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Die Erfindung betrifft ein Zusatzgerät, welches insbesondere für eine Messsonde zur Bestimmung der Größe von bewegten Partikeln in Partikelströmungen bzw. Stoffstromprozessen Anwendung findet, wobei diese Messsonde aus einem rohrförmigen Messsondenkörper besteht, der im Bereich seines vorderen, im Messraum befindlichen Endes einen einseitig offenen, parallelwandigen Durchbruch für die Aufnahme einer optischen Messstelle mit zwei Messfenstern aufweist. Die Messstelle weist eine in einer Durchbruchwand angeordneten Beleuchtungseinrichtung und eine im Strahlengang in der gegenüber befindlichen Durchbruchwand vorgesehenen Lichtempfangsanordnung auf, die mit einer optoelektronischen Wandleranordnung in Verbindung steht. Dabei wird die Partikelströmung zwischen Beleuchtungseinrichtung und Lichtempfangsanordnung geleitet.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Verbesserung eines dispergierenden Zusatzgerätes, das u. a. in Messsonden für die berührungslose Ermittlung der Größe von Partikeln, d. h. von festen, flüssigen und/oder gasförmigen Teilchen, die sich in strömenden Flüssigkeiten oder Gasen befinden oder die sich in einem transparenten Medium bzw. im Vakuum selbst bewegen, einsetzbar ist.
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Gemäß der Druckschrift
DE 101 11 833 C1 ist bereits die Verwendung eines Zusatzgerätes bekannt, mit welchem Abhilfe gegen Koinzidenzen bei der Partikelgrößenbestimmung mit den bekannten Messsonden in hochbeladenen Partikelströmungen aufgezeigt werden. Die Dispergier-Vorrichtung enthält u. a. einen Ringspalt aufweisenden Injektor, der unter Wirkung eines Treibgases einen Feststoffteilchen-Massenstrom ansaugt, beschleunigt und dispergiert. Eine Verdünnung des Partikelstromes ist dabei nicht vorgesehen. Weiterhin kann es vorkommen, dass die Düse bei größeren Partikeln verstopft wird.
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Gemäß
DE 196 28 348 C1 und
DE 298 04 156 U1 ist ebenfalls die Verwendung einer Messsonde bekannt. Sie besteht aus einem rohrförmigen Messsondenkörper, der in ein Partikeln führendes Medium eingebracht werden kann. Am Ende des Messsondenkörpers befindet sich ein parallelwandiger Durchbruch, der einseitig offen ist, und dem eine optische Messstelle zugeordnet ist. Diese weist zwei im Durchbruch gegenüber befindliche Messfenster auf, wobei ein Messfenster eine Beleuchtungseinrichtung und das andere Messfenster als Lichtempfangsanordnung eine Ortsfrequenzfilteranordnung mit einem zusätzlichen lichtwellen-leitenden Element schützt. Diese Ortsfrequenzfilteranordnung ist ausgangsseitig auf eine optoelektronische Wandleranordnung geführt, so dass beim Passieren von Partikeln durch den Lichtstrahl der Beleuchtungseinrichtung beleuchtete Messvolumen im Durchbruch des Messsondenkörpers einerseits ein wechselspannungsartiges Ausgangssignal zur Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit und andererseits ein Impulssignal zur Bestimmung der Partikelgröße ausgewertet werden kann.
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In der Druckschrift
DE 34 07 871 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines massenstrom- oder volumenstromkonstanten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahl bestimmter Geschwindigkeit beschrieben, es ist lediglich eine Düse vorhanden, in welcher das Gas-Feststoffteilchen-Gemisch vor der Abgabe aus dem Strömungskanal mehrfach gegen eine zickzackförmige Prallfläche gelenkt wird.
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Aus
EP 0 670 484 A1 ist eine Vorrichtung zur Dispersion von Partikeln in einem Gas bekannt, die Mittel zum mechanischen Rütteln aufweist, wodurch die Düse frei von Patrikelansammlungen bleiben soll.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 002 058 A1 ist ein Generator zur Erzeugung eines Aerosols bekannt. Die Feststoffpartikel werden mittels eines Schneckenförderers in einen Dosierkörper mit Flächenelementen gefüllt, wobei über den Dosierkörper eine definierte Menge an Feststoffpartikeln für das Aerosol aufgebracht wird. Durch den Dosierkörper erfolgt ein permanenter Transport der Feststoffpartikel zu einer Dispergierdüse zur Erzeugung des Aerosols. Auch in dieser Druckschrift findet nur eine Düse Verwendung.
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In einigen Anwendungsgebieten ist eine erhöhte Dispergierwirkung gefordert, die mit den vorgenannten Lösungen, die nur eine Düse aufweisen, nicht realisiert werden kann. Weiterhin haben die bekannten Lösungen gezeigt, dass insbesondere in hoch beladenen Partikelströmungen bzw. in turbulenten Partikelprozessen (z. B. in Wirbelschichten) durch die relativ hohe Partikeldichte bedingte Koinzidenzen im Messvolumen im Bereich des Strahlengangs auftreten, so dass exakte Ausgangssignale nicht mehr bestimmbar sind. Damit sind unerwünschte Messfehler bei der Partikelgrößenbestimmung zu verzeichnen. Der Einsatzbereich der bekannten Messsonden ist deshalb auf geringe Partikelkonzentrationen beschränkt; eine praktikable Prozessunabhängigkeit der Messsonden für die Partikelgrößenmessung ist nicht gegeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zusatzgerät z. B. für eine Messsonde zur Partikelgrößenbestimmung der genannten Art zu entwickeln und die Messsonde damit so zu ergänzen und zu verbessern, dass deren Einsatz auch in hochbeladenen Partikelströmungen bzw. in turbulenten Partikelprozessen bei Vermeidung von Messfehlern verursachenden Koinzidenzen möglich ist und damit eine in-line-Partikelgrößenmessung sowohl bei schmalen als auch bei breiten Partikelgrößenverteilungen (Messbereichserweiterung), innerhalb eines wesentlich erweiterten Partikelkonzentrationsbereichs gestattet, ohne dass größere Agglomerate und/oder feuchte Partikel durch längerfristige Verstopfungen zu Messunterbrechungen bzw. durch Partikelabrasionen zu stark verminderter Standzeit der Messsonde führen (Standzeitverbesserung).
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße dispergierernde Zusatzgerät, welches insbesondere für die Prozessanpassung in einem Messgerät, vorzugsweise einer rohrförmigen Messsonde, welche zur in-line-Bestimmung der Größe von bewegten Partikeln in Partikelströmungen dient, Anwendung findet, wobei im Inneren eines Partikelführungskanals dicht strömende Partikel des Partikelteilstromes unter Verwendung eines Dispergiermediums nach dem Injektorprinzip über eine Ringdüse A vereinzelt und dem Messvolumen des Messgerätes zugeführt werden, ist mit dem Messgerät und mit einer Quelle des Dispergiermediums verbunden und weist im Bereich des Partikeleinlasses des Partikelführungskanals mindestens eine weitere Düse B auf. Durch diese weitere Düse B wird die Verdünnung des Partikelteilstromes und bedarfsweise die Vermeidung oder Beseitigung von Verstopfungen durch sehr große Partikel und Agglomerate gewährleistet, wodurch eine lange Lebensdauer und eine störungsfreie Arbeitsweise des Messgerätes gesichert ist.
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Die weitere Düse B ist bevorzugt als ringspaltförmige Düse oder in Form von mehreren ringförmig angeordneten Schlitz- und/oder Lochdüsen ausgebildet.
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In vorteilhafter Weise erzeugt die weitere Düse B einerseits einen konstanten Verdünnungsstrom des Dispergiermediums, der auf den Arbeitsbereich des dispergierenden Zusatzgerätes abgestimmt ist und welcher der Partikelteilströmung im Partikelführungskanal zugeführt wird. Andererseits können durch eine impulsartige Strömungszunahme (Durchflusserhöhung) der weiteren Düse B, die zumindest teilweise entgegen des Partikelstromes gerichtet ist, Verstopfungen durch große und/oder feuchte Partikel bzw. Agglomerate im Partikelführungskanal verhindert oder beseitigt werden.
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Es ist weiterhin möglich, im Innern des Partikelführungskanals mindestens eine weitere Ringdüse C zur Erhöhung der Dispergierwirkung anzuordnen.
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Der Partikelführungskanals weist einen insbesondere kreisförmigen Innenquerschnitt und einen Partikeleinlass mit einem insbesondere kreisförmigen Querschnitt auf, wobei in vorteilhafter Weise zur Vermeidung von Verstopfungen der Querschnitt des Partikeleinlasses kleiner ist als der kreisförmige Innenquerschnitt des Partikelführungskanals.
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Weiterhin kann das dispergierende Zusatzgerät durch eine elastische, mit einem Druckluftimpuls aufblasbare Ummantelung eingehüllt sein, die im Bereich des Partikeleinlasses ein Loch zur Abströmung des Druckluftimpulses aufweist, wodurch Verkrustungen und/oder Verstopfungen durch feuchte/klebrige Partikelwandbeläge auf den Außenflächen im Bereich des Partikeleinlasses des Zusatzgerätes vermieden und/oder beseitigt werden können, da diese beim Aufblasen der Ummantelung von dieser einfach abgesprengt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Partikeleinlassbereich kegelförmig mit wenigstens einer Partikeleinlassöffnung ausgebildet sein, wodurch zur weiteren Erhöhung der Dispergierwirkung eine Partikelstromteilung realisiert werden kann.
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In vorteilhafter Weise ist das dispergierende Zusatzgerät mit einer abrasionsbeständigen Beschichtung versehen und dazu an seinen Außenflächen hartverchromt, kolsterisiert oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht versehen. Alternativ kann es mit einem abrasionsbeständigen Mantel umhaust sein, der ebenfalls hartverchromt, kolsterisiert oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht versehen ist und/oder einem elastischen Werkstoff beschichtet sein kann.
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Mittels eines zusätzlichen Blasröhrchens welches quer zum Partikelstrom im Bereich des Partikeleinlasses wirkende Druckluftimpulse erzeugt, kann der Partikeleinlass des Zusatzgerätes von Verstopfungen freigehalten werden.
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Das dispergierende Zusatzgerät und dessen Zuleitungen für das Dispergiermedium zu den Düsen A, B, C sind vorzugsweise in ein Überrohr integriert und mit dem Messgerät verbunden, wobei das Überrohr ebenfalls eine abrasionsbeständige Beschichtung aufweisen kann. Dazu kann zumindest die Außenfläche des Überrohres hartverchromt, kolsterisiert oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht versehen sein.
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Durch dieses mit der Messsonde kombinierte Zusatzgerät ist die Messanordnung auch in hoch beladenen und besonders dichten Partikelströmungen bzw. in turbulenten Partikelprozessen (z. B. in Wirbelschichten) einsetzbar, ohne dass durch die hohe Partikeldichte bedingte Koinzidenzen im Messvolumen zu befürchten sind. Die Partikel werden aus der Strömung bzw. dem Prozess durch Ansaugen gesammelt, durch das unter Druck stehende Dispergiermedium vereinzelt bzw. im Medium verdünnt und gerichtet durch das Messvolumen geführt, so dass unerwünschte Messfehler bei der Partikelgrößenbestimmung vermieden werden können. Damit ist praktisch eine Prozessunabhängigkeit der Messeinrichtung zur inline-Partikelgrößenmessung innerhalb eines wesentlich erweiterten Partikelkonzentrationsbereiches des Partikelstromes realisierbar. Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine kompakte, geschlossene Bauweise und entsprechend einfache Handhabung der Messeinrichtung; sie ist einfach und kostengünstig entsprechend der konkreten Messaufgaben nachrüst- und erweiterbar.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht das Zusatzgerät aus einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse, in dessen Anströmbereich sich ein das Zusatzgerät mittig durchdringender Partikelführungskanal öffnet, welcher im Inneren des Zusatzgerätes quer zum Durchbruch verläuft und in der Anströmung abgewandten Seite des Gehäuses mündet, wobei der Partikelführungskanal stromauf vor dem Durchbruch mit Düsen A, B, C versehen ist, welche mit der Quelle des Dispergiermediums verbunden sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse zylinderförmig mit einem stirnseitig angeordneten Anströmkegel gestaltet, dessen Längsachse rechtwinklig zur Längsachse des rohrförmigen Messsondenkörpers und etwa parallel zur Strömungsrichtung der Partikelströmung verläuft. Vorteilhaft sind dabei die Dispergierdüsen A, C als kreisringförmige, konzentrisch zum Partikelführungskanal angeordnete Dispergierdüsen ausgestaltet.
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Das dispergierende Zusatzgerät weist im Partikeleinlassbereich des Partikelführungskanals eine weitere Düse B zur Verdünnung des Partikelstromes und zur Vermeidung von Verstopfungen durch sehr große Partikel/Agglomerate auf. Weiterhin ist es im Hinblick auf eine kompakte Ausführung zweckmäßig, dass die Quelle des Dispergiermediums außerhalb des rohrförmigen Messsondenkörpers angeordnet ist und im Inneren des rohrförmigen Messsondenkörpers mit den Düsen A, B, C in Verbindung steht.
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Zwecks einsatzbedingter Drosselung des Dispergiermediums sind die Düsen A, B, C über Stellventile verbunden.
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Zweckmäßigerweise erzeugt die Quelle des Dispergiermediums einen geeigneten Überdruck. Zweckmäßig ist es weiterhin, dass das Dispergiermedium aus einem Druckgas oder aus einer Druckflüssigkeit besteht. Besonders einfach und effektiv ist die Anwendung von Druckluft als Dispergiermedium.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
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1 eine Messsonde mit einem dispergierenden Zusatzgerät und Zuleitungen,
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2 ein Zusatzgerät mit aufblasbarer Ummantelung,
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3 ein Zusatzgerät mit kegelförmigem Partikeleinlassbereich,
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4 ein Zusatzgerät mit Ummantelung,
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5 ein Zusatzgerät mit zusätzlichem Blasröhrchen,
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6 in ein Überrohr integriertes Zusatzgerät und Leitungen.
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Gemäß 1 bis 5 ist das Zusatzgerät 1 mit einer Messsonde 2 verbunden, welche im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und zur Aufnahme einer hier nicht dargestellten Lichtquelle, von elektronischen und elektrischen Bauteilen sowie von einer Quelle eines Dispergiermediums (ebenfalls nicht dargestellt) dient und mit welcher eine in-line-Bestimmung der Größe von bewegten Partikeln in Partikelströmungen (3) erfolgt. Eine relativ hochbeladene Partikelströmung 3 gelangt dazu mit einem Teilstrom 3.1 in einen Partikelführungskanal 4 des Zusatzgerätes 1 und von dort in einen parallelwandigen Durchbruch der Messsonde 2 mit welcher die Größe der bewegten Partikeln bestimmt werden soll.
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Ein nicht bezeichneter Durchbruch der Messsonde 2 dient der Aufnahme einer optischen hier nicht dargestellten Messstelle.
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Im Bereich des Durchbruchs der Messsonde 2 ist das Zusatzgerät 1 bevorzugt lösbar befestigt. Dieses Zusatzgerät 1 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist in Richtung zur Partikelströmung 3 einen sich verjüngenden, hier kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Verlauf (Anströmkegel) auf. Durch das Zusatzgerät 1 führt in dessen Längsrichtung und zentrisch ein Partikelführungskanal 4.
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Das Zusatzgerät 1 dient dem Verdünnen der der optischen Messstelle zugeleiteten (an sich relativ hoch beladenen) Partikelströmung 3. Dabei wird in dem Durchbruch der Messsonde 2 das der Messung zugrundeliegende Messvolumen 5 zur Verfügung gestellt.
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Im Inneren des Partikelführungskanals 4 werden die dicht strömenden Partikel des Partikelteilstromes 3.1 unter Verwendung eines Dispergiermediums nach dem Injektorprinzip über eine Ringdüse 6 vereinzelt und dem Messvolumen 5 der Messsonde 2 zugeführt. Das Zusatzgerät 1 ist dazu mit der Messsonde 2 und über Zuleitungen 16, 17, 18 mit einer nicht dargestellten Quelle des Dispergiermediums verbunden. Im Bereich des Partikeleinlasses 4.1 des Partikelführungskanals 4 weist das Zusatzgerät 1 eine weitere Düse 7 auf. Diese gewährleistet die Verdünnung des Partikelteilstromes 3.1 und bedarfsweise die Vermeidung oder Beseitigung von Verstopfungen durch sehr große Partikel und Agglomerate. Die Düse 7 ist als ringspaltförmige Düse ausgebildet.
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Die Düse 7 gewährleistet einerseits einen konstanten Verdünnungsstrom des Dispergiermediums, der auf den Arbeitsbereich des dispergierenden Zusatzgerätes 1 abgestimmt ist und der die Partikelteilströmung 3.1 im Partikelführungskanal 4 dem Messvolumen 5 zuführt und andererseits durch impulsartige Strömungszunahme (Durchflusserhöhung), die zumindest teilweise entgegen des Partikelstromes gerichtet ist, Verstopfungen durch große und/oder feuchte Partikel bzw. Agglomerate im Partikelführungskanal 4 verhindert oder beseitigt.
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Zwischen der ersten Ringdüse 6 und der Düse 7 ist im Inneren des Partikelführungskanals 4 eine weitere zweite Ringdüse 8 zur Erhöhung der Dispergierwirkung angeordnet.
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Der Partikelführungskanal 4 besitzt hier einen kreisförmigen Innenquerschnitt und einen Partikeleinlass 4.1 mit einem ebenfalls kreisförmigen Querschnitt. Zur Vermeidung von Verstopfungen des Querschnitts des Partikeleinlasses 4.1 ist der Querschnitt des Partikeleinlasses 4.1 kleiner als der kreisförmige Innenquerschnitt des Partikelführungskanals 4.
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Gemäß 2 weist das Zusatzgerät 1 an seinem von der Messsonde 2 abgewandten Ende eine mit einem Druckluftimpuls aufblasbare elastische Ummantelung 9 auf, die im Bereich des Partikeleinlasses 4.1 ein Loch 10 zur Abströmung des Druckluftimpulses aufweist. In regelmäßigen zeitlichen Abständen oder nach Bedarf wird die elastische Ummantelung 8 durch einen Druckluftimpuls aufgeweitet, so dass daran haftende Verkrustungen oder Verstopfungen durch feuchte/klebrige Partikelwandbeläge abgesprengt werden bzw. abplatzen.
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In 3 und 5 ist eine weitere Variante des Zusatzgerätes 1 dargestellt, wobei der Partikeleinlassbereich 4.1 kegelförmig mit wenigstens einer quer zum Partikelführungskanal 4 quer verlaufenden Partikeleinlassöffnung 4.2 ausgebildet ist, wodurch eine weitere Erhöhung der Dispergierwirkung mittels Partikelstromteilung realisiert wird.
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In vorteilhafter Weise besitzt das Zusatzgerät eine abrasionsbeständige Beschichtung (nicht dargestellt) und kann dazu an seinen Außenflächen hartverchromt, kolsterisiert oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht versehen sein. Nach 4 ist es möglich, das Zusatzgerät 1 mit einem zusätzlichen wechselbaren Mantel 11 zu versehen, der aus einem hartverchromten oder kolsterisierten Material besteht oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht und/oder einem elastischen Werkstoff umhüllt ist. Über dem Partikeleinlassbereich 4.1 besitzt der Mantel 11 eine Durchgangsbohrung 11.1.
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Nach 5 ist es möglich, insbesondere bei dem dort realisierten kegelförmigen Partikeleinlassbereich 4.1 mit einer quer zum Partikelführungskanal 4 verlaufenden Partikeleinlassöffnung 4.2, mittels eines zusätzlichen Blasröhrchens 12 mit quer zum Partikelstrom 3 im Bereich des Partikeleinlasses 4.1 wirkenden Druckluftimpulsen den Partikeleinlass (4.1 oder 4.2) von Verstopfungen freizuhalten.
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Aus 6 ist ersichtlich, dass das dispergierende Zusatzgerät 1 und die Zuleitungen 16, 17, 18 für das Dispergiermedium 19 für die Düsen 6, 7, 8 in ein Überrohr 13 integriert sein können. Auch das Überrohr 13 kann eine abrasionsbeständige Beschichtung aufweisen und dazu hartverchromt, kolsterisiert oder mit einer hydrophobierenden Hartstoffschicht versehen sein. Das Überrohr 13 ist über einen Flansch 15 mit einer Behälterwand 14 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dispergiererndes Zusatzgerät
- 2
- Messsonde
- 3
- Partikelströmungen
- 3.1
- Partikelteilstrom
- 4
- Partikelführungskanal
- 4.1
- Partikeleinlass
- 4.2
- Partikeleinlassöffnung
- 5
- Messvolumen
- 6
- Ringdüse A
- 7
- Düse B
- 8
- Ringdüse C
- 9
- elastische, aufblasbare Ummantelung
- 10
- Loch
- 11
- wechselbarer Mantel
- 11.1
- Durchgangsbohrung
- 12
- Blasröhrchen
- 13
- Überrohr
- 14
- Behälterwand
- 15
- Flansch
- 16
- Druckluftzuleitung A
- 17
- Druckluftzuleitung B
- 18
- Druckluftzuleitung C
- 19
- Dispergiermedium (Druckluft)
