DE2717915C3

DE2717915C3 - Aerosolspektrometer nach Art der Stöber-Zentrifuge

Info

Publication number: DE2717915C3
Application number: DE19772717915
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 5948 Schmallenberg Hochrainer; Werner Prof. Dr. 4400 Muenster Stoeber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2717915B2; DE2717915A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Aerosolspektrometer nach Art der Stöber-Zentrifuge. Mit einer derartigen Einrichtung kann der aerodynamische Durchmesser von Aerosolpartikeln gemessen werden.

Eine solche Zentrifuge ist in der DE-OS 20 26 149 (W. S t ö b e r, Spektrograph zur Aufnahme der Verteilung der Sinkgeschwindigkeit von Aerosolpartikeln) dargestellt.

Derartige Aerosolzentrifugen benötigen zum Betrieb partikelfreie Luft. Diese muß mittels einer Pumpe und mittels Filtern hergestellt und dem Rotor durch Drehdichtungen zugeführt werden.

Zum Verständnis des folgenden sei die Wirkungsweise des Stöber-Rotors kurz erläutert. Der Rotor (siehe Bild 1) enthält einen spiralförmigen Kanal 1, der von partikelfreier Luft durchströmt wird, die bei 2 in den Rotor eintritt. In der Rotorachse wird dem Kanal Aerosol zugeführt und an der dem Zentrum des Rotors zugewandten Seite 3 des Kanals in den Kanal eingeleitet. Die Partikeln werden durch die Strömung des Gases in Richtung des Kanals weitergetragen und durch die Wirkung der Zentrifugalkraft zur Außenwand des Kanals hingetrieben. Die großen Partikeln erreichen durch die Zentrifugalkraft eine höhere Geschwindigkeit als die kleineren, so daß die größeren nach einer kürzeren und die kleineren nach einer längeren Strecke auf der Außenwand der der Achse abgewandten Kanalseite abgeschieden werden. Auf diese Kanalwand kann eine Folie gelegt werden, die nach Versuchsende der Zentrifuge entnommen wird und auf der die Partikeln weiter untersucht werden können.

Bei den bisher üblichen Ausführungen des Stöber-Rotors wird die zum Betrieb notwendige, partikelfreie Luft durch einen Kompressor hergestellt, gefiltert, dosiert und mit einem Strömungsmesser gemessen dem Rotor zugeführt. Ebenso wird die aus dem Rotor austretende Luft gemessen und abgesaugt. Für diese Funktionen sind im Rotor mehrere rotierende Dichtungen mit verhältnismäßig großen Durchmessern erforderlich.

Der Aerosol-Volumenstrom, der von der Zentrifuge angesaugt wird, bestimmt sich dann als Differenz der ein- und austretenden, partikelfreien Luftströme. Als Differenzmessung ist dies mit einer größeren Meßunsicheiheit behaftet, als eine Strömungsmessung üblicherweise aufweist Bei Aerosolmessungen treten öfter Fälle auf, bei denen die Gasdichte des Aerosols von der partikelfreien Luft abweicht Dann kommt es im Kanal zu Wirbelbildungen und Störungen der Abscheidung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile der bisherigen Ausführungen des Stöber-Rotors zu vermeiden und insbesondere die Durchsatzmessungen einfacher durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein Aerosolspektrometer mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die aus dem Kanal des Rotors austretende Luft durch die Abscheidung der Partikeln im Kanal als partikelfreie Luft dem Kanal wieder zugeführt werden kann, ohne den Rotor verlassen zu müssen. Diese Strömung kann einen geschlossenen Kreislauf bilden, von dem stets etwas Luft abgesaugt wird, die durch Aerosol ersetzt wird. Damit ist der angesaugte Aerosol-Volumenstrom gleich dem abgesaugten Luftstrom, der genau gemessen werden kann. Da der Kreislauf partikelfreier Luft ständig mit dem Gas des Aerosols gespeist wird, besteht dieser nach kurzer Einlaufzeit aus demselben Gas wie das Aerosol, so daß Dichteunterschiede nicht auftreten können.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in B i 1 d 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Unterhalb des Kanals, aber vom Rotor völlig umschlossen, ist ein nicht-rotierendes Flügelrad 11 eingebaut Innerhalb des Rotors wird die Luft durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben, sobald sie den Kanal verläßt, kann sie längs der nicht-rotierenden Flügel zur Mitte strömen, weil hier keine Zentrifugalkraft auftritt und wird dann durch eine Öffnung 12 nahe der Achse wieder in den Kanal gesaugt. Die Eintrittsöffnung 12 ist in Bi Id 2 nur als Sinnbild zu betrachten, weil die Öffnung in einer anderen Schnittebene liegt und sonst nicht dargestellt werden könnte. Das Flügelrad sitzt auf einem Achszapfen 13, der den Rotor trägt. Der Antrieb des Rotors erfolgt mit einem Keilriemen, dessen Riemenscheibe unterhalb des Rotors angebracht ist.

Zur Begrenzung der Strömung kann am Austritt des Kanals eine auswechselbare Düse 15 eingesetzt werden. Diese Düse ist zum besseren Verständnis in B i 1 d 2 eingezeichnet, obwohl sie nicht in der Schnittebene liegt Da die Drehzahl sowohl die Abscheidekraft für die Partikeln als auch die Geschwindigkeit der Strömung durch den Kanal in gleicher Weise beeinflußt, erweist sich die Partikelgrößeneichung als fast unabhängig von der Drehzahl. Hingegen wird durch die Düse der Meßbereich der Zentrifuge festgelegt Die Drehzahl bestimmt dann im wesentlichen den Durchsatz und das Auflösungsvermögen.

Um zu verhindern, daß sehr kleine Partikeln, die im Kanal nicht abgeschieden wurden, bei der Wiederverwendung der Luft am Niederschlagsort der größeren Partikeln abgeschieden werden, besteht die Möglichkeit, am Ende des Kanals ein Filter einzubauen, durch das die Luft den Kanal verläßt. Dann ist mit Sicherheit die in den Kanal eintretende Luft partikelfrei.

In der in B i I d 2 dargestellten Ausführung besteht das

Flügelrad 11 aus einer dünnen Kreisscheibe 16 von ca. 140 mm Durchmesser,, auf der rechtwinkelig gebogene Bleche 17 mit ca. 7 mm Schenkellänge in radialer Richtung angeschraubt sind. Zur Abdichtung des gesamten Rotorraumes gegenüber dem Achszapfen genügt eine einzige »V«-Ring-Dichtung 18.

Durch die Bohrung 19 wird die überschüssige Aerosolmenge abgesaugt, womit gleictizeitig die Menge des abgesaugten Aerosols reguliert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aerosolspektrometer nach Art der Stöber-Zentrifuge, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (10, 11, 12) vorgesehen sind, mit denen das aus dem spiralförmigen Kanal (1) austretende Gas wieder in den Eingang (2) des Kanals (1) zurückgeführt wird.

Z Aerosolspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rotors ein mit dem Rotor nicht mitrotierendes Flügelrad (11) angebracht ist, bei dem die Luft entlang der Flügeln zur Achse zurückströmen kann.

3. Aerosolspektrometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter am Ende des Kanals (1) eingebaut ist, das die Luft von allen noch verbleibecden Partikeln befreit

4. Aerosolspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Achszapfen Einrichtungen zur Kühlung oder Erwärmung eingebaut sind, um damit die Strömung im Kanal zu beeinflussen.

5. Aerosolspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (15) vorgesehen ist, mit der die Durchflußmenge und damit der Meßbereich festgelegt werden kann.