DE3231594C2

DE3231594C2 -

Info

Publication number: DE3231594C2
Application number: DE19823231594
Authority: DE
Inventors: Anatolij Ivanovic Egoruskin; Vladimir Vasil'evic Saratov Su Pavlov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3231594A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes, mit
einem zylindrischen Gehäuse,
einem innerhalb des Gehäuses koaxial angeordneten Rohr,
einer luftdurchlässigen Scheidewand, die den zu verstäubenden Stoff trägt und das Gehäuse in einen oberen und einen unteren Teil aufteilt, wobei im unteren Teil des Gehäuses eine eine Mehrzahl von Öffnungen aufweisende Einrichtung zum Zuführen von Luft von einer Pumpe durch die luftdurchlässige Scheidewand hindurch zum Aufschweben der Teilchen des pulverförmigen Stoffes in eine Verstäubungszone vorgesehen ist, und mit
einer Luftdurchtrittsöffnung am Stirnende des oberen Gehäuseteiles.

Es ist eine Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes bekannt (US-PS 34 25 601), die ein zylindrisches Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses koaxial angeordnetes Rohr mit einer luftdurchlässigen Scheidewand aufweist, welche den zu verstäubenden pulverförmigen Stoff trägt und das Gehäuse in einen oberen und einen unteren Teil aufteilt. Im unteren Teil des Gehäuses ist eine Einrichtung zum Zuführen von Luft durch die luftdurchlässige Scheidewand hindurch zur Erzeugung einer Aufschwebung des pulverförmigen Stoffes, und zum Zuführen eines Verdünnungsmittels zum Verdünnen der Konzentration des Teilchen des pulverförmigen Stoffes bei deren Verstäubung vorgesehen. Die Einrichtung zum Zuführen der Luft ist als Rohrstutzen ausgebildet, der durch einen Schlauch an eine erste Druckluftquelle angeschlossen ist. Die Einrichtung zum Zuführen des Verdünnungsmittels ist als Ventil ausgebildet, das innerhalb des Rohres angeordnet ist und eine Steuereinheit aufweist. Die Verstäubung des pulverförmigen Stoffes erfolgt durch eine zweite unabhängige Druckluftquelle mit Hilfe einer Zerstäuberdüse, die mit der Vorrichtung durch einen Schlauch verbunden ist und sich außerhalb des Gehäuses befindet. Das obere Ende des koaxialen Rohres befindet sich oberhalb der Scheidewand unterhalb der Schütthöhe des pulverförmigen Stoffes. Nachteilig ist es hierbei, daß eine vergleichsweise große Menge des pulverförmigen Stoffes, die auch Teilchenagregate enthält, in das koaxiale Rohr gelangt und zur Erhaltung des Aerosolzustandes mit der Zerstäuberdüse verstäubt werden muß. Mit dieser bekannten Vorrichtung kann eine hohe Verdünnung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes je Liter nicht erzielt werden. Außerdem ist sie wegen des Vorhandenseins von zwei unabhängigen Druckluftquellen sperrig.

Bei einer bekannten Vorrichtung der einleitend genannten Art (DE-OS 27 07 361) liegt das Oberende des innerhalb des Gehäuses koaxial angeordneten Rohres praktisch auf der Höhe der luftdurchlässigen Scheidewand. Weiterhin sind unterhalb des koaxialen Rohres eine Lochblenden-Dosierscheibe sowie ein Injektor vorgesehen. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird der obere Gehäuseteil oberhalb der Scheidewand mit dem pulverförmigen Stoff gefüllt und an der Lochblenden-Dosierscheibe wird die gewünschte Durchflußöffnung eingestellt. Beim Betrieb rieselt dann der pulverförmige Stoff nach Art einer Sanduhr durch das koaxiale Rohr zur Lochblenden-Dosierscheibe und von dort zu dem Injektor, der den notwendigen Unterdruck für die Beförderung des pulverförmigen Stoffes aus dem oberen Gehäuseteil schafft. Nachdem der größte Teil des Pulvers durch das koaxiale Rohr nach unten gerieselt ist, ergibt sich durch die Zufuhr der Luft durch die luftdurchlässige Scheidewand hindurch ein Aufschweben der noch vorhandenen Teilchen des pulverförmigen Stoffes. Nachteilig ist es bei dieser bekannten Vorrichtung, daß eine hohe Verdünnung auf beispielsweise nur wenige Teilchen des pulverförmigen Stoffes je Liter nicht erzielt werden kann. Dies ergibt sich daraus, daß zunächst der größte Teil des pulverförmigen Stoffes in einem praktisch kontinuierlichen Strom durch das koaxiale Rohr nach unten rieselt. Wenn dann nach einer entsprechenden Verringerung der Menge des pulverförmigen Stoffes im oberen Gehäuseteil die verbleibenden Teilchen des pulverförmigen Stoffes oberhalb der Scheidewand aufschweben und ein Fließbett bilden, befindet sich im Bereich des oberen Endes des koaxialen Rohres immer noch eine vergleichsweise hohe Teilchenkonzentration, wobei auch Teilchenaglomerate gebildet werden könne. Somit rieseln auch jetzt noch vergleichsweise große Mengen des pulverförmigen Stoffes durch das koaxiale Rohr nach unten. Eine genaue Dosierung kann dabei nicht erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes derart auszuführen, daß eine sehr hohe Verdünnung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes erzielbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß die Luftdurchtrittsöffnung am Stirnende des oberen Gehäuseteiles mit der Pumpe verbunden ist, und daß die Länge des über die Scheidewand im oberen Gehäuseteil vorragenden Rohres derart gewählt ist, daß das obere Ende des Rohres bis in die Verstäubungszone reicht.

Durch die Zuführung von Luft von unten und von oben wird eine Verstäubungszone gebildet, in der die Teilchen des pulverförmigen Stoffes mit hoher Verdünnung enthalten sind, wobei als Folge des auf vergleichsweise großer Höhe angeordneten oberen Ende des koaxialen Rohres nur wenige Teilchen in das koaxiale Rohr eintreten. Dementsprechend wird eine sehr hohe Verdünnung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes erzielt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines konkreten Ausführungsbeispieles und der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Auf der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes im Längsschnitt dargestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes wird am Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einführen der Eichteilchen eines pulverförmigen Stoffes in Aerosol-Zähler beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes enthält ein zylindrisches Gehäuse 1 und ein innerhalb des Gehäuses koaxial angeordnetes Rohr 2 mit einer luftdurchlässigen Scheidewand 3, die das Gehäuse 1 in einen oberen 4 und einen unteren 5 Teil aufteilt.

Die luftdurchlässige Scheidewand 3 trägt den zu verstäubenden pulverförmigen Eichstoff 6.

Im unteren Teil 5 des Gehäuses 1 ist ein Luftzuführungsmittel 7 zur Erzeugung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 durch die luftdurchlässige Scheidewand 3 und im oberen Teil 4 des Gehäuses 1 ist ein Verdünnungsmittel 8 zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen Stoffes bei deren Verstäubung vorgesehen.

Gemäß der Erfindung stellt das Luftzuführungsmittel 7 eine Reihe von Öffnungen 9 dar, die in der Wand des Gehäuses 1 an dessen Umfang angeordnet sind und von einem Teil des Luftstromes in Pfeilrichtung A durchströmt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung sind acht Öffnungen 9 vorhanden.

Im unteren Teil 5 des Gehäuses 1 befindet sich oberhalb der Öffnungen 9, jedoch unter der Scheidewand 3 ein Filter 10. An der Außenwand des unteren Teils 5 des Gehäuses 1 ist ein Ring 11 vorgesehen, der mittels einer Verschraubung 12 drehbar angeordnet ist und beim Drehen die Durchgangsquerschnitte der Öffnungen 9 überdeckt.

Der Boden des Gehäuses 1 ist durch eine Gewindeverbindung 14 mit der Wand des Gehäuses 1 verbunden und als ein Massivkegel mit einer Ringabdichtung 15 zum Anschluß an einen (in der Zeichnung nicht gezeigten) Aerosol-Zähler ausgebildet.

Gemäß der Erfindung stellt das Verdünnungsmittel 8 zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 bei deren Verstäubung eine Öffnung 16 dar, die in einem auf das Stirnende des oberen Teils 4 des Gehäuses 1 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 Luft 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 Gehäuses 1 verbunden.

Im oberen Teil 4 des Gehäuses 1 ist ein Filter 19 untergebracht, der den Durchgangsquerschnitt der Öffnung 16 überdeckt.

Das obere Ende des Rohres 2 ist als kegelförmiger Trichter 20 ausgebildet.

Die Länge l des über der Scheidewand 3 im oberen Teil 4 des Gehäuses 1 hervorragenden Rohres 2 ist so ausgewählt, daß sein oberes Ende bis an die Verstäubungszone C reicht.

Die Länge l des über der Scheidewand 3 im oberen Teil 4 des Gehäuses 1 hervorragenden Rohres 2 ist ausgehend von der Beziehung (33 bis 40) d₁ l 6d₂ gewählt, worin d₁ und d₂ die Innendurchmesser des Rohres 2 und des zylindrischen Gehäuses 1 sind.

Das Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes besteht im folgenden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit ihrem Boden 13 mit der Ringabdichtung 15 in die Düse eines (in der Zeichnung nicht gezeigten) Aerosol-Zählers gas- und luftdicht eingesetzt, wobei der pulverförmige Stoff zuvor auf die Scheidewand geschüttet werden muß. Die Erzeugung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes in den Bereich der Verstäubungszone C erfolgt durch einen 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 11, bei dem die Durchgangsquerschnitte der Öffnungen 9 übergedeckt werden.

Der andere Teil des Luftstromes geht von der Pumpe des Aerosol-Zählers durch die Öffnung 16 des Verdünnungsmittels 8 und den Filter 19 hindurch und dient zum Verdünnen der Konzentration der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 bei deren Verstäubung.

Das als kegelförmiger Trichter 20 ausgebildete obere Ende des Rohres 2 dient zum Zerkleinern von Teilchenaggregaten des pulverförmigen Stoffes von der Scheidewand 3. Im Luftstrom aufsteigend prallen die Teilchen gegen den Trichter 20 oder gelangen in einen schleifenförmigen Wirbelstrom, der sich vor und nach dem Trichter 20 bildet, so daß die Teilchenaggregate in beiden Fällen zerkleinert werden.

Zur 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 Q₁ und Q₂ eingestellt werden (hier ist Q₁ 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).

Bei Q₁ = Q₂ erfolgt also in der Verstäubungszone C die Verstäubung der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6.

Bei Q₁ < Q₂ kann ein unerwünschter Ausdehnungseffekt bei dem Fließbett des pulverförmigen Stoffes 6 eintreten und das Fließbett in die Verstäubungszone C gelangen, d. h. die Vorrichtung wird die Teilchenkonzentrationen nicht der Aerosolphase, sondern der Fließbettphase mit Gegenwart von Teilchenaggregaten liefern.

Wenn Q₁ < Q₂ ist, so senkt sich das Fließbett und dementsprechend die Aerosolphase. In diesem Fall kommt eine geringe Menge an in der Luft schwebenden Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 in die Verstäubungszone C, d. h. die Vorrichtung liefert Teilchen in einem engeren Mikrokonzentrationsbereich. Dabei wird selbstverständlich die Gleichheit der Luftströme Q₁ und Q₂ verletzt. Dies widerspricht jedoch den Betriebsbedingungen der Vorrichtung nicht, weil eben aufgrund eines verminderten Luftstromes Q₁ (d. h. infolge der Überdeckung der Durchgangsquerschnitte der Öffnungen 9 durch den Ring 11) eine Regelung der Zählmikrokonzentrationen in Richtung auf engere Bereiche vor sich geht.

Somit gibt es zwei Betriebszustände für die erfindungsgemäße Vorrichtung:

1. 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 Teilchen je 1 Liter).

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 1 drehbar montierten Ring 11.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der pulverförmige Stoff 6 bei einer bestimmten Geschwindigkeit der Luftströmung durch die Scheidewand 3 fluidisiert, d. h. in den Fließbettzustand übergeführt. Die Schicht der pulverförmigen Stoffe 6 dehnt sich dabei gleichmäßig aus und beginnt sich mit der Luft vermengend einer siedenden Flüssigkeit zu ähneln. Mit wachsender Geschwindigkeit der Luftströmung setzt das Mitreißen der Teilchen des pulverförmigen Stoffes 6 aus der Fließbettphase in die Aerosolphase ein.

Die Länge l des Rohres 2 ist so gewählt, daß 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 Innendurchmesser d₂ des zylindrischen Gehäuses 1 lassen sich theoretisch unter Zuhilfenahme der den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannten Kozenischen Formel ermitteln.

Es ist klar, daß sich das obere Ende des Rohres 2 oberhalb der Fließbettphase, d. h. im Bereich der Aerosolphase, jedoch unterhalb der Zone, in der die Abschwächung des Verstäubungsprozesses durch den Luftstrom Q₂ erfolgt, befinden muß, es gilt also l₁ l l₂, worin
l₁ die Höhe der unteren Grenze des Bereiches der Aerosolphase über der Scheidewand 3 und
l₂ die Höhe der unteren Grenze der Abschwächungszone bei der Verstäubung der Aerosolphase über der Scheidewand 3 durch den Luftstrom Q₂.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich die Größen l₁ und l₂ als l₁ = k₁d₁ und l₂ = k₂d₂ darstellen, worin k₁ und k₂ die Koeffizienten sind, die für den wirkungsvollen Betrieb der Vorrichtung maßgebend sind.

Nachstehend wird eine Tabelle angeführt, nach der man sich bei der Wahl der Koeffizienten k₁ und k₂ für den Fall der Benutzung von Lykopodium als pulverförmiger Eichstoff richten muß. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde in die Düse eines Aerosol-Zählers eingesetzt und auf dessen Digitalanzeige die Zählkonzentration der Teilchen des pulverförmigen Eichstoffes in einer Volumeneinheit abgelesen.

Tabelle

Aus der Tabelle geht hervor, daß bei k₁ < 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 C.

Bei 33 k₁ 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.

Bei k₁ < 40 und k₂ = 6 ist die Vorrichtung konstruktiv unausführbar.

Bei k₁ < 40 und k₂ = 7 vermindert sich die Konzentration der Teilchen nach dem Zählbereich des Zählers, d. h. das obere Ende des Rohres 2 befindet sich in der Abschwächungszone der Verstäubung der Aerosolphase dank dem Strom Q.

Deswegen sind die Werte für die Koeffizienten k₁ und k₂ aus den Bereichen 33 k₁ 40, k₂ = 6 gewählt worden.

Diese Ergebnisse wurden unter Betriebsbedingungen erhalten, bei denen die Durchgangsquerschnitte der Öffnungen 9 durch den Ring 11 nicht überdeckt werden. (Beim Überdecken der Öffnungen 9 durch den Ring 11 wird eine Verschiebung des Mikrokonzentrationsbereichs der Teilchen der pulverförmigen Eichsubstanz in Richtung auf engere Werte bewirkt).

Zur Sicherung eines wirkungsvollen Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es notwendig, daß die Schichthöhe h des pulverförmigen Eichstoffes 6 über der Scheidewand 3 ausgehend von der Beziehung gewählt wird:
h d₁, worin
hdie Schichthöhe h des pulverförmigen Stoffes 6 über der Scheidewand 3 und d₁der Innendurchmesser des Rohres 2 sind.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung darf die Schichthöhe h des pulverförmigen Eichstoffes 6, gegebenenfalls Lykopodium, über der Scheidewand 3 den Wert von 1,5 mm nicht überschreiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes ermöglicht einen breiten regelbaren Mikrokonzentrationsbereich der Teilchen des pulverförmigen Stoffes in einer Volumeneinheit.

Die Vorrichtung ist baulich einfach gestaltet und arbeitet autonom von der Pumpe eines Aerosol-Zählers und braucht keine zusätzlichen Luftquellen.

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 Eichteilchen einer bestimmten Größe zu erhöhen, die Leistung der Regelungsarbeiten zu steigern und der Einführungsprozeß bei der Einführung der Eichteilchen in den Aerosol-Zähler zu vereinfachen.

Claims

1. Vorrichtung vom Vertikaltyp zum Verstäuben eines pulverförmigen Stoffes, mit
einem zylindrischen Gehäuse (1),
einem innerhalb des Gehäuses koaxial angeordneten Rohr (2),
einer luftdurchlässigen Scheidewand (3), die den zu verstäubenden Stoff (6) trägt und das Gehäuse in einen oberen (4) und einen unteren (5) Teil aufteilt, wobei im unteren Teil des Gehäuses eine eine Mehrzahl von Öffnungen (9) aufweisende Einrichtung (7) zum Zuführen von Luft von einer Pumpe durch die luftdurchlässige Scheidewand hindurch zum Aufschweben der Teilchen des pulverförmigen Stoffes in eine Verstäubungszone vorgesehen ist, und mit
einer Luftdurchtrittsöffnung (16) am Stirnende des oberen Gehäuseteiles,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchtrittsöffnung (16) am Stirnende des oberen Gehäuseteiles (4) mit der Pumpe verbunden ist, und daß die Länge (l) des über die Scheidewand (3) im oberen Gehäuseteil (4) vorragenden Rohres (2) derart gewählt ist, daß das obere Ende des Rohres (2) bis in die Verstäubungszone (C) reicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) des über der Scheidewand (3) im oberen Teil (4) des zylindrischen Gehäuses (1) hervorragenden Rohres (2) ausgehend von der Beziehung (33 bis 40) d₁ l 6d₂ gewählt ist, worin

d₁ der Innendurchmesser des Rohres (2) und
d₂ der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses (1)

sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ring (11) enthält, der an der Außenwand des unteren Teils (5) des zylindrischen Gehäuses (1) drehbar montiert ist und beim Drehen die Durchgangsquerschnitte der in der Wand des Gehäuses (1) an dessen Umfang angeordneten Öffnungen (9) überdeckt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Filter (10, 19) aufweist, von denen der eine (10) im unteren Teil (5) des zylindrischen Gehäuses (1) oberhalb der in der Wand des zylindrischen Gehäuses (1) an dessen Umfang angeordneten Öffnungen (9), jedoch unterhalb der Scheidewand (3) angeordnet ist und der andere (19) im oberen Teil (4) des zylindrischen Gehäuses (1) derart untergebracht ist, daß er den Durchgangsquerschnitt der am Stirnende des oberen Teils (4) des zylindrischen Gehäuses (1) vorgesehenen Öffnung (16) überdeckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Rohres (2) als kegelförmiger Trichter (20) ausgebildet ist.