DE1167562B - Kaskaden-Auffaenger fuer Aerosol-Teilchen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WWW PATENTAMT Internat. Kl.: GOIn

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 421-4/15

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1167 562
U9129IXb/421
18.JuIi 1962
9. April 1964

Die Erfindung betrifft einen kompakten Kaskaden-Auff anger zur Ansammlung und Analyse von Teilchen und insbesondere einen kompakten Kaskaden-Auffänger für Teilsortierungen für industrielle Zwecke.

In dem Artikel des Erfinders »Review of Cascade Impactors for Particle Size Analysis and a New Calibration for the Casella Cascade Impactor«, erschienen in der amerikanischen Zeitschrift »American Industrial Hygiene Association Journal«, Oktober 1959, ist ausgeführt, daß die Teilchenanalyse mit einem Kaskaden-Auffänger viele bemerkenswerte Vorzüge gegenüber anderen Methoden aufweist. In einer derartigen Vorrichtung wird eine Reihe von hohe Geschwindigkeit erzeugenden Strahldüsen in einer Kaskade oder Folge angeordnet, um Teilchen in Luft. oder anderen Aerosolen befindlichen Teilchen anzusammeln und zu analysieren. Jede der Strahldüsen lenkt die Luft mit einer von Düse zu Düse höher werdenden Geschwindigkeit gegen eine Auffängerplatte. Daher sammelt jede Stufe ein kleineres Teilchengut an als die vorhergehende Stufe.

Bekannte Kaskaden-Auffänger sind Laboratoriumsinstrumente von optischer Güte, in welchen beispielsweise für jede Auffängerstufe und für jede einzelne Ansammlung ein besonderes Auffangglas benutzt as wird. Gewöhnlich sind die Auffanggläser nicht leicht auswechselbar und aus vielen anderen Gründen, beispielsweise Größe und Kosten, ungeeignet für industriellen Gebrauch oder großangelegte Benutzung im Freien.

Die Erfindung ermöglicht die Benutzung eines Instrumentes nach dem oben beschriebenen Prinzip im Freien unter einer Mehrzahl von ungünstigen Bedingungen. Der erfindungsgemäße Kaskaden-Auffänger ist ein unempfindliches Instrument, welches zum Auffangen aller Teilchen unter 25 μ und zum leichten Einsetzen und Abnehmender Teüchenauffanggläser geeignet ist, und welches sowohl im Laboratorium wie im Freien leicht und schnell gereinigt werden kann. Es stellt eine kompakte Anordnung dar, in welcher viele Auffangproben auf nur zwei Auffanggläsern ohne Auswechseln der Gläser oder Zerlegen des Instrumentes aufgenommen werden können. Die Auffangplatten sammeln nicht nur die Teilchenproben, sondern schließen gleichzeitig Teile des Teilchenweges ein und dichten diesen ab und sammeln mehr als einen Größenbereich der Teilchen auf jeder Platte, wodurch vier Auffangstufen in einem Volumen angeordnet werden können, in welchem bisher lediglich die Anordnung von zwei oder weniger Stufen möglich war. Der Wirkungsgrad des Auffängers ist, verglichen mit bekannten Auffängern, dadurch verbessert, daß in jeder Stufe ein Kaskaden-Auffänger für Aerosol-Teilchen

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Morton Lippmann, Mt. Vernon, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19. JuH 1961 (125 282) - -

Richtungswechsel von annähernd 180°, verglichen mit einer bisher üblichen Richtungsänderung von 90°, hervorgerufen wird.

Hauptziel des Erfindens war daher die Schaffung eines Kaskaden-Auffängers von kompakter und einfacher Bauweise, welcher zum Gebrauch im Freien und in der Industrie geeignet ist.

Ein weiteres Ziel des Erfindens war die Schaffung eines Kaskaden-Auffängers zum Auffangen von Teilchen aller Größen unter 25 μ.

Ein weiteres Ziel des Erfindens war die Schaffung eines Kaskaden-Auffängers mit verbessertem Wirkungsgrad und besseren Handhabungseigenschaften, wie leichte Reinigung, bequemes Einsetzen und Abnehmen der Auffanggläser und Brauchbarkeit bei groß angelegten Reihen von Teilchenausmusterung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Erfindung in natürlicher Größe,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 in F i g. 1.

Ein kompakter Kaskaden-Auffänger 10 besteht aus einem Paar von Seitenpiatten 11 und 12 mit Deckplatten 13 und 14, zwischen welchen miteinander mehrere Kammern bildende Teile 16, 18, 22, 24, 26 und 28 befestigt sind. Die Deckplatte 14 ist aus einem weiter unten beschriebenen Grund mit Aussparungen 14 a und 14 b versehen. Der Teil 28 weist in seiner Mitte ein zylindrisches Loch 28', einen kreisförmigen Fortsatz 28 c und einen rechtwinkligen äußeren Teil

409 558/345

28 b auf, welcher zwischen den Seitenplatten 11 und 12 befestigt ist. Diese Kammern bildenden Teile sind wie dargestellt geformt und angeordnet, um einen durch die Pfeile A dargestellten Weg durch den Auffänger 10 zu bilden. Bekannte Einrichtungen wie Schrauben 34 und 35 können zum Zusammenbau und zur gegenseitigen Halterung der Teile in einer festen Anordnung benutzt werden.

Die rechtwinklige Gleitplatte 36 liegt auf der

In F i g. 2 ist der Auffänger 10 im Schnitt dargestellt, wobei die Teilchenauffanggläser 73 und 73' zum Auffangen eingesetzt sind und die Keile A den Weg des Aerosols durch das Instrument in der beschriebenen Weise anzeigen. Die Glasplatten 73 und 73' sind auf ihrer Innenseite mit einer klebendea Schicht von Silikonfett oder anderem geeignetem Material überzogen, um ein wirksames Auffangen der trockenen Teilchen zu gewährleisten und das Instru-

dargestellt ist. Die Sperrklinke 47 muß zum Zurückschieben der Gleitplatte 36 in einer zum Pfeil C entgegengesetzten Richtung in ihre anfängliche oder erste Auffangstellung angehoben werden.

Die Gleitplatte 36 ist mit zwei Paaren von Greifarmen 54, 56 und 58, 62 versehen. Diese Greifarme sind, wie dargestellt, aus einem weiter unten zu erläuternden Grunde gegeneinander versetzt. Der Greifarm

Deckplatte 13 und ist gemäß dem Doppelpfeil B be- ίο ment gegen Leckverluste an Luft abzudichten, weglich. Ein Paar von Schlitzen oder Öffnungen 38 Das Aerosol durchströmt beim Eintreten und Ver-

bzw. 42, durch welche Führungsstifte 44 bzw. 46 ge- lassen des Auffängers 10, wie durch die Pfeile A darsteckt sind, führen und begrenzen die Bewegung der gestellt, eine Reihe von rechtwinkligen Düsen oder Platte 36. Der Stift 46 weist des weiteren eine durch Mündungen O₁, O₂, O₃ und O₁. Diese Mündungen Federkraft gegen Aussparungen 48 entlang der einen 15 werden durch die die Kammern bildenden Teile 16 Seite des Schlitzes 42 angedrückte Sperrklinke 47 bis 28 geformt, welche wie oben beschrieben, die auf, um eine Bewegung der Platte 36 in Schritten be- Seitenwände der verschiedenen Kammern bilden, und stimmter Länge in der durch die PfeileC in Fig. 2 die Weite der Mündungen wird, wie dargestellt, nach angezeigten Richtung zu gestatten. Ein aus der Platte und nach kleiner. Am Auslaß jeder Mündung, wo das 36 hervorstehender Knopf 52 wird zur Bewegung der 20 Aerosol seine maximale Geschwindigkeit erreicht, Gleitplatte 36 benutzt, welche in ihrer Endstellung wird es gezwungen, einen Richtungswechsel von

nahezu 180° zu vollziehen, wobei ein Teil entweder des Glases 73 oder 73' dem aus den Mündungen tretenden Aerosolstrahl gegenüberliegt. So sind an der Mündung O₁ lediglich die größten Teilchen nicht in der Lage, die Wendung mitzumachen, und diese prallen gegen das Auffangglas, auf welchen sie einen Niederschlag in Form einer sich parallel zur Mündung O₁ mit etwa dessen Breite sich erstreckenden

54 besitzt einen festen Teil 64, welcher an die Platte 3° Linie bilden. An der Mündung O₂, welche etwas 36 geschraubt oder geschweißt ist, und einen klapp- schmaler ist als die Mündung O₁, was eine höhere Gebaren Teil 66, welcher um das Gelenk 68 schwenkbar schwindigkeit des Aerosols hervorruft, werden kleiist. Das Gelenk 68 ist in bekannter Weise mit einem nere Teilchen aufgefangen. Dieses Verfahren wird Federplättchen 69 versehen, um den Arm 54 ent- fortgesetzt, bis das Aerosol nach Durchströmen der weder in der dargestellten geschlossenen Stellung oder 35 Mündung O₄ nur noch die kleinsten Teilchen enthält, in einer ganz offenen Stellung festzulegen. Der Arm welche vom Filter 78 zurückgehalten werden. 54 weist des weiteren einen Steg oder einen vorste- Ein spezielles Merkmal der Erfindung ist der oben

henden Rand 72 auf, gegen welchen ein Ende des beschriebene Gleitmechanismus. Diese Anordnung Teilchenauffängerglases 73 anliegt. Der Greifarm 56 gestattet eine Verschiebung der Auffanggläser 73 und hat eine ganz ähnliche Konstruktion, außer daß der 40 73' in geeigneten Schritten von beispielsweise etwa vorstehende Rand an der entgegengesetzten Seite 1,59 mm bei einer Gesamtverschiebung von etwa gegenüber dem Rand 72 des Armes 54 angeordnet 12,7 mm, wodurch an jeder Mündung bis zu neun ist. Das Auffängerglas 73 wird so zwischen den zwei verschiedene Proben aufgenommen werden können, Rändern der Arme 54 und 56 gehalten, daß bei Be- bei einer Anordnung von zwei Mündungen an jedem wegung der Gleitplatte 36 das Auffängerglas 73 eben- 45 Auffanglas. Wie oben beschrieben, hat jede Teilchenfalls bewegt wird. Die Aussparungen 14 a und 14 & ansammlung gegenüber jeder Mündung die Form erleichtern das Abheben und Auswechseln des Auf- eines Streifens. Wenn die Auffanggläser um einen fangerglases 73 und des Auffängerglases 73' auf der von den Aussparungen 48 bestimmten Schritt in anderen Seite des Auffängers 10. Die Greifarme 58 Richtung der Pfeile C nach jedem Niederschlag wei- und 62 sind ähnlich konstruiert zur Halterung des da- 5° terbewegt werden, kommen die Niederschläge an der zwischen angeordneten Auffängerglases 73'. Die Auf- Seite der Kammern zu liegen und werden dadurch

bei Bewegung des Gleitmechanismus nicht verschmiert. In einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung lassen sich neun Niederschläge gegenüber jeder Mündung erzielen. Jedes Auffangglas enthält dann achtzehn Proben auf jedem der zwei Auffanggläser 73 und 73', welche leicht vom Auffänger 10 entfernt und in die gebräuchlichen Mikroskopglasschachteln zur Beförderung und späteren Analyse

schraubt. Der Halter 76 ist mit Preßsitz auf dem 60 eingelegt werden können, kreisförmigen Fortsatz 32 der Einheit 28 befestigt, Zur Benutzung des Auffängers 10 muß er durch

wobei eine O-förmige Ringdichtung 86 zwischen die direkte mikroskopische Größenmessung der Teilbeiden Teile geklemmt ist und die gewünschte Dich- chen, welche in jeder Auffängerstufe angesammelt tung bewirkt. Der Auslaß 84 kann am Einlaß einer ' werden, nach bekannten Verfahren empirisch geeicht nicht bezeigten Pumpe angeschlossen oder befestigt 6g werden. Dieses Verfahren ist in dem obenerwähnten werden, um einen gewünschten Druckabfall durch Artikel von Morton Lippmann in Verbindung mit den Auffänger 10 für die Strömung des Aerosols auf- dem dort beschriebenen Kaskaden-Auffänger ausrechtzuerhalten. führlich beschrieben und stellt keinen Bestandteil

fängergläser 73 und 73' können übliche Mikroskopgläser sein, welche daher in für derartige Artikel übliche Schachteln aufbewahrt und verschickt werden können.

An einem Ende des Auffängers 10 ist ein zylindrisches Endstück 74 mit einem Auslaßrohr 84 für das Aerosol auf einen zylindrischen Filterhalter 76 zur Halterung des Filters 78, wie dargestellt, aufge-

dieser Erfindung dar. Um die Genauigkeit zu zeigen, welche bei dem erfindungsgemäßen Instrument erwartet werden kann, wurde eine allgemeine Eichung für einen erfindungsgemäßen Auffänger durchgeführt, welcher bei Staubdichten zwischen 0,8 und 20 g/cm³ und für jede Strömungsrate zwischen 2 und 40 l/Min. verwendbar ist.

Die Genauigkeit der Eichung wurde durch Vergleich der mit dem Kaskaden-Auffänger erzielten Resultate mit der Größenanalyse von gleichzeitig aufgenommenen Membranfilterproben geprüft. Die Ergebnisse von fünf derartigen Messungen, deren jede bei einer anderen Strömungsrate durchgeführt wurde, sind in der Tabelle gezeigt. Die Übereinstimmung ist hervorragend und für industrielle Erfordernisse ausreichend.

Ergebnisse gleichzeitiger Messungen mit Membranfiltern und einem Kaskaden-Auffänger

20

Strömungsrate	Membranfilter	Kaskaden- Auffänger
Liter	Mittlerer	Mittlerer
je Minute	Durchmesser	Durchmesser
4,8	4,0	4,2
10,0	3,4	3,7
13,0	3,6	3,0
17,5	3,1	3,0
23,0	3,6	3,4

30

Die Außenabmessungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels von 34,9-38,1-152,4 mm zeigen die Kompaktheit des Erfindungsgegenstandes. Der Hauptteil des Instrumentes ist aus Aluminium, und das Gesamtgewicht beträgt nur etwa 283 g.

Zur Säuberung des Auffängers 10 im Freien werden Auffanggläser 73 und 73' lediglich von ihrer Unterstützung abgenommen, nachdem die Greif arme 54, 56, 58 und 62 abgehoben wurden, wodurch der ganze Innenraum des Instrumentes freigelegt wird. Darüber hinaus enthält der Auffänger 10 kein Teil, das besonderer Pflege oder Behandlung bedürfte, außer daß die inneren Oberflächen nicht verletzt werden sollen.

Der erfindungsgemäße Kaskaden-Auffänger ist daher besonders geeignet zur Teilchenmessung in größeren Gebieten. Die Anordnung ist geeignet für die rasche Messung der Teilchengrößenverteilung von gewöhnlich in der Industrie in der Luft anzutreffenden Materialien. Bei geeigneter Wahl der Strömungsrate und bei Benutzung des handbedienten Gleitmechanismus kann eine ausreichende Anzahl von Meßproben aufgenommen werden, welche eine sichere Teilchengrößenmessung unter nahezu allen Arbeitsbedingungen gestattet. Infolge der verhältnismäßig geringen Größe des Instrumentes und der leichten Handhabung können große Anzahlen von Meßproben in einer bemerkenswert kurzen Zeit aufgenommen werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kaskaden-Auffänger zur Ansammlung von Teilchengut aus einem Aerosol mit einem langgestreckten Hauptteil, welcher aus einer Reihe von voneinander getrennten, gegeneinander in einer festen Lage gehaltenen Teilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile eine zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Teilen eine Kammer bildende Form aufweisen, welche Kammer in einer Düse endet, wobei sich jede Kammer und Düse quer durch den ganzen Hauptteil erstreckt und aufeinanderfolgende Kammern und Düsen in umgekehrter Richtung angeordnet sind, und daß flache Teilchenauffangplatten zu beiden Seiten der Kammern und der Düsen und mit einem Abstand vom Auslaß jeder Düse angeordnet sind, welche innerhalb des genannten Hauptkörpers einen fortschreitenden und abwechselnd durch die genannten Kammern und Düsen führenden Weg für das aus jeder Düse gegen die gegenüberliegenden Auffangplatten gestoßene Aerosol bilden, wobei das Aerosol seine Strömungsrichtung in den aufeinanderfolgenden Kammern vollständig umkehrt und dadurch eine Ansammlung der Teilchen aus dem Aerosol auf den Auffangplatten erzielt wird.

2. Auffänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangplatten den Hauptkörper gleichzeitig gegen einen Leckstrom des Aerosols abdichten.

3. Auffänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in Strömungsrichtung des Aerosols nach und nach kleiner werden und dadurch die angesammelten Teilchen auf den Auffangplatten der Größe nach verteilt werden.

4. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangplatten zur Analyse der aufgefangenen Teilchen abnehmbar sind.

5. Auffänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangplatten zur Aufnahme einer Mehrzahl von Auffangproben gegenüber jeder der genannten Düsen auf jeder der genannten Platten schrittweise verschiebbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 558/345 3.64 © Bundesdruckerei Berlin