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Gerät zur Probenahme von Schwebstoffen aus Gasen zwecks Konzentrationsbestimmung
und Materialanalysen Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Probenahme von Schwebstoffen
aus Gasen zwecks Konzentrationsbestimmung und Materialanalysen. Das Gert wird angewandte
um definierte Probevolumina von Gasen, insbesondere Luft, anzusaugen und daraus
feste und flüssige Schwebeteilchen abzuscheiden. Die so erzeugten Präparate dienen
wahlweise oder gleichzeitig der Bestimmung der Schwebstoffkonzentration, der Größenverteilung
der Schwebepartikel sowie der stofflichen Zusammensetzung.
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Zur Probenahme von Schwebstoffen aus Gasen werden Geräte anoewandt,
die aus einem Schwebstoffilter, einem Saugaggregat und einer Vorrichtung zur Messung
oder Konstanthaltung des Gasstromes bestehen. Für bestimmte Meßaufgaben, wie z.B.
zur Messung silikoseerzeugender Stäube, wird vor das Schwebstofffilter ein Vorabscheider
geschaltet, der die groben, nichtlungengängigen Partikel abscheidet.
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Als Schwebstoffilter für Probenahmezwecke haben sich feinfasrige oder
feinporöse Schichtfilter durchgesetzt, die den größten Teil des Schwebstoffes abscheiden.
Wegen ihres hohen Abscheidegrades setzen sie dem Probegasstrom einen relativ großen
Strömungswiderstand entgegen, der sich nit zunehmender Beaufschlagung durch die
Schwebstoffe weiter vergrößert.
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Der abgeschiedene Schwebstoff wird zur Bestimmung der Konzentra4-;.on
in Filter belassen demgegenüber muß er für stoffliche
Analysen vom
Filtermaterial abgetrennt werden. Sowohl zur Konzentrationsbestimmung als auch zur
Analyse des Schwebstoffes lassen sich die Filter nur einmal verwenden.
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Grobfaserige, voluminöse Filter haben im Gegensatz zu den feinen Schichtfiltern
einen wesentlich geringeren Strömungswiderstand, auch wenn sie mit einer großen
Schwebstoffmange beaufschlagt werden. Solche Filter konntcn für Probenahmezwecke
bisher niolit angewandt werden, da ihr Abscheidegrad zu niedrig war. Es ist seit
längerer Zeit bekannt, daß der Abscheidegrad von Filtern mit grober und lockerer
Struktur durch Anlegen eines elektrischen Feldes wesentlich gesteigert werden kann.
Die Brauchbarkeit dieses Effektes für Probenahmezwecke ist jedoch nicht bekannt.
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Das Saugaggregat hat die Aufgabe, ein bestimmbares Gasvolumen in einer
meist vorgegebenen Zeit als konstanten Gasstrom durch das Filter bzw. durch den
Vorabscheider und das Filter zu saugen, Zur Konstanthaltung des Gasstromes während
der Beaufschlagung des Filters sind folgende Konstruktionsprinzipien angewandt worden:
Der Gasstrom wird, nachdem er das Filter passiert hat, durch einen Strömungsmesser
geleitet. Auf Grund des Anzeigewertes des Meßgerätes wird manuell die Leistung'
des Saugaggregates eingeregelt. Bei einer Variante dieses Prinzips wird die Leistung
des Saugaggregates automatisch geregelt.
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Das Saugaggregat ist eine starke Vakuumpumpe oder ein Druckgasejektor.
Der Probegasstrom wird mit Hilfe einer Kristischen Düse konstant gehalten, indem
das Saugaggregat hinter der Düse einen Unterdruck erzeugt, der größer als derjenige
Druck ist, der zur Aufrechterhaltung der Schallgeschwindigkeit in der Düse notwendig
ist. Da einerseits wegen der Düsenform ein Aberschreiten der
der
Schallgeschwindigkeit nicht möglich ist und andererseits das Saugaggregat mit einer
Unterdruckreserve betrieben wird, ist so ein konstanter Gasdurchsatz gesichert.
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Das Saugaggregat besteht aus einer Eolben- oder Nembranpumpe, die
von einem drehzahlstabilen Motor angetrieben werden.
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Der Probegasstrom bleibt konstant, da die Ilubfreciuenz auf Grund
der Motorcharakteristik konstant bleibt. Eine Druckausgleichmembran ist notwendig,
um den pulsierenden Saugstrom der Pumpe in einen konstanten Strom umzuwandeln.
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Das Saugaggregat saugt das Probegas durch das Filter und danach durch
ein enges Rohrleitungssystem mit einem Widerstand, der im Vergleich zum Filterwiderstand
sehr groß ist. Der Gasstrom wird so durch die Charakteristik des Saugaggregates
und den konstanten Leitungswiderstand bestimmt, wärend der Filterwiderstand nur
einen wernachlässigbar geringen Einfluß ausübt.
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Dieses Prinzip läßt sich bisher nur für Geräte anwenden, die mit einem
extrem niedrigen Gasstrom betrieben werden.
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Den bisher bekannten Probenahmegeräten haften Mängel an, die schließlich
auf den großen und sich verändernden Strömungswiderstand des Sschwebstoffilters
zurückzufüren sind. Der Strömungswiderstand und seine Änderung in Abhängigkeit der
Beaufschlagung setzen der Wahl des Probegasstromes, der abzuscheidenden Schwebstoffmenge
und der Probenahmezeit enge Grenzen. Um diese Grenzen fRr bestimmte Meßaufgaben
zu erweitern, muß entweder die Filterflache entsprechend stark vergrößert werden
oder die Leistung des Saugaggregates und der Aufwand fLir die Konstanthaltung des
Gasstromes erhöht werden. Die Vergrößerung der Filterflächen ernöht die Materialkrosten
oder macht das Gerät sperrig und erschwart davit seine Handhabung. Andererseits
ist ein leistungsstarkes Saugaggregat, das auch die Widerstandsänderungen
des
Filters in einem weiten Bereich ausgleicht, kompliziert und oft störanfällig. Auserdem
hat es eine große Konstrunktionsmasse sowie einen großen Bedarf an Betriebsenergie.
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Die bekannten Filtermaterialien lassen sich rach der Probenahme nicht
wiederverwenden, und die Gewinnung des Schwebstoffes aus dem Filter ist ent weder
kompliziert oder nicht möglich.
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Die Erfindung verfolgt den Zweck, die den bekannten Probenahmegeräten
anhaftenden Hängel zu beseitigen.
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Der Erfindung diegt die Aufgabe zugrunde, ein Probenahmegerät für
Schwebsttoffe zu schaffen, das über lange Probenahmezeiten einen großen und konstanten
Probegasstrom aufrecht erhält und dabei in der Lage ist, eine große Schwebstoffmenge
zu sammeln.
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Zur Abscheidung der groben Teilchenfraktionen muß es wahlweise mit
einem Vorabscheider mit definierter Abscheidecharakteristik ausrüstbar sein. Ferner
soll der im Filter sowie im Vorabscheider abgeschiedene Schwebstoff gut wägbar und
für stoffliche Analysen verlustarm gewinnbar sein. Das Gerät muß einfach und handlich
aufgebaut sein und n;r einen geringen Verbrauch an Energie haben.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem als Schwebstofffilter
ein grobfaseriger, grobporöser oder grobkörniger Körper verwandt wird. Dieses Filter
hat im Gegensatz zu den üblichen Schichtfiltern eine voluminösere und lockere Struktur.
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Dadurch wird erreicht, daß der Strömungswiderstand sowohl vor, während
als auch bis zum Ende der Beaufschlagung sehr niedrig ist. Außerdem ist es möglich,
den Schwebstoff mit geeigneten Flüssigkeiten auszuwaschen. Auf diese Weise kann
der Schwebstoff weiter analysiert werden, andererseits Lißt sich das gewascllene
Filter wieder verwenden. Um den erforderlichen Abscheide rad zu erreichen, wird
der Filterkörper in ein elektrisches Feld
gebracht. Es ist dabei
vorteilhaft, den Filterkörper ringförmig auszubilden, wobei die Elektroden zur Erzeugung
des elektrischen Feldes als Blechscheiben ausgebildet sind. Der Probegasstrom wird
radical von außen nach innen zwischen den Elektroden durch den Filterkörper geführt.
Es ist zweckmäßig, den äußeren Rand des Ringfilters über den äußeren Rand einer
oder beider Elektroden stehen zu lassen, so daß die elektrische Feldstärke im äußeren
Teil des Filters niedriger ist. Durch diese Anordnung wird eine größere Eindringtiefe
des Schwebstoffes erzielt, so daß die Änderung des Strömungswiderstandes weiter
verringert wird.
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Als Saugaggregat ist ein Radiallüfter vorgesehen, der von einem drehzahlstabilen
Motor angetrieben wird. Erfindungsgemäß wird als Vorabscheider ein Zyklon vorgeschlagen,
dessen Strömungswiderstand den Hauptanteil des Widerstandes vom gesamten Ansaugsystem
darstellt.
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Die Leistungskennlinie des Lüfters ist diesem Widerstand angepaßt,
so daß der gewünschte Luftdurchsatz gewährleistet ist.
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Für Probenahme ohne Vorabscheider wird der Zyklon durch einen gleichwertigen
Strömungswiderstand in Form einer Blende oder Düse ersetzt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig.1 den senkrechten Schnitt
durch das Gerät Fig. 2 den horizontalen Schnitt A - A nach Fig. 1 Fig.3 den horizontalen
Schnitt B - B nach Fig. 1 Fig. 4 den horizontalen Schnitt C - C nach Fig. 1 Das
Gerät besteht aus drei wesentlichen Baugruppen, dem Saugaggregat, den Filtergehäuse
und dem Vorabscheider. Sie sind zu einer kompakten Einheit zusammengesetzt.
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Das Saugaggregat ist ein Radiallüfter, der von einem Hilfsphasen-Induktionsmotor
2 angetrieben wird. Die Anordnung des Rotors in dem spiralförmigen Lüftergehäuse
ist aus dem Schnitt A - A der Fig. 2 zu entnehmen. Direkt an das Ventilatorgehäuse
ist das Filtergehäuse angesetzt. Das Filtergehäuse ist ein flacher zylindrischer
Behälter aus elektrisch isolierendem Material, der in halber Höhe durch eine Metallplatte
geteilt ist. Im oberen Teil liegt der ringförmige Filterkörper 3. Die Metallplatte
und ein im oberen Gehäusedeckel eingelassener blechring 4 sind die beiden Elektroden
zur Erzeugung eines elektrischen Feldes.
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Die Metallplatte ist geerdet, der Blechring 4 wird durch eine verdeckt
geführte Leitung vom Hochspannungsgerät 1 aufgeladen.
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De Schnitt B - B zeigt, daß der Filterring größer als der Hochspannungselektrodenring
ausgeführt ist. Die geerdete Metallplate hat in der Nähe des Randes Schlitze, durch
welche der Probegasstrom vom unteren Teil in den oberen Teil des Filtergehäuses
übertritt. Der untere Teil des Gehuses ist leer und hat nur die Aufgabe, den Probegasstrom
von er Eintrittsöffnung des Filter hauses radial nach außen zu den Übergangsschlitzen
zu führen.
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Der Zyklon ist direkt an die Eintrittsöffnung des Filtergehäuses angeschlossen.
Er ist aus drei Rohrteilen zusammengesetzt. Die Ausführung des oberen Einlaßteiles
mit dem Ansaugschlitz wird durch den Schnitt C - C der Fig. 4 deutlich. Das mittlere
Wirbelrohrteil ist genau zylindrisch. Darunter schließt sich der Auffangbehälter
für den abgeschiedenen Schwebstoff an. Der Austragkörper 5 trennt die Wirbelzone
von der Austragzone aerodynariisch an. Das Tauchrohr mit dem Innendurchmesser d2
führt den Probegasstrom direkt zur Eintrittsöffnung des Filtergehäuses.
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Sowohl der Vorzyklon als auch das Filter gehäuse sind zur Gewinnung
der abgeschiedenen Schwebstoffe leicht demontierbar.
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Für Probenahmen ohne Vorzyklon läßt sich eine Lochblende mit dem gleichen
Strömungswiderstand zwischen Austrittsöffnung des Filtergehäuses und Eintrittsöffnung
des Ventilators schalten.