DE10348217A1

DE10348217A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Aerosolauf- oder Aerosolumladung in einen definierten Ladungszustand einer bipolaren Diffusionsaufladung mit Hilfe einer elektrischen Entladung im Aerosolraum

Info

Publication number: DE10348217A1
Application number: DE10348217A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Prof. Dr.-Ing. Riebel; Yves Gorat Dipl.-Ing. Stommel
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-25
Also published as: JP2007512942A; EP1678802A4; WO2005039780A2; WO2005039780A3; EP1678802A2; US20050083633A1; US7031133B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Um- oder Aufladen von gasgetragenen Partikeln in einen definierten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung unter Verwendung von Corona-Entladung im Aerosolraum. Neben einer geeigneten Geometrie des Aufladers und der Elektroden sind vor allem die Spannungsform und die Spannungsregelung von großer Bedeutung für das Neutralisationsresultat. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aerosolauf- oder Aerosolumladung in einen definierten Ladungszustand einer bipolaren Diffusionsaufladung (z.B. symmetrisch, oder nach Fuchs, N., On the stationary charge distribution on aerosol particles in a bipolar ionic atmosphere, Geofis. Pura Appl., Vol. 56, 1963, pp. 185-192) mit Hilfe einer elektrischen Entladung im Aerosolraum.

Alternativ ist das Verfahren geeignet, einen definierten unipolaren Aufladungszustand des Aerosols einzustellen.

Technische Aerosole in der Industrie und Forschung weisen oft eine mittlere bis hohe elektrische Ladung auf. Die Neutralisation ermöglicht die Herstellung von Aerosolen definierten Ladungszustandes. Vor allem in der Forschung und in der Aerosolmesstechnik (DMA) kann dies eine unumgängliche Voraussetzung sein. Zusätzlich kann mit Hilfe der Neutralisation die Wahrscheinlichkeit von elektrischen Entla dungen oder Staubexplosionen reduziert und z.B. einer verstärkten Abscheidung in Rohren und Anlagenteilen entgegengewirkt werden.

Bekannte Verfahren zur Aerosol-Neutralisation basieren auf radioaktiven Quellen oder auf einer oder mehreren Corona-Entladung(en).

Radioaktive Präparate produzieren aufgrund des radioaktiven Zerfalls ionisierende Strahlung, die im Aerosolraum gleiche Anzahlen an Anionen und Kationen erzeugt. Die Gasionen laden anschließend das Aerosol in den theoretisch gut beschreibbaren Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung auf bzw. um (vgl. Fuchs, N., On the stationary charge distribution on aerosol particles in a bipolar ionic atmosphere, Geofis. Pura Appl., Vol. 56, 1963, pp. 185-192).

Die Anwendung radioaktiver Quellen ist, abgesehen von der Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte, sehr einfach. Eine Einstellung oder Nachregelung muss bei ordnungsgemäßer Auslegung nicht vorgenommen werden. Allerdings ist der Anwendungsbereich radioaktiver Quellen beschränkt, einige Nachteile sind:

• Die sicherheitstechnischen Anforderungen an den Anwender der radioaktiven Quelle sind hoch.
• Die Neutralisation in den Gleichgewichtszustand nach Fuchs kann mit vertretbarem Aufwand nur für recht kleine Aerosol-Volumenströme (< 150 l/min), kleine Aerosolkonzentrationen und geringe Anfangsladungen erfolgen.
• Die Kosten sind sehr hoch.

Die Neutralisatoren auf Basis der Corona-Entladung sind grundsätzlich in der Lage, größere Aerosolvolumenströme, höhere Aerosolkonzentrationen und höhere Anfangsladungen des Aerosols zu bewältigen.

Romay et al. (Romay, F., Liu, B., Pui, D., A sonic jet corona ionizer for electrostatic discharge and aerosol neutralization, Aerosol Sci. Tech., Vol. 20, 1994, pp. 31-41) sprechen von drei Problemen bei der Neutralisation mit Corona-Entladungen:

• Ungleiche Produktionsraten von positiven und negativen Ionen
• Ozonproduktion
• Partikelproduktion durch Sputtern oder chemische Reaktionen

Bisher wurde es üblicherweise vermieden, die Corona-Entladung im Aerosolraum selber zu erzeugen. In diesem Fall liegt ein elektrisches Feld vor, das Aerosol wird teilweise abgeschieden und die Partikel werden nicht in den angestrebten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung aufgeladen.

Oft wurde dieses Problem gelöst, indem die benötigten Ionen beider Polaritäten in einem oder mehreren getrennten Prozessraum/Prozessräumen produziert, und dann mit Hilfe eines partikelfreien Trägergasstroms in den feldfreien Aerosolraum eingetragen wurden (z.B. Romay, F., Liu, B., Pui, D., A sonic jet corona ionizer for electrostatic discharge and aerosol neutralization, Aerosol Sci. Tech., Vol. 20, 1994, pp. 31-41, Zamorani, E., Ottobrini, G., Aerosol particle neutralization to Boltzmann's equilibrium by AC corona discharge, J. Aerosol Sci., Vol. 9, pp. 31-39, Adachi, M., Pui, D., Liu, B., Aerosol charge neutralisation by a corona ionizer, Aerosol Sci. Tech., Vol. 18, 1993, pp. 48-58). Dabei kommt es zu einer ungewollten Verdünnung des Aerosols, zusätzlich geht der Großteil der Gasionen durch Abscheidung an den Wänden und durch Rekombination verloren. Die daraus entstehende Notwendigkeit einer Überproduktion an Gasionen erhöht auch den Ozoneintrag.

Zwei Apparaturen, die mit elektrischen Entladungen direkt im Aerosolraum arbeiten, wurden von Hinds, W., Kennedy, N., An ion generator for neutralizing concentrated aerosols, Aerosol Sci. Tech., Vol. 22, 2000, pp. 214-220 und Gutsch, A., Agglome cation feinster gasgetragener Partikel unter dem Einfluss elektrischer Kräfte, Dissertation, Universität Fridericiana Karlsruhe, 1995 entwickelt.

Gutsch verwendet eine Anordnung mit zwei Spitzen, die in einem vom Aerosol durchströmten Kanal einander gegenüberstehend angeordnet sind. An beide Spitzen wird eine zeitlich konstante positive bzw. negative Hochspannung angelegt. Es entsteht auf diese Weise eine bipolare Corona-Entladung zwischen den beiden Spitzen, d.h., beide Spitzen wirken jeweils als aktive Elektroden und produzieren positive bzw. negative Gasionen.

Hinds entwickelte eine Apparatur mit insgesamt fünf Elektroden. Der axial in der Strömung ausgerichteten zentralen Elektrode werden vier Spitzen in einer 90°-Anordnung gegenüber gestellt. Die vier Spitzen liegen auf gleichem Potential, während die axiale Elektrode den (in diesem Fall positiven) Gegenpol bildet. Aufgrund der kleineren Krümmungsradien der vier Elektroden entstehen mehr negative als positive Ladungen, das genaue Verhältnis der eingetragenen positiven und negativen Ladungsmengen wird dabei über die Elektrodenradien und der Spannung geregelt.

Beide Verfahren mit Entladung im Aerosolraum erreichen jedoch nur das Ziel einer Ladungsreduktion (Hinds) oder der Aufladung in einen undefinierten bipolaren Ladungszustand (Gutsch). Für keinen der beiden genannten Apparaturen konnte eine Auf- oder Umladung des Aerosols in das diffusionsbasierte Ladungsgleichgewicht beobachtet werden. Zusätzlich konnte eine erhebliche Abscheidung bei beiden Verfahren nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Gasionen mit Hilfe von elektrischen Entladungen direkt im Aerosolraum derart produziert werden, dass das Aerosol das diffusionsbasierte, thermische Ladungsgleichgewicht erreicht. Die Vorrichtung dazu soll die Vorteile des beschriebenen Verfahrens günstig umsetzen. Diffusionsabscheidung oder Abscheidung durch elektrische Kräfte sollen dabei weitestgehend verhindert werden und die Aufladung in den diffusionsbasier ten Gleichgewichtszustand soll trotz des vorhandenen elektrischen Feldes stattfinden.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus der Merkmalskombination des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der vorliegenden Erfindung werden die bekannten Wirkungsprinzipien der Corona-Entladung und der Diffusions- und Feldaufladung neu und wirkungsvoll umgesetzt.

Erfindungsgemäß werden die genannten Aufgaben durch eine günstige Spannungsführung, Elektrodengestaltung und Geometrie des elektrischen Neutralisators gelöst.

Zwischen zwei Elektroden wird eine Wechselspannung aufgebaut, welche eine Corona-Entladung an der/den Sprühelektrode(n) zur Folge hat. Durch die Wechselspannung entstehen wechselweise positive und negative Gasionen, die anschließend in den Spalt zwischen den Elektroden eindringen bzw. ihn überqueren. Der Spalt stellt gleichzeitig den Aerosolraum dar und wird vom Aerosol durchströmt.

Insbesondere vorteilhaft ist die Verwendung von hochfrequenter Wechselspannung im Frequenzbereich über 100 Hz. Bisher durchgeführte Versuche zeigten gerade für Frequenzen zwischen 1 und 6 kHz sehr gute Ergebnisse. Es ist davon auszugehen, dass auch höhere und niedrigere Frequenzen befriedigende Ergebnisse liefern werden.

Durch die kurze Periodendauer können geladene Aerosolteilchen während einer Periode nur sehr kurze Wege zurücklegen, so dass die Abscheidung des Aerosols sehr gering gehalten wird.

Da bei einer Wechselspannungsentladung jede aktive Elektrode abwechselnd positive und negative Ionen produziert, sind neben Elektrodenanordnungen mit zwei oder mehr aktiven Elektroden auch solche mit nur einer aktiven Elektrode möglich. 1 zeigt eine solche Anordnung, bei der die Spitze als aktive Elektrode und der Ring als passive Elektrode wirkt.

Um den Wirkungsmechanismus der radioaktiven Präparate bei der Aerosolneutralisation möglichst gut nachzubilden, sollten positive und negative Ionen in gleicher Konzentration erzeugt werden. Um dies zu gewährleisten, muss den unterschiedlichen Strom-Spannungs-Charakteristika der positiven und negativen Corona-Entladung Rechnung getragen werden.

Die Erfindung sieht hierzu mehrere Möglichkeiten vor:

• Zwischen den Elektroden bzw. an einer der Elektroden wird eine statische (konstante) Vorspannung angelegt, die sich mit der angelegten Wechselspannung überlagert.
• Die Elektroden werden mit einer unsymmetrischen Wechselspannung beaufschlagt, wobei entweder die Amplituden oder die Dauer der positiven und negativen Halbwellen (bzw. beide Werte) unterschiedlich eingestellt werden können.
• Der zeitliche Mittelwert des über die aktive Elektrode fließenden Stroms Ī wird gemessen und auf den Wert Null eingestellt, indem der zeitliche Mittelwert des Potentials der aktiven oder der passiven Elektrode entsprechend geregelt wird.
• Die aktive Elektrode wird über eine Kapazität mit dem Erdpotential verbunden. Da die Kapazität im zeitlichen Mittel keinen Strom passieren lässt, stellt sich das Potential der aktiven Elektrode nach einer kurzen Anlaufphase so ein, dass Ī = 0 wird. Typische Werte dieses Potentials liegen bei bis zu einigen hundert Volt, so dass über reale Kondensatoren nicht zu vernachlässigende Ströme abfließen können. Diese Stromverluste können erfindungsgemäß reduziert werden, indem der Kondensator nicht an das Erdpotential, sondern an eine konstante oder eine nachgeregelte Vorspannung angekoppelt wird.
• Zwei aktive Elektroden, die mit jeweils entgegengesetzter Polarität der Corona-Entladung arbeiten, sind direkt miteinander gekoppelt, so dass jeweils die gleichen Mengen an positiven und negativen Ladungsträgern gebildet werden müssen.

Die Aufenthaltszeit des Aerosols im elektrischen Neutralisator ist mit Werten zwischen 0,1 und 5 Sekunden sehr klein und erlaubt damit nur vernachlässigbar kleine Diffusionsverluste und Agglomerationseinflüsse. Die Partikelkonzentration und – größenverteilung des Aerosols bleibt somit erhalten.

Durch eine günstige Geometrie des Neutralisators und vor allem der Elektroden kann das Gebiet hoher Feldstärke minimiert werden. In 1 wird eine mögliche Elektrodenanordnung dargestellt, bei der nur zwischen der Spitze und dem äußeren Elektrodenring ein starkes elektrisches Feld vorliegt. In Strömungsrichtung nimmt das Feld schnell ab.

Das rasch schwächer werdende Feld wirkt sich positiv auf die Aerosolpenetration durch den elektrischen Neutralisator aus. Auch die hohe Frequenz der Wechselspannung erschwert durch eine fortwährende Richtungsänderung des Feldes die Partikelabsch0eidung durch elektrische Kräfte.

Durch die schnelle Abnahme der elektrischen Feldstärke außerhalb der Entladungszone verliert die Feldaufladung schnell an Einfluss und die Diffusionsaufladung gewinnt an Bedeutung. Die Frequenz des fluktuierenden elektrischen und Ionenfeldes bleibt mit zunehmenden Abstand von den Elektroden erhalten, die Feldstärke und Ionenkonzentration nehmen jedoch ab. Damit verringert sich auch die Auf- und Umladungsgeschwindigkeit der einzelnen Partikel.

Die Einbindung der elektrischen Entladung in den Aerosolraum hat den Vorteil, dass die Ionen nicht über einen aufwendigen Mechanismus zu den Partikeln transportiert werden müssen. Vor allem kann so der oft beobachtete große Verlust an Ionen durch Rekombination und Wandabscheidung auf dem Weg vom Ionenproduzent zum Aerosolraum verhindert werden. Eine weitaus effektivere Verwendung der produzierten Ionen ist somit gegeben. Die gute Ausnutzung des Stromes ermöglicht es, den neutralisierten Ladungszustand mit einer kleinen Stromstärke und damit einer geringen Entladungsintensität und Ozonproduktion zu erreichen.

Der Wahl der Spannungsform fällt eine tragende Rolle beim Anteil der Feldaufladung an der Gesamtaufladung zu. So resultiert die in 2b dargestellte Spannungsform in einer kurzen Feldaufladungsphase (ca. 20 % der Zeit) und einer langen Diffusionsaufladungsphase. Während der Letzteren liegen weiter Ionen im Aerosolraum vor, diese bewegen sich jedoch nur diffusiv (da kein elektrisches Feld anliegt). Es werden während der feldfreien Phase keine neuen Ionen produziert, was in einer graduellen Abnahme der Ionenkonzentration resultiert.

Unter Umständen ist eine Aufladung in den definierten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung nicht notwendig, eine bipolare Aufladung genügt. In diesem Fall kann mit einfacheren Spannungsformen (z.B. Sinusspannung, 2a) gearbeitet werden.

Die Erhöhung der Maximalspannung hat einen direkten Anstieg der Ionenkonzentrationen zur Folge. Diese flexible Regelung des Ladungseintrages erlaubt somit eine Anpassung an die Aerosoleigenschaften, wie Anfangsladungszustand oder Partikelkonzentration.

Die Ionen können ohne weiteres in deutlich höheren Konzentrationen produziert werden, als dies mit radioaktiven Quellen möglich ist. Wichtig ist in diesem Zusammenhang vor allem die Rekombination. Radioaktive Präparate bilden immer beide Polaritäten gleichzeitig, während im elektrischen Neutralisator zu jedem Zeitpunkt nur eine Polarität produziert wird. Die Rekombination befindet sich damit im Falle des elektrischen Neutralisators auf einem weitaus niedrigeren Niveau.

Aufgrund der im Vergleich zu der Frequenz des Ionenvorzeichenwechsels recht langsamen Partikelaufladung wird den Partikeln dennoch eine bipolare Ionenatmosphäre vorgetäuscht.

Erste Versuche zeigten, dass die neuartige Apparatur mit einer Elektrodenanordnung nach 1 sehr gut in der Lage ist, die Aufladung in den diffusionsbasierten Gleichgewichtszustand für Partikel zwischen 50 und 500 nm nachzubilden.

12 zeigt dazu zwei mit dem SMPS gemessene Partikelgrößenverteilungen eines Pentaerythrit-Aerosols. Aufgetragen ist die Partikelkonzentration gegen den Partikeldurchmesser in nm. Das Messprinzip des SMPS basiert auf der diffusionsbasierten bipolaren Aufladung. Im ersten Fall wurde die Aufladung mit dem elektrischen Neutralisator bewerkstelligt, die zweite Kurve gibt die gemessene Partikelgrößenverteilung bei Verwendung der üblichen Krypton-Quelle (Model 3077 der Firma TSI) wieder.

Die erhaltenen Partikelgrößenverteilungen sind annähernd identisch, kleinere Abweichungen sind auf Schwankungen der Aerosolkonzentration und -partikelgrößenverteilung zurückzuführen.

Weitere Untersuchungen u.a. zu dem Verhältnis einfach negativ zu einfach positiv geladener Partikel und dem ungeladenen Anteil des neutralisierten Aerosols zeigten jeweils eine sehr gute Übereinstimmung der Ergebnisse der radioaktiven Quelle und des neuartigen Neutralisators.

Erfindungsgemäß werden die aufgeführten Effekte durch die Kombination der folgenden Schritte besonders effektiv genutzt:

1. Die verwendete Wechselspannung besitzt eine solche Form, dass der Zeitraum, in dem eine nennenswerte Spannung anliegt (z.B. nach 2b) minimal ist.
2. Die Elektroden sind so angeordnet, dass die Region starken elektrischen Feldes möglichst klein ist. Nur eine sehr kleine Oberfläche der Sprühelektrode produziert Ionen. Sowohl die aktive, als auch die passive Elektrode weisen in der Strömungsrichtung nur eine sehr geringe Ausdehnung auf.
3. Das Aerosol durchläuft beim Durchströmen des Neutralisators mehrere Zyklen des Feldwechsels mit abnehmender Feldstärke und Ionenkonzentration. Die Partikel werden noch mehrere Male umgeladen, aufgrund der abnehmenden Triebkräfte nimmt jedoch die Umladungsgeschwindigkeit ab.
4. Der Abgleich der positiven und negativen Ionenkonzentration erfolgt mit einem Kondensator, der an die aktive Elektrode angeschlossen ist. Der Kondensator wirkt somit regulierend, ein Eingriff von außen zur Sicherstellung gleicher Ionenkonzentrationen ist nicht notwendig. Dabei kann der Kondensator ein zusätzliches Bauteil sein, aus einem geschirmten Kabel bestehen, oder ein Teil der aktiven Elektrode sein.
5. Bei Eintritt des Aerosols in den elektrischen Neutralisator befindet es sich bis zu dem Ort, an dem Ionen zur Um- oder Aufladung vorliegen in einem annähernd feldfreien Raum. Am einfachsten zu realisieren ist dies, indem das Aerosol sofort nach Eintritt in den Neutralisator den Ort höchster Ionendichte passiert (z.B. nach 4 oder 11).
6. Die neutralisierten Partikel verlassen den Neutralisator nach einer insgesamt sehr kurzen Verweilzeit, damit können Diffusionsabscheidung und Agglomerationseffekte weitestgehend ausgeschlossen werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den im Folgenden in den Zeichnungen dargestellten Konstruktionsbeispielen.
1 zeigt einen typischen Aufbau der Apparatur 10. Neben der Wechselspannungsversorgung 12 an der passiven Elektrode 22 wird ein Kondensator 14 (eingezeichnet und verbunden mit der aktiven Elektrode 20) oder eine zusätzliche Spannungs- oder Stromquelle benötigt, um die negative und positive Ladungsproduktion aufeinander abzustimmen.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Ladungseintrages ist in 5 dargestellt. Um den Verluststrom über den Kondensator 14 gering zu halten, wird dieser mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Höhe der Vorspannung wird mit Hilfe des Potentials der aktiven Elektrode 20 geregelt.
Denkbar ist auch die Messung der Ladung des neutralisierten Aerosols. Der erhaltene Messwert kann als weitere Regelgröße verwendet werden.
6, 7 und 8 zeigen andere Konfigurationen mit mehreren aktiven Elektrodenspitzen 16.
Sowohl der Aufbau nach 6 als auch nach 7 sind nur leichte Abwandlungen des Aufbaus nach 1.
Der Aufbau nach 8, mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und insgesamt in einem 90°-Winkel zur Strömung angeordneten Entladungsspitzen 16, weist ein über den Spalt hinweg gleichmäßigeres Ionenfeld auf als im Aufbau nach 1 oder 4. Das von den einzelnen Entladungsspitzen produzierte Ionenfeld erfährt insgesamt in der Anströmebene nur eine geringe radiale Aufweitung.
Die Entladung der jeweiligen aktiven Elektroden in 7 und 8 kann sowohl mit einem einzigen Regelkreis (Kondensator eingezeichnet) als auch mit getrennten Regelungen für jede Spitze erfolgen.
Im Hinblick auf die Partikelabscheidung ist es vorteilhaft, wenn das Aerosol so zugeführt wird, dass die Verweilzeit in der Nähe der Elektroden minimal ist. Dies ist z.B nach den in 4 und 11 dargestellten Aufbauten möglich.
In 4 wird das Aerosol über einen Ringspalt 30 zugeführt, in 11 über die Röhrchen 32.
Eine weitere Konstruktionsvariante ist in 9 dargestellt. Eine oder mehrere aktive Elektroden 18, 20 sind in die Wandung 34 des Neutralisators 10 eingelassen und von kreisförmigen passiven Elektroden 26, 28 umgeben. Ein Teil der Ionen wird den Feldlinien in den Aerosolraum folgen, wo sie für die Partikelaufladung bereit stehen.
Der Vorteil dieses Aufbaus ist, dass das Aerosol nicht direkt an der aktiven Elektrode vorbeiströmen muss. Zusätzlich ist das im Aerosolraum herrschende elektrische Feld im Vergleich zum Feld in den Konstruktionen nach 1 oder 4 deutlich geringer, da die höchste Feldstärke in der direkten Umgebung der aktiven Elektrode(n) herrscht. Die Stromausnutzung ist allerdings geringer als bei den Konstruktionen nach 1 oder 4.
Unter bestimmten Umständen kann es vorteilhaft sein, die passive Elektrode 22 außerhalb des Aerosolraums anzubringen. Am Beispiel der Konstruktion nach 1 ist dies in 10 dargestellt.
Die verwendete Spannungsform kann grundsätzlich aus einem einfachen Sinus bestehen (2a), die Verwendung einer Wechselspannung nach 2b erscheint im Hinblick auf den geringeren Einfluss der Feldaufladung jedoch sinnvoller.
Wird eine Spannungsform nach 2c verwendet, so werden die Partikel unipolar aufgeladen. Für den dargestellten Fall wird die Einsatzspannung nur für die negative Corona erreicht (die Wechselspannung liegt üblicherweise aber nicht zwingend an der passiven Elektrode an).
Das Integral der Spannung über die Zeit für die unipolare Aufladung sollte null sein, damit ist die Nettobewegung der Partikel in der Ebene quer zur Hauptströmungsrichtung minimal.
Die elektrische Entladung kann alternativ mit Hilfe hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung erzeugt werden. Mindestens ein länglicher metallischer Körper, z.B. ein Draht, wird dazu im vom Aerosol durchströmten Kanal aufgehängt und mit hochfrequenten elektromagnetischen Wellen derart bestrahlt, dass die induzierten Felder zur Ausbildung von hochfrequenten Corona-Entladungen entgegengesetzter Polarität an den Enden des Metallkörpers führen.
Die Abscheidung im Neutralisator ist sehr gering und behindert eine korrekte Funktionsweise auch dann nicht, wenn sich Partikel auf der aktiven Elektrode abschei den und damit die Entladungscharakteristika ändern. Auch Raumladungseffekte, die bei hohen Partikelkonzentrationen die Entladung beeinflussen, können kompensiert werden. Der Kondensator regelt innerhalb kurzer Zeit die Basisspannung nach.
Sollte dennoch eine Reinigung der Elektroden oder des gesamten elektrischen Neutralisators notwendig sein, so kann dies ohne Gefahr nach Abschalten der Hochspannung erfolgen.
Auch eine kontinuierliche Reinigung oder ein kontinuierlicher Austausch der Elektroden ist umsetzbar. So kann für den Aufbau nach 1 an Stelle der Ringelektrode 22 ein beweglicher Draht als passive Elektrode verwendet werden.
Die Ozonbelastung des austretenden- Aerosols kann durch einen Ozonsensor überprüft werden.

Claims

Verfahren zum Aufladen von Aerosolpartikeln in einen diffusionsbasierten bipolaren Gleichgewichtszustand dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenproduktion und Partikelauf- oder umladung durch eine Wechselspannungs-Entladung in einem Aerosolraum stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselentladung von einer oder mehreren aktiven zu einer oder mehreren passiven Elektrode(n) im Aerosolraum stattfindet.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung an der passiven Elektrode anliegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung an der aktiven Elektrode anliegt.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode geerdet ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode mit einer externen Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode mit einer externen Gleichstromquelle verbunden ist.
Verfahren zur Durchführung in einer Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungszustand des Aerosols beim Verlassen des Neutralisators gemessen wird, und dass der erhaltene Messwert zur Regelung der externen Gleichstrom- oder Gleichsspannungsquelle verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode mit einem geerdeten Kondensator oder einem ähnlichen Bauteil verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode selber Teil eines Kondensators ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht auf Wechselspannung liegende Elektrode über den Kondensator mit einer fest eingestellten Gleichspannungsquelle (Vorspannung) verbunden ist.
Verfahren zur Durchführung in einer Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an der aktiven Elektrode einstellende Mittelwert der Spannung gemessen wird, um die Vorspannung des Kondensators zu regeln.
Verfahren zur Durchführung in einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungszustand des Aerosols gemessen wird um die Vorspannung des Kondensators oder die Spannungsform zu regeln.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung eine Sinusform aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung aus Impulsen mit wechselndem Vorzeichen besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung während eines Teils der Periode null ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel-Entladung mit Hilfe der durch hochfrequente elektromagnetische Wellen induzierten Felder erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung durch eine Bestrahlung der aktiven Elektrode(n) mit kurzwelligem Licht unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld stark inhomogen ist und das Aerosol mehrere Zyklen des Feldwechsels mit abnehmender Feldstärke durchläuft.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf- oder Umladung des Aerosols in einer Stufe erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf- oder Umladung des Aerosols in mehreren nacheinander geschalteten Stufen erfolgt.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Auf- oder Umladung in einen davon abweichenden bipolaren Zustand und nicht zur Umladung in den definierten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung (Fuchs) verwendet wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Ladungsreduzierung eines hochgeladenen Aerosols und nicht zur Umladung in den definierten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur unipolaren Aufladung eines Aerosols und nicht zur Umladung in den definierten Ladungszustand der bipolaren Diffusionsaufladung.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus einem oder mehreren Materialien) bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden reinigbar und austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden kontinuierlich reinigbar und austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine der Aufladungszone nachgeschaltete geerdete metallische Elektrode mit dem Ziel, überschüssige Ladungen abzuscheiden.