DE2756164C2

DE2756164C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl der Partikel in Luft

Info

Publication number: DE2756164C2
Application number: DE19772756164
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Phys. 2300 Kiel Anschütz; Claus H. Dr. 6800 Mannheim Beck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE2756164A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Staubpartikeln in Luft, bei der die beschleunigte, partikelhaltige Luft an einer Halbkugelschale umgelenkt wird, so daß die Partikel ihre ursprüngliche Flugrichtung infolge ihrer größeren Trägheit beibehalten und daher auf einen Auffänger auftreffen, der in der Flugrichtung der Partikel am Boden der Halbkugelschale angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft außerdem eine modifizierte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Im Bereich der Sanitärtechnik, Krankenhäuser, Apotheken, pharmazeutischen Fabriken, aber auch in anderen Bereichen der Technik, zum Beispiel der Halbleiterherstellung, werden in zunehmendem Maße staubfreie Räume und Kammern benötigt. Insbesondere ist es nach dem Arzneimittelgesetz vorgeschrieben, daß bei der Herstellung von Rezepturen die Sichel -mg der mikrobiologischen Qualität der Arzneimittel gewährleistet sein muß. Dazu bedarf es entsprechender Geräte, die geeignet sind, mikrobielle Kontaminationen während der Herstellung von den Produkten fern zu halten. Das kann dadurch erreicht werden, daß innerhalb des Arbeitsbereiches ein hochgereinigter Luftstrom über den Arbeitsbereich ständig hinwegfliegt, der über den gesamten Querschnitt eines abgegrenzten Bereiches mit möglichst gleichförmiger Geschwindigkeit und nahezu paralleler Stromlinien abfließt. Der entscheidende Effekt im Hinblick auf den Reinheitsgrad des umgebenden Luftvolumens ist der schnelle Abtransport der durch Arbeitsprozeß, -geräte, Personenbewegungen o. a. freigesetzten partikulären Verunreinigungen.

Dabei tritt das Problem auf, die Wirksamkeit der eingesetzten Entstaubungsanlagen, Filter und dergleichen zu überprüfea Dies geschieht durch bestimmte Einrichtungen, die es gestatten, die Anzahl der Partikel, insbesondere der Staubpartikel eines Luftvolumens zu ermitteln.

Zur Ermittlung der Anzahl der Staubpartikel sind nun Staubmeßgeräte bekanntgeworden, die die Streuung eines Lichtstrahls, zum Beispiel eines Laserstrahls, an den Staubteilchen benutzen, um eine elektrische Lichtmeßeinrichtung und einen Zähler anzusteuern, so daß in einer bestimmten Anordnung der Luftführung die Anzahl der Staubteilchen direkt gezählt werden kann. Solche Einrichtungen sind, in Folge der Verwendung von Lasern und eventuell von Sekundär-elektronenvervielfachern außerordentlich aufwendig und teuer. Dafür ermitteln sie die gesuchte Anzahl der Staubteilchen mit fast beliebiger Genauigkeit. Für die Bedürfnisse der Praxis kommt es nun auf diese Genauigkeit des Meßwertes nicht unbedingt in allen Fällen an.

Zur Zählung der Staubpartikel ist es des weiteren bekannt, dieselben unter Einsatz eines Mikroskops vornehmlich mit Dunkelfeldkondensor zu zählen. Während die elektrische Zählung einen etwas höheren Aufwand bedingt, der sich dann in einer höheren Genauigkeit widerspiegelt, sind die optischen Zählverfahren unter dem Mikroskop mit speziellen Zählkammern, zum Beispiel bei der Erythrozytenzählung, jedem Arzt und jedem Apotheker bekannt

Im Dunkelfeld eines Mikrokops sind nun gemäß dem Prinzip der optischen Diffraktion dieselben Staubteilchen sichtbar, wie sie von bekannten Laser-Meßgerät angezeigt werden. Auch hier ist die Teilchengröße nur durch die Lichtwellenlänge nach unten begrenzt, denn bei der Zählung kann auf eine formgetreue Abbildung der Partikel durchaus verzichtet werden (sogenannte Ultramikroskopie).

Zur Abscheidung der Staubpartikel aus einem Luftstrom sind neben Filtern zwei weitere Staubabscheidungsverfahren bekannt. Einerseits kann die Luft in wirbelnde Strömung versetzt werden, so daß darin enthaltene Teilchen durch die Zentrifugalkräfte an den Wänden des Gefäßes, eines sogenannten Zyklons abgeschieden und somit aus der Luft entfernt werden. Andererseits sind elektrische Staubabscheider bekannt, bei denen an einer Elektrode, zum Beispiel einem

dünnen Draht, ein sehr stark inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird, so daß auf die Partikel durch dielektrische Polarisation eine Kraft ausgeübt wird, die die Partikel zum Draht hintreibt und dieselben dort abscheidet Des weiteren ist es bekannt, die Partikel zusätzlich durch Sprühentladung elektrisch zu laden und danach unter Wirkung eines elektrischen Feldes zu einer Elektrode z'.s treiben, wo die Partikel abgeschieden werden und gezählt werden köanen.

Aus der US ^PS 30 94 828 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der Partikel aus der Luft durch Zentrifugalkräfte separiert wertfcn. Hierzu wird die Luft von einer Drehscheibe, die mit Schaufeln auf ihrer Oberfläche versehen ist, in eine rasche Rotationsbewegung versetzt, so daß die Staubpartikel gegen die diese Drehscheibe umgebende Wandung geschleudert werden, von der sie dann in eine geeignete Zählvorrichtung wandern.

Aus der DE-AS 11 59 395 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der nicht nur, wie bei der vorgenannten US-PS 30 94 828 die Zentrifugalkräfte zur Abscheidung der Staubpartikel ausgenutzt werden, sondern zusätzlich und gleichzeitig hierzu elektrostatische Kräfte. Das elektrostatische Feld wird dabei zwischen de; Wandung, auf die zu die Staubpartikel infolge der Zentrifugalkraft getragen werden und Sprühelektroden aufgebaut

Eine Vorrichtung, die ebenfalls nach diesem Prinzip, jedoch mit anderer Luftstromführung, arbeitet ist weiterhin aus der DE-PS 7 24 756 bekannt

Schließlich ist aus der US-PS 37 41001 eine Vorrichtung bekannt, bei der ebenfalls die Trägheit der Staubpartikel in Luft bei der Umlenkung der Luft in einer trichterförmigen Düse ausgenützt wird, bekannt

Das Prinzip dieser Vorrichtung ist dort in F i g. 1 abgebildet Dort wird ein Luftstrom durch den Trichter 4 dadurch gezogen, daß hinter dem Trichter senkrecht zur Trichteröffnung ein Gasstrom entlang dem Kanal 12 geblasen wird. Dadurch erfährt der Luftstrom, der durch den Trichter 4 gezogen wird, am Ende der Trichteröffnung eine starke Umlenkung, der ein Staubpartikel, das selbstverständlich eine größere Trägheit besitzt als ein Luftpartikel, nicht vollständig zu folgen vermag. Somit wird das Staubpartikel auf einen Auffänger 8 auftreffen; dort kann dann der abgeschiedene Staub ausgezählt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der wie in der US-PS 37 4i 001 beschriebenen Gattung zu schaffen, die es gestattet, schon während des Durchtrittes der partikelhaltigen Luft die Auszählung der Staubpartikel vorzunehmen. Hierbei soll insbesondere gemäß dem Stand der Technik die superponierte Ausnutzung von Zentrifugalkraft und elektrostatischer Kraft eingesetzt werden, um somit einen größtmöglichen Wirkungsgrad auch für besonders kleine Staubpartikel zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß dem Anspruch 1 darin, daß die partikelhaltigc Luft aus einer plattenförmigen Elektrode heraus auf eine Vorrichtung geblasen wird, die die Umlenkung der Luft zur Ausnutzung der Zentrifugalkraft vornimmt, wobei die plattenförmige Elektrode mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist. Die Umlenkung wird durch eine elektrisch nicht leitende Halbkugelschale bewirkt, in die hinein die partikelhaltige Luft geblasen wird. An der tiefsten Stelle weist die Halbkugelschale ein Loch auf. !Innerhalb des Loches ist als Auffänger ein Metallplättchen angeordnet. Unterhalb der Halbkugelschale und dem Metallplättchen ist eir.f Spitzenelektrode angeordnet Diese Spitzenelektrode ist mit deiii anderen Pol der Hochspannungsquelle verbuiidtf!. Bevorzugterweise liegt das Metallplättchen möglichst »<J ücw Potential' tie· Spitzenelektrode. Insbesondere ist das Metailpiätt- '· ohen hochohmig mit dieser verbunden. Das Metallplättchen selbst ist schließlich über V?C-Giieder mit dem elektrischen Ausgang der Vorrichtung verbunden. Dieser Ausgang kann nun mit einem Verstärker und einem Zähler verbunden sein, so daß die Auszählung der ίο auf das Metallplättchen auftreffenden Partikel im sogenannten Echtzeitbetrieb vorgenommen werden kann.

Das /?C-Glied bedeutet einen niedrigen Widerstand

für einen Spannungsstoß infolge des Auftreffens eines geladenen Staubpartikels auf das Metallplättchen.

Somit kann dieser Spannungsstoß unbehindert auf den Zähiverstärker übertragen werden. Zeitlich langsam verlaufende Umladungen infolge eineri veränderlichen lonengehaltes der Luft werden hingegen über die Widerstände abgeleitet, so daß die Zählverstärker nicht auslösen.

Eine weitere Lösung der vorstehender. Aufgabe ist im Anspruch 4 enthalten.

Mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung sind in den nachfolgenden Figuren abgebildet. Dabei zeigt
F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; F i g. 2 eine ebenfalls erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der der Luftstrom durch eine sogenannte Couette-Strömung in einer im wesentlichen zylip.dersymmetrischen Vorrichtung erzeugt wird.

Gemäß der F i g. 1 wird die Luft über einen Entnahmetrichter 1 entnommen, wobei mittels eines Gebläses 2 ein Meßluftstrom erzeugt wird. Dieser Meßluftstrom wird über eine Düse 3 durch eine plattenförmige Elektrode 4 durchgeführt, die mit einer Hochspannungsquelle 5 verbunden ist Die Düse 3 ist mit der plattenförmigen Elektrode baulich vereinigt.

Ein Motor 13 zum Antrieb des Gebläses 2 und die Hochspannungsquelle 5 sind über eine Zeitschaltuhr U und eine Relais 12 derart geschaltet, daß die gesamte Einrichtung eine definierte Zeit lang, etwa 5 Minuten unter den durch die Anordnung definierten Bedingungen in Betrieb gehalten werden kann. Gegenüber der Elektrode 4 ist die Halbkugelschale 9 angeordnet. Sie besteht aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Glas. An der tiefsten Stelle weist die Halbkugelschale 9 ein Loch 42 auf, in dem ein Metallplättchen 14 angeordnet ist. Dieses Metallplättdien 14 dient als Auffänger; es liegt zur Vermeidung von Überschlägen möglichst auf dem Potential der Spitzenelektrode 8, die unter dem Metallplättchen 14 angeordnet ist. Die Spitzenelektrode 8 ist vorzugsweise hochohmig mit dem Metallplättchen 14 verbunden. Über ÄC-Glieder i5 ist das Metallplättchen 14 an einen Verstärker 16 und einen Zähler 17 'jnd eventuell weitere Verarbeitungseinrichtungen, wie Mikroprozessoren, angeschlossen.

Eine weitere völlig äquivalente Verkörperung der erfindungsgemäßeii Vorrichtung ist in F i g. 2 dargestellt Dort wird zur Umlenkung des Luftstromes eine Couette- oder sogenannte Scne.strömung erzeugt. Die Führungseinrichtung besteht ans einem zylinderförmigen Gehäuse 19, das der Führungshalbschale 9 in F i g. 1 f>5 entspricht. In diesem vsyiinderfrrmigen Gehäuse 19 ist ein Rotu¹' i8 drehbar angeordnet. Das Gehäuse IS -vfi-t eine Zuführöffnung 21 und eine Abführöffnung 22 für den Luftstrom auf.

Der Rotor 18 ist inrerhalb des Gehäuses 19 exzentrisch angeordnet, gegenüber dem Auffänger 25, der hier platten- oder scheibenförmig ausgebildet ist. Der Rotor 18 dient zur Erzeugung des Luftstromes und ist somit dem Gebläse 2 in Fig. I äquivalent. Jenseits des Auffängers 25 ist wiederum die Spitzenelektrode 8 angeordnet; als zweite Elektrode dient der Rotor 18. äquivalent also zu der Elektrode 4 in Fig. 1. Das Gehäuse 19 ist des weiteren durch eine Trennwand 24 in zwei Teile geteilt, so daß der eventuell mit Schaufeln besetzte Rotor 18 einen Luftstrom durch die Zufiihr- und Abführöffnungen hindurch durch den Spalt 23 zwischen dem Rotor und dem Gehäuse 19 vorbei an dem Auffänger 25 erzeugt. Bei Rotation des Rotor 18 entsteht innerhalb des Spaltes 23 im Bereich des geringsten Abstandes des Rolors 18 vom Auffänger 25 ein Strömungsfeld und ein elektrisches Feld, deren Feldlinien ungefähr senkrecht aufeinanderstehen. Die Partikel werden auf den Auffänger 25 getrieben, wo sie wie bei der Vorrichtung aus Fig. I gezählt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Staubpartikeln in Luft, bei der die beschleunigte, partikelhaltige Luft an einer Halbkugelschaie umgelenkt wird, so daß die Partikel ihre ursprüngliche Flugrichtung infolge ihrer größeren Trägheit beibehalten und daher auf einen Auffänger auftreffen, der in der Flugrichtung eier Partikel am Boden der Halbkugelschale angeordnet ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß die partikelhaltige Luft aus einer plattenförmigen Elektrode (4) heraus geblasen wird, die mit einer Hochspannungsquelle (5) verbunden ist und gegenüber der elektrisch nicht leitenden Halbkugelschale (9) angeordnet ist, die an ihrer tiefsten Stelle ein Loch (42) aufweist, direkt innerhalb dessen ein Metallplättchen (14) als Auffänger angeordnet ist, unter dem eine Spitzenelektrode (8) angeordnet ist, weiche mit dem anderen Pol der Kochspannungsquelle (5) verbunden ist, wobei das Metallplättchen (14) über ÄC-Glieder (15) als Signalausgang dient

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (14) zur Vermeidung von Oberschlägen möglichst auf dem Potential der Spitzenelektrode (8) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (14) hochohmig mit der Spitzenelektrode (8) verbunden ist.

4. Vorrichtung zur Bestimmung von Staubpartikein in Luft, bei der die beschleunigte, partikelhaltige Luft an einer nach ^:,nnen gekrümmten Fläche, insbesondere an einer Irnenseite einer Zylinderfläche, umgelenkt wird, so daß die Partikel ihre ursprüngliche Flugrichtung infolge ihrer größeren Trägkeit beibehalten und daher auf einen Auffänger auftreffen, der in der Flugrichtung der Partikel am Boden der nach innen gekrümmten Fläche, insbesondere der Innenseite einer Zylinderfläche, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die partikelhaltige Luft innerhalb eines zylinderförmigen Gehäuses (19) in Scherströmung, die von einem in dem Gehäuse (19) exzentrisch angeordneten Rotor (18) erzeugt wird, einem dem Rotor (18) gegenüberliegenden Auffänger (25) zugeführt wird, unter dem die Spitzenelektrode (8) angeordnet ist, wobei als zweite Elektrode der Rotor (18) und der Auffänger (25) als Signalausgang dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (25) zur Vermeidung von Überschlägen möglichst auf dem Potential der Spitzenelektrode (8) liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (25) hochohmig mit der Spitzenelektrode (8) verbunden ist.