DE19823511C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols, das einen definiert vorgebbaren Anteil an pulverförmigem oder faserförmigem Feststoff in Luft enthält mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ variabel Massenströme solcher Feststoffe in das Aerosol zudosiert werden, wobei auch sehr geringe Massenströme im Bereich von einigen mg/h mit großer Dosiergenauigkeit zudosiert werden können. Einsatz­ gebiete der Erfindung sind z. B. Anlagen zur Erzeu­ gung von Feststoffaerosolen (Umwelttechnik, Medizin­ technik), jedoch keine großtechnischen Anlagen.

Aus der DE 195 00 726 C2 ist eine Vorrichtung zur Dosierung kleinster Pulvermengen zur Erzeugung eines Aerosols bekannt.

Bei dieser Lösung treten insbesondere bei der Do­ siergenauigkeit und bei der Förderung und Dosierung faserförmiger Feststoffe Probleme dahingehend auf, daß diese chemisch bzw. physikalisch in unerwünschter Form beeinträchtigt werden. Die Feststoffe können in Lösung gehen, es kann ein unerwünschter Materialab­ trieb, eine Komprimierung bzw. eine Größenvertei­ lungsänderung auftreten, wenn beispielsweise Bürsten­ generatoren mit rotierenden Bürsten oder andere me­ chanisch wirkende Dosierelemente verwendet werden.

Ein weiteres Problem, das insbesondere bei der Zudo­ sierung von faserförmigen Stoffen berücksichtigt wer­ den muß, ist die elektrische Aufladung, die zum An­ haften oder Verklumpen führen kann, so daß die Do­ siergenauigkeit abnimmt bzw. eine inhomogene Ver­ teilung in dispergierter Form im Aerosol auftritt.

Aus der DE 30 49 517 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer feinkörnigen Kohle in Luft bekannt. Weitere Vorrichtungen zur Erzeugung von Aerosole sind aus der US 4 430 001, JP 59-216 616 A, sowie der JP 59-225 728 A bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen vorzuschlagen, mit denen Ae­ rosole erhalten werden, in denen definiert vorgebbare Anteile an pulver- und/oder faserförmigen Feststoffen mit hoher Konzentrationsgenauigkeit enthalten sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Nutzung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentli­ chen aus einem Vorratsbehälter, in die dem Aerosol zuzuführenden Feststoffe aufgenommen sind und einer drehbar angetriebenen Dosierschnecke, die zumindest teilweise in eine Führung mündet, in der sie auch teilgeführt ist. Die Führung und die Dosierschnecke müssen in ihren äußeren bzw. inneren Abmessungen so aufeinander abgestimmt sein, daß eine Förderung der Feststoffe mittels der Dosierschnecke nahezu aus­ schließlich über die in der Dosierschnecke enthalte­ nen Nut erfolgen kann.

Die Führung mündet dann in einen zweiten Trichter, aus dem die geförderte Feststoffmenge über eine Ver­ bindungsleitung zu einem Ejektor infolge der Druck­ differenz gefördert und mit der durch den Ejektor gepreßten Druckluft in dieser dispergiert und das Aerosol gebildet wird.

Der Anteil der im Aerosol enthaltenen Feststoffe kann nicht nur mit dem Ejektor bzw. durch Steuerung des Druckes der Druckluft beeinflußt werden, sondern es ist mit der Erfindung besonders günstig, den Massen­ strom der zu fördernden Feststoffe durch Beeinflus­ sung der Drehzahl der Dosierschnecke zu beeinflussen.

Soll die Fördermenge des Feststoffes in einem größe­ ren Bereich verändert werden, kann die entsprechende Fördermenge z. B. durch einfachen Austausch der Do­ sierschnecke mit einer anderen Dosierschnecke, die eine andere Steigung der Nut bzw. eine andere Nuten­ breite aufweist, erreicht werden oder gegebenenfalls eine im Durchmesser veränderte Dosierschnecke mit einer entsprechenden Führung eingesetzt werden.

Der Austausch der Dosierschnecke kann gegebenenfalls entfallen, wenn eine Dosierschnecke verwendet wird, die in bezug zu ihrer Längsrichtung eine unterschied­ liche Nutenbreite und/oder eine unterschiedliche Steigung der Nut aufweist. Die Beeinflussung der ver­ schiedenen Fördermengen kann mit einer solchen Do­ sierschnecke erreicht werden, wenn diese entlang ih­ rer Längsachse verschoben und in gewünschten Positio­ nen gehalten werden kann. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, daß diese Dosierschnecke unterschiedlich tief in die Führung hineinragen kann und für die För­ derung unterschiedlich gestaltete Bereiche der Do­ sierschnecke genutzt werden, je nachdem, welcher Teil der Dosierschnecke in der Führung wirksam werden kann. Für die Bewegung der Dosierschnecke entlang der Längsachse kann ein herkömmlich bekannter Axialan­ trieb mit einer elektronischen Steuerung bzw. Rege­ lung Verwendung finden.

Insbesondere bei der Zudosierung von faserförmigen Feststoffen in das Aerosol ist es günstig, die innere Mantelfläche des Vorratsbehälters und dort zumindest den trichterförmigen Teil, der in Richtung auf die bereits näher bezeichnete Führung ausläuft, an der Oberfläche zu modifizieren. Hierfür kann eine Ober­ flächenbehandlung bzw. eine entsprechende Beschich­ tung durchgeführt werden, die reiberhöhend und/oder einer elektrostatischen Aufladung entgegenwirkend ist. Beschichtungen können z. B. auch aus einem PTFE- Material sein.

Eine andere Möglichkeit, die alternativ oder in Kom­ bination dazu erfolgen kann, ist die Ausbildung von in Richtung auf die Führung zulaufenden Nuten, die zumindest im trichterförmigen Teil des Vorratsbehäl­ ters ausgebildet sind.

Mit der Erfindung ist es außerdem möglich, wie dies auch nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher er­ läutert werden soll, vor dem eigentlichen Dispergie­ ren des Aerosols im Ejektor Möglichkeiten zu schaf­ fen, um Zusatzluft zuzuführen, die gegebenenfalls ionisiert, nachbefeuchtet oder elektrisch entladen werden kann. Außerdem kann auch eine teilweise Aero­ solrückführung eingesetzt werden.

Mit der Erfindung kann eine sehr schonende Dosierung, von insbesondere faserförmigen Feststoffen in das Ae­ rosol erreicht werden, ohne daß chemische oder phy­ sikalische Beeinträchtigungen auftreten.

Mit der Verwendung der bereits erwähnten Aerosolrück­ führung kann eine Mehrfachdispergierung des zuzudo­ sierenden Feststoffes erreicht werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine mini­ male elektrische Aufladung beachtlich, da möglichst wenig Flächen im Kontakt mit den Feststoffen stehen und dem entgegenwirkende Zusatzmaßnahmen relativ ein­ fach möglich sind.

Wie bereits erwähnt, kann die Fördermenge mit ver­ schiedenen Möglichkeiten durch Steuerung/Regelung sehr exakt eingestellt werden, wobei z. B. für faser­ förmige Feststoffe Massenströme zwischen 2 g/h und 10 mg/h eingestellt und eingehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem sehr einfach aufgebaut, so daß ein geringer Konstruk­ tions-, Montage- und Kostenaufwand erreicht worden ist, wobei ein weitestgehend wartungsfreier Betrieb möglich ist.

Der Vorratsbehälter kann einfach, sauber und gefahr­ los be- bzw. nachgefüllt werden, da durch die sich in der Vorrichtung einstellenden Druckverhältnisse gesi­ chert ist, daß im Vorratsbehälter ein Druck unterhalb des Umgebungsdrucks auftritt.

Außer dem Nachfüllen, was bei den sehr kleinen För­ dermengen relativ selten erforderlich ist, kann die Vorrichtung im Dauerbetrieb eingesetzt werden, ohne daß eine manuelle Überwachung erforderlich ist.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie­ len näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Schnittdarstellungen von Einzelkomponenten, die bei einem Beispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung Verwendung finden können;

Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung mit Zusatzluftzuführung;

Fig. 4 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit einer Aerosolrückführung und

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Fig. 1 sind einige Komponenten dargestellt, die bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können. Dabei ist einmal ein Vorratsbehälter 6 dargestellt, in dem die zu fördernden pulverförmigen bzw. faserförmigen Feststoffe aufgenommen werden kön­ nen. Durch diesen Vorratsbehälter 6 ist eine An­ triebswelle 15 geführt, an deren unteren Ende die Dosierschnecke 19 gehalten ist. Der Vorratsbehälter 6 ist in seinem unteren Teil trichterförmig ausgebil­ det, wobei bei dem Trichter ein Neigungswinkel zwi­ schen 40 und 60°, bevorzugt 50° eingehalten werden sollte, so daß die im Vorratsbehälter 6 aufgenommenen Feststoffe allein durch Schwerkrafteinfluß in Rich­ tung auf die Dosierschnecke 19 bewegbar sind.

Am unteren trichterförmigen Ende des Vorratsbehälters 6 ist eine Führung 24, in deren Inneren ein zylinder­ förmiger Teil ausgebildet ist, vorhanden, in den die Dosierschnecke 19 hineinragt und bei Drehung der An­ triebswelle 15 und demzufolge auch der Dosierschnecke 19 die Feststoffe dosiert in den nachfolgend angeord­ neten Trichter 2 gefördert werden. Der Trichter 2 ist über eine bei diesem Beispiel nicht gezeigte Verbin­ dungsleitung 1 mit einem Ejektor 27 verbunden, durch den Druckluft gepreßt und die geförderten Feststoffe durch den Ejektor 27 angesaugt und im Nachgang dazu, das dispergierte Aerosol mit dem entsprechend der Fördermenge vorbestimmten Feststoffanteil erhalten werden kann.

In der Fig. 1 ist außerdem eine zusätzliche Luftzu­ führung 4 in den Trichter 2 dargestellt, durch die bei diesem Beispiel Umgebungsluft in den Trichter 2 gelangen kann und dort bereits ein vorgemischtes Ae­ rosol erhalten werden kann, das dann letztendlich mit dem Ejektor 27 vollständig dispergiert werden kann.

Bei diesem Beispiel ist in der Luftzuführung 4 außer­ dem eine Entladungsquelle 8 angeordnet, die bei­ spielsweise Nickel 63 sein kann, um die zugeführte Luft elektrisch zu laden und dadurch eine Minderung der Ladung des Aerosols zu erreichen.

In der Fig. 2 ist eine sehr einfach aufgebaute erfin­ dungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Da­ bei ist oberhalb des Vorratsbehälters 6 ein Antrieb, der aus einen Elektromotor mit einem Getriebe besteht oder der ein fluidbetriebener Antrieb sein kann, dar­ gestellt. Über eine Antriebswelle, die durch den Vor­ ratsbehälter 6 geführt ist, wird die hier nicht er­ kennbare Dosierschnecke 19 gedreht und die Feststoffe aus dem Vorratsbehälter 6 in den Trichter 2 und in­ folge der Druckdifferenz über die Leitung 1 zum Ejek­ tor 27 gefördert, bei dem Druckluft als Fördermedium verwendet wird.

Das in der Fig. 3 gezeigte Beispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist im Gegensatz zu dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel durch eine Zusatzluftzufüh­ rung 4 in den Trichter 2 ergänzt worden. Vor dem Ein­ tritt der zusätzlichen Luft in den Trichter 2 ist bei diesem Beispiel eine Ionisationsquelle 5 angeordnet, um ebenfalls das Dispersionsverhalten verbessern zu können.

Mit der Ionisationsquelle 5 besteht die Möglichkeit, ein elektrisch entladenes Aerosol aus dem Ejektor 27 zu erhalten.

Anstelle der Ionisationsquelle 5 kann aber auch ein nicht dargestellter Luftbefeuchter alternativ oder zusätzlich in die Zuluftleitung 4 geschaltet werden.

Das in der Fig. 4 gezeigte Beispiel verwendet anstel­ le der Zusatzluftzuführung 4 eine Aerosolrückführung 9 in den Trichter 2, so daß eine Mehrfachdispergie­ rung erreicht werden kann. Bei dem hier gezeigten Beispiel tritt das Aerosol aus dem Ejektor 27 in eine Mischbox 10 ein, wobei ein Teil des erhaltenen Aero­ sols abgeführt und ein weiterer Teil über die Aero­ solrückführung 9 in den Trichter 2 zurückgeführt wird.

In der Mischbox 10 ist ein virtueller Impaktor 12 angeordnet, in den der aus dem Ejektor 27 austretende Aerosolstrahl gerichtet ist und in den der Eintritt der Aerosolrückführung 9 mündet.

Mit einem virtuellen Impaktor 12 läßt sich über ge­ eignete Strömungsführung eine Trennung zwischen dis­ pergierten und nicht vollständig dispergiertem Ma­ terial erreichen. Dabei bleiben beide Fraktionen luftgetragen. Die unvollständig dispergierte Fraktion wird zwecks Nachbehandlung wieder zurückgeführt. Durch entsprechende Auslegung des virtuellen Impak­ tors 12 kann der Durchmesser des Trennkornes einge­ stellt werden.

In der Fig. 5 ist eine vollständige Schnittdarstel­ lung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend Fig. 2 dargestellt. Dabei wird der Antrieb 11, der aus einem Elektromotor mit Getriebe besteht, über eine Kupplung 14 mit der Antriebswelle 15 für die Dosierschnecke 19 verbunden. Die Dosier­ schnecke 19 ist bei diesem Beispiel ein Austauschteil und kann von der Antriebswelle 15 gelöst und durch eine andere Dosierschnecke 19 ersetzt werden.

Der Vorratsbehälter 6 ist mit dem Deckel 7 verschlos­ sen, durch den die Antriebswelle 15 mittig geführt werden kann. An dem Deckel 7 ist eine transparente Abdeckung 16 vorhanden, um von außen den Füllstand im Vorratsbehälter 6 überwachen zu können. An der An­ triebswelle 15 ist weiter ein mechanischer Rührer 26 befestigt, der auch in der Fig. 1 dargestellt worden ist. Der Rührer 26 sollte so dimensioniert und ge­ formt sein, daß er zumindest im zylinderförmigen un­ teren Teil des Vorratsbehälters 6, der Innenkontur angepaßt ist, wobei ein geringes Spiel zwischen der inneren Mantelfläche und dem Rührer 26 eingehalten werden soll, um mechanischen Verschleiß und mechani­ sche Beschädigungen des jeweiligen Feststoffes zu verhindern.

Im Anschluß an den trichterförmigen Teil des Vorrats­ behälters 6 ist eine Führung 24 angeflanscht, durch die ein Teil der Dosierschnecke 19 geführt ist.

Vorteilhaft ist diese Führung 24 ebenfalls ein Aus­ tauschteil, das bei Verschleiß oder verändertem Do­ sierschneckenaußendurchmesser gewechselt werden kann.

Im Anschluß an die Führung 24 ist der Trichter 2 an­ geordnet, der in die Zuführung 1 zum Ejektor 27 (hier nicht dargestellt) ausläuft.

Am Trichter 2 kann eine Öffnung vorhanden sein, an die, wie dies mit dem Pfeil angedeutet worden ist, entweder eine Zusatzluftzuführung 4 oder eine Aero­ solrückführung 9 angeflanscht werden kann.

Außerdem sind in den Fig. 1 und 5 nutenförmige Ein­ schnitte im trichterförmigen Teil des Vorratsbehäl­ ters 6 erkennbar, die in Richtung auf die Führung 24 zulaufend, an der inneren Mantelfläche des Vorrats­ behälters 6 ausgebildet sind. Diese nutenförmigen Einschnitte können eine Breite von 0,5 bis 2 mm, bei einer Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen.

Der kegelförmige Bereich des Trichters 2 sollte einen Neigungswinkel zwischen 30 und 50°, bevorzugt von 40° aufweisen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols, das einen definiert vorgebbaren Anteil an pulverför­ migem und/oder faserförmigem Feststoff in Luft enthält, mit einem den Feststoff aufnehmenden zumindest teilweise trichterförmigen Vorratsbe­ hälter (6), mit einer drehbar getriebenen Do­ sierschnecke (19) in dem Vorratsbehälter (6), die in einer zwischen dem Vorratsbehälter (6) und einem Trichter (2) angeordneten Führung (24) teilweise geführt, angeordnet ist und mit einem Ejektor (27), der mit dem Trichter (2) verbunden ist, der mit Druckluft betrieben ist und aus dem das Aerosol austritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der trichterförmige Teil des Vor­ ratsbehälters (6) an seiner Oberfläche reibungs­ erhöhend und/oder antistatisch wirkend behandelt und/oder beschichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der trich­ terförmige Teil des Vorratsbehälters (6) in Richtung auf die Führung (24) zulaufende nuten­ förmige Einschnitte aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Trichter (2) eine zusätzliche Luftzuführung (4) vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisations­ quelle (5) vor der Luftzuführung (4) und/oder dem Ejektor (27) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ejektor (27) zum Trichter (2) eine Aerosolrückführung (9) vorhan­ den ist, mit der ein Teil des erzeugten Aerosols in den Trichter (2) rückführbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerosolrückfüh­ rung (9) aus einer Mischbox (10) zum Trichter (2) geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischbox (10) ein Impaktor (12) aufgenommen ist, aus dem ein Teil des Aerosols über die Aerosolrückführung (9) zum Trichter (2) rückführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (19) austauschbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (19) entlang ihrer Längsachse unterschiedliche Nutenbreiten und/oder Steigungen der Nut auf­ weist und in Richtung der Längsachse in ver­ schiedenen Stellungen mit einem Antrieb in die Führung (24) einführbar und gehalten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Dosierschnecke (19) mit einer Steuerung/Regelung des Antriebes (11) einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Antrieb (11, 15) der Dosierschnecke (19) ein mechanischer Rührer (26) im Vorratsbehälter (6) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer (26) so geformt ist, daß er der Innenkontur des Vorrats­ behälters (6) spielbehaftet angepaßt ist.