DE3405984A1 - Vorrichtung zur bewertung der groesse und polaritaet der ladung elektrostatisch geladener, in der luft befindlicher staubteilchen und verfahren zu deren betrieb - Google Patents
Vorrichtung zur bewertung der groesse und polaritaet der ladung elektrostatisch geladener, in der luft befindlicher staubteilchen und verfahren zu deren betriebInfo
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Description
340598A
PATENTANWALT BODE · POSTFACH 1130 · D-4030 RATINGEN 1 - TELEFON 02102-22008 · TELEX 8585166
■' N 5 - 131
- 3-
Änm.: Coal Industry (Patents) Limited, Hobart House,
Grosvenor Place, London, SW1X 7AE, England
Vorrichtung zur Bewertung der Größe und Polarität der Ladung elektrostatisch geladener, in der Luft
befindlicher Staubteilchen und Verfahren zu deren Betrieb.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewertung der Größe und Polarität der Ladung elektrostatisch geladener,
in der Luft befindlicher Staubteilchen und ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung. Es können
auch Staubteilchen bewertet werden, die sich in anderen Gasen oder Gasgemischen als in Luft befinden.
Da in der Luft befindlicher Staub zu Gesundheitsschäden führen kann, sind bereits Geräte zur Probenahme entwickelt
worden; mit denen die Gefahr gesundheitlicher Schädigungen der Personen ermittelt werden kann, die sich in einer staubigen
Umgebung aufhalten.Hierbei ist insbesondere die Grössenverteilung
der Staubteilchen untersucht worden und es ist festgestellt worden, daß Staubteilchen bestimmter
Partikelgrößen sich stärker im menschlichen Körper ablagern als andere. Es kann jedoch vermutet werden, daß elektrisch
aufgeladene Staubteilchen, wie sie bei normalen mechanischen Bearbeitungsvorgängen, die zur Staubbildung führen,
anfallen können, sich in einem größeren Umfange in den
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Lungen ablagern als elektrisch neutrale Staubteilchen. Es ist durch Versuche an Ratten festgestellt worden,
daß sich in deren Lungen elektrisch aufgeladene Asbestteilchen in einer bis zu doppelt so großen Menge ablagern
als elektrisch neutrale Asbestfasern. Es ist deshalb
anzunehmen, daß die elektrische^Aufladung von Staubteilchen
in gesundheitlicher Hinsicht von erheblicher Bedeutung ist, insbesondere bei feinen lungengängigen Stäuben,
die sich unter Ausnutzung der Schwerkraft oder von Trägheitskräften nicht oder nur unvollkommen aus der Luft
abscheiden lassen. Deshalb ist es von Interesse, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem Größe und
Polarität der Ladung von in der Luft befindlichen Staubteilchen ermittelt werden kann. Diese Aufgabe liegt der Erfindung
zugrunde.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bewertung der Größe und Polarität der Ladung elektrostatisch geladener,
in der Luft befindlicher Staubteilchen, die gekennzeichnet ist durch einen Gasdurchströmkanal mit gegenüberliegenden
Wänden aus elektrisch leitendem Material und Einrichtungen zum Zuleiten verschiedener elektrischer Ladungen zu den Wänden
und einem Gasstromteiler zum Aufteilen des an den Wänden vorbeigeführten Gasstromes in mehrere Teilströme mit durch
die Wirkung der Ladungen der Wände verteilten Staubteilchen und mit Gasableitungsöffnungen für die Teilströme.
Ein durch die Vorrichtung geleiteter Gasstrom wird in eine Anzahl von Teilströmen aufgeteilt, wobei die Staubverteilung
in den Teilströmen durch verschiedene an die Wände angelegte Spannungen beeinflußt wird.
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Vorzugsweise sind zwei Gasableitungsöffnungen vorhanden
und der Gasstrom wird in zwei Teilströme geteilt. Der Gasdurchströmkanal kann einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen und die aufladbaren gegenüberliegenden Wände können Metallplatten aufweisen, die mindestens einen Teil der
größeren Flächen des Kanals bilden.
Vorzugsweise ist der Gasstromteiler zentral angeordnet und mit einer Messerkante versehen, so daß er den Gasstrom
in gleiche Teilströme teilt.
Um die Bewertung auf einfache- Weise durchführungen zu
können, können eine oder mehrere Gasableitungsöffnungen
mit Teilchenzählern verbunden sein, wobei es sich um automatische optische Teilchenzähler handeln kann. Wenigstens
eine der Gasableitungsöffnungen ist mittelbar oder unmittelbar mit einer Pumpe verbunden, die die Gasströmung
durch die Vorrichtung bewirkt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit zweckmäßig so gehalten wird, daß die Strömung laminar
verläuft.
Beim Gebrauch der Vorrichtung wird normalerweise eine der Wände geerdet, während an die andere eine positive oder
negative Spannung von bis zu I0.000 Volt oder mehr angelegt wird. Die Vorrichtung wird zweckmäßig so aufgestellt,
daß die durch den Gasdurchströmkanal und den Gasstromteiler verlaufende Längsachse in vertikaler Richtung verläuft.
Hierdurch werden Schwerkrafteinflüsse auf die Staubteilchenverteilung
verhindert. Die in der durch die Vorrichtung strömende Luft enthaltende Staubteilchen werden zu der einen
oder der anderen Wand hingezogen, je nach ihrer Teilchengröße
- 4-
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und der Größe und Polarität ihrer Ladung. Einige Teilchen werden sich auf den aufgeladenen Wänden ablagern, ',
die anderen gelangen durch den Gasdurchströmkanal in den einen oder anderen der Teilströme. Mit Hilfe von ;
Teilchenzählern kann dann auf einfache Weise das Verhältnis P der aus der Vorrichtung austretenden Teil- ;
chen zu den in die Vorrichtung eintretenden Teilchen festgestellt werden. Diese Messungen werden bei verschiedenen,
an die Wände angelegten Spannungen durchgeführt und so kann der Ladungszustand des Staubes
durch die Beziehung zwischen P und angelegter Spannung ermittelt werden, wie auch die Beweglichkeit
der Staubteilchen und die Anzahl der Teilchen einer bestimmten Größe, die diese Beweglichkeit haben.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, in der die Vorrichtung perspektivisch, teils im
Schnitt, dargestellt ist.
Ein rechteckiger Gasdurchströmkanal 1 ist durch zwei größere Wände 2 und durch zwei kleiner Wände 3,von
den in der Zeichnung nur eine erkennbar ist, begrenzt. Die größeren Wände 2 bestehen vollständig aus Platten
aus rostfreiem Stahl und die Seitenwände 3 wie die übrigen Teile der Vorrichtung aus einem elektrisch nicht leitfähigen
Material, beispielsweise einem in der Elektrotechnik üblichen faserverstärkten Kunststoff. Jede der Wände
steht über eine Kontaktfeder 5 mit einem sich durch den Gerätekörper erstreckenden Anschluß 6 in Verbindung. Die
Gasströmungsrichtung durch den Gasdurchströmkanal 1 ist durch einen Pfeil bezeichnet und am Ende des Gasdurchströmkanals
1 befindet sich ein Gasstromteiler 7, der zentral
PATENTANWALT BODE · POSTFACH Π30 · D-4030 RATINGEN 1 · TELEFON 02102-22008 · TELEX 8585166
angeordnet und mit einer Schneide versehen ist. Neben dem Gasstromteiler befindet sich je ein Kanal 8 für
die Teilströme und diese Kanäle 8 sind mit Gasableitungsöffnungen
9 verbunden.
Die Vorrichtung wird,um Schwerkrafteinflüsse bei der
Teilchenverteilung zu vermeiden, so aufgestellt, daß ihre durch den Gasdurchströmkanal 1 und den Gasstromteiler
7 verlaufende Längsachse in vertikaler Richtung verläuft. Je nach der Art des zu bewertenden Staubes
und der gewünschten Information werden zwei verschiedene Betriebsweisen verwendet. In einem Fall wird jede
der beiden Gasableitungsöffnungen 9 mit einem optischen Teilchenzähler (Royco Instruments Modell 267)
und mit einer Rotationspumpe verbunden. Im anderen Falle wird eine der Gasableitungsöffnungen 9 mit
einem Teilchenzähler und der andere über ein zwischengeschaltetes Filter und einen Durchflußmesser (Rotometer)
mit der Pumpe verbunden, wobei die Gasdurchflußmengen durch
beide Gasableitungsöffnungen 9 auf gleiche Werte eingestellt werden. In diesem Fall kann der Teilchenzähler an den einen
oder anderen der beiden Gasableitungsöffnungen 9 angeschlossen werden,um eine entsprechend hohe Zahl von Meßwerten zu
erhalten.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
haben sich Durchflußmengen von zwei bis drei Liter pro
Minute an den Teilchenzählern als in den meisten Fällen zweckmäßig herausgestellt, um eine Überlastung der Zähler
mit Teilchen zu vermeiden, um eine angemessene Verweilzeit in der Vorrichtung zu erreichen und um eine laminare Strömung,
zumindest bis zum Gasstromteiler 7 zu gewährleisten. Die Durchflußmengen können allerdings je nach Größe der^_
CX)PY
Vorrichtung der Bauart der Teilchenzähler und aus anderen Gründen geändert werden.
Beim_ Betrieb der Vorrichtung wird der Teilchenzähler
auf einen vorbestimmten Bereich der Partikelgröße eingestellt und die angelegte Spannung wird langsam geändert.
Auf diese Weise wird für den Durchdringungswert P eine spannungsabhängige Kurve erhalten.Anschließend wird
die Polarität der Spannung umgekehrt und durch Spannungsänderung eine weitere Durchdringungskurve erhalten. Hierbei
sollte die höchste angelegte Spannung so gewählt werden, daß der Durchdringungswert P auf fünf Prozent desjenigen
Wertes abgesenkt wird, der bei Null Volt auftritt/ es sei denn, daß die spannungsabhängige Kurve des Durchdringungs\vertes
sich bei einem höheren Wert abflacht. Wenn eine ausreichend hohe Spannung nicht zur Verfügung steht,
kann die Durchdringungskurve dadurch erhalten werden, daß beide Gasableitungsöffnungen 9 an den Teilchenzähler angeschlossen
werden.
Zur Steuerung des .Spannungsanstieges, zum Sammeln der vom
Teilchenzähler erhaltenen Daten und zu ihrer Auswertung kann ein Mikrocomputer verwendet werden. Wenn die Staub-*·
konzentration in einer Atmosphäre sehr stark schwankt, kann sie mit einem entsprechenden Meßgerät ermittelt
und die erhaltenen Meßwerte können mit denjenigen Daten in Beziehung gesetzt werden, die durch die Vorrichtung
gemäß der Erfindung erhalten werden.
\7
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Bewertung der Größe und Polarität
der Ladung elektrostatisch geladener,in der Luft befindlicher Staubteilchen, gekennzeichnet
durch einen Gasdurchströmkanal (1) mit gegenüber lie- ;'
genden Wänden (2) aus elektrisch leitendem Material und Ein- ) richtungen (6) zum Zuleiten verschiedener elektrischer Ladungen
zu den Wänden (2) und einem Gasstromteiler (7) zum Aufteilen des an den Wänden (2) vorbeigeführten Gasstromes in
mehrere Teilströme mit durch die Wirkung der Ladungen der Wände (2) verteilten Staubteilchen und mit Gasableitungsöffnungen
(9) für die Teilströme.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch zwei Gasableitungsöffnungen (9).
3. -Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdurchströmkanal (1)
einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die aufladbaren gegenüberliegenden Wände (2) Metallplatten sind, die mindestens
einen Teil der größeren Flächen des Kanals (1) bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstromteiler (7)
_ 8 - OOPY;
PATENTANWALT BODE ■ POSTFACH 1130 · D-4030 RATiNGEN 1 . TELEFON 02102-22008 -TELEX 858516$
* L
' ~ zentral angeordnet und mit einer Messerkante verse- · ' '"·■"■
hen ist, so daß er den Gasstrom in gleiche Teilströme teilt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gek er η η ζ e i c h η e t,
daß einer oder mehrere der Gasableitungsöffnungen (9) mit einem Teilchenzähler verbunden sind.
6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wände (2) verschieden aufgeladen und ein Staubteilchen enthaltender
ι Gasstrom durch die Vorrichtung geleitet und geteilt wird,
worauf die Staubverteilung in den Teilströmen bewertet ' wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung
der Staubverteilung in den Teilströmen durch Teilchenzähler erfolgt..
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung
bei mehreren an den gegenüberliegenden Wänden (2) anliegenden Spannungen erfolgt.
V/He.
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