist. Damit ist die Einrichtung vorteilhafterweise auch fernsteuerbar. Vorteil der Ausrüstung der Verdünnungseinrichtungen mit einer Vorrichtung zur Überbrückung der Verdünnung ist das so fernsteuerbare und automatisierbare Anpassen der Gesamtverdünnung der Kaskadierung aus mehreren Verdünnungseinrichtungen ohne manuelle oder sonstige Rüstvorgänge.The control device can in particular be a data processing system which can be or is connected to a data network. The device can thus advantageously also be remotely controlled. The advantage of equipping the dilution devices with a device for bridging the dilution is the remotely controllable and automatable adaptation of the total dilution of the cascading of several dilution devices without manual or other set-up processes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is shown in principle in the drawings and is described in more detail below.

Es zeigen:

  • 1 eine Verdünnungseinrichtung mit einer Bypassleitung und
  • 2 eine Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen.
Show it:
  • 1 a dilution device with a bypass line and
  • 2 a device for diluting aerosols with a plurality of dilution devices.

Eine Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen mit einem veränderbaren Verdünnungsfaktor zum Prüfen in ihrem Durchlassgrad unterschiedlicher Filtereinrichtungen besteht im Wesentlichen aus mehreren Verdünnungseinrichtungen 1.A device for diluting aerosols with a variable dilution factor for testing the degree of permeability of different filter devices essentially consists of several dilution devices 1 .

Die 1 zeigt eine Verdünnungseinrichtung 1 mit einer Bypassleitung 10 in einer prinzipiellen Darstellung.the 1 shows a dilution device 1 with a bypass line 10 in a basic representation.

Die Verdünnungseinrichtung 1 besitzt jeweils einen Einlass 2 und einen Auslass 3 für das Aerosol. Zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 3 sind zur Aufteilung und zum Mischen des Volumenstromes ein Hohlkörper 4 als eine Kapillare und eine Reihenschaltung/Reihenanordnung mit einem Filter 5 und einem ersten Ventil 6 und zur Messung des Drucks der Teilströme des Aerosols eine Druckmesseinrichtung 7 parallel zueinander angeordnet. Weiterhin ist in der Verdünnungseinrichtung 1 eine über wenigstens ein zweites Ventil 8 mit dem Einlass 2 und über wenigstens ein drittes Ventil 9 mit dem Auslass 3 verbundene Bypassleitung 10 angeordnet. Die Druckmesseinrichtung 7 und die Betätigungseinrichtungen des ersten Ventils 6, des zweiten Ventils 8 und des dritten Ventils 9 sind mit einer Steuereinrichtung verbunden. Das zweite Ventil 8 und das dritte Ventil 9 sind dazu insbesondere Dreiwegeventile, so dass die Verdünnungseinrichtung 1 das Aerosol verdünnt oder nicht verdünnt.The dilution device 1 each has an inlet 2 and an outlet 3 for the aerosol. Between the inlet 2 and the outlet 3 are a hollow body for dividing and mixing the volume flow 4th as a capillary and a series connection / series arrangement with a filter 5 and a first valve 6th and a pressure measuring device for measuring the pressure of the partial flows of the aerosol 7th arranged parallel to each other. Furthermore is in the dilution device 1 one via at least one second valve 8th with the inlet 2 and via at least a third valve 9 with the outlet 3 connected bypass line 10 arranged. The pressure measuring device 7th and the actuators of the first valve 6th , the second valve 8th and the third valve 9 are connected to a control device. The second valve 8th and the third valve 9 are especially three-way valves so that the dilution device 1 the aerosol diluted or undiluted.

Die Funktion beruht auf dem Aufteilen des Aerosolstromes und anschließendem Mischen der Teilströme, wobei aus dem einen Teilstrom die Partikel vollständig entfernt werden. Dies geschieht durch den Filter 5. Wird dieser mit Partikeln beladen, kann durch angepasstes Öffnen des ersten Ventils 6 das Teilungsverhältnis der Volumenströme beibehalten werden. Die Anpassung erfolgt mittels der Druckmesseinrichtung 7. Der Druck soll konstant sein. Dieses Teilungsverhältnis bestimmt den Verdünnungsfaktor der Verdünnungseinrichtung 1. Diese Verdünnungseinrichtung 1 ist um die Bypassleitung 10 erweitert. Die Verdünnung wird dadurch überbrückt, was bedeutet, dass der Verdünnungsfaktor den Wert von Eins annimmt oder das Aerosol unverdünnt durchgeleitet wird. Durch Schalten dieser internen Bypassleitung 10 mittels dem zweiten Ventil 8 und dem dritten Ventil 9 kann der Teilstrom, der sonst durch den Filter 5 geleitet wird, nun unbeeinflusst zum Auslass 3 geleitet werden. Damit findet keine Verdünnung statt.The function is based on the division of the aerosol flow and subsequent mixing of the partial flows, with the particles being completely removed from one of the partial flows. This is done through the filter 5 . If this is loaded with particles, it can be opened by adjusting the opening of the first valve 6th the division ratio of the volume flows can be maintained. The adjustment is made by means of the pressure measuring device 7th . The pressure should be constant. This division ratio determines the dilution factor of the dilution device 1 . This dilution device 1 is around the bypass line 10 expanded. This bridges the dilution, which means that the dilution factor assumes the value of one or the aerosol is passed through undiluted. By switching this internal bypass line 10 by means of the second valve 8th and the third valve 9 can be the partial flow that would otherwise pass through the filter 5 is directed, now unaffected to the outlet 3 be directed. This means that there is no dilution.

Die 2 zeigt eine Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen 1 in einer prinzipiellen Darstellung.the 2 shows a device for diluting aerosols with a plurality of dilution devices 1 in a basic representation.

Die Einrichtung ist dazu eine Kaskadierung von Verdünnungseinrichtungen 1, die jeweils mit der Bypassleitung 10 ausgerüstet sind. Beispielsweise sind die Verdünnungseinrichtungen 1a und 1c aktiv, ihr Verdünnungsfaktor ist wirksam. Die Verdünnungseinrichtung 1b ist unwirksam, der Verdünnungsfaktor hat den Wert Eins. Dies geschieht durch das Schalten der internen Bypassleitung 10 der Verdünnungseinrichtung 1b.For this purpose, the device is a cascading of dilution devices 1 each with the bypass line 10 are equipped. For example, the dilution devices 1a and 1c are active, their dilution factor is effective. The dilution device 1b is ineffective, the dilution factor has the value one. This is done by switching the internal bypass line 10 the dilution device 1b.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
VerdünnungseinrichtungDilution device
22
Einlassinlet
33
AuslassOutlet
44th
HohlkörperHollow body
55
Filterfilter
66th
erstes Ventilfirst valve
77th
DruckmesseinrichtungPressure measuring device
88th
zweites Ventilsecond valve
99
drittes Ventilthird valve
1010
BypassleitungBypass line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • DE 102008047404 A1 [0003]DE 102008047404 A1 [0003]

Claims (3)

Einrichtung zum Verdünnen von Aerosolen mit einem veränderbaren Verdünnungsfaktor zum Prüfen in ihrem Durchlassgrad unterschiedlicher Filtereinrichtungen mit mehreren Verdünnungseinrichtungen (1) jeweils mit einem Einlass (2) und einem Auslass (3) für das Aerosol, wobei zwischen dem Einlass (2) und dem Auslass (3) zur Aufteilung und zum Mischen des Volumenstromes ein Hohlkörper (4) und eine Reihenschaltung eines Filters (5) und eines ersten Ventils (6) und zur Messung des Drucks der Teilströme des Aerosols eine Druckmesseinrichtung (7) parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Betätigungseinrichtung des ersten Ventils (6) und die Druckmesseinrichtung (7) mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verdünnungseinrichtungen (1) jeweils eine über wenigstens ein zweites Ventil (8) mit dem Einlass (2) und über wenigstens ein drittes Ventil (9) mit dem Auslass (3) verbundene Bypassleitung (10) angeordnet ist, dass die Verdünnungseinrichtungen (1) in Reihe geschaltet sind und dass die Betätigungseinrichtungen der zweiten Ventile (8) und der dritten Ventile (9) mit der Steuereinrichtung verbunden sind.Device for diluting aerosols with a variable dilution factor for testing the degree of permeability of different filter devices with several dilution devices (1) each with an inlet (2) and an outlet (3) for the aerosol, wherein between the inlet (2) and the outlet ( 3) for dividing and mixing the volume flow, a hollow body (4) and a series connection of a filter (5) and a first valve (6) and for measuring the pressure of the partial flows of the aerosol a pressure measuring device (7) are arranged parallel to one another and where the The actuating device of the first valve (6) and the pressure measuring device (7) are connected to a control device, characterized in that in each of the dilution devices (1) one via at least one second valve (8) to the inlet (2) and via at least a third Valve (9) with the outlet (3) connected bypass line (10) is arranged that the dilution devices (1) are connected in series and that the actuating devices of the second valves (8) and the third valves (9) are connected to the control device. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (8) und das dritte Ventil (9) jeweils ein Dreiwegeventil ist oder zwei Zweiwegeventile sind.Establishment according to Claim 1 , characterized in that the second valve (8) and the third valve (9) are each a three-way valve or are two two-way valves. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Datenverarbeitungssystem ist, welches mit einem Datennetz verbindbar oder verbunden ist.Establishment according to Claim 1 , characterized in that the control device is a data processing system which can be or is connected to a data network.
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