EP1169076A1 - Gerät zur auftrennung des teilchengrössenspektrums eines polydispersen aerosols - Google Patents

Gerät zur auftrennung des teilchengrössenspektrums eines polydispersen aerosols

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Publication number
EP1169076A1
EP1169076A1 EP00917038A EP00917038A EP1169076A1 EP 1169076 A1 EP1169076 A1 EP 1169076A1 EP 00917038 A EP00917038 A EP 00917038A EP 00917038 A EP00917038 A EP 00917038A EP 1169076 A1 EP1169076 A1 EP 1169076A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle size
separating
aerosol
channel
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00917038A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Müllinger
Joachim Heyder
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Gsf-Forschungszentrum fur Umwelt und Gesundheit G
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH filed Critical Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
Publication of EP1169076A1 publication Critical patent/EP1169076A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia

Definitions

  • the invention relates to a device for separating the particle size spectrum of a " polydisperse aerosol according to the preamble of claim 1, as is known from DE 195 05 341.
  • Aerosols are used in medicine in the field of inhalation therapy. In environmental analysis, the e. G. Devices analyzing atmospheric aerosols. Industrial aerosol processes can be managed more effectively.
  • IPAC Inertial Aerosol Classifier
  • the IPAC has cylindrical symmetry and consists of two parts.
  • the polydisperse aerosol flows between two layers of particle-free jacket air with overpressure.
  • the aerosol together with the jacket air is accelerated to a 90 ° bend through a slot nozzle.
  • the centrifugal force forces the heavier particles to move on a trajectory with a larger radius than that of the smaller particles.
  • the total flow is then divided in the lower part (classification part) by three concentrically arranged inlet slots into an outer, middle and inner air flow.
  • the average flow contains a particle fraction with a relatively narrow size distribution.
  • IPAC is only suitable for the classification of a dry aerosol.
  • z. B. delivers a nozzle nebulizer, no quasi-monodisperse fraction are filtered out.
  • the yield of quasi-monodisperse aerosol compared to the polydisperse starting aerosol is only 10%.
  • the main disadvantage of the virtual impactor is its relative unsharp separation performance, since a certain proportion of the particles that are smaller than the separation size of the impactor is always contained in the airflow of the larger particles. With the virtual impactor there is therefore only a high concentration and no separation according to the size of the particles of the polydisperse aerosol. The size range of the classified aerosol cannot be changed continuously during the operation of the impactor.
  • the device of the e. G. Art has the disadvantage that it has to be adjusted in a complex manner because of its linear structure and that strong eddies occur on the sharp-edged parting surfaces, which reduces the separating effectiveness.
  • the object of the invention is to provide a device of the e. G. Kind in such a way that it can be easily assembled and that a quasi-monodisperse fraction can be filtered out from a polydisperse aerosol stream with a high degree of efficiency.
  • IAPS Intelligent Aerosol Particle Seperator
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the ASC, the section plane containing the axis of rotational symmetry and the 2 and 3 each show an enlarged section of the separation area, for simplification with different reference numerals for the dimensions.
  • the IAPS is cylindrical, essentially rotationally symmetrical and, as can be seen in FIG. 1, consists of an inlet component 1 and a guide component 5, which together determine the geometry of the clean air duct 11 via a centering cone 8.
  • the inlet component 1 contains a central aerosol feed channel 7, which tapers to the right into a truncated cone.
  • the end plate of the truncated cone carries a circle of closely spaced bores for forwarding the aerosol flow into the rotationally symmetrical channel 10.
  • the nozzle insert 2 and the inlet component 1 together form the geometry of the aerosol supply channel 10 and the acceleration channel 12.
  • the nozzle insert 2 is via a cone 20 Inlet component 1 centered.
  • a spacer insert 6 defines the distance of the discharge channels from the nozzle insert 2.
  • the separating insert 3 defines the geometry of the exhaust duct 15 for the small particle size fraction and, together with the outlet component 4 and the guide component 5, simultaneously determines the geometry of the quasi-monodispersed exhaust duct 14.
  • the separating insert 3 is made by the fit 19 on the outlet component 4 and by the fit 22 aligned with the nozzle insert 2.
  • the outlet component 4 and the guide component 5 together determine the geometry of the outlet channel 13 for the large particle size fraction.
  • the large, the quasi-monodisperse and the small particle size fractions are conducted outwards through the radial channels 16, 21 and the axial channel 17.
  • the IAPS is held together by screw connections between the inlet component 1 and the guide component 5 and between the outlet component 4 and the guide component 5.
  • Each screw connection consists of at least 3 screws which are arranged at equal intervals on a circle around the axis of symmetry.
  • Components 1 to 5 are sealed against each other with sealing rings.
  • the grooves for receiving the sealing rings are shown.
  • the sealing rings are not shown. at correspondingly low manufacturing tolerance, these seals can be dispensed with.
  • the central part of the ASC is shown enlarged with parts of the guide component 5 and parts of the inserts 2, 3 and the inlet and outlet components 1, 4.
  • the aerosol flow is directed via an aerosol feed channel at an angle of 20 ° - 35 ° (a, c) to the clean air flow, which is accelerated to a speed of 26 m / s via the 0.15 mm (n) wide clean air channel.
  • the annular gap of the clean air duct has an outer diameter of 16 mm.
  • the aerosol flow is brought together with the clean air, accelerated to 5 times the speed, 0.87 mm (p) in front of the 1.43 mm (k) long and 0.6 mm (u) wide acceleration channel 12. This prevents mixing and swirling of both volume flows in front of the acceleration channel.
  • the first discharge channel 15 increases by a radius of 0.2 mm (h) by 0.5 mm (j) at an angle of 50 ° (g), on the supply side the channel increases by 0.2 mm with a Angle of 35 ° (d) around 1.5 mm (i).
  • Particles with a size of 0.7 to 4 ⁇ m are selected in the second discharge channel 14, which is formed by the separating insert 3 with the radius 0.2 mm (h) and the separating edge of the outlet component 4.
  • the extraction channel 14 is determined by the angle of the separating insert to the guide component 5 at 50 ° (f) and the angle of the outlet component to the guide component at 20 ° (e).
  • the distance to the guide component is 0.6 mm (u).
  • Particles with a size of 3 ⁇ m or more are deflected into the first extraction channel 13, which is created together with the guide component 5 by a 0.1 mm (t) wide and 1.9 mm long channel.
  • the Separating edge of the outlet component 4 compared to the separating edge of the
  • Separating insert 3 set back by 0.6 mm (r).
  • the geometry of the arrangement can be changed as follows.
  • the width of the acceleration channel 12 can be reduced by 0.3 mm (u) via the nozzle insert 2.
  • the width q of the 3rd duct can be selected by using spacers from 0.1 to 1.2 mm at 0.2 mm intervals.
  • the distance (u) to the guide component can be changed by the separating inserts 3.
  • a quasi-monodisperse size fraction with a geometric standard deviation of 1.15 - 1.3 and a particle size with a median mass diameter of 0.7 to 4 ⁇ m can be selected from the polydisperse aerosol.
  • the size of the quasi-monodisperse fraction can be adjusted by appropriate selection of the inserts. If the spacing (u) is increased from 0.3 to 0.6 mm of the nozzle insert and the separating insert, the particle size selected in the second extraction duct also increases. Smaller distances (q) for the 3rd extraction duct ensure that smaller particle sizes are selected in the 2nd extraction duct.
  • the yield can be optimized for the desired selected particle size or the particle size can be adjusted precisely to the desired range.
  • the polydisperse dry or aqueous aerosol is brought together in a circular gap with a focused clean air stream; but not mixed.
  • the nozzle gap, the separation gap and the distance of the nozzle gap from the separation gap can be changed by exchangeable inserts. By exchanging the inserts, the separation properties and thus the selected particle size can be set quickly.
  • the rivers do not have to be reset. This means that pressure and flow regulators can be replaced by cost-effective critical nozzles for later use.
  • the IAPS can be made from various materials (e.g. Teflon, stainless steel, aluminum).
  • cylindrical components can be realized more easily than injection molded parts.
  • the circular arrangement of the focusing and acceleration gaps avoids edge effects at the nozzle boundaries. By applying a radius h to the separating edge of the component 3, turbulence and thus losses are minimized.
  • the mass concentrations of dry matter reached rose to 85.1 ⁇ g / 1 by a factor of 35 compared to linear ASC (4% NaCl) with the same selectivity. At higher solution concentrations (12% NaCl), a mass concentration of 313.5 ⁇ g / 1 is achieved, which corresponds to an increase by a factor of 116.
  • a ratio of the volume flows is also advantageous for good separation efficiency: (aerosol flow + jacket air flow) / (monodisperse air flow + air flow of the large size fraction)> 7/1
  • angles that enclose the aerosol supply channel enable an advantageous separation of the aerosol under the following values: angle a (10 - 30 °), angle c (15 - 35 °).
  • angle c (15 - 35 °).
  • angle f is 20 ° to 40 ° larger than angle e.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Auftrennung des Teilchengrössenspektrums eines polydispersen Aerosols bestehend aus einem Gehäuse mit einem Aerosolkanal (7), einem Reingaszuführungskanal, einem Trennteil (13) und mindestens zwei Abzugskanälen (14, 15), wobei sich zwischen der Auslassöffnung des Aerosolkanals und den Einlassöffnungen der Abzugskanäle eine lineare Strömungsstrecke befindet. Aufgabe der Erfindung ist es, das Gerät so auszugestalten, dass es leicht zusammengebaut werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Gehäuse aus im wesentlichen rotationssymmetrischen Bauteilen besteht, die derart ausgestaltet sind, dass sie axial sich selbst zentrierend miteinander verbunden werden können und im verbundenen Zustand die Gaskanäle und den Trennteil bilden.

Description

Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums eines polydispersen Aerosols
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums eines "polydispersen Aerosols nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der DE 195 05 341 bekannt ist.
Aerosole werden in der Medizin auf dem Gebiet der Inhalationstherapie eingesetzt. In der Umweltanalytik verbessern die e. g. Geräte die Analyse atmosphärischer Aerosole. Industrielle Aerosolprozesse können effektiver geführt werden.
Aus Prodi V., C. Melandri, T. DeZaiacomo, G. Tarroni, D. Hochrainer (1979). "An Inertial Spectrometer for Aerosol Par- ticles". J. Aerosol Science, 10 (1979), S.411-419) ist ein gattungsgemäßes Gerät bekannt Inertial (Particle Aerosol Classifier (IPAC)). Mit dem IPAC besteht die Möglichkeit aus einem trockenen polydispersen Aerosolstrom einen quasi-monodispersen Anteil im Bereich von 0,8 - 8 μm, mit einer geometrischen Standardabweichung von 1,2 - 1,3 herauszufiltern.
Der IPAC besitzt zylindersymmetrische Geometrie und besteht aus zwei Teilen. In den oberen Teil (Trennteil) des Gerätes strömt mit Überdruck das polydisperse Aerosol zwischen zwei Schichten partikelfreier Mantelluft. Das Aerosol wird zusammen mit der Mantelluft durch eine Schlitzdüse auf eine 90°-Biegung hin beschleunigt. Beim Passieren der Biegung zwingt die Zentrifugalkraft die schwereren Teilchen sich auf einer Flugbahn mit größerem Radius zu bewegen als die der kleineren Teilchen. Der Gesamtfluß wird dann im unteren Teil (Klassifizierungsteil) durch drei konzentrisch angeordnete Eingangsschlitze in einen äußeren, mittleren und inneren Luftstrom aufgeteilt. Bei entsprechender Einstellung der verschiedenen Luftströme enthält der mittlere Strom eine Teilchenfraktion mit einer relativ engen Größenverteilung. Des weiteren ist aus Conner, W.D. (1966). "An inertial-type particle seperator for collecting large samples". J. Air Pollut. Control Assoc. 16 (1966) S.35 ein virtueller Impaktor bekannt. Dieser setzt sich aus einer Beschleunigungsdüse und einer Sammelöffnung zusammen. Der Aerosolstrom wird durch die Düse zur Sammelöffnung hin beschleunigt, in der die Klassifizierung stattfindet. Ein kleiner Teil des Aerosolvolumenstroms wird durch die Sammelöffnung, der Hauptstrom in einem Winkel von 90° zur Düse abgesaugt. Entsprechend der unterschiedlichen Trägheit der verschieden großen Partikel gelangen diejenigen größer als die Trenngröße des Impaktors in die Sammelöffnung mit dem kleineren Volumenstrom. Der größere Volumenstrom enthält dann alle Partikel die kleiner als die Trenngröße des Impaktors sind. Die Partikel in beiden Luftströmen bleiben in luftgetragenem Zustand. Es existieren mehrere Abwandlungen dieses Prinzips um die Trennleistung des virtuellen Impaktors zu verbessern. Eine Methode ist das Opposing Jet Verfahren (Willeke K. and E. Pavlik "Size classification of fine particles by opposing jets". Envi- ronmental Science and Technology 12 (1978), S. 563-566), bei dem der virtuelle Impaktor nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, partikelfreies Reingas entweder dem kleineren Volumenstrom (Masuda H., D. Hochrainer, and W. Stöber "An improved Virtual impactor for particle classification and generation of test aerosols with narrow size distributions" . J. Aerosol Sei. 10 (1978), S. 275-287), oder dem polydispersen Aerosolstrom (Chen B. T. and H. C. Yeh "An improved Virtual impactor: design and Performance". J. Aerosol Sei. 18 (1987), S. 203-214) hinzuzufügen.
Ein Nachteil des IPAC liegt darin, daß er nur zur Klassifizierung eines trockenen Aerosols geeignet ist. Somit kann mit dem IPAC aus einem wässerigen polydispersen Aerosol, wie es z. B. ein Düsenvernebler liefert, keine quasi-monodisperse Fraktion herausgefiltert werden.
Die Ausbeute an quasi-monodispersen Aerosol im Vergleich zum polydispersen Ausgangsaerosol beträgt lediglich 10 % . Der wesentliche Nachteil des virtuellen Impaktors liegt in seiner relativen unscharfen Trennleistung, da immer ein bestimmter Anteil der Partikel die kleiner als die Trenngröße des Impaktors sind, im Luftstrom der größeren Partikel enthalten ist. Mit dem virtuellen Impaktor findet somit nur eine starke Anreicherung und keine Auftrennung nach Größe der Partikel des polydispersen Aerosols statt. Auch kann der Größenbereich des klassifizierten Aerosols während des Betriebs des Impaktors nicht stufenlos verändert werden.
Das Gerät der e. g. Art hat den Nachteil, daß es wegen seines linearen Aufbaus aufwendig justiert werden muß und daß an den verwendeten scharfkantigen Trennflächen starke Verwirbelungen auftreten, welche die Trenneffektivität verringert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der e. g. Art so auszugestalten, daß es leicht zusammengebaut werden kann und daß aus einem polydispersen Aerosolstrom eine quasi-monodisperse Fraktion mit einem hohen Wirkungsgrad herausgefiltert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindug. Der Anspruch 8 nennt eine vorteilhafte Verwendung des Geräts.
Ein besonderer Vorteil des Gerätes, im folgenden IAPS (Inertial Aerosol Particle Seperator) genannt, besteht darin, daß aus einem wässerigen bzw. Trockenem polydispersen Aerosolstrom eine quasi-monodisperse Fraktion mit einem leicht stufenlos einstellbaren Größenbereich herausselektiert werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei- spiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den ASC, wobei die Schnittebene die Rotationssymmetrieachse enthält und die Fig. 2 und 3 jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des Trennbereichs, zur Vereinfachung mit verschiedenen Bezugszeichen für die Bemaßung.
Der IAPS ist zylinderförmig, im wesentlichen Rotationssymmetrisch aufgebaut und besteht, wie aus Fig. 1 ersichtlich aus einem Einlaßbauteil 1 und einem Führungsbauteil 5 , die zusammen über einen zentrierenden Konus 8 die Geometrie des Reinluftkanals 11 bestimmen. Das Einlaßbautei 1 enthält einen zentralen Aerosolzuführungskanal 7, der sich nach rechts in einen Kegelstumpf verjüngt. Die Stirnplatte des Kegelstumpfes trägt einen Kreis von dicht beieinander liegenden Bohrungen zur Weiterleitung des Aerosolstroms in den rotationssymmetrischen Kanal 10. Der Düseneinsatz 2 und das Einlaßbauteil 1 bilden zusammen die Geometrie des Aerosolzuführungskanals 10 und des Beschleunigungskanals 12. Der Düseneinsatz 2 ist über einen Konus 20 am Einlaßbauteil 1 zentriert. Ein Abstandseinsatz 6 legt den Abstand der Abzugskanäle vom Düseneinsatz 2 fest. Der Trenneinsatz 3 legt die Geometrie des Abzugskanals 15 für die kleine Partikelgrößenfraktion fest und bestimmt gleichzeitig zusammen mit dem Auslaßbauteil 4 und dem Führungsbauteil 5 die Geometrie des quasi-monodispersen Abzugkanals 14. Der Trenneinsatz 3 wird durch die Passung 19 am Auslaßbauteil 4 und über die Passung 22 am Düseneinsatz 2 ausgerichtet. Das Auslaßbauteil 4 und das Führungsbauteil 5 bestimmen zusammen die Geometrie des Auslaßkanals 13 für die große Partikelgrößenfraktion. Die große, die quasi-monodisperse und die kleine Partikelgrößenfraktionen werden durch die radialen Kanäle 16, 21 und den axialen Kanal 17 nach außen geleitet. Zusammengehalten wird der IAPS durch Ver- schraubungen zwischen dem Einlaßbauteil 1 und dem Führungsbauteil 5 und zwischen dem Auslaßbauteil 4 und dem Führungsbauteil 5. Dabei besteht jede Verschraubung aus mindestens 3 Schrauben die in gleichen Abständen auf einem Kreis um die Symmetrieachse angeordnet sind. Die Bauteile 1 bis 5 sind gegeneinander mit Dichtringen abgedichtet. Die Nuten zur Aufnahme der Dichtringe sind eingezeichnet. Die Dichtringe sind nicht dargestellt. Bei entsprechend geringer Fertigungstoleranz kann auf diese Dichtungen verzichtet werden.
In Fig. 2 und Fig. 3 ist der Mittelteil des ASC vergrößert mit Teilen des Führungsbaüteils 5 und Teilen der Einsätze 2, 3 und der Ein- und Außlaßbauteile 1, 4 dargestellt. Der Aerosolstrom wird über einen Aerosolzuführungskanal unter einem Winkel von 20° - 35° (a, c) auf den Reinluftstrom geleitet, der über den 0,15 mm (n) breiten Reinluftkanal auf eine Geschwindigkeit von 26 m/s beschleunigt wird. Der Ringspalt des Reinluftkanals hat dabei einen Außendurchmesser von 16 mm. Der Aerosolstrom wird mit der auf die 5 - lOfache Geschwindigkeit beschleunigten Reinluft 0,87 mm (p) vor dem 1,43 mm (k) langen und 0, 6 mm (u) breiten Beschleunigungskanal 12 zusammengeführt. Dies verhindert eine Vermischung und Verwirbelung beider Volumenströme vor dem Beschleunigungskanal .
Nach dem Beschleunigungskanal wird der Hauptvolumenstrom um 90° über den 0,5 mm (q) breiten 3. Abzugkanal 15 abgelenkt. Kleine Partikel mit einer Partikelgröße bis zu 0,7 μm und geringer Trägheit können den Reinluftstrom nicht durchdringen und folgen dem Hauptvolumenstrom. Der 1. Abzugskanal 15 vergrößert sich nach einem Radius von 0,2 mm (h) um 0,5 mm (j) mit einem Winkel von 50° (g) , auf der Zuführungsseite vergrößert sich der Kanal nach 0,2 mm mit einem Winkel von 35° (d) um 1,5 mm (i) .
Partikel mit einer Größe von 0,7 bis 4 μm werden in den 2. Abzugskanal 14 selektiert, der durch den Trenneinsatzes 3 mit dem Radius 0,2 mm (h) und der Trennkante des Auslaßbauteils 4 gebildet wird. Der Abzugskanal 14 wird durch den Winkel des Trenneinsatzes zum Führungsbauteil 5 mit 50° (f) und dem Winkel des Auslaßbauteils zum Führungsbauteil mit 20° (e) bestimmt. Der Abstand zum Führungsbauteil beträgt dabei 0, 6 mm (u) .
Partikel ab einer Größe von 3 μm werden in den 1. Abzugskanal 13 abgelenkt, der durch einen 0,1 mm (t) breiten und 1,9 mm langen Kanal zusammen mit dem Führungsbauteil 5 entsteht. Dabei ist die Trennkante des Auslaßbauteils 4 im Vergleich zur Trennkante des
Trenneinsatzes 3 um 0,6 mm (r ) zurückgesetzt.
Durch Austausch der Einsätze 2, 3, 6 kann die Geometrie der Anordnung folgendermaßen verändert werden. Über den Düseneinsatz 2 kann die Breite des Beschleunigungskanals 12 0,3 mm (u) verringert werden. Die Breite q des 3. Abzugskanals kann durch Abstandseinsätze von 0,1 bis 1,2 mm in 0,2 mm Abständen gewählt werden. Durch die Trenneinsätze 3 kann der Abstand (u) zum Führungsbauteil verändert werden.
Die Trenncharakteristik der Anordnung kann bereits durch geringe Änderungen an der Geometrie bei festen Volumenströmen verändert und optimiert werden. Im 2. Abzugskanal kann so eine quasi-monodisperse Größenfraktion mit einer geometrischen Standardabweichung von 1,15 - 1,3 und einer Partikelgröße mit einem medianen Massendurchmesser von 0,7 bis 4 μm aus dem polydispersen Aerosol selektiert werden.
Durch eine entsprechende Auswahl der Einsätze kann die Größe der quasi-monodispersen Fraktion eingestellt werden. Werden die Abstände (u) von 0,3 auf 0,6 mm des Düseneinsatzes und des Trenneinsatzes vergrößert, steigt gleichzeitig auch die im 2. Abzugskanal selektierte Partikelgröße. Kleinere Abstände (q) beim 3. Abzugskanal sorgen für eine Selektion von kleineren Partikelgrößen im 2. Abzugskanal.
Wird der Abstand am Trenneinsatz (u) um den Faktor 2 größer als der Abstand des Düseneinsatzes (u) , so erhöht sich die Ausbeute wesentlich.
Über die zugeführten Volumenströme (Reinluft und polydisperses Aerosol) und die Volumenströme in den drei Abzugskanälen, kann die Ausbeute für die gewünschte selektierte Partikelgröße optimiert oder die Partikelgröße genau auf den gewünschten Bereich eingestellt werden. Das polydisperse trockene oder wässerige Aerosol wird an einem kreisförmigen Spalt mit einem fokusierte Reinluftstrom zusammengeführt; aber nicht vermischt. Durch austauschbare Einsätze kann der Düsenspalt, der Trennspalt und der Abstand des Düsenspaltes vom Trennspalt verändert werden. Durch den Austausch der Einsätze läßt sich so schnell die Trenneigenschaft und somit die selektierte Partikelgröße einstellen. Die Flüsse müssen dabei nicht neu eingestellt werden. Dadurch können Druck und Flußregler bei der späteren Anwendung durch kostengünstige kritische Düsen ersetzt werden.
Durch die zylindrische Anordnung ist keine Justage bei der Herstellung notwendig, da sich die Bauteile über konische oder zylindrische Passungen oder über die Dichtringe selbst zentrieren. Da die Bauteile maschinell hergestellt werden, kann der IAPS aus verschiedenen Werkstoffen (z. B. Teflon, Edelstahl, Aluminium) hergestellt werden. Zudem können zylindrische Bauteile leichter als Spritzgußteile realisiert werden.
Die kreisförmige Anordnung der Fokusier- und Beschleunigungsspalte vermeidet Randeffekte an den Düsengrenzen. Durch Anbringen eines Radius h an die Trennkante des Bauteils 3 werden auftretende Verwirbelungen und somit Verluste minimiert. Die erreichten Massenkonzentrationen der Trockensubstanz sind dadurch auf 85, 1 μg/1 also um den Faktor 35 im Vergleich zum linearen ASC (4% NaCl) bei gleichbleibender Trennschärfe gestiegen. Bei höheren Lösungskonzentrationen (12% NaCl) erreicht man eine Massenkonzentration von 313,5 μg/1, die einer Steigerung um den Faktor 116 entspricht.
Vorteilhaft für eine gute Trenneffizienz ist zudem ein Verhältnis der Volumenströme: (Aerosolstrom + Mantelluftstrom) / (monodisperser Luftstrom + Luftstrom der großen Größenfraktion) > 7/1
Die Winkel, die den Aerosolzuführungskanal einschließen ermöglichen unter folgenden Werten eine vorteilhafte Trennung des Aerosols: Winkel a (10 - 30°), Winkel c (15 - 35°). Die Winkel die den monodispersen Kanal einschließen sind mit folgenden Winkeln vorteilhaft festgelegt: Winkel e (15 - 50°), Winkel f ist um 20° bis 40° größer als Winkel e.

Claims

Patentansprüche :
1. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums eines polydispersen Aerosols bestehend aus einem Gehäuse mit einem Aerosolkanal, einem Reingaszuführungskanal, einem Trennteil und mindestens zwei Abzugskanälen, wobei sich zwischen der Auslaßöffnung des Aerosolkanals und den Einlaßöffnungen der Abzugskanäle eine lineare Strömungsstrecke befindet und wobei der Reingasstrom in den Aerosolstrom mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus 5 im wesentlichen rotationsymmetrischen Bauteilen (1, 2, 3, 4, 5) besteht, die derart ausgestaltet sind, daß sie axial sich selbst zentrierend mit einander verbunden werden können und im verbundenen Zustand die Gaskanäle und den Trennteil bilden.
2. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßbauteil (1) und das Führungsbauteil (5) , zusammen über einen zentrierenden Konus (8) die Geometrie des Reinluftkanals (11) bestimmen.
3. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseneinsatz (2) und das Einlaßbauteil (1) zusammen den Aerosolzuführungskanal (10) und den Beschleunigungskanal (12) bilden, wobei der Düseneinsatz (2) über einen Konus (20) am Einlaßbauteil (1) zentriert ist.
4. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, durch einen Abstandseinsatz (6) der den Abstand der Abzugskanäle (13, 14, 15) vom Düseneinsatz (2) festlegt.
5. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (3) die Geometrie des Abzugskanals (15) für die kleine Partikelgrößenfraktion festlegt und gleichzeitig zu- sammen mit dem Auslaßbauteil (4) und dem Führungsbauteil (5) die Geometrie des quasi-monodispersen Abzugkanals (14) bestimmt, wobei der Trenneinsatz (3) durch eine Passung (19) am Auslaßbauteil (4) und über eine Passung (22) am Düseneinsatz (2) ausgerichtet wird.
6. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßbauteil (4) und das Führungsbauteil (5) zusammen die Geometrie des Auslaßkanals (13) für die große Partikelgrößenfraktion bestimmen.
7. Gerät zur Auftrennung des Teilchengrößenspektrums nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet, durch Kanäle (16, 21, 17) durch die die große, die quasi-monodisperse und die kleine Partikelgrößenfraktionen nach außen geleitet werden.
8. Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung von Aerosolen für die Therapie.
EP00917038A 1999-04-12 2000-04-01 Gerät zur auftrennung des teilchengrössenspektrums eines polydispersen aerosols Withdrawn EP1169076A1 (de)

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