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Vorrichtung zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes
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Die, vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sotrichtunge zuB Aerosolerzeugung
und genauer auf Vorrichtungen zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes.
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Die Erfindung kann zur Einführung von Eichteilchen in Aerosol-Zähler
zur Bestimmung der Maßgrenzen des Arbeitsbereichs und Ermittlung der Zähl- und Massenkonzentratiofl:en
der Teilchen benutzt werden.
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Es ist eine Vorrichtung zum Aerosolversprühen bekannt, die ein zylindrisches
Rohr enthält, welches mit einem seiner Enden an eine Druckluftquelle angeschlossen
st und mit einem aus genau dimensionierten Feststoffteilchen und destilliertem Wasser
bestehenden Hydrosol gefüllt ist und mit dem anderen Ende an einen Trockner angeschlossen
ist, der als zylini risches Rohr ausgebildet ist, das an eXe andere Druckluftquelle
angesc] sen ist und ein' sich verjüngendes Ausgangsende zum Verstäuben aufweist
(5. z.B. Allunions-Forschungsinstitut für Interbrancheninformation 1973, Informationsblatt
Nr. 73-1857).
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Die Vorrichtung in einer derartigen konstruktiven Gestaltung ist nicht
imstande, einen breiten Größenbereich der zu erteugenden Teilchen zu sichern, und
mit Teilchen einer vorgegebenen Größe kann sie die flüssige Phase wart von Aggregaten
ausgehen.
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Es ist eine Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben
eines
pulverförmigen Stoffes bekannt, die ein zylindrisches Gehäuse und ein innerhalb
des Gehäuses koaxial angeordnetes Rohr mit einer luftdurchlässigen Scheidewand,
die die zu verstäubende pulverförmige Substanz trägt und das Gehäuse in einen oberen
und einen unteren Teil aufteilt, wobei im unteren Teil des Gehäuses ein Luftzuführungsmittel
zur r'igung. des pulyorförmigen Stoffes durch die luftdurchlässige Scheidewand vorgesehen
ist, sowie ein Verdünnungsmittel zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des
pulverförmigen Stoffes bei deren Verstäubung umfaßt (S.z.B.US-PS 3 425 601, Kl.
222-193).
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In dieser Vorrichtung ist das Luftzuführungsmittel zur Erzeugung des
pulverförmigen Stoffes als Rohrstutzen ausgebildet, der durch einen Schlauch an
eine erste autonome Druckluftquelle angeschlossen ist. Das Verdünnungsmittel zum
Verdünnen der Konzentration der Teilhen-des pulverförmigen Stoffes bei deren Verstäubung
ist als Ventil ausgebildet, das innerhlb des Rohres angeordnet ist und eine Steuereinheit
aufweist Die Verstäubung des pulverförmigen Stoffes erfolgt durch eine zweite autonome
Druckluftquelle mit Hilfe einer Zerstäuberdüse, die mit der Vorrichtung durch einen
Schlauch verbunden ist und sich außerhalb des Gehäuses befindet. Das obere Ende
des Rohres befindet sich über der Scheidewand unterhalb der Schütthöhe des pulverförmigen
Stoff es.
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Dies bringt den Nachteil mit sich, daß in das Rohr ein pulverf-!ormiger
Stoff gelangt, der mit Teilchenaggregaten beladen ist, und zur Erhaltung des Aerosolzustandes
mit der Zerstäuberdüse verstäubt werden muß.
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Eine Vorrichtung dieser Art liefert keine Mikrokonzentrationen der
Teilchen und ist wegen des Vorhandenseins von zwei autonomen Druckluftquellen sperrig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vom Vertikaltyp
zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes
zu schaffen, in der
das Luftzuführungsmittel zur Erzeugung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes und
das Verdünnungsmittel zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen
Stoffes bei deren Verstäubung derart gestaltet sind, daß eine Vereinfachung der
Bauweise der gesamten Vorrichtung und eine Erweiterung des Mikrokonzentrationsbereichs
der Teilchen des pulverförmigen Stoffes sicher gestellt ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Vorrichtung vom Vertikaltyp
zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes, die ein zylindYisches Gehäuse und ein
innerhalb. des Gehäuses koaxial angeordnetes Rohr mit einer luftdurchlässigen Scheidewand
enthält, die den zu verstäubenden pulverförmigen Stoff trägt und das Gehäuse in
einen oberen und einen unteren Teil aufteilt, wobei im unteren Teil des Gehäuses
ein Luftzuführungsmittel zur Erzeugung der Teilchen des. pulverförmigen Stoffes
durch die luftdurchlässige Scheidewand vorgesehen it, sowie ein verdünnungsmittel
zum Verdünnen der Konzentraiton der Teilchen des pulverförmigen Stoffes bei deren
Verstäubung aufweist, erfindungsgemäß das Luftzuführungsmittel zur Erzeugung der
Teilchen des pulvers förmigen Stoffes eine Reihe von Öffnungen aufweist, durch die
ein Teil des Luftstromes hindurchtritt und die in der Wand des zylindrischen Gehäuses
an dessen Umfang angeordnet sind, und das Verdünnungsmittel zum Verdünnen der Konzentration
der Teilchen des pulverförmigen Stoff es bei deren Verstäubung eine Öffnung darstellt,
durch die der andere Teil des Luftstromes hindurchströmt und die am Stirnende des
oberen Teils des zylindrischen Gehäuses derart angeordnet ist, daß die durch die
in der Wand des unteren Teils des, zylindrischen Gehäuses vorhandenen öffnungen
strömende Luft samt der durch die: am Stirnende des oberen Teils des zylindrischen
Gehäuses vorhandene öffnung strömenden Luft eine Verstäubungs zone . für den pulverförmigen
Stoff -bildet und didLAnge des
über der luftdurchlässigen Scheidewand
hervorragenden Rohres derart gewählt ist, daß sein oberes Ende bis an diese Verstäubungszone
reicht.
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Die Länge des über der luftdurchlässigen Scheidewand im oberen Teil
des zylindrischen Gehäuses hervorragenden Rohres wird zweckmässigerweise ausgehend
von der Beziehung (33 bis 40) dI # 1 # 6d2 gewählt, worin 1 die Länge des über dir
Scheidewand hervorragenden Rohres d, dI der Innendurchmesser des Rohres und d2 der
Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses sind.
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Es ist zweckmäsig, in der Vorrichtung einen Ring vorzusehen ; der
an der Außenwand desunteren Teils des zylindrischen @@häuses drehbar montiert wird
ung beim Drehen die Durchgangsquerschnitte der in der Wand des gehäu@@s an dessen
Umfang angeordneten öffnungen überdeckt.
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Es ist von Vorteil, in der Vorrichtung zwei Filter vorzusehen, wobei
der eine im unteren Teil des zylindrischen Gehäuses oberhalb der in der Wand des
zylindrischen Gehäuses an dessen Umfang angeordneten öffnungen, jedoch unterhalb
der Scheidewand untergebracht und der andere im oberen Teil rdes zylindrischen Gehäuses
derart angeordnet ist, daß er dn Durchgangsquerschnitt der am Stirnende des oberen
Teils des zylindrischen Gehäuses vorhandenen öffnung überdeckt.
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Das obere Ende des Rohres kann als kegelförmiger Trichter ausgebildet
sein.
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Diese Ausführung der Vorrichtung zum Verstäuben eines pulverf6rmigen
Stoffes ist konstruktiv einfach und' kann: einen breiten regelbaren Mikrokonzentrationsbereich
der Teilchen des pulverförmigen Stoffes sicherstellen.
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Naclistehend wird die Erfindung an Hand eines konkrete Ausführungsbeispieles
und der beiliegen Zeichnung näher erläutert. Auf der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe
Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstauben eines pulverför migen Stoffes im Langsschnitt
dargestellt.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verstäuben eine pulverförmigen
Stoffes wird am Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einführen der Eichteilchen
eines pulverförmigen Stoffes in Aerosol-Zähler beschrieben.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben
eines pulverförmigen Stoffes enthält ein zylindrisches Gehäuse I und ein innerhalb
des Gehäuses koaxial angeordnetes Rohr 2 mit einer luftdurchlässigen Scheidewand
31 die das Gehause I in einen oberen 4 und einen unteren 5 Teil aufteilt.
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Die luftdurchlässige Scheidewand 3 trägt den zu verstäubenden pulverförmigen
Eichstoff 6.
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Im unteren Teil 5 des Gehäuses I ist ein Luftzuführungsmittel 7 zur
Erzeugung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 durch die luftdurchlässige Scheidewand
3 und im oberen Teil 4 des Gehäuses I ist ein Verdünnungsmittel 8 zum Verdünnen
der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen Stoffes bei deren Verstäubung
vorgesehen.
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Gemäss der Erfindung stellt das Luftzuführungsmittel 7 eine Reihe
von Öffnungen 9 dar, die in der Wand des Gehäuses I an dessen Umfang anbeordnet
sind und von einen Teil des Luftstromes in Pfeilrichtun£ A durchströmt werden Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung sind acht öffnungen 9 vorhanden.
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Im unteren Teil 5 des Gehäuses I befindet sich oberhalb der öffnungen
9, jedoch unterder Scheidewand 3 ein Filter 10. An der Aussenwand des unteren Teils
5 des Gehäuses I ist ein Ring 11 vorgesehen, der mittels einer Verschraubung 12
drehbar angeordnet ist und bein Drehen die Durchgangsquerschnitte der öffnungen
9 überdeckt.
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Der Boden des Gehäuses 1 ist durch eine Gewindeverbindung 14 mit
der Wand des Gehäuses I verbunden und als ein Massivkegel mit einer Ringabdichtung
15 zum Anschluss an an einen (in der Zeichnung nicht gezeigten) Aerosol-Zähler ausgebildet.
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Gemäss der Erfindung stellt das Verdünnungsmittel 8 zum Verdünnen
der Konzentration dsr Teilchen des pulver-Stoffes 6 bei deren Verstaubung eine Öffnung
16 , die in einra af das Stirnende des oberen Teils 4 des Gehäuses i aufgesetzten
Deckel 17 ausgebildet ist und vom anderen Teil des Luftstromes in Pfeilrichtung
B durchströmt wird. Die in Pfeilrichtung A durch die Öffnungen 9 durchströmende
Lüft bildet einschließlich der in Pfeilrichtung B durch die öffnung 16 hindurchströmende
Luft eine Verstäubungszone C für den pulverförmigen Stoff 6. Der Deckel 17 ist durch
eine Gewindeverbindung 18 mit den Wänden des Gehauses 1 verbunden .
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In oberen Teil 4 des Gehäuses List ein Filter 19 untergebracht, der
den Durchgangsquerschnitt der Öffnung 16 überdeckt.
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Das obere Ende des Rohres 2 ist als kegelförmiger Trichter 20 ausgebildet.
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Die Länge 1 des über der Scheidewand 3 im oberen 1il. 4 des Gehäuses
I hervorragenden Rohres 2 ist so ausgewählt, dass sein oberes Ende bis an die Verstäubungszone
C reicht.
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Die Länge 1 des über der Scheidewand 3 im oberen Teil 4 des Gehäuses
i hervorragenden Rohres 2 ist ausgehend von der Beziehung (33 bis 40) dI # 1 # 6d2
gewählt, worin dI und d2 die Innendurchmesser des Rohres 2 und des zylindrischen
Gehäuses I sind.
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Das Wirkungsprinzip der erfindungsgemässen Vorrichtung vom Vertkaltyp
zum Vorstäuben eines pulverförmigen Stoffes besteht im folgenden.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird mit ihrem Boden 13 mit der
Ringabdichtung 15 in die Düse eines (in der Zeichnung nicht gezeigten0 Aerosol-Zählers
gas-und luftdicht eingesetzt, wobei der pulverförmige Stoff zuvor auf' die Scheidewand
geschüttet terden nuss. Die Brbeugung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes in
den Bereich der Verstäubungszone C erfolgt durch ein Teil des Luftstromes, der von
der Pumpe des Aerosol-Zählers geschaffen wird und durch die Öffnungen 9 des Luftzuführungsmittels
7, den Filter 10 und die luftdurchlässige Scheidewand 3 hindurchgeht Die Regelung
der Mikrokonzentrationen der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 in einer Volumeneinheit
erfolgt durch das Drehen des Ringes II, bei dem die Durchgangsquerschnitte der.
Öffnungen 9 übergedeckt werden.
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Der andere Teil des Luftstromes geht von der Pumpe des Aerosol-Zählers
durch die Öffnung 16 des Verdunnungsmittels 8 und den Filter 19 hindurch und dient
zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 bei deren
Verstäubung.
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Das als kegelförmiger Trichter 20 ausgebildete obere Ende des Rohres
2 dient zum Zerkleinern von Teilchen aggregaten des pulverförmigen Stoffes von der
Scheidenwand 3. In Luftstrom aufsteigend prallen die Teilchen Gegen den Trichter
20 oder gelangen in einen schleifenförmigen Wirbelstrom, der sich vor und nach den
Trichter 20 bildet, so dass die Teilchenaggregate in beiden Fällen zerkleinert verden.
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Zu Sicherung eines wirkungsvollen Betriebs der erfindungsgemässen
Vorrichtung soll der Durchmesser der Öffnung 16 der Summe der Durchmesser der Öffnungen
9 gleich sein. Mit anderen Worten: Es soll die gleiche Verteilung der Luftströme
QI und Q2 eingestellt werden (hier ist QI der Luftstrom, der die Erzeugung der Teilchen
des pulverförmigen Stoffes 6 vor der Scheidewand bewirkt, und Q2 der Luftstrom,
der zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen in der Verstäubungszone C dient).
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Bei QI = Q2 erfolgt also in der Verstäubungszone C die Verstäubung
der Teilchen des pulverförnigen Stoffes 6.
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Bei QI > Q2 kann ein unerwünschter Ausdehnungseffekt bei dem Flissbett
des pulverförmigen Stoffes 6 eintreten und das fliessbett in die Verstäibimgszone
C gelangen, d.h. die Vorrichtung wird die Telchenkonzentrationen nicht der Aerosolphase,
sondern der Fliessbettphase mit Gegenwart von Teilchenaggregaten liefern.
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Wenn QI < Q2 ist, so senkt sich das Fliessbett und dementsprechend
die Aerosolphase. In diesem Fal kommt eine geringere Menge an in der Luft schwebenden
Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 in die Verstäubungszone C, d. die Vorrichtung
liefert Teilchen in einen engeren Mikrokonzentrationsbereich, Dabei wird selbstverständich
die Gleichheit der Luftstrome QT und Qp verletzt. Dies widerspricht jedoch den Betriebsbedingungen
der Vorrichtung nicht, weil eben aufgrund eines verminderten Luftstromes QI (d.h.
infolge der Überdeckung der Durchgangsquerschnitte der öffnungen 9 durch den Ring
II) eine Regelung der Zählmikrokonzentrationen in Richtung auf engere Bereiche vor
sich geht.
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Somit gibt es zwei Betriebszustände für die erfindungsgemässe Vorrichtung:
T, Bei Q1 = Q2 liegt ein breiter Mikrokonzentrationsbereich der Teilchen des pulverförmigen
Stoffes 6 vor (praktisch bis mehrere Zehntausende von Teilchen je 1 Liter) und 2.
Bei Q1 < Q2 liegt ein enger Mikrokonzentrationsbereich der Teilchen des pulverförmigen
Stoffes 6 vor (bis ein paar Teichen je 1 Liter).
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Die Überlagerung dieser Bereiche geschieht durch die Regelung, d.h.
durch das Überdecken der Durchgangsquerschnitte der Öffnungen 9 durch den an der
Aussenwand des Gehäuses I drehbar montierten Ring II.
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In der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der pulverförmige Stoff
6 bei einer bestimmten Geschwindigkeit der Luftströmung durch die Scheidewand 3
fluidisiert, d.h.
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in den fliessbettzustand übergeführt. Die Schicht des pul-
verförmigen
Stoffe 6 dehnt sich dabei gleichmässig aus und beginnt sich rait der BuSt vermengend
einer siedenden Füssigkeit zu ähneln. Mit wachsender Geschwindigkeit der Luftströmung
setzt das Mitreissen der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 aus der Pliessbettphase
in die Aerosolphase ein.
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Die Länge 1 des Rohres 2 ist so gewählt, das sich sein oberes Ende
im Bereich der Aerosolphase, d.h. in der Verstäubungszone C, befindet. Die Werte
für den Innendurchmesser d1 des Rohres 2 und den Innendurchmesse d2 des zylindrischen
Gehäuses I lassen sich theoretisch unter Zuhilfenahme der den auf diesen Gebiet
tätigen Fachleuten belcannten Kozenischen Formel erraitteln.
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Es ist klar, dass sich das obere Ende des Rohres 2 oberhalb der Fliessbettphase,
d.h. im Bereich der.Aeroso gases jedoch unterhalb der Zone, in der die Abschwächur
des Verstäubungsprozesses durch den Luftstrom Q2 erfolgt befinden muss, es gilt
also li 1 l # 12, worin lI die öhe der unteren Grenze des Bereiches der Aerosolphase
über der Scheidewand 3 und 12 die iIöhe der unteren Grenze der Abschwachungszone
bei der Verstaubung der Aerosolphase über der Scheidewand 3 durch den Luftstrom
Q2.
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Für die erfindungsgemässe Vorrichtung lassen sich die Grössen lI
und 12 als 1 = kIdI und 12 = k2d2 darstellen, worin k1 und k2 die Koeffizienten
sind, die für den wirkungsvollen Betrieb der Vorrichtung massgebend sind.
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Nachstehend wird eine Tabelle angeführt, nach der man sich bei der
Wahl der Koeffizienten k1 und k2 für de Fall der Benutzung von Lykopodium als pulverförmiger
Eic stoff richten muss.Die erfindungsgemässe Vorrichtung wur in die Düse eines Aerosol-Zählers
eingesetzt und auf des Digitalanzeige die Zählkonzentration der Teilchen des pu
verförmigen Eichstoffes in einer Volumeneinheit abgelese
Tabelle
N kIDi # 1 # k2d2 30 5 9999 45 # 1 L 50 32 5 9780 48 # 1 # 50 33 6 9120 49,5 # 1
# 60 Optimalwerte 36 6 9010 54 Le 1 1 60 für k1 und k2 40 6 8820 60 # 1 # 60 @ @
41 6 - 61,5 # 1 # 60 44 7 4530 66 # 1 # 70 Anmerkung: dI = 1,5 mm, d2 = 10 mm N
ist die Zählkonzentration der Teilchen des pulverförmigen Eichstoffes, abgelesen
von der Digitalanzeige des Zählers.
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Aus der Tabelle geht hervor, dass bei 1 BI 33 eine Grenzkonzentration
der Eichteilchen von Lykopodium im Zählbereich des Zählers festgestellt wird, d.h.
das obere Ende des; Rohres 2 befindet sich ein bisschen unterhalb der Zone 0.
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Bei 33 # kI # 40 wird im Zählbereich des Zählers eine stabile Konzentration
der Eichteilchen von Lykopodium festgestellt, d.h. das obere Ende des Rohres 2 befindet
sich in der Zone C.
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Bei kI > 40 und k2 = 6 ist die Vorrichtung konstruktiv unausfürbar.
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Bei kI > 40 und k2 = 7 vermindert sich die Kon zentration der
Teilchen nach dem Zählbereich des Zählers, d.h. das obere Ende des Rohre 2 befindet
sich in dcr Abschwächungszone der Verstäubung der Aerosolphase dank dem Strom Q.
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Deswegen sind die Werte für die Koeffizienten kI und k2 aus den Bereichen
33 # kI # 40, k2 = 6 gewählt worden.
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Diese Ergebnisse wurden unter Betriebsbedingungen erhalten, bei denen
die Durchgangsquerschnitte der Öffnugnen 9 durch den Ring 11 nicht überdeckt werden.
(Beim Überdecken der
Öffnungen 9 durch den .1ing II wird eine Verschiebung
des Mikrokonzentrationsbereichs der Teilchen der pulverförmigen Cichsubstanz in
Richtung auf engere Werte bewirkt).
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Zur Sicherung eines wirkungsvollen Betriebs der erfindungsgemässen
Vorrichtung ist es notwendig, dass die Schichthöhe h des pulverförmigen Fichstoffes
6 über der Scheidewand 3 ausgehend von der Beziehung gewählt wird: h # dI, worin
h die Schichthöhe h des pulverförmigen Stoffes 6 über der Scheidewand 3 und dI der
Innendurchmesser des Rohres 2 sind.
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Für die erfindungsgemässe Vorrichtung darf die Schichthöhe h des
pulverförmigen Eichstoffes 6, gegebenenfalls Lykopodium, über der Scheidewand 3
den ert von 1,5 mm nicht überschreiten.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verstäuben eines pulverförinigen
Stoffes ermöglicht einen breiten regelbaren IXiikrokonzentrationsbereich der Teilchen
des pulverföflnigen,Stoffes in einer Volumeneinheit;.
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Die Vorrichtung ist baulich einfach gestaltet und arbeitet autonom
von der Pumpe eines Aerosol-Zählers und braucht keine zusätzlichen Luftquellen.
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Die grösste Wirkung kann bei Laborforschungen und bei der serienmässigen
Herstellung der Aerosol-Zähler erzielt werden, bei denen die erfindungsgemässe Vorrichtung
es gestattet, die Genauigkeit bei der Einführung der Eichteilohen einer bestimmten
Grösse zu erhöhen, die Leistung der Regelungsarbeiten steigern und der Einführungsprozess
bei der Einführung der Eichteilchen in den Aerosol-Zählers zu vereinfachen.