DE2332491A1

DE2332491A1 - Verfahren und geraet zum erzeugen von ionen

Info

Publication number: DE2332491A1
Application number: DE19732332491
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Bolasny
Original assignee: SCIENT ENTERPRISES Inc
Current assignee: SCIENT ENTERPRISES Inc
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1973-06-26
Publication date: 1974-01-17
Also published as: NL7308828A; FR2191311A1; CA991323A; GB1432006A; FR2191311B3; JPS4957466A

Description

Paiksbaße 13

7526

SCIENTIFIC EKTERPRISES , INC., Broomfield, Colorado, VStA

Verfahren und Gerät zum Erzeugen von Ionen

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Ionen.

Gemäss der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen von Ionen vorgesehen
mit den Schritten, dass ein kennwertgesteuerter Schwingungsverlauf elektrischer Energie einem Gasstrom positiver und negativer Ionen zugeführt
wird und dass der Gasstrom entweder vor_r während oder nach dem Ioniäationaschritt mit Ultraschallfrequenzen, die ungefähr das Vielfache der Frequenzen der elektrischen Energie sind, gepulst wird,damit die positiven und negativen Ionen in bestimmten Bereichen des ionisierten Gasstroms bei erhöhten Energiewerten gefördert und gehalten werden, während sie zu ihrer Verwendungsstelle übertragen werden.

Gemäes der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Ionen vorgesehen, mit den Schritten, dass ein Gasstrom in einem begrenzten Bereich vorgesehen wird und dass sowohl elektrische kennwertgesteuerte Schwingungsenergie als auch Impulse bei Ultraschallfrequenzen dem Gasstrom zugeführt werden,um Gruppen von Ionen in bestimmten Bereichen bei erhöhten Energiewerten zu erzeugen.

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Die Erfindung befasst, sich ausserdem mit einem Verfahren zur Erhöhung des Verbrerimm^swirkungsgrads einer Verbrennungskraftmaschine oder einer ähnlichen Einrichtung mit den Schritten, dass ein kennwertgesteuerter Schwingungsverlauf elektrischer Energie einem Luftstrom vor der Verbrennungskammer zur Erzeugung positiver und negativer Ionen zugeführt wird und dass der Luftstrom vor, während oder nach dem Ionisationsschritt mit Ultraschallfrequenzen gepulst wird, die ungefähr ein Vielfaches der Frequenzen der elektrischen Fnergie sind, so dass die positiven und die negativen Ionen in bestimmten Bereichen des ionisierten Luftstrome bei erhöhten Energiewerten gefördert und gehalten werden.

Gemäss der Erfindung ist darüber hinaus ein Gerät zum Erzeugen von Ionen vorgesehen, enthaltend einen Ionengenerator und eine Dispersionseinrichtung, mit der einem Gasstrom kennwertgesteuerte periodische Schv;ingungsimpulse elektrischer Energie zugeführt werden, die in jedem Zyklus positive und negative Komponenten ungleicher Amplitude aufweisen, damit positive und negative Ionen in bestimmten Bereichen in dem Gasstrom gebildet werden,und

einen Ultraschallgenerator zum Pulsen des Gasstroms bei Ultraschallfrequenzen, die etwa ein Mehrfaches der elektrischen Energieimpulse sind, damit die Ionen in bestimmten Bereichen gefördert und gehalten werden, wenn sie zu ihrer Verwendungsstelle übertragen werden.

Die Erfindung befasst sich auch mit einem Gerät zum Erzeugen ^on Ionen, enthaltend eine Einrichtung zur Begrenzung des Gasstroms und eine Einrichtung zur Zuführung sowohl elektrischer kennwertgesteuerter Schwingungsenergie als auch von Impulsen bei Ultraschallfrequenzen zu dem Gasstrom, um Ionengruppen in bestimmten Bereichen mit erhöhten Energiewerten zu bilden.

Ausführungsformen des erfindungsgemässen Geräts zum Erzeugen von Ionen werden nachstehend anhand der Zeichnungen beiapielshalber beschrieben. Dabei zeigen: \

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Gerät gemäss der Erfindung mit einer von Hand zu haltenden Ionenkanone,

Pig. 2 einen vergrössßrten Schnitt durch die Ionenkanone nach Fig. 1,

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!■'"!■·. 5 oi non ScshtiiLt lfin^a der Linie 3-3 du τ FiR. 1

Fir. 4 r"η Schaltbild des elektrischen Teils des Ionengenerators der Ionenkanone ,

Fife. 5 üin Diagramm des Verlaufs der Ausgangskurve des Schaltbilds nach Fig. 4,

Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Kurve, die eine idealisierte Beziehung zwischen dem Druck und der Geschwindigkeit eines GasStroms in einem Resonanzraum zur Erzeugung von Ultraschallenergie darstellt,

Fig. 7 eine schematische Ansicht von voneinander getrennter Kurven für bestimmte Bereiche, voneinander verschiedener Ionengruppen,

Fig. 8 ist eine.cchematische Ansicht, die die Anwendung von Ionen bei Ultra-

schallfreqzenzen beim Aufsprühen eines Strömungsmittels, beispielsweise von Farbe, darstellt,

Fig. 9 eine schematische Ansicht, die die Anwendung von Ionen bei Ultraschallfrequensen darstellt, wenn sie dem Luftstrom zugeführt werden, der zu einem Vergaser geleitet wird, und

Fig. 10 und 11 sind Schnitte, die einem Teil der Fig. 1 entsprechen, die jedoch abgewandelte Ausführungsformen dare-tellen.

Fach der DT-OS 2 215 852 mit dem Titel "Verfahren und Gerät zum Erzeugen ; von Ionen und zum Steuern elektrostatischer Potentiale" sind ein Ionengenerator und eine Dispersionsanordnung bereits bekannt, in denen kennwertgesteuerte Schviingungsimpulse elektrischer Energie gebildet werden, die in jedem Zyklus positive und negative Komponenten ungleichraässiger Amplitude aufweisen, was sich als sehr wirksam erwiesen hat, wenn man positive und negative Ionen in bestimmte Bereiche unterteilen will.

Sin wichtiges Anwendungsgebiet für das sich dan im folgenden beschriebene Gerät besonders eignet, ist die Absonderung oder Entfernung von ilakroteilchen. Es wurde bereits ein Verfahren zur Entfernung von Makroteilchen vorgeschlagen, bei dem ein unter Druck stehendes Gas verwendet *ird, das

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durch eine Düse strömt, und das gegen eine Ofcerflache gerichtet wird, an der eine Reinigung vorgenommen v/erden soll. Dieses Verfahren ist im allgemeinen dann wirksam, wenn Kakroteilchen mit Abmessungen von 100 Mikron oder mehr vorliegen. Die Grenzschicht verhindert jedoch, dass die ;rojse Schwerkraft des komprimierten Gasen auf die Makroteilchen eimvirken kann. Es wird noch weiter unten erläutert, dass das beschriebene Gerät ionisiertes Gas verwendet, um die elektrostatische Anziehung der Teilchen an die Oberfläche auszuschalten, und dass das beschriebene Gerät das Problem der Grenzschicht umgeht und auch bei der Entfernung kleiner Teilchen (mit Abmessungen von weniger als 100 mikron) wirksam sein kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Ionenkanone weist ein Aussengehäuse 11 auf, das einen oberen Teil 12 und einen unteren als Handgriff ausgebildeten Teil enthält. Eine kombinierte Ionen- und Ultraschall-Generatordüsenanordnung 15 ist in dem oberen Abdeckteil 12 untergebracht und sie weist Verlängerungen auf, die durch eine vordere Öffnung 12 a und eine hintere Öffnung 12 b in dem Gehäuse hindurchragen.

Die Düsenanordnung 15 weist im allgemeinen am hinteren Ende einen Ionisationsteil und am vorderen Ende einen TJltraschallteil auf. Die Düsenanordnung 15 enthält insbesondere ein rohrförmiges Gehäuse 16 aus nichtleitendem Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, das in seinem Innern eine Ionisationskammer enthält, und der Ionisationsteil weist auch eine leitende Scheibe 17 auf, die drei auf ihren Umfang verteilte leitende Stifte 18 trägt. Die Stifte 18 ragen in Längsrichtung durch Öffnungen in eine Rückwand 16a des Gehäuses 16 und der Stift endet in der Ionisationskammer in einer Ionisationsspitze 20. Das Gehäuse 16 weist eine axial verlaufende Einlassöffnung in der Rückwand 16 a auf, durch die der Gasstrom hindurchgeht, der in die Ionicationskammer hineingeleitet wird. Mit der Scheibe 17 ist ein Anschluss 21 verbunden, über den Leistung von dem Transformator einer Spannungsquelle, die weiter unten beschrieben v»ird, den Stiften 18 über die Scheibe 17 zugeführt wird. Der Ionisationsteil weist auch einen leitenden Massering 23 auf, der eine zentrische, axiale Öffnung aufweist, die sich im Verhältnis zu den Stiften 18 stromabwärts befindet,und mit dem ein Anschluss 24 verbunden ist, der zu einer Masseklemme der weiter unten beschriebenen Spannungsquelle eine Verbindung herstellt.

i,n die Rückwand der Scheibe 17 grenzt ein Verbindungskörper 26 an, der zu der Scheibe 17 koaxial verläuft. Der Verbindungskörper 26 weist innerhalb

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des Gehäuses einen verpröoserten Zwinchenteil 2ü a auf, der in einem vorderen Endteil 26 b mit verminderten Abmessungen endet, der wiederum verschiebbar in der Einlassöffnung der Rückwand 16 a de3 Gehäuses 16 aii,';eoriinet ist, und es weist ferner einen mit einem Aussengewinde versehenen hinteren Endteil 26 c auf, der durch die hintere Öffnung 12 b in dem Gehäuse ragt und auf den ein Verbundstück 27 aufgesetzt ist, damit eine Strömungsmittelleitung 28 angekoppelt werden kann, die mit einer Quelle für unter Druck stehendes Gas die schematisch durch einen Behälter 29 dargestellt ist, verbunden ist, und die ein Steuerabsperrorgan 31 enthält, damit ein unter Druck stehendes Gas in die Ionisationskammer entsprechend eingeleitet werden kann. In dem Vorbindungskörper befindet sich eine Bohrung 26 d, die 3tark unter Druck stehende Gase in die Ionisationskammer leitet. Der Verbindungskörper, die Scheibe und die Stifte lassen sich von dem rohrförmigen Gehäuse trennen und beim Zusammenbau werden die.Stifte in Bohrungen in der Rückwand i6a eingesetzt.

In dem stroraabwärtsllegenden Ende des Gehäuses 16 sind ein Ultraschallgenerator 33 *ie auch ein Düsenkopf 34 vorgesehen, wobei sich im Innern des Düsenkopfes 34 ein Strömungsdurchlass 34 a befindet, und wobei der Düsenkopf 34 stromabwärts zu dem Ultraschallgenerator- 33 angeordnet ist. Der Massering 23» der Ultraschallgenerator 33 und der Düsen- oder Entladungskopf 34 weisen etwa den gleichen Aussendurchmesser auf und sie sind so bemessen, dass sie sich in Presspassung in dem vorderen Ende des rohrförmigen Gehäuses 16 befinden.

Der dargestellte Ultraschallgenerator 33 ist bereits in den US-P Sen 3 554 443, 3 58I 992 und 3 531 O48 beschrieben. Gemäss Fig. 2 weist der Ionengenerator 33 eine zylindrische Innenwand 35» auf, die an ihrem Auslassende eine kegelige Öffnung 36 aufweist, die von einem ringförmigen Flansch 37 umgeben ist. Eine axiale mittlere Einlassöffnung 38 ist in der Endwand 39 konzentrisch zu einem imaginären Kreis angeordnet, der die Mittelpunkte von acht gleichmcssig beabstandeten Bohrungen 40 verbindet. Vier radiale Bohrungen 41 in der zylindrischen Innenwand 35 weisen koplanare Achsen auf, die gegeneinander um 90 versetzt sind. Die zylindrische Innenwand 35 ist in einer Kammer 45 angeordnet, wobei ihr Flansch fest in einer Senkung 46 gegen einen Flansch 47 anliegt. Die Kammer 45 weist in der Endwand 49 eine Einlassöffnung 48 auf. Bei Betrieb fliesst der Gasstrom durch die Einlassöffnung 48 dann durch die Düsen-Einlassöffnung 3ö und die Bohrungen 40 und 41 und schliesslich durch die kegelige Öffnung 36.

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In dem einen Handgriff darsLnI!enden Teil des Gehäuses ist eine Schaltungsplatte 51 zur Zuführung elektrischer Energie sum Ionisationsteil angeordnet und auf dieser Schalungsplatte ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, wie sie·in dem Schaltbild nach Fig. 4 dargestellt ist, die Eingangsklemmen 52 und 53 aufweist, mit denen eine Wechselspannungsquelle 50 verbünde; ist, die «ine Wechselspannung von 115V bei einer Frequenz von 50 oder 60 Hz abgibt. Diese Schaltung ist in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise ähnlich der Schaltung, die in der DT-OS 2 215 852 beschrieben ist, die auei. eine Sperrschwingerschaltung verwendet, um positive und negative Impulse zu bilden, wobei jedoch darauf hingewiesen sei, dass die in dieser Schaltung gebildeten Irrpulse eine entgegengesetzte Polari trat aufweisen. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung enthält Gleichrichter CR 1, CR2, CR 3, und CR4> die zu einer Vollweg-Gleichrichterbrücke miteinander verbunden sind, und die ;usai :,ien mit einem Kondensator C 1 eine Vorrichtung bilden, mit der die zugeführte Wechseine bespannung in eine gleichgerichtete Spannung umgesetzt werden kann. Zwischen die TCingangsklemme 52 und eine Seite der Brücke sind ein Strombegrenzungswiderstand R 1 und eine Sicherung F 1 geschaltet. Pa- -sllf.l zu dem Gleichrichter CR 4 ist eine Reihenschaltung aus einem Wider-.τΙ-^γκΊ H 2 und eine Lampe DS 1 geschaltet. Parallel zu dem Kondensator C 1 ist eine Zener -Diode CR 5 geschaltet. Die an dem Kondensator C 1 anliegende Gleichspannung zwischen der Klemme 53 a und Masse wird einer Sperrschr.\ingerschaltung zugeführt, die einen ITPN Transistor Q1 und einen Impulstransformator T1 aufweist, der eine Primärwicklung 55» eine Rückführungswicklung 56 und eine Sekundärwicklung 57 aufweist. An den Enden der Sekundärwicklung 57 befinden sich Ausgangsklemmen 58 und 59,wobei die Ausgangsklemme 59 mit Masse verbunden ist.

Ein Widerstand R 3> der mit einem Kondensator C2 verbunden ist, lädt den Kondensator C2 mit der Gleichspannung an der Klemme 53 a auf,und er führt ferner der Basiselektrode des Transistors Q1 über eine Induktivität L1, die mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R3 und dem Kondensator 02 verbunden ist, eine Vorspannung zu. Die andere Seite des Kondensators C2 ist mit einem Ende der R^;ickf ührungswicklung 56 verbunden .V.'erin der Transistor Q1 leitet, dann wird die an der Klemme 53a anliegende Gleichspannung der Primärwicklung 55 zugeführt,Diese Spannung wird in die Rückführungswicklung transformiert, wodurch ein Strom durch den Kondensator C2 und die Induktivität L in die Basiselektrode des Transistors fließt, wobei dieser Strom auch dazu dient, den Transistor Q1 leitend zu machen. Durch diese Arbeitsweise ergibt sich der ins Negative gehende Anstieg des Impul-

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BAD ORiGfNAL

fies H, der in Fi₁ ¹J. 5 dargestellt ist. Die Dauer dieses Impulses wird durch verschiedene Parameter bestimmt, die durch die Grosse der Gleichspannung, der Induktivität, des Widerstands und der Kapazität des Impulstransformators Ti, den Leitend-Widerstand und die Stromverstärkung des Transistors Q1 und die ?,^rerte des Kondensators C2 und der Induktivität L1 gegeben sind. Die wichtigste Funktion der Induktivität L1 besteht darin, die Geschwindigkeit zu steuern, mit der sich der Kondensator C2 durch den Regenerationsstrom auflädt. Wenn der Regererationsstrom durch den Transistor Q1 nicht mehr genügend verstärkt werden kann, so dass der anwachsende Primärstrom, der von dem Impulstransformator erforderlich ist, aufrechterhalten wird, dann kehrt der Impulstransformator seine Polarität um, und bildet den ins Positive ansteigende Rücklaufimpuls P da sein Magnetfeld, bei dem Versuch, den Stromfluss aufrecht zujerhalten zusammenbricht. Zu dieser Zeit wird der Transistor Q.1 so vorgespannt, dass er durch die Ladung auf dem Kondensator C2 und die Rücklauf spannung an der Rüokführungswindun/r nicht leitend wird.

Während des positiven Rücklaufimpulses P kann kein Strom durch eine Reihenschaltung aus einem Gleichrichter CR 6, einen Widerstand R4 und eine Zener-Diode CR 7 fliessen. Die Dauer und die Form des Rücklaufimpulses P wird durch einen Kondensator C3 gesteuert, der zu der Primärwicklung 55 und der. Induktivität und der Streukapazität des Inpulstransformators T1 parallel geschaltet ist. Die Anhaltezeit oder die zeitliche Dauer "p" dee positiven Rücklaufimpulses P wird durch die Zeit gesteuert, die notwendig i?t, um den auf eine Vorspannung aufgeladenen Kondensator C2 über den Widerstand R3 zu entladen und um die Ladung umzukehren, bis eine Spannung erreicht ist, bei der der Transistor Q1 wieder dadurch leitend wird, dass ein Vorstrom in seine Basiselektrode flieset. Ein Widerstand R5i der zwischen die Kollekt^.relektrode und Masse geschaltet ist, stellt einen Teil des Innenwiderstanda der Gleichspannungsquelle dar, schützt den Transistor Q1 vor zu grosser, Strömen. Die Sekundärwicklung 57 -des Transformators weist eine natürliche Ressonanzfrequenz zwischen den Klemmen 58 und 59 auf, die durch den Kondensator C3 unterdrückt wird. Eine Diode CR 8, die zwischen die Kollektorelektrode und eine Seite der Primärwicklung 55 geschaltet ist, verhindert, dass Rückwärtsetröme den Transistor während er nicht leitet, beschädigen. Der Kurveuverlauf ist periodisch, da er sich regelmässig mit der Zeit und dem Verlauf wiederholt, wobei die Zeitwdauer für einen vollen Zyklus mit "c" bezeichnet ist. Der Kurvenverlauf führt insofern eine Schwingung aus, als während jedes Zyklus sowohl positive als auch negative Werte vorhanden sind.

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Die in der Primärwicklung 55 gebildeten Impulse werden durch die Sekundärwicklung 57 zu höheren Spannungen transformiert und sie erscheinen dann an den Ausgangsklemmen 58 und 59· Das Verhältnis zwischen der Dauer des negativen Impulses N, die mit "n" "bezeichnet ist, und der Dauer des positiven Rücklaufimpulses P, die mit "p" bezeichnet ist, ist gegenüber dem Verhältnis der Amplitude des vorlaufenden Impulses und der Amplitude des Rücklaufimpulees so abgeglichen, dass eine optimale Ausgewogenheit zwischen der positiven und der negativen Ionisation bei Belastung erzielt wird, während die positive und die negative Korona- und eliminierende Ozonerzeugung gesteuert werden. Die Ausgangsamplitude des negativen Impulses N wird direkt durch das Windungsverhältnis el er Primärwicklung zur Sekundärwicklung gesteuert. Der negative Impuls N wird bei dieser Schaltung so eingestellt, dass er eine Spitzenausgangsspannung zwischen 10 000 V und 12000 V erreicht und ist in dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm so dargestellt, dass er etwa 12 000 V aufweist. Die Amplitude des positiven Rücklaufimpulses P ist so eingestellt, dass sie eine positive Ausgangsspitzenspannung zwischen 6 000V und 8 000V erreicht und bei dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm werden etwa 7 000V erreicht. Der negative Impuls hat eine Dauer von etwa 0,4 Millisekunden und der positive Rücklaufimpuls hat eine Dauer von etwa einer Millisekunde, wobei dann der vollständige Zyklus' etwa 12,5 Millisekunden lang ist. Es hat sich herausgestellt, dass sich zufriedenstellende Ergebnisse bei der positiven Spitzenspannung im Bereich von 6 000V bis 20 000V und bei einer negativen .Spitzenspannung im Bereich von 10 000 V bis 30 000V erreichen lassen. Die oblige Schaltung, die zwischen 8 000V und 10 000V und in einem/ Bereich von 0,5 bis 2 Milliampere arbeitet, ist der Leistungsverbrauch etwa 7,5 Hz. Dies ist etwa ein Zehntel der Leistung, die bei bekannten Ionisationsgeräten verwendet wird, um eine entsprechende oder eine geringere Ionisation zu erreichen.

Bei Betrieb des obigen Geräts wird ein unter Druck stehender Gas_strom, gewöhnlich ein Luftstrom von dem Behälter 29 über den Einlaufdurchlass in dem Verbindungskörper 26 und an den Ionisationsspitzen 20 in die Ionisationskammer abgegeben, in der dann dieses Gas durch oszillierende positive und negative Energiestösse gepulst wird, so dass Ionen einer oder entgegengesetzter Polarität entstehen. Der Strom des ionisierten Gases geht dann durch den Wasserring 23 hindurch zu dem Einlass 48 und über den Düseneinlacs 38 und die axialen Bohrungen 40 sowie die radialen Bohrungen 41 ^zu^ kegeligen Öffnung J>6, wo er von der Düse abgegeben wird. Das ionisierte Gas das durch den Einlass strömt, bildet in dem Zylinder 35 einen Strom aus

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ionisiertem Gas mit einem !rüttelkern, der sich in der Nähe der radialen Bohrunfen 41 auf minimale Abmessungen zusammenzieht und danach wieder divergiert, so dass das Gas durch eine konvergierend-divergierend geformte Düse strömt und der Kern des Gasstroms auf ultraschallgeschwindigkeit in einem Bereich von 3S)OO -58 OOOZyklen pro Sekunde beschleunigt wird und zwar in Abhängigkeit von dem Luftdruck am Einlass, der sich von etwa o,035

his 1,97 kg pro cm ändert. Ein Pulsieren des Gasstroms, der durch den besonderen Kurvenverlauf der oben beschrieben ist, ionisiert ist, wird mit Hilfe von elektrischen Impulsen ausgeführt, die zu Teilfaktoren der Ultraschall-Pulsfrequenzen synchronisiert sind, so dass Ultraschall-Spitzenimpulse jeweils etwa gleichzeitig mit jedem elektrischen Impuls auftreten. Mit Impulsen oder mit Kurvenverläufen die Sprünge aufweisen, lassen sich natürlich die bpsten Ergebnisse erzielen, jedoch kann im Ultraschallgenerat· und zu dessen Synchronisation ein sinusförmiger Kurvenverlauf verwendet werden. Die Ultraschall-Spitzenimpulse nehmen die positiven und negativen Ionen in diskreten Fächern oder Bereichen auf und übertragen sie, was man am besten anhand der Fip. 5» 6 und 7 erkennt.

Ein idealisiertes Diagramm, bei dem die Entfernung (in mm) längs der X-Achse aufgetragen ist und bei dem die Kraft pro .Flächeneinheit (in dyn pro cm ) für eine Schallwelle von 40 000 Hz aufgetragen ist, ist in Fig. 6 dargestellt, wobei eine sinusförmige Druckkurve X gegenüber einer sinusförmigen Druckkurve Y um 90 phasenverschoben ist. Die Ultraschallimpulse die von dem oben beschriebenen Ultraschallgenerator 33 abgegeben werden,

haben Energiewerte, die etwa bei 20 dyn pro cm liegen. Den Ionen wird dann die maximale Ultraschallenergie zugeführt, wenn die Druckkurve X ei-n Maximum aufweist und wenn die Geschwindigkeitskurve Y den Wert 0 hat, und bei diesem maximalen Druckwert oder dem "Knoten" M, der durch eine vertikale gestrichelte Linie angedeutet ist, kann der Ultraschallgenerator 33 Ionen in bestimmten Bereichen oder auch voneinander getrennten Wellenfronten halten.

Wenn der negative Impuls N auftritt, dann führen die Knoten oder Druckspitzen, die mit 61 und 62 bezeichnet sind, Gruppen negativer Ionen, die auch in Fig. 7 ale voneinander getrennte Wellenfronten 61 und62 dargestellt sind, die sich in ausgewählten Abständen von dem Ende des Düsenkopfea 34 befinden. Wenn der positive elektrische Impuls P auftritt, dann erscheinen verschiedene Knoten oder Druckspitzen 63, 64 und 65, die in Fig. 7 auch als Welienfronten dargestellt sind. Nach dem positiven Impuls P

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verstreicht eine beträchtliche Zeit, bevor der nächste negative Impuls auftritt. Auf diese Weise wird durch das beschriebene Gerät verhindert, dass die Ionen entgegengesetzter Polarität sich rekombinieren und die Ionen werden mit Snergiewerten des Ultraschalls befördert, sodass sie -wirksamer zu der Stelle gelangen, wo sie verwendet werden, beispielsweise beim Durchdringen von Grenzschichten und wenn sie in innigen Kontakt mit einem Teilchen kommen, das von einer Oberfläche oder etwas ähnlichem gelöst werden soll.

\'{enn nun die Ionen in den Druckknoten der Impulsspitzen des Ultraschallsignals gehalten werden, dann lässt sich eine Ionisation über grosses« Längen eines Rohres beispielsweise durch ein Rohr mit einer Länge von 6 m und einem Durchmesser von 6,85 ^mra oder durch enge öffnungen in der Grössenordnung von 0,28 mm übertragen. Die Ionisation wird auch in Luft mit Umgebungsdruck über beträchtliche Entfernungen wirksam übertragen, (beispielsweise über 3 Di bei 2,1 kg pro cm ^wodurch sich ein geeignetes Werkzeug für die industrieelle Entfernung von Makroteilchen bilden lässt.

Bisher wurde die Ionisation nur wirksam zur Oberflächenreinigung im Vakuum eingesetzt, da meistens ein vollständiger Energieverlust in den Ionen auftrat, wenn sie die Luftmoleküle treffen. Bei dem beschriebenen Gerät ist es möglich, das Ende der Düse sehr nahe an einer Oberfläche (innerhalb einer Entfernung von 1,6 mm) anzubringen, sodass e3 sich nahezu in der Grenzschicht befindet. Bei diesem Abstand ist es möglich, genügend Energie auf die Oberfläche einwirken zu lassen, sodass ein kleiner Teil der Oberfläche wie beim Oberflächenätzen oder einer ähnlichen Technik entfernt werden kann. Beispielsweise würde Kunststoff oder Gas dann so aussehen, als ob es sandgestrahlt wäre. Das Gerät lässt sich auch bei der Behandlung von Filmen vor dem Drucken und bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen oder ähnlichem anwenden.

Das vorliegende Gerät lässt sich ferner dazu verwenden, Staubteilchen oder Pulverteilchen mit beträchtlicher Energie aufzuladen, die beim Überziehen von Oberflächen verwendet werden, wobei dann die Ultraschallenergie als ein bewegbarer Träger verwendet wird, der ionisiertes Aerosol und andere Dispersionsmakroteilchen fördert. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist schematisch in Fig. 8 dargestellt und sie enthält ein Rohr ^ 711 das in dem Düsenkopf 34 angeordnet ist, und dessen oberes Ende in dem Strömungsdurchlass endet. Das Rohr 71 führt i,u einem Farbbehälter 72, und

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c3 wird die Farbe oder auch ein entsprechender Stoff in den Strom des ionisierten und mit Ultraschallenergie gepulsten Gasstromes gezogen, sodass dip Farbe dann von dem Düsenkopf 34 abgegeben wird.

Das vorliegende Gerät ermöglicht auch eine Ionisierung von Luft, die durch den Vergaser und ein Verzweigungsrohr einer Brennkraftmaschine hindurchgeht, wodurch die zum Verbrennen des Kraftstoffes verfügbare Energie erhöht wird. Las Gerät zur Durchführung 'dieses Verfahrens ist in Fig. 9 schematisch dargestellt und es enthält eine Leitung 81, die von dem Luftfilter (nicht dargestellt) in den Vergaser 82 führt und durch die ein Luftstrom hinäurch/'eleitet wird. Man erkennt, dass der Düsenkopf 34 durch die Wand der Leitung hindurchragt, sodass die Ionen mit Ultraschallfrequenzen in den Luftstrom eingegeben werden, der von dem Luftfilter in den Vergaser strömt, bovor er in die Verbrennungskammer eintritt. Insbesondere durch die Ionisierung und auch durch die Pulsierung des durch einen Vergaser hindurchtretenden Luftstroms mit Ultraschall wird der Energiepegel der Kraftstoff-Luftmischung auf einen Wert angehober-, bei dem eine Zündkerze zündet und entsprechend entstehen Flammenfronten in der gesamten Kraftstoff-Luft-Mischung und sie pehen nicht nur direkt von dem benachbarten Bereich der Zündkerze aus. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff auch an den relativ kalten Wänden des Zylinder und in dem Spalt zwischen der Zylinderwand und dem Kolben verbrannt wird. Folglich ist bei einer solchen Anwendung die Verbrennung vollständiger, die Menge der unverbrannten Hydrokarbone ist vermindert und die Kohlenmonoxydabgabe ist ebenfalls vermindertjUnd da die Verbrennung bei einer verhältnismässig geringen Temperatur ausgeführt wird, ist die Bildung von Stickstoffoxyden geringer.

Die Ultraschallenergie kann dem Gasstrom nicht nur nach der Ionisierung sowie es in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, zugeführt werden, sondern auch während oder auch gleichzeitig mit der Ionisierung oder vor der Ioniesierung, wobei sich ähnliche Ergebnisse für die Erzeugung von Ionen bei Ultraschall-Energiepegeln für die positiven und/oder negativen Ionen erzielen lassen und wobei sich ferner eine Polarität oder auch duale Polarität erreichen lässt,wobei dann die Ionen in bestimmten Bereichen mit erhöhten Energiewerten angesammelt sind.

Bei der abgewandelten Ausführungsform, die in Fig. 10 dargestellt ist,wird die Ultraschallenergie der Ionisationskammer -zugeführt, um eine Ultraschall-Energiewelle zu bilden und den Gasstrom gleichzeitig zu ionisieren. Bei

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dieser Ausführungsform ist ein Verbindungskörper 86 mit einem Durchlass 86a vorgesehen, der den Raum der Ionisationskammer bei der anderen Ausführungsform einnimmt. Die leitende Scheibe 17> die drei an ihrem Umfang angeordnete voneinander beabstandete Ionisierungsstifte 18 enthält, ist so angeordnet, dass die Stifte durch Öffnungen in der Wand am hinteren Ende eines abgewandelten Gehäuses 76 verlrufen,und es endet jeder Ionisierungss+ift in einer Ionisierungsspitze 20, die sich in dem Ressonanzhohlraum (Ultraschall-Generator) 33 in dem Gehäuse 76 befinden. Der Massering 23 mit der zugehörigen Leitung 24 ist am stromabwärtsliegenden Ende des Ultraschallgenerators' 33 angeordnet. Die Ionisationsspitzen sind deshalb am Umfang des üosso.-anzhohlraums in Abständen voneinander angeordnet, der durch die zylindrische Innenwand 38 (Fig. 2) gebildet ivird, wobei die Ultraechall-Schwingungs-Energie in diesem Hohlraum erzeugt wird.

Bei einer anderen abgehandelten Ausführungsform wird die Ultraschall-Energie zugeführt, Iv-ror eine Ionisation stattfindet. Bei dieser Anordnung sind ein Ver~birriunfskörper 126 und ein Gehäuse 116 vorgesehen, die gegenüber denen nach den Fig. 1 bis 5 geringfügig abgeändert sind, da das Gehäuse ein offenes Ende aufweist und da sich der einen Hohlraum aufweisenden Ultraschall-Generator 33 im stromaufwärtsliegende Ende des Gehäuses 116 vor der leitenden Scheibe 17 befindet. Die zuletzt genannte leitende Scheibe 17' entspricht der Scheibe 17 nach den Fig. 1 bis 3|Sie weist jedoch eine kleinere Öffnung auf und sie trägt kürze Ionisierungsstifte 16'. Das Gehäuse bildet um die Stifte 16' eine Ionisierungskammer. Die Massescheibe 23 mit der Zuführungsleitung 24 ist stromabwärts der Ionisierungsstifte 18' jedoch stromaufwärts durch den Düsenkopf angeordnet.

Bei der Anordnung 11 werden die Luftmoleküle durch hochfrequente Druckwellen gruppiert oder haufenweise angesammelt,wodurch die positive und die negative Ionisation mit Hilfe der Schaltung entstehen Ionengruppen in bestimmten Bereichen, die so wie es in Fig. 7 dargestellt ist, erhöhte Energiewerte aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen von Ionen mit den Schritten, dass ein kenmverttjC: Lcierter Schwingungsverlauf elektrischer Energie einem Gasstrom positiver und negativer Ionen zugeführt wird und dass der Gasstrom entweder vor, während oder nach dem Ionisationsschritt mit Ultraschallffequenzen, die ungefähi das Vielfache der Frequenzen der elektrischen Energie sind, gepulst v.ird_f damit die positiven und negativen Ionen in bestimmten Bereichen des !onion erten Gasstroms bei erhöhten Energiewerten gefördert und gehalten werfen, während sie zu ihrer Verwendungsstelle übertragen werden.

2. Verfahren zum Erzeugen von Ionen mit den Schritten, dass ein Gasstrom in einem begrenzten Bereich vorgesehen wird und dass sowohl elektrische kennwertgesteuerte Schwingungsenergie als auch Impulse bei Ultraschallfrequenzen dem Gasstrom zugeführt werden, um Gruppen von Ionen, in bestimmten Bereichen bei erhöhten Energiewerten zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektrische Energie positive und negative Komponenten ungleicher Amplitude aufweist.

4· Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» bei dem die elektrischen Impulse eine positive Komponente mit einer Ausgangsspitzenspannung im Bereich von 6 000 V bis 20 000 V aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrischen Impulse eine negative Komponente mit einer Ausgangsspitzenspannung im Bereich von 10 000 bis 30 000 V aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Energie mit Frequenzen zwischen 90 Hz und 1 200 Hz schwingt.

7- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ultraschallfrequenzen in einem Bereich von 38 000" Hz bis 58 000 Hz liegen.

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8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Energie Ströme im Bereich von 0,5 bis 2 Milliampere enthält.

9· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zu ionisierende Gasstrom einen Einlassdruck im Bereich von 0,055 "bis 1,97 kg pro

2
cm aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt, dass Teilchen in den ionisierten Gasstrom eingegeben werden, um ionisierte Teilchen in dem Gasstrom zu bilden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Gasstrom ein Luftstrom verwendet vsird, der sich vor der Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine befindet und dann in diese eintritt.

12. Verfahren zur Erhöhung des Verbrennungswirkungcgrads einer Verbrennungskraftmaschine oder einer ähnlichen Einrichtung mit den Schritten, dass ein kennwertgesteuerter Schwingungsverlauf elektrischer Energie einem Luftstrom vor der Verbrennungskammer zur Erzeugung positiver und negativer Ionen zugeführt wird und dass der Luftstrom vor, während oder nach dem Ionisationsschritt mit Ultraschallfrequenzen gepulst wird, die ungefähr ein Vielfaches der Frequenzen der elektrischen Energie sind, so dass die positiver, und die negativen Ionen in bestimmten Bereichen des ionisierten Luftstroms bei erhöhten Energiewerten gefördert und gehalten werden.

13· Gerät zum Erzeugen von Ionen, enthaltend einen Ionengenerator und eine Dispersionseinrichtung mit der einem Gasstrom kennwertgesteuerte periodische Schwingungsimpulse elektrische! Energie zugeführt werden, die in jedem Zyklus positive und negative Komponenten ungleicher Amplitude aufweisen, damit positive und negative Ionen in bestimmten Bereichen in dem Gasstrom gebildet werden und durch einen Ultraschallgenerator zum Pulsen des Gasstroms bei Ultraschallfrequenzen, die etwa ein Mehrfaches der elektrischen Energieimpulse sind, damit die Ionen in bestimmten Bereichen gefördert und gehalten werden, wenn sie zu ihrer Verwendungsstelle übertragen werden.

14. Gerät zum Erzeugen von Ionen, enthaltend eine Einrichtung zur Begrenzung des Gasstroms und eine Einrichtung zur-. j Zuführung sowohl elektrischer

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kennwertgesteuerter Schwingungsenergie als auch von Impulsen bei Ultraschsllfivcuenzen su dem Gasstrom, um Ionengruppen in bestimmten Bereichen mit erhöhten Energiewerten zu bilden.

15· Gerät nach Anspruch 13 oder 14» bei dem die Einrichtung zur Zuführung von Impulsen elektrischer Energie eine elektrische Speiseschaltung aufweist, in der sich Einrichtungen zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom befinden und in der sich ferner eine Sperrschwingerschaltung für die Gleichstromenergie befindet, durch die in jedem Zyklus ein Vorlaufimpuls einer Polarität und ein Rücklaufimpuls entgegengesetzter Polarität gebildet wird.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15» bei dem die Einrichtung zur Zuführung von Impulsen elektrischer Energie ein rohrförmiges Gehäuse aus nichtleitendem Werkstoff aufweist, das einen Gaseinlass an einem Ende und einen Gasauslass am anderen Ende enthält und eine Ionisationskammer bildet, bei dem mindestens eine Ionisationsspitze am stromaufwärtsliegenden Ende der Ionisationskammer vorgesehen ist, der die elektrischen Impulse zugeführt werden,bei dem ein Masserinr; für die Ionisationsspitze am stromabwärtsliegenden Ende der Ionisationskammer vorgesehen ist, durch den der \ · ionisierte Gasstrom hindurchströmt ,und bei dem ein Düsenkopf den ionisierten Gasstrom zu einer Verwendungsstelle hinfrichtet.

17· Gerät nach Anspruch 16, bei dem mehrere Ionisationsspitzen in Abständen auf einem Umfang um die Achse der Ionisationskammer angeordnet sind.

18. Gerät nach Anspruch 16, bei dem eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die das unter Druck stehende Gas an dem Einlaß der Ionisationskammer zugeführt wird.

19· Gerät nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Einrichtung zum Pulsen des Gases mit Ultraschallfrequenzen eine Hohlraum-Resonanzeinrichtung ist.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 13 bis 19 bei dem eine Einrichtung zum Pulsen des Gasstroms bei Ultraschallfrequenzen folgendes enthält: eine zylindrische Innenwand, die an ihrem Auslassende eine kegelige Öffnung aufweist, die von einpm ringförmigen Plansch umgeben ist, wobei die zylindrische Wand eine Endwand aufweist, in der sich ein axialer Einlass konzentrisch zu einem imaginären Kreis befindet, der durch die Mittelpunkte meh-

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rerer voneinander getrennter axialer Bohrungen gebildet wird, und die ferner radiale Bohrungen in ihren Seiten aufweist, deren koplanare Achsen im wesentlichen einen Abstand von 90 zueinander aufweisen, und eine Kammer, die die zylindrische Innenwand umgibt, wobei der Flansch an ihrer Innenseite befestigt ist, so dass ein axialer äusserer Hohlraum entsteht, wobei die Kammer einen Einlass enthält, der koaxial zu dem Einlass und dem Auslaps der zylindrischen Innenwand ist, wodurch ein Stromkern des strömenden ionisierenden Gases entsteht, und wobei eine konvergierend-divergierend geformte Düse neben den radialen Bohrungen an dem Auslassende der zylindrischen Wand gebildet wird, die den Stromkern zu Ultraschallgeschwindigkeiten beschleunigt.

Rei/Schö.

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