AT514381B1 - Venturiverdünner - Google Patents

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AT514381B1 ATA50232/2013A AT502322013A AT514381B1 AT 514381 B1 AT514381 B1 AT 514381B1 AT 502322013 A AT502322013 A AT 502322013A AT 514381 B1 AT514381 B1 AT 514381B1
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Abstract

Um das Verdünnungsverhältnis eines Venturiverdünners einfach einstellen zu können und den Venturiverdünner einfach reinigen zu können, ist ein Gehäuse (2) vorgesehen, in das in einer Ausnehmung (6) ein Druckluftdüsenkörper (5) und ein Austrittsdüsenkörper (7) axial beabstandet eingesetzt sind, sodass sich in der Ausnehmung (6) zwischen Druckluftdüsenkörper (5) und Austrittsdüsenkörper (7) eine Mischkammer (8) ausbildet und der Druckluftdüsenkörper (5) und/oder der Austrittsdüsenkörper (7) austauschbar eingesetzt sind, wobei am der Mischkammer (8) zugewandten axialen Ende des Druckluftdüsenkörper (5) eine Druckluftdüsenausnehmung (9) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet und die mit einer Druckluftleitung (3) im Gehäuse (2) verbunden ist, und wobei am der Mischkammer (8) zugewandten axialen Ende des Austrittsdüsenkörpers (7) eine Austrittsdüsenausnehmung (10) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet und die in eine aufgeweitete Austrittskammer (11) übergeht und am Gehäuse (2) eine Aerosolleitung (4) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet.

Description

Beschreibung
VENTURIVERDÜNNER
[0001] Die gegenständliche Anmeldung betrifft einen Venturiverdünner und die Verwendung des Venturiverdünners in einem Partikelgenerator zur Erzeugung eines Aerosols.
[0002] Um partikelgeladenes Gas (Aerosol) zu verdünnen, z.B. mit sauberer Luft, kommen unter Anderem sogenannte Venturiverdünner zum Einsatz, die nach dem Ejektorprinzip arbeiten. Dabei wird partikelfreie Luft durch einen konzentrisch um eine Aerosoleinlassdüse (in Form einer Venturidüse) herum angeordneten Ringspalt geleitet und erzeugt dort einen Unterdrück, der proportional dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt ist. Dieser Unterdrück saugt durch die Aerosoleinlassdüse einen Aerosolvolumenstrom an, der im engsten Düsenquerschnitt die gleiche Geschwindigkeit wie der Reinluftstrom aufweist. Man spricht daher auch von einer Venturipumpe. Das Verhältnis der beiden Volumenströme, und damit der Verdünnungsgrad, hängt von den freien Querschnitten des Ringspalts und der Aerosoleinlassdüse ab und kann eingestellt werden. Der Strömungsquerschnitt erweitert sich im Anschluss an die Düsenanordnung zu einer Mischkammer, in der sich die beiden Luftströme vermischen. Aus der Mischkammer kann dann das benötigte verdünnte Aerosol entnommen werden. Bei solchen Venturiverdünnern zur Verdünnung von Aerosolen verschmutzt der Querschnitt des Ringspalt bzw. der Durchmesser der Einlassdüse im Betrieb rasch, insbesondere bei Verbrennungsgasen mit Anteilen an Verbrennungsruß, und lassen sich nur schwer bis gar nicht reinigen. Durch die Verschmutzung und die damit einhergehende Querschnittsänderung ändert sich der Verdünnungsgrad aber stark und unkontrolliert, wodurch der Venturiverdünner mit der Zeit unbrauchbar wird. Außerdem kann das Verdünnungsverhältnis nicht eingestellt werden, sondern ist durch den Ringspalt und den Durchmesser der Einlassdüse vorgegeben. Allenfalls können mehrere solche Venturiverdünner kaskadiert werden, um höhere Verdünnungsfaktoren zu erzielen.
[0003] Um die Problematik einer bleibenden Verschmutzung beziehungsweise drohender Verstopfung zu umgehen, zeigt die US 7,784,99 B1 eine Ejektoranordnung mit mehrteiligem Aufbau. In einem gemeinsamen Gehäuse ist strömungsaufwärts eine Einlassdüse vorgesehen. Über deren Einlassdüsenende wird ein erstes Medium axial, also in Strömungsrichtung, durch die Einlassdüse zugeführt. Axial beanstandet von der Einlassdüse ist strömungsabwärts eine Auslassdüse angeordnet. Zwischen den beiden Düsen wird, innerhalb des gemeinsamen Gehäuses, ein Raum ausgebildet, welcher als Mischkammer dient. Die Einlassdüse ist in Bezug auf die Zufuhrleitung entsprechend zurückgesetzt, wodurch verhindert wird, dass sich auf der Außenseite der Einlassdüse Ablagerungen und Verschmutzungen bilden. Des Weiteren sorgt eine optimierte Strömung dafür, dass sich keine Ablagerungen innerhalb der Ejektoranordnung bilden.
[0004] Nachteilig ist dabei zu sehen, dass ein Austausch der Einlassdüse zur Einstellung eines anderen Verdünnungsverhältnisses, beziehungsweise die einfache Reinigung, nicht vorgesehen ist.
[0005] Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung einen einfach zu reinigenden Venturiverdünner mit einfach, genau und verlässlich einstellbarem Verdünnungsverhältnis anzugeben.
[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Venturiverdünner mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass zumindest der Druckluftdüsenkörper oder der Austrittsdüsenkörper austauschbar ist, kann einerseits das Verdünnungsverhältnis durch Verwenden von Düsenkörpern mit unterschiedlichen Strömungs-Querschnittflächen sehr einfach und genau eingestellt werden und andererseits wird der Teil des Venturiverdünners, der unter Partikelablagerungen und Verschmutzung leidet, sehr leicht von außen zur Reinigung zugänglich. Durch die einfache Reinigung kann eine unkontrollierte Änderung des Verdünnungsverhältnisses durch Partikelablagerungen im Venturiverdünner unterbunden werden, was das eingestellte Verdünnungsver- hältnis auch sehr verlässlich macht.
[0007] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt [0008] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Venturiverdünner und [0009] Fig. 2 die Verwendung des Venturiverdünners in einem Partikelgenerator.
[0010] Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Venturiverdünner 1 besteht aus einem Gehäuse 2, in dem eine Druckluftleitung 3 und eine Aerosolleitung 4 vorgesehen ist. Im Gehäuse 2 ist in einer entsprechenden Ausnehmung 6 ein Druckluftdüsenkörper 5 eingesetzt, bevorzugt eingeschraubt. Weiters ist im Gehäuse 2 in der Ausnehmung 6 ein Austrittsdüsenkörper 7 eingesetzt, bevorzugt eingeschraubt. Der Druckluftdüsenkörper 5 und der Austrittsdüsenkörper 7 sind in der Ausnehmung 6 axial beabstandet angeordnet, sodass dazwischen eine Mischkammer 8 ausgebildet wird.
[0011] Am der Mischkammer 8 zugewandten axialen Ende des Druckluftdüsenkörpers 5 ist eine Druckluftdüsenausnehmung 9 vorgesehen, die in die Mischkammer 8 mündet und die mit der Druckluftleitung 3 verbunden ist. Die Druckluftdüsenausnehmung 9 ist bevorzugt als axiale Bohrung ausgeführt und weist einen Durchmesser A bzw. eine Querschnittfläche Aa auf. Der Druckluftdüsenkörper 5 ist im Bereich der Mischkammer 8 außen konisch ausgeführt, wobei der Konuswinkel α bevorzugt im Bereich von 7° liegt.
[0012] Im Austrittsdüsenkörper 7 ist am der Mischkammer 8 zugewandten axialen Ende eine Austrittdüsenausnehmung 10 vorgesehen, die mit der Mischkammer 8 verbunden ist und die in einen am anderen axialen Ende angeordneten Austrittskammer 11 verbunden ist. Die Austrittdüsenausnehmung 10 ist bevorzugt als axiale Bohrung ausgeführt und weist einen Durchmesser B bzw. eine Querschnittfläche AB auf. Das der Mischkammer 8 zugewandte axiale Ende des Austrittsdüsenkörpers 7 ist in Form eines Innenkonus ausgeführt, wobei der Konuswinkel ß bevorzugt im Bereich von 30° bis 50°, typischerweise bei 45° liegt. Die Austrittskammer 11 ist gegenüber der Austrittdüsenausnehmung 10 aufgeweitet, also mit einem Querschnitt größer als der Querschnitt AB ausgeführt. Der Übergang von Austrittdüsenausnehmung 10 zur Austrittskammer 11 ist vorzugsweise konisch ausgeführt, wobei der Konuswinkel γ bevorzugt im Bereich von 50° bis 70°, typischerweise bei 60° liegt.
[0013] Die Aerosolleitung 4 mündet bevorzugt im Bereich des Außenkonus des Druckluftdüsenkörpers 5 in die Mischkammer 8, sodass das zugeführte Aerosol am Konus umgelenkt wird. Die angegebenen Konuswinkel α, ß, γ sorgen für besonders günstige Strömungsverhältnisse im Venturiverdünner 1. An der Austrittskammer 11 kann eine Leitung angeschlossen werden, um verdünnte Aerosol aus dem Venturiverdünner 1 abzuführen.
[0014] Die Druckluftdüsenausnehmung 9 und die Austrittdüsenausnehmung 10 sind bevorzugt fluchtend angeordnet. Der Querschnitt AB der Austrittdüsenausnehmung 10 ist größer als der Querschnitt Aa der Druckluftdüsenausnehmung 9.
[0015] Über die Druckluftleitung 3 wird Druckluft mit Überdruck zugeführt. Die Druckluft strömt durch die Druckluftdüsenausnehmung 9 in die Mischkammer 8 und von dort weiter in die Austrittdüsenausnehmung 10. Durch die Querschnittsänderung entsteht im Bereich der Austrittdüsenausnehmung 10 ein Unterdrück, der Aerosol in Mischkammer 8 ansaugt. Das angesaugt Aerosol wird durch den Druckluftstrom mitgerissen und mit der Druckluft vermischt bzw. durch die Druckluft verdünnt. Der Unterdrück und damit das Verdünnungsverhältnis wird dabei durch das Verhältnis der Durchmesser A zu B bestimmt, bzw. allgemein durch das Verhältnis der Querschnittsflächen Aa zu AB. Wird der Durchmesser B mit 3mm angenommen, ergeben sich bei Durchmessern A von 1 mm, 1,5mm und 2mm z.B. Verdünnungsverhältnisse von 1:8, 1:5 und 1:3. Somit ist das Verdünnungsverhältnis einfach durch Austauschen des Druckluftdüsenkörpers 5 und/oder des Austrittsdüsenkörpers 7 oder durch Verändern der Durchmesser A und/oder B bzw. der Querschnittsflächen Aa und/oder AB einstellbar. Z.B. könnten Hülsen mit unterschiedlichen Innendurchmessern in den Druckluftdüsenkörper 5 und/oder den Austrittsdüsenkörper 7 eingesetzt werden, um den Durchmesser A und/oder B bzw. die Querschnittsflächen A a und/oder AB zu ändern.
[0016] Durch die Austauschbarkeit von Druckluftdüsenkörper 5 und Austrittsdüsenkörper 7 lässt sich der Venturiverdünner 1 aber auch einfach reinigen.
[0017] In Fig.2 ist die beispielhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Venturiverdünners 1 in einem Partikelgenerator 20 schematisch dargestellt. Dabei wird in einem Brenner 21 ein Aerosol erzeugt. Solche Brenner 21 sind hinlänglich bekannt und kommerziell erhältlich, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird. An den Brenner 21 ist stromabwärts ein sogenannter Volatile Particle Remover (VPR) 22 angeschlossen, dem das im Brenner 21 erzeugte Aerosol über eine Aerosolleitung 24 zugeführt wird.
[0018] Zwischen Brenner 21 und VPR 22 kann eine erste Ausgangsleitung 25 angeschlossen sein, über die unverdünntes Aerosol vom Brenner 21 nach außen geführt und zur weiteren externen Verwendung, z.B. für eine Kalibrierung eines Partikelmessgeräts, zugänglich gemacht wird.
[0019] Volatile Particle Remover (VPR) 22 sind ebenfalls hinlänglich bekannte Vorrichtungen zur Verdünnung von Aerosolen. Der hier dargestellte VPR 22 umfasst eine eingangsseitige heiße Verdünnungsstufe 26, ein Verdampfer (Evaporation Tube) 27 und eine ausgangsseitige kalte Verdünnungsstufe 28. in der heißen Verdünnungsstufe 26, z.B. ausgeführt als Dilution Tunnel oder als Rotationsverdünner wie in der EP 2 025 979 A1 beschrieben, wird das vom Brenner 21 kommende Aerosol mit gefilterter, vorzugsweise erwärmter, Luft, die über eine Leitung 29 zugeführt wird, verdünnt. In der Evaporation Tube 27 werden flüchtige Bestandteile im Aerosol entfernt. Dazu können die erste Verdünnungsstufe 26 und die Evaporation Tube 27 auch in einer erwärmten Kammer 30 angeordnet sein. An die Evaporation Tube 27 schließt stromabwärts eine kalte Verdünnungsstufe 28 an, die z.B. in Form eines erfindungsgemäßen Venturiverdünners 1 ausgeführt ist. Anstelle des erfindungsgemäßen Venturiverdünners 1 könnte auch jeder andere Venturiverdünner oder jeder andere geeignete Verdünner eingesetzt werden. Ein Beispiel eines VPR 22 ist auch in der EP 2 264 423 A2 beschrieben. An den VPR 22 ist stromabwärts und verbunden durch die Aerosolleitung 24 eine Ausgangsverdünnungsstufe 23 angeordnet.
[0020] Zwischen VPR 22 und Ausgangsverdünnungsstufe 23 kann eine zweite Ausgangsleitung 31 angeschlossen sein, über die verdünntes Aerosol vom VPR 22 nach außen geführt und zur weiteren externen Verwendung, z.B. für eine Kalibrierung eines Partikelmessgeräts, zugänglich gemacht wird.
[0021] Die Ausgangsverdünnungsstufe 23 ist hier als Verdünnungsbrücke 34 ausgeführt, bei der der Aerosolstrom in zwei parallele Teilströme aufgeteilt wird, wobei ein erster Teilstrom über einen HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Airfilter) 32 geführt wird, in dem eine weitere Verdünnung des Aerosols erfolgt. Im anderen zweiten Teilstrom ist ein regelbares Ventil 33 angeordnet, mit dem der Volumenstrom über den ersten Teilstrom, und damit der Verdünnungsgrad, eingestellt werden kann. Die beiden Teilströme werden nach dem HEPA Filter 32 und dem Ventil 33 wieder zusammengeführt. Im Anschluss an die Verdünnungsbrücke 34 kann noch eine weitere Verdünnungsstufe, z.B. in Form eines weiteren erfindungsgemäßen Venturiverdünners 1, angeordnet sein. Anstelle des erfindungsgemäßen Venturiverdünners 1 könnte auch jeder andere Venturiverdünner oder jeder andere geeignete Verdünner eingesetzt werden.
[0022] Der Ausgangs aus der Ausgangsverdünnungsstufe 23 wird als dritte Ausgangsleitung 36 des Partikelgenerators 20 nach außen geführt und zur weiteren externen Verwendung, z.B. für eine Kalibrierung eines Partikelmessgeräts, zugänglich gemacht.
[0023] Der oben beschriebene Partikelgenerator 20 weist damit drei Ausgänge auf, an denen Aerosol mit unterschiedlichen Partikelkonzentrationen und unterschiedlichen Partikelgrößen entnommen werden kann. Z.B. Aerosol mit Partikeln in der Größe von 10-120nm und einer Konzentration von bis zu 5 x 107 Partikel/cm3 an der ersten Ausgangsleitung 25 nach dem
Brenner 21, Aerosol mit Partikeln in der Größe von 5-100nm und einer Konzentration von bis zu 1 x 107 Partikel/cm3 an der zweiten Ausgangsleitung 31 nach dem VPR 22 und Aerosol mit Partikeln in der Größe von 5-100nm und einer Konzentration von bis zu 1 x 106 Partikel/cm3 an der dritten Ausgangsleitung 36 nach der Ausgangsverdünnungsstufe 23.

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Venturiverdünner mit einem Gehäuse (2), in das in einer Ausnehmung (6) ein Druckluftdüsenkörper (5) und ein Austrittsdüsenkörper (7) axial beabstandet eingesetzt sind, sodass sich in der Ausnehmung (6) zwischen Druckluftdüsenkörper (5) und Austrittsdüsenkörper (7) eine Mischkammer (8) ausbildet und der Druckluftdüsenkörper (5) und/oder der Austrittsdüsenkörper (7) austauschbar eingesetzt sind, wobei am der Mischkammer (8) zugewandten axialen Ende des Druckluftdüsenkörper (5) eine Druckluftdüsenausnehmung (9) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet und die mit einer Druckluftleitung (3) im Gehäuse (2) verbunden ist, und wobei am der Mischkammer (8) zugewandten axialen Ende des Austrittsdüsenkörpers (7) eine Austrittsdüsenausnehmung (10) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet und die in eine aufgeweitete Austrittskammer (11) übergeht und am Gehäuse (2) eine Aerosolleitung (4) vorgesehen ist, die in die Mischkammer (8) mündet.
  2. 2. Verwendung des Venturiverdünners nach Anspruch 1 in einem Partikelgenerator (20) zur Erzeugung eines Aerosols. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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