DE68912857T2

DE68912857T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer feinen Partikeldispersion in Gas.

Info

Publication number: DE68912857T2
Application number: DE1989612857
Authority: DE
Inventors: William Alfred Lawrence Cox; Michael John Rose
Original assignee: Glass Bulbs Ltd
Current assignee: Glass Bulbs Ltd
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2009-09-15
Also published as: EP0359564A3; ES2049821T3; EP0359563A3; EP0359564A2; EP0359563A2; DE68912857D1; JPH02198625A; JPH02192434A; EP0359563B1; HUT56205A; HUT55168A; HU208294B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas, wobei die Vorrichtung allgemein als "Rauchgenerator" bezeichnet wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Glaspulver, das elektrostatisch auf der Innenfläche einer Glashülle für eine Lampe abgelagert werden soll. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für die Verwendung bei dem Verfahren und der Vorichtung zur Erzeugung einer lichtzerstreuenden Schicht in einer Glashülle geeignet, die in unseren beiden ebenfalls schwebenden europäischen Patentanmeldungen, für die die Prioritäten der GB-Patentanmeldungen 8 821 771.6 und 88 21 800.3 bzw. der GB-Patentanmeldungen 88 21 777.3 und 88 21 800.3 beansprucht sind, offenbart und beansprucht sind.
GB 1 395 437 (Philips) offenbart eine Vorrichtung zur elektrostatischen Ablagerung von Pulver auf der Innenfläche der Hülle einer Lampe, bei der das abzulagernde Pulver mit einem Transportgasstrom gemischt wird. Bei einer Ausführungsform enthält ein Behälter, in dem sich das Pulver befindet, eine in der Pulvermasse angeordnete mechanische Rührvorrichtung, mit der oberhalb des Pulverpegels eine Pulverwolke gebildet werden kann.
Vorschläge zur Verwendung eines Wirbelbetts zur Bildung einer Suspension von Staubpulver und zur Einbringung der Suspension in ein Aerosol sind nicht neu. GB 2 130 906A (NRDC) offenbart eine Vorrichtung zur Abgabe von Staubsuspensionen, um die Emission eines industriellen Rauchs zu simulieren, der beispielsweise in der Eisen und Stahl verarbeitenden Industrie auftritt. Die Vorrichtung enthält ein zylindrisches Gefäß, das mit einer perforierten Scheidewand (baffle) überspannt ist. Ein Bett aus Partikeln, das entklumpte Staubpartikel und Nickelkugeln enthält, wird über der Scheidewand gebildet. Trockene und gefilterte Luft tritt in das Gefäß unterhalb der Scheidewand ein und verläuft durch die Scheidewand und das Bett aus Partikeln. Dieser Durchlauf von Luft durch das Bett bildet eine ansteigende Suspension von aus dem Bett in Luft elutrierten feinen Partikeln (d. h. getrennt von den schwereren Partikeln).
GB 1 421 517 offenbart eine Vorichtung zum "Aufwirbeln" eines pulverförmigen oder körnigen Materials, z B. Magnesiumoxid, in einem Gefäß und zu seinem Hinausblasen aus dem Gefäß. Eine in dem oberen Ende des Gefäßes angebrachte Düse ist nach unten und etwa in Umfangsrichtung des Gefäßes gerichtet. Eine weitere Düse am unteren Ende ist tangential gerichtet. Ein Hindurchleiten von Luft durch die untere Düse und in das pulverförmige Material bewirkt eine Auflockerung des Materials insbesondere an der Oberfläche, in deren Verlauf sich eine Wolke aus Pulver oberhalb der Oberfläche ausbildet. Diese Wolke wird durch Luft von der oberen Düse "aufgewirbelt". Heiße Luft von etwa 100ºC kann verwendet werden, um während des Prozesses wenigstens eine Teiltrocknung des Materials zu bewirken, was insbesondere von Vorteil für das hydroskopische Magnesiumoxid ist.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas vorgesehen, das die Schritte umfaßt:
Halten einer das Gas und die Partikel enthaltenden Kammer auf einer erhöhten Temperatur und Ausrichten einer Vielzahl von Düsen mit dem Gas durch die Partikel , so daß die Düsenströme an einem oder mehreren Punkten in der die Partikel enthaltenden Kammer divergieren.
Die Erfinder haben überraschenderweise gefunden, daß bei einer Erhöhung der Temperatur der Vorrichtung zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Raumtemperatur auf 220ºC eine etwa zehnfache Zunahme der bei einer gegebenen Gasmasse in Suspension gehenden Masse an Partikeln eintrat. Eine ähnliche Zunahme um etwa das Zehnfache wurde bei einem folgenden Versuch gefunden, bei dem die Temperatur der Vorrichtung von Raumtemperatur auf 100ºC erhöht wurde. Die maximale Temperatur, die verwendet werden kann, hängt von den Eigenschaften des in Suspension zu gebenden Pulvers ab.
Das verwendete Pulver war eine Zink-Borsilikat- Glasmischung mit 22 Gewichtsprozent Siliziumdioxid (SiO&sub2;), 31 Gewichtsprozent Boroxid (B&sub2;O&sub3;), 27 Gewichtsprozent Zinkoxid (ZnO), 4 Gewichtsprozent Natriumoxid (Na&sub2;O), 7 Gewichtsprozent Natriumfluorid (NaF) ; 5 Gewichtsprozent Kaliumoxid (K&sub2;O) , 2 Gewichtsprozent Molybdenoxid (MoO&sub3;) und 2 Gewichtsprozent Wolframoxid (WO&sub3;) mit dem Zusatz von 0.3 Gewichtsprozent Fließhilfe D 17 von Degussa. Das Pulver war sehr fein verteilt mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3 um bis 4 um und einer maximalen Partikelgröße von 12 um.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl der Düsenströme so ausgerichtet, daß sie an einem oder mehreren Punkten in der die Partikel enthaltenden Kammer konvergieren. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Verfahrens wegen der in der Pulvermasse durch die Konvergenz der Düsenströme erzeugten Turbulenz, und auch weil das Risiko eines gerade durch die Pulvermasse blasenden Gasdüsenstroms vermindert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas vorgesehen, umfassend:
eine Kammer zur Aufnahme des Gases, die einen Einlaß und einen Auslaß für die Hindurchleitunmg der Partikel hat;
Mittel zum Hindurchleiten einer Vielzahl von Gasdüsenströmen durch die Kammer;
Mittel zum Halten der Kammer auf einer erhöhten Temperatur.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die einen Querschnitt durch die Ausführungsform zeigt, näher erläutert.
Eine Rauchgeneratoranordnung 44 hat eine Hauptkammer 47 zur Aufnahme von Glaspulver 48 und Gas. Ein in Metall eingekapseltes Heizelement 49 umgibt die Kammer 47 und hält die Kammer 47 und ihren Inhalt auf einer erhöhten Temperatur, wobei das Ganze von einer Wärmeisolierung umgeben ist. Federn 51a, 51b dienen dazu, daß die Anordnung im Betrieb in Schwingungen versetzt werden kann.
Über einen Einlaß 52 und eine spiralförmige Rille 53, die an der Außenseite der Hauptkammer 47 entlang verläuft, wird Druckluft in den Rauchgenerator eingeleitet. Der Durchtritt von Druckluft durch die Rille erlaubt die Vorheizung der Luft auf eine erhöhte Temperatur vor ihrer Einleitung in die Hauptkammer 47 über einen Verteiler 54 und Düsen 55, die auf einen Punkt 56 gerichtet sind. Die Anzahl der Düsen, ihre Anordnung und damit die Anzahl von in der Generatoranordnung vorgesehenen Punkten 56 hängt von der Konfiguration des Generators ab.
Frisches Sprühpulver wird an einem Einlaß 57 oben in den Generator dosiert eingegeben. Das Pulver verläuft aufgrund der Schwingungen der Anordnung durch einen Kanal 58 außerhalb der Kammer 47 nach unten und wird durch Wärmeleitung von den Metallteilen der spiralförmigen Rille 53 aufgeheizt. Das Pulver wird über Einlässe 59a, 59b aufgrund der durch Luft aus den Düsen 55 verursachten Fließmuster in die Kammer 47 hineingezogen.
Der Punkt 56, auf den die Düsen gerichtet sind, wird als "Siede"-Punkt bezeichnet und ist etwa zwei Drittel des Weges aufwärts zum Massepulverpegel angeordnet (durch eine gestrichelte Linie 48 angegeben). Im Betrieb erzeugt die Konvergenz der aus den Düsen 55 austretenden Luftströme am "Siede"-punkt 56 eine feine, als "Rauch" bezeichnete Dispersion von Pulverpartikeln in Luft, die sich, wie durch die Pfeile D gezeigt, in Richtung auf einen Auslaß 60 bewegt. Zahlreiche Leitbleche 61 regeln den Durchtritt des "Rauchs" aus der Kammer 47 und verbessern die Gleichmäßigkeit der Dichte des erzeugten "Rauches", indem sie örtliche hohe Pulverkonzentrationen, die vom "Siede"-punkt durch Erregung des Körpers 50 herrühren können, verhindern. Die Leitbleche 61 verhindern ferner, daß irgendwelche Zusammenballungen oder außergewöhnlich große Partikel die Kammer 47 erregen.
Wie bereits erwähnt, ist der Aufbau des Generators darauf gerichtet, die Kammer 47, das Pulver 48 und das Gas auf einer erhöhten Temparatur zu halten. Insoweit werden Gas und Pulver vorzugsweise vor ihrer Einleitung in die Kammer 47 vorgeheizt. Es wurde gefunden, daß eine erhöhte Temperatur von 220ºC eine überraschend vorteilhafte Wirkung auf den erzeugbaren Rauch hat. Eine andere Betrachtung, die berücksichtigt werden muß, ist die Verwendung, für die der Rauch bestimmt ist.
Der in dem Verteiler 54 aufrechterhaltene Luftdruck hängt von der gewünschten Dichte des Rauchs, der Temperatur des Generators und von Zahl und Größe der Düsen 55 ab. Es ist zu erwarten, daß bei der Mehrzahl von Anwendungen der verwendete Luftdruck kleiner als eine Atmosphäre (über dem Umgebungsdruck) sein wird.
Die Anzahl der Düsen 5 in der Kammer 47 wird durch die Anzahl der benötigten Auslässe 60 beeinflußt. Ein Generator mit einem einzelnen Auslaß würde üblicherweise zylindrische Form haben und in der Basis sieben Düsen aufweisen, von denen sechs hexagonal um eine zentrale Düse angeordnet sind. Ein Generator mit mehreren Auslässen würde üblicherweise eine rechteckige Form haben, wobei die Anzahl der Düsen durch seine Länge bestimmt wird.
Es ist eine Vielzahl von Abwandlungen denkbar. Es können größere Generatoranordnungen mit einer Art von mechanischem Rühren vorgesehen werden. Wenn das verwendete Pulver nicht sehr fließfähig ist, kann eine abgemessene Dosis von schwereren Partikeln (vorzugsweise mit Kugelform) in die Kammer 47 gegeben werden, um die Aufrechterhaltung der Homogenität der Pulvermasse zu unterstützen. Ferner kann Gas oder Pulver oder beides unabhängig vom Rauchgenerator vor der Einleitung in die Rauchgeneratoranordnung vorgeheizt werden. Es wird erwartet, daß die Steuerung sowohl der Pulverkonzentration in dem Gas als auch die Gesamtströmungsrate der Suspension in breitem Maß und unabhängig voneinander durch Änderungen von Parametern wie Temperatur, Druck, Düsendurchmesser, Tiefe der Pulvermasse und Einspeiserate des Pulvers in die Kammer geändert werden können.
Es wird erwartet, daß die vorliegende Erfindung breitere Anwendungen findet, z . B. die Erzeugung von Suspensionen von Emailpulver zum Trockenemaillieren von Metallen oder zum externen Emaillieren von Glashüllen oder bei der Kunststoffbeschichtung von Metallteilen.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas, umfassend die Schritte:

Einleiten der Partikel in eine Kammer zur Aufnahme der Partikel und des Gases;

Einleiten des Gases durch eine Vielzahl von Düsen;

Halten der das Gas und die Partikel enthaltenden Kammer auf einer erhöhten Temperatur oberhalb der Raumtemperatur;

und Ausrichten der Vielzahl von Düsen derart, daß das von ihnen ausströmende Gas konvergiert, um sich an einem oder mehreren Punkten in der das Gas enthaltenden Kammer zu treffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder die mehreren Punkte etwa auf zwei Drittel des Weges aufwärts der in der Kammer enthaltenen Masse von Partikeln liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur etwa 100º C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur etwa 200º C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in die Kammer so eingeleitet werden, daß sie die Kammer bis zu einer gewählten Höhe ausfüllen, und daß die Düsen so ausgerichtet werden, daß sie an einem oder mehreren Punkten auf etwa zwei Drittel der Höhe konvergieren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kammer zugeführte Gas auf der erhöhten Temperatur gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Luft ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer in Schwingungen mit einer niedrigen Frequenz versetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Herausleiten der Partikel aus der Kammer geregelt wird.

10. Vorrichtung zur Erzeugung einer feinen Dispersion von Partikeln in einem Gas, umfassend:

eine Kammer zur Aufnahme der Partikel und des Gases, wobei die Kammer einen Einlaß und einen Auslaß für die Hindurchleitung der Partikel hat;

eine Vielzahl von Düsen, durch die das Gas ausströmen kann;

Mittel zum Ausrichten der Vielzahl von Düsen derart, daß das von ihnen ausströmende Gas konvergiert, um sich an einem oder mehreren Punkten in der die Partikel enthaltenden Kammer zu treffen;

und Mittel zum Halten der Kammer auf einer erhöhten Temperatur oberhalb der Raumtemperatur.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel, um die Kammer in Schwingungen mit einer niedrigen Frequenz zu versetzen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 11 gekennzeichnet durch Mittel zum Regeln der Herausleitung der Partikel aus der Kammer.