DE2006298A1

DE2006298A1 -

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Publication number: DE2006298A1
Application number: DE19702006298
Authority: DE
Priority date: 1969-02-13
Filing date: 1970-02-12
Publication date: 1970-09-03
Also published as: DE2006298C3; JPS4821997B1; CH521170A; GB1239712A; DE2006298B2; CA939617A; ES376456A1; US3668835A; BE745288A; SE362019B

Description

Elektrostatischer Staubabscheider

Die Priorität der französischen Patentanmeldung Nr, 69·Ρ3β75 vom 13. Februar 1969 wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrostatiseiien Staubabscheider, bei denen eine Hochspannungselektrode axial in elaaer Venturi-Düse als Gehäuse angeordnet ist. Es wurde erkannt, da£ die Rotations symmetrie dieser Bauart besonders bei Rüekführaaiig eines Teiles des gereinigten Gases durch ein zweites Gehäuse erneut in das Venturi-Rohr eine ebenfalls streng rotationssymmetrische Einführung von Hilfsstoffen in das zu behandelnde Gas erlaubt mit Hilfe einer Verlängerung der Hochspannungselektrööe und daher des Venturi-Rohres und dessen Außenrohres.

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Gegenstand der Erfindung ist daher ein elektrostatischer Staubabscheider dieser Art mit rotationssymmetriseher Anordnung eines Zerstäubers für wählbar elektrisch aufgeladene Hilfsstoffe im Strömungsweg der behandelten Gase an einem Ende der Venturi-Einheit.

Der neue elektrostatische Staubabscheider wirkt daher zweistufig, nämlich zunächst als elektrostatischer Gasreiniger mit Niederschlagelektrode in Gestalt eines Yenturi-Rohres sowie einer nach

Abscheidung durch Anlagerung abzuscheidender Teilchen an einen wählbar elektrisch aufgeladenen Hilfsstoff, Es gelingt nach der Erfindung, beide Herstellungstufen baulich und im Hinblick auf ihre Wirkung unter rotationssynanetrischer Ausgestaltung einfach miteinander zu vereinigen·

Die axial angeordnete ionisierende Elektrode ist zweckmäßig als eine Stange ausgebildet mit dünnen sich radial erstreckenden Längsrippen, zwischen denen der Gasstrom umlaufen kann und Staubteil-· ψ chen verdrängen kann, die sich an der Elektrode angesetzt haben können, während die polarisierende Elektrode vorzugsweise lediglich aus einer welchen Stange hergestellt 1st·

Ein Teil des aus dem Auslass der Venturieinheit heraustretenden ' Gases wird vorzugsweise im Kreislauf zum Einlaß zurückgefordert, damit die ionisierten Staubpartikelchen, die von dem rückgeförderten Gas mitgenommen werden, Kerne bilden können, die geeignet sind, die Staubteilchen, die sich in dem unbehandelten Gas in der Schwebe befinden, anzuziehen und zurückezuhalten·

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Xn den beigegebenen Selchnungen 1st - .

Fig. 1 ein allgemeiner senkrechter Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Staubabscheider,

Fig· 2 der vergrößerte obere Teil der Flg. 1, Jedoch mit dem Schmetterlingsventil in seiner Querstellung,

Fig· 3 und H je ein Schnitt längs der Linien III-III

und IV-IV der Flg. 1,

Fig· 5 ist eine der Fig· 1 ähnliche Ansicht, die Jedoch eine andere Ausführung zeigt,

Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der LinieVI-VI la Fig. 5,

Fig. 7 ist ein senkrechter Schnitt, der den unteren Teil einer anderen Ausführung der Erfindung zeigt.

Der elektrostatische Staubabscheider, der in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, weist ein vertikal angeordnetes zylindrisches Gehäuse auf, welches an seinem unteren Ende eine zusammenlaufende Einspritzdüse 2 aufweist» Diese Einspritzdüse öffnet sich vor dem zusammenlaufenden Einlaß 3 einer Leitung, welche einen Halsabschnitt Ί aufweist. Diesem folgt ein auseinanderlaufender Abschnitt 5 und die Leitung bildet auf diese Art eine Venturi-Einheit, welche axial im Außengehäuse .ι :\ Ualsn Trägern, z.B. 6,

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zusammengehalten wird·

Ein isolierendes Kreuzglied 7 ist im Bereich des unteren Endes oder Auslasses der Venturi-Einheit 3-¹I-S vorgesehen. Dieses Kreuzglied trägt zwei vertikale, axial angeordnete Elektroden 8 und 9* Die erste erstreckt sich nach oben durch die Venturi-Einheit und endet im oberen Teil 3 derselben, d. h. oberhalb des Halses dieser Einheit, während die andere Elektrode 9 sich nach unten bis über ||< das untere Ende der Einheit hinaus erstreckt·

Wie in Fig· 3 gezeigt, besteht die erste Elektrode 8 oder Ionisierungselektrode aus einem Stab, der mit einer Anzahl von sich radial erstreckenden Längsflossen 10 von verminderter Dicke versehen ist, die Jedoch eine relativ scharfe äußere Kante haben· Diese Flossen können z. B« in Längsschlitzen angebracht sein, die in den Umfang des Stabes eingefräst sind und an welchem sie angelötet oder in anderer Welse befestigt sind. Die zweite Elektrode 9 oder der Polarisationselektrode besteht aus einer glatten Stan-

ge von relativ großem Durchme8ser, wie in Fig. 4 gezeigt 1st.

Unterhalb des unteren Endes der unteren Elektrode 9 1st innerhalb des Gehäuses 1 eine ringförmige Düse 11 vorgesehen, die von einem Rohr 12 getragen wird, welches sich durch den konischen Boden 13 des Gehäuses erstreckt; das äußere Rohrende 14 1st derart ausgebildet, daß es mit einer entsprechenden Zuführung verbunden ist. Die Düse 11 ist derart angeordnet, daß sie einen leicht divergierenden ringförmigen Sprühregen erzeugt, der sich konzentrisch zur

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Elektrode -9 in ^©lätiv- -geringer Entfernung' hiervon ausbildet j ohne daß es eines Zwischen©lebes bedarf:»■- Dieser -.Sprühregen trifft die Sehäusewand bei 1$» Die Sprühdüse 11 i?ird mit einer entsprechenden Flüssigkeit unter Druck beschickt _s z. B« mit Wassers es ist. ebenfalls möglich, feste Teile zu-versprühen, die. sich in einem Gas, z_e B_e Luft, in der Sehweb© befinden, Die BlSe₅ die Flüssigkeit oder der feste Körper ist ©lektrlsch leitend, «Kiddie Düse ist geerdet* *

Der Boden 13 des Gehäuses 1 weist einen-unteren Auslaß- 3.6 ₃ durch eine entsprechende luftabsperrende Vorrichtung verschlossen ist, während ein seitlicher Auslaß 1.7 vorgesehen IBt₀ der etwas überhalb des Bodens 13 vorgesehen ist·

In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung ist die obere Döse 2 mit einem Ventil 18 versehen, welches ein .Sehmetterlingsvesstll ist und das oberhalb einer horizontalen Querachse drehbar ist.? dieses. Ventil, welches einen elliptischen Umriss hat₉ hat einen solchen Durchmesser, daß es in seiner horizontalen Stellung (sieh® Fig. 2) nicht völlig schließt, sondern es läßt einen ringförmigen Gasdurchlaß.19 zwischen seinem Umfang und der.Innenseite dieser Düse frei«, .

Beide Elektroden 8 und 9 sind durch nicht dargestellte Mittel mit einer entsprechenden Hochspannungsstromquelle verbunden, die ebenfalls nicht dargestellt jst.

Während des Betriebes tritt das staubgeladene Gas durch die Düse

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in das Gerät ein; Ventil 18 ist, wie in Pig· 1 gezeigt, vollständig offen· Das Gas strömt in For» eines Strahls durch den konvergierenden Abschnitt 3, durch den Hals 4 und den sich verbreiternden Abschnitt 5 nach unten« Hierdurch erhält man einen Düseneffekt, wodurch das Gas von,dem ringförmigen Spalt, welcher die Venturi-Einheit 3-4-5 umgibt, angesaugt wird. Die in dieser Weise erhaltene Gasmenge strömt mifc hoher -aeaehwindlgkeit entlang der lonisationselektrode 8 nach unten· Der Wasserdampf, den das Gas enthält, kondensiert an den Staubteilchen im Halsabschnitt 4 auf bereits bekannte Art· Infolge der scharfen Außenkanten 10 kommt es an der Elektrode 8 durch iie dort angelegte Hochspannung zu einer funken» losen elektrischen Entladung, die allgemein Koronaeffekt genannt wird und zwischen der Elektrode und den umgebenden Wänden der Venturi -Einheit stattfindet, wobei die in Schwebe befindlichen Teilchen stark ionisiert werd-ra« Ein wesentlicher Teil des Gases,dex· aus dem unteren Ende der Venturi-Einheit heraustritt, strömt nach oben zurück zwischen diese Einheit und dem Gehäuse 1 zusammen mit den Teilchen, die sich in der Schwebe befinden infolge des Düseneffekts der Düse 2„ Die gasförmige Hasse, die durch die Venturi-Einheit strömt, ist daher sozusagen mit bereits ionisierten Teilchen durchsetzt, die die Rolle eines Kerns spielen, an welchem sich die anderen Teilchen anzusetzen trachten· Dieses fortschreitende Wachstum der in der Schwebe befindlichen Teilchen erleich-^ tert ihre Trennung·

__Der Rest des Gases, der aus der Venturi-Einheit 3-4«-5 heraustritt, strömt nach unten durch den Auslauf 17 rund um die Polarislerungselektrode 9 und durch die Düse 15 mit relativ groben Teil-

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chen, die aus der Spritzdüse 11"austreten· Diese groben Teilchen werden elektrisch aufgeladen» weim sie aus der Düse 11 heraustreten, da sie sich in der Nähe der Hochspannungs-Polarisationselektrode 9 befinden, welche infolge ihrer weichen Außenfläche keinen Koronaeffekt aufweist· Der Austritt aus der Düse 11 erfolgt derart, daß das Gas durch eine Zone strömt, welche grobe Teilchen enthält, die relativ zur Ionisationsladuzig eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Diese groben Teilchen ziehen daher elektrostatisch die feineren ionisierten Teilchen an» die sich in dem Gas in der Schwe- | be befinden und halten sie fest; dieselben begeben sich also zum Boden 13 des Gehäuses 1, von wo mt& sie schubweise durch die luftabschließende Vorrichtung oder entsprechende Venti!vorrichtung 16 nach außen abgegeben werden· HatSrilch können amels einige dieser groben Teilchen zusammen mit-dim Sas dureä <ä^;an än&MB I?"sxi?,©h aus· »en abgeführt werden, jedoeti lassen sich dieselben infolge® iifeSF Größenordnung leicht mit Hilfe eines üblichen Rohrschiebers, einer Zentrifuge oder ähnlichen Gerätes trennen, zusammen mit den feineren Teilchen, die zurückgehalten werden·

Infolge der Durchsetzung des einströmenden Gases mit bereits ionisierten Teilchen, welche von €ea zurückgeführten Gas mitgenommen werden, tritt die Xonleatlosstglrlning Innerhalb der Venturi-Einheit 3-4«5 äußerst rasefe wäT* BIe Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Einheit kann datier sehr hoch sein. Die Erzeugung von gefiltertem Gas 1st daher wiclatlg, und außerdem können sich die . asteilchen nicht an den Ir^arawänden der Venturieinheit absetzen, •)durch es unnötig wird₉ ά&χ'-Βτηύ Re5^T -; fbeifcen auszuführen, ■*ie "Ie im allgemeinen bei üblichen elektrostatischen Abscheidern

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anfallen· Infolge der besonderen Konstruktion der Ionisationselektrode 8 kann der Gasstrom zwischen den aufeinanderfolgenden Radialflossen frei zirkulieren, wodurch an diesen Radialflossen Staubteilchen nicht festgehalten werden können* Wenn der Strom des ankommenden staubgeladenen Qases zu klein ist, so daß die Geschwindigkeit des Gasstrahles ungenügend wird, welcher aus der Düse 2 austritt; dann ist es möglich, den wirksamen Querschnitt dieser Düse zu verringern, indem man das Ventil 18 schließt (oder genauer, indem man es In die horizontale Lage bringt), wodurch sich natürlieh die Geschwindigkeit des Gasstrahls erhöht·

Es muß ferner bemeiit werden, daß das zurückgeführte Gas einem plötzlichen Richtungswechsel am Auslaß der Venturl-Elnheit 3-4-5 unterworfen wird, wie es in Pig· I durch Pfeile angezeigt wird. Dadurch ergibt sich eine ganz bemerkenswerte Zentrifugalbeschleunigung, die verursacht, die großen Teile aus dem Gasstrom auszuä scheiden· Mit anderen Worten: die unmittelbar an der Venturi-Einheit befindliche Zone wirkt wie ein Zentrifugalabscheider für die Teile in dem zurückgeführten Gasstrom, Jene Teile, die durch An-Sammlung und Pesthalten kleinerer Teile innerhalb der Venturi-Einheit gewachsen sind, werden ausgeschieden und nach unten durch die Spritzdüse 11 geschleudert. Es ist augenscheinlich, daß das Schmetterlingsventil 18 nutzlos ist, wenn der Pluß (Menge pro Zeit-einheit) von staubgeladenem Gas, welches gefiltert werden adl, im wesentlichen konstant bleibt. Der Einlaßteil oder der Hals der Venturi-Einheit könnte mit spiralförmigen Flügeln versehen werden, die dem Gasstrom eine Drehbewegung mit hoher Winkelgeschwindigkeit erteilen, um die größten Teilchen auszusondern. In diesem Fall sollten die Flossen 10 ebenfalls ^D^rayfirmig ausgebildet sein, damit

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sie den Gasdurchfluß zwischen sich nicht behindern; ebenso müßten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, daß die Flossen nicht die axial angeordnete Elektrode kurzschließen (letztere müßte eine verkürzte Länge haben oder die Blätter müßten aus Isoliermaterial hergestellt sein). Zur besseren Trennung der groben Teilchen von dem Gas, bevor letzteres den Auslaß 17 erreicht, könnte das Gerät eine tiefergelegene Kammer großen Umfangs zum Setzen der Teilchen haben, damit sich die groben Teilchen besser trennen, bevor das Gas den Auslaß 17 erreicht _o Das Absprühen der elektrisch geladenen Teilchen unter der Venturi-Einheit kann auf alle mögliche Art erreicht werdene Die Innenwände der Venturi-Einheit J-k-d könnten mit Flossen oder Blättern versehen sein, um die Ionisation hereinkommender Staubteilchen zu vergrößern. In manchen Fällen könnte man auf die Wiederzurückführung des Gases verzichten^

In der in Fig» 5 dargestellten Ausführungsform der Venturi-Einheit 3-4«5 ist dieselbe durch einen zylindrischen Zwischenmantel 20 von wesentlich größerem Durchmesser umgeben (etwa 2 mal der Durch- | messer des Halsabschnittes ¹I der Venturi-Einheit}· Dieser Zwischenmantel hat einen solchen Abstand von dem äußeren Hauptgehäuse 1, daß ein ringförmiger Durchlaß für den rückgeführten Gasstrom bleibt. Die Ober- und Unterkanten des Zwischenmantels 20 sind mit dem oberen bzw· unteren Ende der Venturi-Einheit derart verbunden, so daß dieselben ein Einzelteil darstellen, welches einen inneren, geschlossenen ringförmigen Raum aufweist; dieses Einzelteil wird von radialen Tragarmen 6 gehalten₀ Innerhalb des geschlossenen Raumes zwischen der Venturi-Einheit 3-4-5 und dem Zwischenmantel 20 sind radial angeordnete Trennwände, wie 21, angebracht. Diese Trennwän-

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de, ebenso wie der Zwischenmantel, die Venturi-Einheit selbst und die Tragante 6 sind aus leitendem Material, ζ· Β· Metall hergestellt· Der geschlossene Raum kann ferner mit einer leitenden Substanz, wie Wasser, gefüllt sein·

In einer solchen Anordnung ist die Venturi-Einheit 3-4-5 lediglich mit dem Zwischenmantel 20 elektrisch verbunden, der Mantel selbst 1st durch die Arme 6 geerdet·

Unter solchen Bedingungen wird die Venturi-Einheit 3-4-5 aufgeladen, wenn einehohe Spannung an die obere Elektrode 8 gelegt wird, das heißt, daß elektrische Ladungen entgegengesetzter Polarität relativ zur Elektrode 8 an der inneren Oberfläche anliegen, während Ladung anderer Polarität frei aus der Venturi-Einheit zum Zwischenmantel 20 durch die radialen Trennwände 21 abfließen kann (und ebenfalls durch den leitfähigen Körper, der den Hohlraum zwischen der Venturi-Einheit und dem Zwischenmantel ausfüllt, falls eine derartige Füllung vorgesehen ist)· Infolge der Entfernung zwischen der Venturi-Einheit 3-4-5 und dem Zwischenmantel ist das elektrostatische Feld, welches sich zwischen der Venturi-Einheit und der oberen Elektrode 8 bildet, viel stärker· Außerdem kann der Ionisationsstrom, welcher zwischen der Elektrode und der Venturi-Einheit fließt, frei nach dem Zwischenmantel 20 abfließen, ohne an der Innenfläche der Venturi-Einheit auf lokalisierte elektrische Ladungen zu treffen, die den Ionisationseffekt verringern würden.

Es 1st klar, daß ähnliche Betrachtungen mit der untexn Düse 15 angestellt werden können· Um nämlich die elektrostatische Wirkung zu vergrößernd, könnte man die Spritzdüse 11 durch eine Verbindung

entsprechender Länge erden· Im vorliegenden Fall besteht die besagte Verbindung aus einem schrägen Fohr 12, welches man entsprechend lang vorsehen kann _Ä ohne daß es für diesen Zweck einer besonderen Anordnung bedarf·

In der AusfUhrungsform nach Fig« 7 ist eine weitere Venturi-Einheit 22-23 vorgesehen, die unterhalb des Auslasses des Ablenkteils 5 der Hauptventuri-Einheit. angeordnet ist, mit welcher dieselbe durch eine gelochte Zwischenzone 2Ί verbunden ist«, Diese Zone kann ein Gitter sein« Die Spritzdüse 11 ist axial innerhalb

der zusätzlichen Venturi-Einheit 22-23 angeordnet und ist sorgfältig stromlinienförmig gehalten, wie dargestellt· Ihre ringförmige Sprühdüse ist d&rart gehalten, wie dargestellt. Ihre ringförmige Sprühdüse ist derart gerichtet, daß sie nach oben spritzt und durch die perforierte Zone oder das Gitter hindurchreicht· Das untere Ende oder der Auslaß der zusätzlichen Ye^turl-Einheit ist nach außen hin geflanscht, wie in 25 gezeigt, um den ringförmigen Raum zwischen besagter Venturi-Einheit und dem Außengehäuse zu schließen, abgesehen von einigen Löchern 26 mit verrin- | gertem Querschnitt· .

Während des Betriebes wird der Gasstrom, der aus dem Ablenkteil 5 der Hauptventuri-Einheit heraustritt, in dem zusammenlaufenden Einlaß 22 der zusätzlichen Venturi-Einheit beträchtlich beschleunigt· Unter diesen Bedingungen wird die Aufprallwirkung zwischen den Staubteilchen oder Anhäufungen von Staubteilchen und den groben Flüssigkeitsteilehen der Spritzdüse 11 in hohem Maße. vergrößert. Die groben Teilchen saasmeln sich zwischen der zusätzlichen Ventu-

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ri-Einheit und dem Außengehäuse zusammen mit den Staubteilchen, die sie Mitgenommen haben, und die Flüssigkeit fließt durch die Löcher 26 zum Gehäuseboden 1, wo sie durch die luftabschließende Vorrichtung 16 nach außen abgeführt werden.

Der Winkel der Spritzdüse relativ zur Apparateachse beträgt in der Zone 2* vorzugsweise weniger als 45 Grad. Der zurückfließende Gas-

fc stroM wird durch das Gitter 24 geleitet, wie die Pfeile 27 zeigen.

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Claims

Professor .Dr.-Ing. *«*

Robert M e 1 d a u .

Dipl.-Ing.
Gustav M e 1 d a u

-Patentanwälte-- -

Sütersloh - ^{V 185}

Carl-Ber telsmann-Str. 4

Patentansprüche

(U) Elektrostatischer Staubabscheider aus einer in einer .

Venturi-Einheit axial angeordneten Hochspannungselektrode, | gekennzeichnet durch die rotationssymmetrische Anordnung eines Zerstäubers für wählbar elektrisch geladene Hilfs-■ stoffe im Strömungsweg der behandelten Gase an einem Ende der Venturi-Einheit. . , . '
2.) Staubabscheider gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_f daß der Hilfsstoff ein feinverteilter fester Körper oder vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie Wasser, ist.

;".■■■ ■ ■ : i
3.) Staubabscheider gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstoff durch eine runde Spritzdüse um eine polarisierende Elektrode gesprüht wird, die in dem Gasstrom angeordnet ist.
4.) Staubabscheider gemäß Anspruch |, dadurch gekennzeichnet, daß die ionisierende Elektrode eine Stange ist mit dünneiij sich radial erstreckenden längsrippen.

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5.) Staubabscheider gemäß Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die polarisierende Elektrode eine weiche Stange ist.
6.) Staubabscheider gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Rückführung eines Teiles des aus dem Auslaß der Venturi-Einheit heraustretenden Gases im Kreislauf zum Einlaß in diese.
7.) Staubabscheider gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einspritzdüse für die Rückforderung eines Teils des Gases, welches aus der Venturi—Einheit austritt, welche Düse vor dem Einlaß in die Venturi-Einheit angeordnet ist und durch welche das zu behandelnde 's taub ge la dene Gas strömt.
8.) Staubabscheider gemäß üjaspruch 7, dadurch gkennzeichnet, daß zur Steuerung der Einspritzdüse ein Schmetterlingsventil dient, mit einem Durchmesser, dessen Abschnitt quer zur Düse für das staubbeladene Gas einen ringförmigen Durchlaß von begrenztem Querschnitt beläßt.
9.) Staubabscheider gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Einheit axial innerhalb eines Hauptgehauses angeordnet ist, unter Belassung eines Raumes mit Ringquer-■ schnitt zum Durchlaß des im Kreislauf zurückbeförderten Gases.
10.) Staubabscheider gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein

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Zwischengehäuse, das sowohl vom Venturirohr als auch vom Hauptgehäuse Abstand hält und mit dessen Einlaßende verbunden ist sowie mit dem Auslaßende der Venturi-Einheit, unter Ausbildung eines geschlossenen ringförmigen Raumes, der radiale Abteile aufweist, die sich zwischen der Venturi- Einheit und dem Zwischengehäuse erstrecken, sowie daß Zwischengehäuse, Venturi-Einheit und radiale Abteile aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und das Zwischen- S gehäuse mit dem Hauptgehäuse elektrisch verbunden ist."
11.) Staubabscheider gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Hilf sventuri—Einheit, deren Einlaß mit dem Auslaß der ersten Venturi-Einheit mittels einer durchlöcherten Zone verbunden ist, die runde Spritzdüse innerhalb des Kückentails der Hilf sventur i*-Binhe it angeordnet ist und derart im Winkel <„"""* Apparatachse, daß die Teilchen durch die Lochzone spritzen, hinter welcher sie zusammen mit den Staubteilchen gesammelt | werden und abscheidbar sind. ·