DE1036470C2

DE1036470C2 - Verfahren und Geraet zur Erzeugung eines Kochsalz-Aerosols

Info

Publication number: DE1036470C2
Application number: DE1956B0041801
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Walkenhorst; Dr Rer Nat Guenter Zebel
Original assignee: Bergbau Berufsgenossenschaft
Priority date: 1956-09-18
Filing date: 1956-09-18
Publication date: 1959-01-29
Also published as: DE1036470B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 036

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

kl 30h 2/35

INTERNAT. KL. A 61 k 18. SEPTEMBER 1956

H.AUGUST 19 5 8 2 9. JANUAR 1959

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLE CESCHRIFT

1 036 470 (B 41801 IVa / 30 h)

Die Gefahr der Feinstäube für den menschlichen Organismus besteht darin, daß diese im Gegensatz zu gröberem Staub in den oberen Atemwegen nicht zurückgehalten werden und daher· bis in den Alveolarbereich der Lunge eindringen. Um die Lungengängigkeit eines solchen feinen Staubes einzuschränken, ist schon erwogen worden, der staubhaltigen Luft ein Aerosol beizumischen, das aus einer in den 'anzuwendenden Mengen für den Organismus unschädlichen Substanz hergestellt wird. Als Hilfsstoff kommt hier in erster Linie Kochsalz in Frage. Bei Vorhandensein eines solchen Aerosols verbinden sich die feinen Staubteilchen mit denen des Aerosols und bilden Teilchen von solcher Größe, daß diese in den oberen Atemwegen festgehalten werden. Es wurde erkannt, daß für eine ausreichende Vergrößerung ursprünglich feiner Staubteilchen die Wasseraufnahrne der angelagerten Hilfsaerosolteilchen bei hoher Luftfeuchtigkeit von entscheidender Bedeutung ist: in feuchtigkeitsgesättigter Luft wächst ein Kochsalzkristall von etwa 0,1 μ durch Wasser auf das nahezu tausendfache Volumen, d. h. auf eine Länge von etwa 1 μ an,; dieses Wachstum erfolgt je nach der Teilchengröße in verschwindenden Bruchteilen einer Sekunde. Der Feuchtigkeitsgehalt, der hierfür erforderlich ist, liegt glücklicherweise in den oberen Atemwegen des Menschen vor. Die Gefährdung der Atemorgane durch Feinstaub läßt sich also in der Tat dadurch ausschließen, daß ein Kochsalz-Aerosol geeigneter Teilchengröße in geeigneter Konzentration der Luft des Aufenthaltsortes beigegeben wird.

Was die Menge angeht, so hat sich eine Konzentration in der Raumluft von etwa 10 mg NaCl/m³ als ausreichend erwiesen. Was die Teilchengröße angeht, so bestehen folgende Gesetzlichkeiten:

a) Bei gleicher mengenmäßiger Konzentration (mg NaCl/cbm Luft) steigt im Bereich der Kochsalzteilchengröße unter 0,1 μ, wenn die Gröiße des festzuhaltenden 'Staubes groß gegen die Kochsalzteilchengröße ist, der Koagulationseffekt in Abhängigkeit von der Teilchengröße proportional zum Quadrat derselben an.

b) Bei gleicher mengenmäßiger Konzentration nimmt die Sichtbehinderung unter der gleichen Voraussetzung mit der dritten Potenz der Teilchengröße ab.

c) Die Schnelligkeit des Wachstums eines Staub-Kochsalz-Aggregates zu größeren Teilchen durch Wasseraufnahme aus der Luft bei hoher Feuchtigkeit ist um so größer, je kleiner die angelagerten Kochsalzteilchen sind.

Diese Feststellungen führen zu der Aufgabe, in einfacher Weise große Mengen eines Kochsalz-Aerosols von einer Teilchengröße, die im Mittel unter 0,1 μ Verfahren und Gerät zur Erzeugung eines Kochsalz-Aerosols

Patentiert für:

Bergbau Berufsgenossenschaft, Bochum

Dr.-Ing. Wilhelm Walkenhorst, Bochum,

und Dr. rer. nat. Günter Zebel, Bochum,

sind als Erfinder genannt worden

liegen soll und die für die Verhütung von Staubablagerungen in der Lunge in Frage kommt, durch Kondensation von Kochsalzdampf in Luft herzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben, wenn man über hocherhitztes Kochsalz bzw. eine Kochsalzschmelze auf annähernd gleiche Temperatur erhitzte Luft leitet und der auf diese Weise erzeugte, luftdurchsetzte Kochsalzdampf mit einer überschüssigen Menge Kaltluft plötzlich abgekühlt und das Gemisch durch Zugabe weiterer Luft auf die für den Verwendungszweck geeignete Verdünnung an Kochsalz gebracht wird¹. Die Benutzung hocherhitzter, auf die Temperatur der Schmelze gebrachter Luft hat die Bedeutung, daß die Luft bei der hohen Temperatur in der Lage ist, groiße Mengen Kochsalz in Dampfform aufzunehmen, ohne daß Kondensation eintritt. Diese dampfhaltige Luft wird durch die Zumischung von Frischluft, deren Temperatur wesentlich niedriger liegt, plötzlich abgekühlt. Dabei tritt eine starke Übersättigung mit Kochsalzdampf ein, was zur Bildung vieler feinster, in Aerosolform vorhandener Kochsalzkristalle führt. Um eine große Lebensdauer eines stark konzentrierten Aerosols zu erhalten, muß dieses dann sogleich auf die für die Verwendung geeignete Verdünnung gebracht werden, was der Zugabe etwa der tausendfachen Luftmenge entspricht.

Als hocherhitzt soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Kochsalz, gegebenenfalls eine an Stelle des Kochsalzes gewählte andere Substanz, gelten, dessen Temperatur unweit des Schmelzpunktes (802° C) liegt und die folgende Bedingungen erfüllt: Sie darf in den angewendeten Mengen nicht gesundheitsschädlich sein;

sie muß ein niedriges Molekulargewicht haben; sie muß gut wasserlöslich-sein;

sie darf keine thermische Zersetzung bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren erleiden.

809 716/331

Claims

3 4

Für die Mischung des luftdurchsetzten Kochsalz- wenn diese aus einem Druckluftnetz üblicher Spandampfes und der Kaltluft ist es besonders günstig, nung entnommen wird, mehr als ausreichen,
wenn sie in den Zustand der Turbulenz gebracht wird. In der Zeichnung ist ein Gerät zur Erzeugung von Dies läßt sich dadurch erzielen, daß der Kochsalz- Kondensations-Aerosolen aus Salzschmelzen dargedampfstrahl und der Kaltluftstrahl winkelförmig 5 stellt, und zwar in
aufeinanderprallen. . Abb. 1 in einem senkrechten Schnitt, in

Durch zwei Größen läßt sich die Teilchengröße des Abb. 2 in einem waagerechten Schnitt,

gebildeten Aerosols beeinflussen. Wird die Vorwärm- Die auf hoher Temperatur befindlichen Teile des

temperatur der über das erhitzte Kochsalz geleiteten Gerätes befinden sich in einer wärmeisolierenden

Luft vermindert, so steigt die mittlere Teilchengröße io Hülle 10. Durch die Leitung 11, die sich in die Leitun-

des Aerosols an. Das gleiche ist der Fall, wenn man gen 21, 22 und 23 aufteilt, in denen Hähne 24 vor-

innerhalb eines gewissen Bereiches die Menge der gesehen sind, wird den Vorwärmeräumen 12 Luft zu-

Kaltluft herabsetzt, mit der der luftdurchsetzte Koch- geführt. Die Wände 25 dieser Vorwärmeräume sind

salzd'ampf durchmischt wird. Diese beiden Effekte mit elektrischen Heizvorrichtungen 26 ausgestattet

kann man zu einer Regelung der Teilchengröße aus- 15 und haben mittlere öffnungen 27. Paarweise dazwi-

nutzen, indem man also die Vorwärmtemperatur der sehen sind Umlenkwände 28 vorgesehen, die nicht

Luft oder die Menge der Kaltluft variiert. ganz bis an die Seitenwände der Vorwärmeräume

Man hat zwar schon Kochsalz-Aerosole in der reichen, so daß die Luft, während sie vorgewärmt

Weise erzeugt, daß man aus einer wässerigen Koch- wird, den durch die Pfeile 29 angedeuteten Weg be-

salzlösung mittels Druckluft einen Sprühnebel bildete 20 schreibt. Jedem der drei übereinander angeordneten

und diesen Sprühnebel an den Wandungen, des Behänd- Vorwärmeräume 12 ist eine Wanne 13 mit einer elek-

lungsgefäßes in Berührung mit mitgerissenen Flüssig- trischen Beheizungseinrichtung 20 zugeordnet, in der

keitsteilchen brachte. Die Filterwirkung, die die mit- sich hocherhitztes Kochsalz 18, gegebenenfalls als

gerissene Flüssigkeit auf den Sprühnebel ausübt, Schmelze, befindet. Die in den Räumen 12 etwa auf

reichte aber nicht aus, um zu einem Aerosol mit 25 die Temperatur dies Kochsalzes gebrachte Luft streicht

genügend geringer Teilchengröße zu gelungen. unterhalb der Wände 14 über das in' den Wannen 13

Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der Luft befindliche Kochsalz 18. Mehr oder weniger tief unter Druck mit etwa Außentemperatur über ge- ragende senkrechte Wände 19 bewirken, daß die erschmolzenes Kochsalz geführt wird; die Luft enthält wärmte Luft immer wieder auf die Kochsalzoberfläche nach der Entspannung Kochsalzteilchen mit einer 30 gelangt und sich entsprechend dem Dampfdruck mit Größe von etwa 0,5 bis 2 μ. Es ist weiter bekannt, die Kochsalz belädt. Infolge der hohen Temperatur der Aerosolbildung durch zusätzliche Einführung von Luft findet hier eine Kondensation nicht statt.
Kondensationskeimen zu fördern; dabei kommt man Die mit Kochsalz durchsetzte Luft tritt mit hoher aber ebenfalls nicht zu den gewünschten geringen Temperatur in die Mischkammern 30 ein, denen durch Teilchengrößen. 35 die Rohre 31 unter Druck Kaltluft zugeführt wird.

Ein Gerät zur Erzeugung eines Kochsalz-Aerosols Durch das winkelförmige Aufeinanderprallen der gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise aus Heiz- beiden Luftstrahlen findet eine schnelle Durchschalen für das Kochsalz, die aus einem keramischen mischung statt. Durch die plötzliche Abkühlung fin-Material, vorzugsweise Porzellan, bestehen und in det eine Kondensation des Kochsalzdampfes statt. Die einem geschlossenen Behälter untergebracht und mit 40 Mischung strömt durch die Rohre 32, die sich zur einer Heizung versehen sind. Die über den Heiz- Sammelleitung 33 vereinigen. Die Leitung 33 mündet schalen liegenden Räume stehen einerseits mit einem in einen Raum, in dem die Verdünnung des gebildeten Luftvorwärmer in Verbindung, an dem sich ein Aerosols auf die Verbrauchskonzentration erfolgt. Lufteinlaß befindet, andererseits mit einer Misch- Diese schließt sich zweckmäßig unmittelbar an, weil kammer, an die eine Kaltluftzuleitung angeschlossen 45 die Lebensdauer eines hochkonzentrierten Aerosols und die mit einem Auslaß für das erzeugte Aerosol naturgemäß verhältnismäßig kurz ist. Die geringe versehen ist. Da die insgesamt benötigte Wärme- Konzentration, in der sich das Aerosol in der Luft menge auch bei der Zugabe von Aerosol zu den nunmehr befindet, genügt, um eine ausreichende Koa-Wettern ganzer Schachtanlagen verhältnismäßig ge- gulation mit dem Staub zu erreichen und in den oberen ring ist, kommt es auf die Wirtschaftlichkeit der 50 Atemwegen der Personen, die sich in den mit dem Wärmequelle nicht an; der Einfachheit halber kann Aerosol beschickten Räumen befinden, unter dem Einelektrische Heizung benutzt werden. nuß der Feuchtigkeit in wenigen Viooostel Sekunden

Der Luftvorwärmer ist so auszubilden, daß die Luft das Anwachsen zu großen Teilchen stattfinden zu

an möglichst vielen entsprechend aufgeheizten Flächen lassen, die teilweise aus Staub, teilweise aus Kochsalz

vorbeistreicht, Bei kleinen Räumen wird man sie also 55 bestehen. Dieses Anwachsen erfolgt mit solcher Ge-

zwischen aufgeheizten Wänden vielmals hin- und her_: schwindigkeit, daß die gebildeten Teilchen noch in den

führen. Beim Überstreichen der kochsalzgefüLlten oberen Atemwegen festgehalten und gehindert werden,

Schalen ist darauf zu achten, daß eine innige Beruh- in die Lunge einzudringen.

rung zwischen Kochsalzdampf und Luft stattfindet. In den Mischkammern läßt sich der Vorgang der Bei der Zugabe der Kaltluft muß für eine möglichst 60 Kochsalzkondensation durch Zugabe von Kristallisamomentane Durchmischung gesorgt werden, um das tionskeimen steuern. Die Versuche der Erfinder haben gesamte Luftvolumen der Mischung sogleich an- gezeigt, daß bei dem in den Figuren dargestellten nähernd auf die Endtemperatur zu bringen. Die Gerät die Verwendung von besonderen Kondensations-Mischkammer kann durch ein Rohr gebikfet werden, keimen nicht erforderlich ist.
in welches eine Preßluftleitung einmündet. An die 65

Mischkammer schließt sich dann ein Raum an, in dem Patentansprüche·
die Verdünnung stattfindet und aus dem das benötigte,

verdünnte Aerosol ständig entnommen wird. Für die 1. Verfahren zur Erzeugung eines Kochsalzerforderliche Luftbewegung innerhalb des Gerätes Aerosols mit einem unter 0,1 μ liegenden Mittelwird¹ im allgemeinen die Zuführung der Kaltluft, 70 wert der Teilchengröße zur Verhütung von Staub-

ablagerungen in der Lunge durch Kondensation eines mit Luft versetzten Kochsalzdampfes, dadurch gekennzeichnet, daß .über hocherhitztes Kochsalz bzw. eine Kochsalzschmelze auf annähernd gleiche Temperatur erhitzte Luft geleitet und der auf diese Weise erzeugte, luftdurchsetzte Kochsalzdampf mit einer überschüssigen Menge Kaltluft plötzlich abgekühlt und das Gemisch durch Zugabe weiterer Luft auf die für den Verwendungszweck geeignete Verdünnung an Kochsalz gebracht wird.
2. Verfahren zur Erzeugung eines Kochsalz-Aeroso-ls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Mischung des luftdurchsetzten Kochsalzdampfes und der Kaltluft Turbulenz, beispielsweise durch winkelförmiges Aufeinanderprallen der beiden Strahlen, erzeugt wird.
3. Verfahren zur Erzeugung eines Kochsalz-Aerosols nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Teilchengröße des Kochsalz-Aerosols die Vorwärmtemperatur der über das erhitzte Kochsalz geleiteten Luft verändert wird.
4. Verfahren zur Erzeugung eines Kochsalz-Aerosols nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Teilchengröße des Kochsalz-Aerosols die Menge der Kaltluft verändert wird, mit der der luftdurchsetzte Kochsalzdampf durchmischt wird.
5. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über Heizschalen (13) für das Kochsalz liegenden Räume einerseits mit einem mit einem Lufteinlaß (11) versehenen Luftvorwärmer (12), andererseits mit einer Mischkammer (16) in Verbindung stehen, an die eine Kaltluftleitung (17) angeschlossen und die mit einem Auslaß (19) für das erzeugte Aerosol versehen'ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (16) durch ein Rohr gebildet wird, in das eine Druckluftleitung (17) einmündet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Eggert, »Lehrbuch der Physik. Chemie«, 1930, Keimbildungsgeschwindigkeit — Kristallwachstum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 597/530 8. 58 (809 716331 1.59)