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Staubabscheider
Gegenstand der Erfindung ist ein Staubabscheider, der
vermittels eines auf einer von der Raumluft verschiedenen Temperatur gehaltenen
Rörpers wirkt und daher zugleich als Heizofen dienen kann.
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Die Al>scheidung von Stauben aus Luft oder Gasen erfolgte bisher
mechanisch entweder durch trockene oder nasse Filter; gegel>enenfalls auch durch
Wasserschleier usw., durch Massenkräfte, wie Pral Iwirkung, Fliehkraftwirkung oder
durch kräftige elektrostatische Felder. Alle diese Methoden scheiden jedoch nur
verhältnismäßig grobe Staubteilchen aus und werden um so wirkungsloser, um je kleinere
Staubteilchen es sich handelt, hzw. haben wie die elektrostatischen Methoden andere
unerwünschte Nachteile.
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Nach der Erfindung kommt zu diesen bekannten Methoden eine neue,
ausschließlich auf Thermodiffusionswirkung I>eruhende hinzu, die weder mit Filtern
noch mit hohen elektrischen Spannungen, sondern mit Temperaturdifferenzen innerhalb
der Staul)luft lzw. mit gewissen zusätzlichen Bedingungen arbeitet, wobei die Staubabscheidung
durch in der Staul,luft selbst erfolgende Bewegung der Staul)teilchen vor sich geht,
welche sich bis auf die kleinsten Dimensionen erstreckt.
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Der Mechanismus der Staubbewegung kann folgendermaßen bescllrieben
werden: In einem verschieden temperierten Gase diffundieren Moleküle aus ärmeren
und kälteren Zonen gegeneinander, wobei die Moleküle aus den kälteren Zonen in der
Mehrzahl sind, so daß die Diffusion die Hauptrichtung von kalt nach warm hat. Natürlich
hängt die Diffusionsgeschwindigkeit noch vom Molekulargewicht ab, so daß die leichteren
Moleküle in der warmen Zone, die schwereren in der kalten sich anreichern. Dieser
Effekt wird z. B. l>eim Trennrohr von Clusius und nickel zur Tsotopen-
trennung
verwendet. Er ist an sich klein und durch die sogleich einsetzende Rückdiffusion
der getrenn. ten Gase begrenzt. Beim Trennrohr wird er in der Weise vervielfacht,
daß unter Ausnutzung der Konvektion das angereicherte Gas immer wieder einer neuen
Trennung unterworfen wird. Für die Staubabscheidung kann diese Maßnahme nicht benutzt
werden, da der Mechanismus ein grundsätzlich anderer ist.
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Wegen der überwiegenden Diffusion der Gasmoleküle von kalt nach warm
muß sich nämlich das Gas als Ganzes in der umgekehrten Richtung bewegen, da in freier
Luft kein merklicher Druckunterschied bestehen kann. Dieser Rückstrom nimmt nun
den Staub nach der kalten Seite mit.
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Die Eigendiffusion der Staubteilchen ist wegen der verhältnismäßig
großen Masse zu vernachlässigen.
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Da infolgedessen auch keine Rückdiffusion auftritt, hat eine Wiederholung
der Trennung keinen Sinn, womit Anordnungen nach Art des Trennrohres wegfallen.
Da die Geschwindigkeit des Rückstromes ziemlich klein ist, braucht man einen hohen
Temperaturgradienten; das bedeutet also hohe Temperaturen oder kleine Abstände.
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Hat man andererseits ein Gerät, in dem ohnehin hocherhitzte Teile,
beispielsweise ein elektrisches Heizgitter, vorhanden sind, so muß dort jedenfalls
die Bewegung des Staubes, nach obigem Mechanismus, vorhanden sein. Die Luft wird
jedenfalls durch die Konvektion an das heiße Gitter herangebracht, der Staub, allenfalls
verbrannt, wieder abgestoßen und in den Raum geblasen, was natürlich unerwünscht
ist. Die Wirkung ist von der gewöhnlichen elektrischen Heizung her bekannt als unangenehme
Reizung und Schädigung der Atmungsorgane. Diesem Obelstand wird erfindungsgemäß
abgeholfen durch die konstruktiv richtige Anbringung des Heizgitters an einem entsprechend
geformten Gehäuse. Dadurch werden bestimmte Wirkungen der sog. Thermodiffusion in
der Weise gelenkt, daß die warme Luft rein austritt, der Staub aber im Gehäuse bleibt.
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Man muß jedenfalls das wirksame Gitter (Lamellen, sonstwie durchbrochener
Körper) so anordnen, daß die Luft durch das Gitter hindurch in den Raum austritt
und der Staub in das Gehäuse zurückgetrieben wird.
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Im folgenden sollen der Einfachheit halber vor allem Einrichtungen
mit elektrisch geheizten Heizkörpern. Heizgitter o. dgl. beschrieben werden, wobei
jedoch ausdrücklich erwähnt sei, daß die Heizung ebensogut beispielsweise auch durch
Gas-oder auf eine andere Art und Weise erfolgen könnte.
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Eine einfache horizontale Anordnung des Gitters, etwa als Deckel
des Gehäuses, würde den Zweck gemäß der Erfindung nicht erfüllen. Wegen der stabilen
Schichtung der Luft bei einer derartigen Anordnung wäre der Temperaturgradient nämlich
zu klein. Er könnte nur durch eine höhere Durchströmungsgeschwindigkeit vergrößert
werden; dann reicht aber der Rückstrom wieder nicht aus, um die Staubteilchen entgegen
dem Strom zurückzutreiben. Man kann den höheren Temperaturgradienten auch dadurch
erzwingen, daß man dem Heizgitter etwa ein gekühltes Sieb oder Gitter in geringem
Abstand vorschaltet.
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Einfacher ist es aber, die Luft vor dem Eintritt in das Heizgitter
in Bewegung zu erhalten, und zwar erfindungsgemäß nicht auf das Gitter zu, sondern
der Hauptsache nach parallel zu ihm, oder leicht turbulent. Dadurch wird immer frische
kühle Luft, z. B. von Raumtemperatur, an das Gitter herangebracht und so der nötige
Temperaturgradient aufrechterhalten. Die Durchströmgeschwindigkeit durch das Gitter
wird dabei nicht vergrößert. Diese zusätzliche Luftbewegung kann durch mechanische
Mittel oder automatisch durch Konvektion bei Schrägstellung des Gitters erreicht
werden. Für die Erhaltung der im Gehäuse verbleibenden Luft auf niedrigerer Temperatur
kann durch irgendwelche Mittel, z. B. große Oberfläche, Kühlrippen, Befeuchtung
der Wand usw., vorgesorgt werden.
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Das Heizgitter selbst soll eine möglichst ebene Temperatur-Niveau-Fläche
darstellen, somit möglichst engmaschig sein. Ein weitmaschiges Gitter wird dadurch
verbessert, daß man ein zweites dicht parallel dazu anordnet, oder auch durch die
symmetrische, die zylindrische und die Innenanordnung in den Ausführungsbeispielen.
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Bei der Luftbewegung durch Thermosiphonwirkung ist zu beachten, daß
die Luft nach oben zu immer wärmer, der Gradient also immer kleiner wird. Hier hilft
beispielsweise eine gegen den Luftstrom konvexe Krümmung des Gitters; im übrigen
nimmt man das Gitter nicht zu hoch, die Wand darüber hingegen reichlich. Statt der
üblichen Heizgitter kann auch ein ganzmetallisches Drahtnetz oder Sieb verwendet
werden. das mit Niederspannung betrieben wird.
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In den Ausführungsbeispielen zeigen die Fig. I bis 3 die einfachste
Ausführung als kombinierter elektrischer Ofen und Staubabscheider, die Fig. 4 eine
Zwillingsbauart, bei der es mehr auf Staubabscheidung als auf Heizung ankommt; die
Fig. 5 und 6 beziehen sich auf eine rotationssymmetrische Ausführung (im Vertikal-
bzw. Horizontalschnitt); die Fig. 7 bringt eine Variante der Ausführung nach Fig.
1 bis 3; die Fig. 8 und 9 sind Quer- und Längsschnitte durch eine Ausführung mit
innenliegendem und gekrümmtem Heizgitter, die Fig. 10 gibt ein Beispiel einer Ausführungsform
der Erfindung mit Luftbewegung durch mechanische Mittel, während die Fig. II und
I2 sich auf Beispiele mit durch Trägheitskräfte aufrechterhaltener Luftbewegung
bzw. um eine Kombination mit einem als Vorabscheider dienenden Zyklonabscheider
beziehen.
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In den Figuren bedeutet I das Gehäuse, 2 ein Heizgitter, 2 und 2'
ein doppeltes Heizgitter (in Fig. 7), 3 eine Einlaßöffnung für die Staubluft, 4
Kühlrippen, 5 einen Strahlungsschirm, 6 Zugkamine, 7 einen Motor mit Ventilatorflügeln,
8 ein Desinfektionsmittel, bakterizide Flüssigkeit o. dgl., g sind Ablenkbleche.
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In der einfachsten Ausführung des Staubabscheiders, zugleich als
Heizofen (Fig. I) tritt die Luft durch den unteren Spalt 3 ein und infolge der Erwärmung
durch das schräg liegende Gitter 2 im Gehäuse I hoch; da der übrige Teil des Gehäuses
I kühler ist, findet darin ein besonderer Vorgang statt: Es bildet sich darin in
der angedeuteten Weise ein Wirbel aus, von dem ein Teil kontinuierlich durch das
Gitter 2 hindurch, somit gereinigt, staubfrei nach außen abzweigt, während der Staub
in dem Wirbel im Gehäuse 1 verbleibt und sich dort an den kühleren Stellen ablagert.
Die Rückwand des Gehäuses I kann vorteilhaft auf irgendeine Art gekühlt werden,
besonders vorteilhaft etwa mit einem feucht gehaltenen Gewebe bedeckt sein, wodurch
zugleich der Raumluft Feuchtigkeit zugeführt werden kann.
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Die Fig. 2 zeigt besonders angebrachte Kühlrippen 4 oder entsprechende
Auswellungen der Gehäuserückwand I, die zur Oberflächenvergrößerung dienen, und
zugleich einen (gegebenenfalls doppelten) Schirm 5 aus wärmeisolierendem oder reflektierendem
Material, der den Zweck hat, die direkte Bestrahlung und somit Erwärmung der Gehäuserückwand
zu verhindern.
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Dieser Abschirmkörper kann, wie Fig. 3 zeigt, auch als Rohr ausgebildet
sein und auch seitlich mit der Außenluft in Verbindung stehen.
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Die in Fig. 4 dargestellte Zwillingsanordnung (geschnitten) ist ohne
weiteres verständlich; sie ist empfehlenswert, wenn es sich vornehmlich um Staubabscheidung
bei geringem Stromverbrauch handelt und die Heizwirkung nicht verlangt ist.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel einer Ausführungsform als Rotationskörper.
In diesem Fall ist der Heizkörper 2, durch den hindurch der gsreinigte Luftstrom
den Apparat verläßt, röhrenförmig gebildet und kann von einem zylindrischen Schirm
5 umgeben sein. Die Fig. 5 zeigt zugleich, wie im Boden des entsprechend ausgebildeten
Gehäuses I z. B. eine Desinfektionsflüssigkeit 8 eingebracht sein kann, die zur
Abtötung der mit dem Staub ebenfalls mit abgeschiedenen Bakterien dient.
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In der Fig. 7 ist die Anbringung eines doppelten Heizgitters 2, 2'
angedeutet; das zweite Gitter muß dabei innen im Gehäuse stehen, damit nicht Außenluft
unmittelbar zwischen die Gitter gelangt. Auch sollen die Gitter so weit seitlich
gegeneinander verschoben sein, daß die Heizdrähte des einen Gitters gerade die Spalte
des anderen verdecken.
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Außerdem zeigt Fig. 7 Ablenkbleche 9, deren Zweck es ist, äußere
Staubluft von der Außenseite des Gitters 2 fernzuhalten, damit nicht dort Staubverbrennung
mit ihren unangenehmen Nebenwirkungen und unnötige Abkühlung des Heizgitters auftreten.
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Dieselbe Fig. 7 deutet auch an, daß das Heizgitter 2 nicht unbedingt
schräg stehen muß, wenn z. B. durch besondere Ausbildung bzw. Stellung des Schirmkörpers
5 für entsprechende Ablenkung der Luft auf das Heizelement hin gesorgt ist.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen im Quer- und Längsschnitt eine andere Ausführungsform
der Erfindung, und zwar mit zum Teil geheiztem Innenzylinder, um den herum der Staubluftwirbel
kreist, während die gereinigte Luft staubfrei nach innen tritt und von dort, gegebenenfalls
durch Zugkamine 6, austritt. Als Vorteile ergeben sich Schutz des Heizkörpers, Verbesserung
der Temperaturfläche sowie eine Kompensation der Verminderung des Temperaturgradienten
im oberen Teil des Heizgitters 2; durch die Krümmung hebt sich nämlich die Luft
und insbesondere der Staub schon aus dvnamischen Gründen etwas vom Gitter 2 ab.
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Im zu Im Beispiel der Fig. IO wird die theoretisch geforderte Bewegung
der Luft innerhalb des Gehäuses I mit mechanischen Mitteln erzwungen. In solchem
Fall darf das Gitter 2 beliebig, auch horizontal, liegen, wenn nur die Staubluft
ungefähr parallel zu diesem in Bewegung erhalten wird.
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Der Durchtritt durch das Gitter 2 kann auch hier gegebenenfalls durch
einen Kamin 6 gefördert werden, durch den die gereinigte Luft staubfrei entweicht.
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In den Beispielen der Fig. II und 12 endlich ist es die Trägheitskraft
der zugeführten Luft selbst, die eine kreisende Bewegung parallel zum Gitter 2 bzw.
um den Heizkörper herum aufrechterhält, wobei gleichzeitig eine Vorabscheidung des
gröberen Staubes an den Wänden des Gehäuses I durch Fliehkraftwirkung nach dem Zyklonprinzip
stattfindet.
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Es sei hier betont, daß Apparate gemäß der Erfindung gerade auch
die feinsten Staube (Schwebestaube) aus der Luft abzuscheiden imstande sind und
auch Bakterien zurückzuhalten vermögen, während die Luft vollkommen gereinigt den
Apparat verläßt.
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Diese letztere Eigenschaft macht die Erfindung insbesondere auch
für Krankenhäuser besonders wertvoll, ebenso für Wohnräume sowie für alle öffentlichen
Räume, in denen viele Personen zusammenkommen. Selbstverständlich wirkt der Staubabscheider
ebenso vollkommen auch als Rauchverzehrer.
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Handelt es sich beispielsweise um Zuführung von Außenluft, die staub-
und bakterienfrei einem geschlossenen Raum zugeführt werden soll, so kann beispielsweise
ein Heizgitter direkt in eine Wand des Raumes eingebaut sein, woran die Außenluft
vorbeistreicht; ein wiederholtes Vorbeiführen ist in solchem Fall nicht notwendig,
ebenso ist es irrelevant, was dabei mit dem Staub selbst geschieht, so daß auch
ein besonderes Gehäuse nicht unbedingt erforderlich ist.