DE3543489C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsammeln von Wassertropfen aus Nebel- oder bodennahen Wolken mit einer Serie von Prallflächen in einem Kasten mit Ventilator.

Die Analyse von Schadstoffgehalten in bodennahen Kondensationen wie Nebelbänken oder bodennahen Wolken spielt eine bedeutende Rolle für den Umweltschutz.

Man hat daher bereits unterschiedliche Vorrichtungen entwickelt, solche Flüssigkeitströpfchen im freien Felde abzuscheiden, wobei zwischen passiven Kollektoren und aktiven Kollektoren unterschieden wird.

So beschreiben R. E. Falconer u. a. im J. Geophys. Res. 85 (1980) 7465 f. einen Kollektor, bei dem Teflonfäden zwischen Scheiben ausgespannt sind, die einen Abstand von 1 m haben. Dieser Kollektor hat den Nachteil, daß an den Fäden auch eine wesentliche Aerosolteilchenabscheidung stattfindet und die Fortführung des abgeschiedenen Wassers wegen der großen Fadenlänge erhebliche Zeit in Anspruch nimmt, in der aus der Luft weitere Spurengase aufgenommen werden können.

Von den aktiven Kollektoren sind solche mit rotierenden Flächen in Form von Prallarmen zu nennen, an denen die Tröpfchen gesammelt werden (s. z. B. D. J. Jacob u. a. Sci. Technol. 18 (1984) 827 f.) sowie "jet impactors" (K. R. May, Q. J. R. Meteorol. Soc. 87 (1961) 535 und U. Katz, "Communications de la 8ième conference sur la Physique des Nuages". Clermont-Ferrand, Frankreich (1980) 697 f.), die nicht für alle Standorte geeignet sind, insbesondere nicht auf TV-Türmen (aus Sicherheitsgründen oder wegen der notwendigen Stromversorgung).

Es gibt insgesamt eine große Vielzahl von unterschiedlichsten Kollektoren, die sich diverser Abscheidungs- und Sammeleffekte bedienen. Ein Überblick über die unterschiedlichen Bemühungen zur Entwicklung brauchbarer Kollektoren ist dem Aufsatz von H.-W. Georgii u. a. in "Staub" 45 (1985) S. 260 f. zu entnehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst allgemein unter unterschiedlichen Bedingungen (bei Nebelbänken, Wolken, Wind, stehender Luft etc.) einsetzbare Vorrichtung zum möglichst effektiven, selektiven und definiert erfaßbaren Aufsammeln von feinen Nebel- und Wolkentröpfchen (insb. mit Größen im Bereich von 5 bis 50 µm) zu entwickeln, wobei gleichzeitig sowohl eine möglichst gute Kontaminationsfreiheit und kurze Benetzungszeit angestrebt werden als auch eine möglichst hohe Sammelkapazität und -effektivität.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die gekennzeichnet ist durch eine Rotationslagerung des Kastens mit Windfahne, die eine automatische Einstellung in Windrichtung bewirkt.

Als Prallflächen können dabei unterschiedliche Anordnungen wie Scheiben oder Netze dienen, insbesondere aber "Fadenroste" aus parallel über einen Rahmen gespannten Vertikalfäden.

Ausgestaltungen dieser Vorrichtung gehen aus den Patentansprüchen 2 bis 8 hervor.

Beim erfindungsgemäßen Kollektor wird durch die Rotationsmontage mit Windfahne erreicht, daß sich das Gerät stets selbsttätig in Windrichtung dreht, was für die fehlerfreie Tröpfchensammlung an den Drähten von erheblicher Bedeutung ist, da sonst nicht zu vernachlässigende Verluste oder auch zusätzliche Abscheidungen durch entsprechende Querkomponenten der Strömung auftreten.

Zweckmäßigerweise ist der erfindungsgemäße Kollektor relativ klein (insb. mit Fadenrostflächen nicht größer als etwa 10 × 10 cm) und batteriegetrieben, so daß die "Windfahnenausführung" unproblematisch ist und in Anbetracht der relativ geringen Fadenlänge keine wesentliche Zusatzverunreinigung des Wassers durch nachträgliche Aufnahme von Verunreinigungen aus dem Gasraum erfolgt. Durch eine geneigte Anordnung der Fadenroste und ihrer Unterkanten wird ein günstiger Abzug des aufgesammelten Wassers zum Kastenboden und zur Sammelflasche hin erreicht.

Weitere Besonderheiten sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen, das sich auf die angefügte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kollektors (Fig. 1) bezieht.

Fig. 2 zeigt die (berechnete) Abscheidungseffektivität (in %) eines Fadens in Abhängigkeit von der Stokes-Zahl bzw. vom Tröpfchendurchmesser für unterschiedliche "Flächendeckungen" der in eine Ebene projizierten Fäden.

Fig. 3 zeigt die experimentell ermittelten Tropfenflüsse vor und hinter der Fadenrostbatterie des beschriebenen Sammlers, wobei die schraffierten Flächen die Differenz wiedergeben, die darüber angegebenen Zahlenwerte die Abscheidungseffektivität (in %).

Der Kollektor 1 gemäß Fig. 1 hat ein Gehäuse 2 von 30 × 13 × 16 cm, in dem sechs Polyvinylchloridrahmen 3 hintereinander angeordnet sind, die Polytetrafluoräthylenfäden (PTFE-Fäden) 4 tragen. Die PTFE-Fäden haben einen Durchmesser von 0,5 mm und einen seitlichen Abstand von 3 mm innerhalb des Rosts und einen Abstand von 10 mm in Strömungsrichtung (zum Ventilator 5 hin).

Die Fäden 4 sind derart versetzt angeordnet (siehe den vergrößerten Ausschnitt aus einem Horizontalschnitt durch die Fadenrostbatterie), daß die Projektion in Strömungsrichtung auf eine gemeinsame Fläche eine praktische Flächendeckung ergibt.

Das Fenster des einzelnen Fadenrahmens 3 hat eine Breite von 10 cm und eine Höhe von 12,5 cm an der langen und 10 cm Höhe an der kurzen Seite. Damit ergibt sich eine Neigung innerhalb der Rostfläche zur rechten unteren Ecke hin, wobei die Rahmen selbst zusätzlich um einen Winkel von 15° gegen die Vertikale geneigt sind.

Die Neigung der Unterkante der Rahmen und die Neigung der Rahmenbatterie gegen die Horizontale beschleunigen den Ablauf des gesammelten Wassers, so daß im Verein mit der kurzen Länge der Sammelfäden 4 erreicht wird, daß die abgeschiedenen Tropfen nur relativ kurze Zeit der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Ferner wird durch die damit gegebene gewisse Drainagewirkung ein Wiederabreißen von Tropfen vermindert.

Das aufgesammelte Wasser fließt aus einer (geneigten) unteren Rinne 6 über kurze (nicht sichtbare) PTFE-Schläuche und einen wiederum geneigten (nicht sichtbaren) Sammelkanal in eine Polyäthylen-Sammelflasche 7 von 50 ml.

Der Ventilator 5 sorgt für einen Luftstrom von wenigstens 1,4 m/s, bei dem eine Probe von 5 ml Volumen innerhalb von 12 Minuten gesammelt werden kann, unter der Annahme eines Flüssig-Wassergehalts von 0,5 g/m³.

Der Kollektor 1 besitzt eine Rotationslagerung 8 und eine Windfahne 9 und dreht sich damit selbsttätig in Windrichtung. Ecken und Kanten des Kollektors sind insb. im Einlaufbereich abgerundet. Eine Klappe 10 schließt den Kollektoreingang normalerweise während der Trockenperioden ab und wird, gesteuert von einem Nebelsensor, automatisch geöffnet. Auf diese Weise wird eine Kontamination des Innenraums durch Aerosolpartikeln während der Trockenperioden minimalisiert.

Nachfolgende Tabelle zeigt experimentell ermittelte Werte für die Flüssigkeitsabscheidung mit Hilfe der Fadenrostbatterie bei unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten.

Tabelle

Mittelwerte für den Flüssigwassergehalt und den mittleren Tropfendurchmesser vor (v) und hinter (h) der Fadenrostbatterie bei unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aufsammeln von Wassertropfen aus Nebel- oder bodennahen Wolken mit einer Serie von Prallflächen in einem Kasten mit Ventilator, gekennzeichnet durch eine Rotationslagerung (8) des Kastens (2) mit Windfahne (9), die eine automatische Einstellung in Windrichtung bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallflächen durch eine Serie von in dem Kasten hintereinander angeordneten Vertikalfadenrosten vor dem Ventilator gebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kasteneingangsdeckel mit Öffnungsmechanismus, der von einem Nebelsensor gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine (in der Projektion) flächendeckende Versetztanordnung der Vertikalfäden in den hintereinander geschalteten Rosten.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalfadenroste im horizontal gelagerten Kasten geneigt angeordnet sind, insbesondere mit einem Neigungswinkel von etwa 15° gegen die Vertikale.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rostrahmen eine Ablaufrinne am unteren Fadeneinlauf haben, die zur Ableitung des an den Fäden abgeschiedenen Wassers in Ablaufkanäle zu einer Sammelflasche hin gegen die Horizontale geneigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenroste Abmessungen in der Größenordnung von 10 cm × 10 cm haben und die Fäden aus Polytetrafluoräthylen bestehen, einen Durchmesser von 0,5 mm haben und einen Abstand von 3 mm innerhalb des Rosts sowie 10 mm als Zwischenrostabstand.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator zur Erzeugung von Luftgeschwindigkeiten von mindestens 1,4 m/s ausgelegt ist.