DE2301028A1

DE2301028A1 - Vorrichtung und verfahren zur ueberfuehrung von partikeln von einem strom in einen anderen strom

Info

Publication number: DE2301028A1
Application number: DE2301028A
Authority: DE
Inventors: Anthony Rene Barringer
Original assignee: Barringer Research Ltd
Current assignee: Smiths Detection Toronto Ltd
Priority date: 1972-01-12
Filing date: 1973-01-10
Publication date: 1973-08-09
Also published as: SE398446B; FR2167974A1; CA954564A; BR7300258D0; GB1417481A; ES410770A1; JPS4881173A; AU465325B2; AU5102773A; FR2167974B1; ZA73102B; US3998734A

Description

Vorrichtung und Verfahren zur überführung von Partikeln von einem Strom in einen anderen Strom

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die überführung von Partikeln von einem Fluidstrom in einen anderen Fluidstrom. Eine besondere Anwendung besteht in der Durchführung chemischer Analysen partikelförmiger Substanzen.

Auf dem Gebiet der Untersuchung von Luftverschmutzung und geochemischer Untersuchung atmosphärischer, partikelförmiger Dispersionen ist es manchmal notwendig, die Partikel in der Atmosphäre kontinuierlich zu analysieren. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, diese Partikel aus-einer Suspension in Luft in einen Gasstrom oder einen Flüssigkeitstrom zu überführen.

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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß man die Partikel in der sie umgebenden Luft auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und dann diese Partikel aus dem sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Luftstrom abt rennt und in einen Fluidstrom. leitet. Dieser Fluidstrom trifft in einem abgeschlossenen Bereich in den Luftstrom, und die relativen Drücke der beiden Ströme sind derart, daß der Fluidstrom, der mit Partikeln aufgeladen wird, praktisch luftfrei ist. Der übertritt der Partikel durch die Grenzfläche zwischen Luftstrom und dem Aufnahmestrom in dem abgeschlossenen Bereich geschieht aufgrund des Bewegungsmomentes der Partikel.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine;i vorzugsweise.. Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ubertragungsblocks.

Figur 2 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Übertragungsblocks nach Figur 1.

Figur 3 zeigt schematisch die Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung nach Figur 3.

Figur 5 zeigt schematisch die Richtung des Aufnahme Stroms nach Figur 3 und 4.

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Nach Figur 1 und 2 enthält eine bevorzugte, erfindungsgemäße Vorrichtung einen Block IO (z.B. aus Metall), in den drei Löcher 11, 12 und 13 gebohrt wurden. Der Abschnitt Ha der Bohrung und die Bohrung 12 stellen eine erste Fluidaufnahmevorrichtung dar, welche über den Einlaß 14 der Bohrung Ha mit einer Druckquelle eines ersten Stroms, z. B. eines Partikel enthaltenden Luft -stromes verbunden ist. Der Abschnitt Ha der Bohrung 11 ist ein erster Kanal und über eine erste Gabelung 15 mit der Bohrung (die einen zweiten Kanal darstellt) verbunden. In gleicher Weise bilden die Bohrungen 13 und der Abschnitt Hb der Bohrung 11 eine zweite Fluidaufnahmevorrichtung, welche Über den Eingang

16 der Bohrung 13 mit einer Quelle eines zweiten unter Druck stehenden Fluids, beispielsweise ein inertes Gas wie Argon, Helium usw. verbunden sein kann. Die Bohrung 13 bildet einen dritten Kanal und die Bohrung 1 Ib einen vierten, wobei die beiden über eine zweite Gabelung 17 miteinander verbunden sind. Der Abschnitt Hc der Bohrung 11 zwischen der ersten und zweiten Kreuzung 15,

17 bildet einen umschlossenen Raum, in dem sich, wie beschrieben werden wird, die gegeneinander fließenden Ströme treffen.

Für die folgende Beschreibung wird angenommen, daß der erste Strom Luft und der zweite Strom ein inertes Gas ist. Aus der Partikel enthaltenden Luft wird auf irgendeine der herkömmlichen Weisen ein Strom hergestellt, beispielsweise durch ein Gebläse oder durch Ansaugen über einen Kolben eines laufenden Motors.

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Die Geschwindigkeit der Luft kann in weiten Grenzen variiert werden, z. B. zwischen einigen wenigen Zentimetern pro Sekunde bis zu vielen hundert Metern pro Sekunde. Das inerte Gas wird dem Block IO von einer Druckquelle mit einstellbarer Strömungsgeschwindigkeit zugeführt. Der Luftstrom trifft den Strom inerten Gases im umschlossenen Bereich lic, und die Drücke der beiden Ströme werden gerade so eingestellt, daß der Luftstrom gezwungen wird, zurückzudrehen oder zumindest teilweise seine Richtung zu ändern, und durch die Bohrung 12 aus dem Block auszutreten. In gleicher Weise wird der Strom inerten Gases gezwungen zurückzudrehen^ und durch den Ausgang 18 des Abschnittes 11b den Block zu verlassen. Unter diesen Bedingungen werden die Partikel des Luftstroms wegen ihrer Trägheit und ihres Momentes durch den Bereich lic in den inerten Gasstrom getragen. Sind die Partikel relativ groß, beispielsweise im Bereich von 5O bis 2OO/Um,so kann der Übertragungsprozeß wegen der Masse der Partikel bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten von einigen wenigen Zentimetern pro Sekunde stattfinden. Sind die Partikel klein, beispielsweise im Bereich von etwa 1 ,um, ist es jedoch wünschenswert, mit höheren Geschwindigkeiten von einigen Metern pro Sekunde zu arbeiten, um den Partikeln ein ausreichendes Moment bzw. einen ausreichenden Impuls zu verleihen, so daß sie leicht übertragen und nicht mit dem Luftstrom durch die Bohrung 12 ausgetragen werden.

Während die Erfindung anhand eines die Partikel tragenden Gasstromes beschrieben Wutcle i'sl' d/eErfindung gleichermaßen auf

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Partikel tragende Flüssigkeitsströme anwendbar, vorausgesetzt, daß das spezifische Gewicht der Partikel wesentlich höher als das der Flüssigkeit ist. Beispielsweise können Silikatpartikel mit einem spezifischen Gewicht von 2,4 in einem wässrigen Strom des spezifischen Gewichtes 1 durch den Abschnitt 11a in den Block eingegeben werden. Ein anderer wässriger Strom kann durch die Bohrung 13 eingebracht werden, worauf sich die beiden Ströme im Bereich lic treffen. Unter der Voraussetzung, daß die beiden Ströme unter gleichem Druck stehen und relativ hohe Geschwindigkeit haben, werden die Partikel aus dem ersten Strom in gerader Linie in den zweiten Strom "geschossen" werden. Der erste Strom wird durch die Bohrung 12 austreten und die Partikel werden im zweiten Strom durch den Abschnitt 11b austreten.

Jede mögliche Kombination von Flüssigkeit oder Gas kann in dieser Vorrichtung verwendet werden, eingeschlossen die Übertragung von Gas zu Flüssigkeit, Gas zu Gas, Flüssigkeit zu Flüssigkeit oder Flüssigkeit zu Gas. In der Praxis ist es wünschenswert, den Druck der zweiten Flüssigkeit, die durch Bohrung 13 eintritt, etwas über den der ersten Flüssigkeit, die durch den Abschnitt 11a eintritt, zu halten. Unter diesen Bedingungen wird ein kleiner Teil des zweiten Stroms durch die Bohrung 12 austreten, aber die Übertragung der Partikel findet trotzdem statt. Durch einen leichten Überdruck wird erreicht, daß der zweite Strom , der durch den Abschnitt 11b den Block verläßt, nicht durch den ersten Strom verunreinigt wird.

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Diese Bedingungen ermöglichen eine fast perfekte Übertragung, da die Partikel durch eine leichte Gegenströmung eines kleinen Teils des zweiten Stromes im Bereich des Abschnittes lic gewaschen werden.

Die Erfindung wurde anhand geradliniger Bewegungen beschrieben; sie kann aber auch unter Erzeugung kreisförmiger Bewegungen durchgeführt werden. Eine solche Verfahrensweise wird in den Figuren 3, 4 und 5 wiedergegeben. Es kann ein kleiner kreisförmiger Beschleuniger 2O nach herkömmlicher Bauart verwendet werden. Luft oder andere die Partikel enthaltende Ströme treten durch den Einlaß 21 -in den Beschleuniger ein, und im Beschleuniger wird in an sich bekannter Weise ein Wirbel erzeugt, so daß die Partikel in kreisförmiger Bewegung hoher Geschwindigkeit in Richtung 22 des Beschleunigers 2O bewegt werden. Ein partikelfreier sauberer Strom verläßt den Beschleuniger durch Auslaß 23. Der untere Teil des Beschleunigers 2O ist mit einem Gehäuse 24 verbunden (siehe Figur 4), wodurch eine kreisförmige Kammer 25 gebildet wird, die den unteren Teil 22 des Beschleunigers 2O umgibt. In das Gehäuse 24 tritt durch ein Seitenrohr 26 ein Strom ein, in den die Partikel übertragen werden sollen. Durch die Strömung wird in der kreisförmigen Kammer 25 ein Wirbel erzeugt. Die Kammer 25 besitzt eine Wand 27, die vom sich anschließendem Ende des unteren Teils des Beschleunigers 22 durch einen Spalt 28 einstellbarer Höhe getrennt ist. Der in der Kammer 25 entstehende Wirbel wird so ausgebildet, daß er

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die gleiche Richtung wie der innerhalb des Beschleunigers besitzt. Dieser Wirbel wird durch Anordnung der Eingangs- und Ausgangsleitungen wie in Figur 5 erzeugt.

Bei Betrieb werden die Partikel, die sich an den Wänden des Beschleunigers hinunterbewegen, durch den Spalt 28 durch die starke Zentrifugalkraft dieser Partikel in radialer Richtung herausgeschleudert. Sie treten in die Kammer 25, in der sie durch den Wirbel des durch das Rohr 26 eintretenden Stromes aufgenommen werden. Die Partikel werden in dem Wirbel innerhalb der Kammer 25 kreisförmig herumgeschleudert und durch den Ausgang 29 aus der Kammer hinausgetrieben.

Es ist wesentlich, den Druck des Stromes, der durch das Rohr 26 eintritt, etwas über dem des im unteren Teils des Zyklons bestehenden zu halten. Unter diesen Bedingungen besteht eine leichte Gegenströmung durch den Spalt 28 in den unteren Teil des Beschleunigers, so daß sie in die Luft oder andere Trägerströme eintritt, die aus dem Beschleuniger abgegeben werden. Die Partikel werden durch ihre hohe Zentrifugalkraft mit erheblicher Geschwindigkeit gegen die schwache Eintrittsströmung des Stromes herausgeschleudert.

Die Anwendung der Erfindung wurde hinsichtlich ihrer Verwendung für analytische Zwecke beschrieben. Ebenso kann sie aber auch als

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brauchbare Methode zur kontinuierlichen Reinigung von Staub im unteren Teil eines Beschleunigers und Überführung des Staubs in einen konzentrierten Wasser- oder Luftstrom angewendet werden, so daß die Ströme zu einem beliebigen Sammelpunkt geleitet werden können.

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Claims

-ί-

1. Vorrichtung zur Überführung von Partikeln aus einem Strom in einen zweiten Strom, wobei die Partikel ein höheres spezifisches Gewicht als das Material des ersten Stromes besitzen, gekennzeichnet durch

a) eine erste Strömungsvorrichtung zur Erzeugung des ersten Stroms;

b) eine zweite Strömungs vor richtung zur Erzeugung des zweiten Stroms;

c) eine erste Aufnahmevorrichtung für den ersten von der zugehörigen Vorrichtung kommenden Strom mit einem Einlaß und einem Auslaß;

d) eine zweite Aufnahmevorrichtung für den zweiten von der zugehörigen Vorrichtung kommenden Strom mit einem Einlaß unxi einem Auslaß;

e) einen mit den Vorrichtungen zur Erzeugung der Ströme verbundenen, umschlossener Bereich, in dem die Partikel aus dem ersten Strom in den zweiten Strom bewegbar sind;

f) eine Regelvorrichtung zur Regelung der Drücke des ersten und zweiten Stroms, so daß der Druck des zweiten Stromes im umschlossenen Bereich mindestens gleich dem Druck des ersten Stroms in diesem Bereich ist, wobei der erste Strom aus dem Auslaß der ersten Aufnahmevorrichtung praktisch partikelfrei geleitet und der zweite Strom mit den Partikeln aus dem Auslaß der zweiten Aufnahmevorrichtung praktisch frei von Strom geleitet wird.

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2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aufnahmevorrichtung einen ersten Kanal enthält, der mit dem Einlaß der ersten Aufnahmevorrichtung verbunden ist, und daß sie einen zweiten Kanal enthält, der mit dem Auslaß der ersten Aufnahmevorrichtung verbunden ist, wobei dieser Kanal mit dem ersten Kanal in einer ersten Kreuzung in Strömungsrichtung oberhalb des umschlossenen Bereichs verbunden ist, und welche so angeordnet ist, daß der erste Strom beim Fließen aus dem umschlossenen Bereich in den zweiten Kanal im umschlossenen Bereich zumindest teilweise seine Richtung umkehrt bzw. ändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Aufnahmevorrichtung einen dritten Kanal enthält, welcher mit dem Eingang der zweiten Aufnahmevorrichtung verbunden ist, und einen vierten Kanal, welcher mit dem Ausgang der zweiten Aufnahmevorrichtung verbunden ist, so daß der dritte Kanal mit dem vierten Kanal in einer zweiten Kreuzung in Strömungsrichtung unterhalb des umschlossenen Bereichs verbunden ist, und daß der dritte Kanal mit dem ersten Kanal einen Winkel bildet, so daß der Druck des zweiten Stroms im umschlossenen Bereich dem Druck des ersten Stromes entgegenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte und der erste Kanal im wesentlichen gerade und koaxial sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aufnahmevorrichtung ein abgestumpftes, im allgemeinen konisches Bauteil enthält, das ein erstes und eine zweites offenes Ende besitzt, wobei das erste Ende einen kleineren Durchmesser · aufweist als das zweite Ende;

daß die zweite Aufnahmevorrichtung eine kreisförmige Kammer, die das erste Ende umgibt, enthält; daß die kreisförmige Kammer eine Endwand besitzt, die leicht vom ersten offenen Ende durch einen Zwischenraum abgesetzt ist, so daß die Partikel beim Verlassen des konischen Bauteils aufgrund der Zentrifugalkraft in die kreisförmige Kammer geschleudert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und Ausgang der zweiten Aufnahmevorrichtung tangential mit der kreisförmigen Kammer verbunden sind, und daß Eingang und Ausgang axial gegeneinander versetzt sind.

7. Verfahren zur Überführung von Partikeln aus einem ersten Strom

in einen zweiten Strom, in dem die Partikel ein höheres spezifisches Gewicht als das der ersten Flüssigkeit besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Strom und die darin enthaltenen Partikel gegen den zweiten Strom in einen Bereich führt, wobei der Druck des zweiten Stromes gleich oder leicht über den Druck des ersten

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Stromes gehalten wird, so daß die Partikel aufgrund ihres Bewegungsmomentes in den zweiten Strom überfuhrt werden, und daß man den die Partikel enthaltenden zweiten Strom aus diesem Bereich abführt.

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