DE2537931A1

DE2537931A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen ausfaellen bzw. abtrennen von teilchen aus einem gasfoermigen medium

Info

Publication number: DE2537931A1
Application number: DE19752537931
Authority: DE
Inventors: James Edgar Drummond; Alan Charles Kolb
Original assignee: MEXWELL LAB Inc
Current assignee: MEXWELL LAB Inc
Priority date: 1974-08-29
Filing date: 1975-08-26
Publication date: 1977-02-24
Also published as: NL7510240A; IT1041549B; CH617363A5; CA1070250A; SE7509584L; FR2282943A1; GB1500154A; SE404659B; FR2282943B1; JPS5150068A

Description

Anmelder: Maxwell Laboratories, Inc. San Diego (GaI.), V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Ausfällen bzw. Abtrennen von Teilchen aus einem gasförmigen Medium

Die Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Fällvorrichtungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Ausfällen bzw. Abtrennen von Teilchen unterschiedlicher Größen aus einem gasförmigen Medium, einschließlich solcher 'Teilchen, die einen Durchmesser von unter 5 Mikron besitzen.

Die zunehmende Bedeutung, welche die Verminderung von Luftverschmutzung erlangt hat, führte zu einer Vielzahl von lokalen, regionalen und staatlichen Verordnungen, die rigorose Maßstäbe für die Beseitigung von Teilchen aus industriellen und anderen gasförmigen Emissionen setzen. Da die Probleme der Luftverschmutzung unmittelbar den größten Teil der Bevölkerung betreffen, insbesondere in solchen Besiedelungsgebieten, in denen Industrie konzentriert ist, kann davon ausgegangen werden, daß die betreffenden Vorschriften in Zukunft noch strenger werden. Obgleich ständig Verbesserungen bezüglich Konstruktion und Wirkungsgrad von Vorrichtungen zur Abscheidung von Teilchen, einschließlich der elektrostatischen Fällvorrichtungen, erfolgen, hat es sich 709303/0695

im Hinblick auf die derzeit gültigen strengen Vorschriften gezeigt, daß zahlreiche der derzeit gebräuchlichen Fällvorrichtungen für die Abscheidung von sehr kleinen Teilchen ziemlich unwirksam sind. Hinzu kommt die neuere Feststellung, daß der größte Teil der Teilchen in.industriellen gasförmigen Abströmen oder Abgasen in einem Durchmesserbereich von etwa 0,1 - 10 Mikron (/U") liegt und daß die kleinsten Teilchen am längsten in der Luft in Schwebe bleiben. Die größte Gesundheitsgefährdung wird jedoch durch die Teilchen in einem Durchmesserbereich von etwa 0,1 - 5 Mikron hervorgerufen (lt. National Bureau of Standards Technical News Bulletin vom Dezember 1972).

Alle elektrostatischen Fällvorrichtungen verwenden zwei Aufladungsmechanismen zur Bildung einer Ladung an einem Staubteilchen. Bei diesen beiden Mechanismen handelt es sich um die Diffusionsaufladung und die Feldaufladung. Bei letzterer werden Ionen durch das elektrische Feld der Fällvorrichtung beschleunigt, wobei diese beschleunigten Ionen auf ein Staubteilchen auftreffen und sich mit ihm verbinden. Wenn das Staubteilchen diese Ladungen sammelt, erhält es die gleiche Ladung wie die Ionen. Sobald das Staubteilchen mit der gleichen Ladung wie die Ionen aufgeladen ist, sind das Ion und das geladene Teilchen bestrebt, sich gegenseitig abzustoßen, wodurch es für andere oder weitere Ionen schwierig wird, dem Teilchen weitere Ladungen zu erteilen. Bei vorgegebener

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elektrischer Feldstärke und vorgegebener Größe des Staubteilchens besteht eine Grenze, ab welcher das Staubteilchen keine weiteren Ladungen durch die Feldaufladung mehr annimmt. Im Fall von kleinen Teilchen ist diese Grenze in den bekannten Fällvorrichtungen sehr schnell erreicht. Der andere Aufladurigsmechanismus, nämlich die Diffusionsaufladung, verwendet thermisch aktivierte Ionen mit ausreichender Energie, um das Abstoßungsfeld zu durchdringen und dem Stäubteilchen weitere Ladungen hinzuzufügen. Mit diesem Aufladungsmechanismus können zwar kleine Teilchen aufgeladen-wsrden, doch ist er im Vergleich zum Mechanismus der Feldaufladung ziemlich langsam.

Es ist allgemein bekannt, daß die derzeit industriell eingesetzten Fällvorrichtungen für die Abtrennung von Teilchen mit einer Größe im Bereich von etwa 0,1 - 3 Mikron vergleichsweise unwirksam sind. Die herkömmlichen elektrostatischen Fällvorrichtungen vermögen diese Feinteilchen.nicht so schnell aufzufangen wie die größeren Teilchen, weil dabei der Diffusionsmechanismus angewandt wird, um eine elektrische Ladung auf die kleinen Teilchen zu übertragen, und dieser Mechanismus dabei für solche Teilchen zu langsam arbeitet. Hierbei verlagern sich Ionen aufgrund thermischer Bewegung auf die Teilchen zu, so daß ein Teilchen, wenn es eine Ladung aufzunehmen beginnt, die sich langsamer bewegenden Ionen abstößt, welche dem Teilchen weitere Ladungen erteilen könnten. Mit anderen Worten: Durch den FeId-

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aufladungsmechanismus, welcher einer Einschränkung aufgrund der elektrostatischen Abstoßung des geladenen Teilchens gegenüber weiteren, sich ihm nähernden Ladungen unterworfen ist, werden vornehmlich größere Teilchen aufgeladen. Die genannten Ladungen werden typischerweise durch ein elektrisches Feld angetrieben, das durch entfernt angeordnete Elektroden angelegt wird. Bei der bekannten Vorrichtung und bei der Erfindung bestimmt daher der Ausgleich oder das Gleichgewicht zwischen den Antriebs- und Abstoßungskräften die größte erzielhare Aufladung N₁-,:

_{N =} 52 £ ED²

s

+ 2

worin N die Sättigungszahl von Elektronen-Ladungen (electronic magnitude charges), E das angelegte elektrische Feld in kV pro cm, D den Teilchendurchmesser in Mikron (/u) und £ die dielektrische Konstante der Teilchen bedeuten. Bei den herkömmlichen Fällvorrichtungen ist jedoch das mittlere Aufladungs- und Sammelfeld auf etwa 4- kV/cm beschränkt, weil es mit einem höheren oder stärkeren Feld verklinkt ist, das eine Koronaentladung an einer kleinen, das Feld begünstigenden Elektrode unterstützt, während Felder mit höhe-

Qt'nen

reu StärkenVFunkendurchschlag im Gas hervorrufen können. Im Fall von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,3 Mikron beträgt daher die in einer üblichen Fällvorrichtung durch das elektrische Feld erzeugte maximale (für großen £-Wert) Sättigungsladung etwa 20 Elektronenladungen.

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Bei den herkömmlichen elektrostatischen Fällvorrichtungen besteht das einzige wirksame Aufladeverfahren zum Aufladen kleiner Teilchen infolge des schwachen elektrischen Felds im Diffusionsaufladen. Die Zahl der hinzugefügten Ladungen bestimmt sich etwa nach folgender Gleichung:

N = 0,03 T D In (1 + 7,6 χ 10 ⁴ N D t/T¹^ ' ' ο

worin T die kinetische Ionentemperatur in Grad Kelvin, N die Umgebungskonzentration von Ionen/cnr und tjdie Zeit (in s) nach Abschluß der Feldaufladung bedeuten. Da die nach einer langen Zeitspanne durch Diffusion erzielte Ladung dem Faktor D * In D proportional ist, übersteigt sie im Fall von kleinen Teilchen die durch das Feld erzeugte Ladung. Bei den typischen Cottrell-Fällvorrichtungen betragen die Ionendichten beispielsweise mehrfach 10'/cm . Bei dieser Ionendichte sind etwa 0,3 s nötig, um etwa 20 Ladungen auf ein Teilchen mit einem Durchmesser von 0,3 Mikron aufzubringen, während für die Verdoppelung dieser Ladung 24 s erforderlich wären, wogegen die Durchgangszeit des Gases durch typische Fällvorrichtungen nur etwa 8 s beträgt.

Mit anderen Worten: Die herkömmlichen elektrostatischen Fällvorrichtungen arbeiten auf der Grundlage der Erzeugung von Ionen beider Polaritäten in einem Koronaentladungsplasma in der Nähe einer kleinen Elektrode, um welche herum sich das elektrische Feld konzentriert.

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Die Stärke dieses Felds ist in der Nähe der Elektrode ziemlich hoch, während sie mit wachsender Entfernung von ihr beträchtlich abnimmt, wodurch ein ungleichmäßiges Feld gebildet wird. Die Ionen mit der einen Polarität (üblicherweise negativ) werden diesem Bereich entnommen, und während sie sich zur anderen Elektrode verlagern, haften sie an den Aerosolteilchen des Abstroms oder Abgases an. Zur Gewährleistung der für die Sprühoder Koronaentladung erforderlichen Feldverstärkung an der einen Elektrode, ohne einen elektrischen Durchschlag oder Durchbruch zwischen den beiden Elektroden hervorzurufen, verwenden die bekannten Fällvorrichtungen häufig eine Koaxialgeometrie mit einem Draht geringen Durchmessers als Mittelelektrode und einem äußeren Zylinder großen Durchmessers. Die Verlagerung bzw. Drift der Ionen wird durch das Zusammenwirken zwischen der Ladung des Ions und dem ungleichmäßigen, im allgemeinen schwachen elektrischen Feld hervorgerufen. Während ihrer Verlagerung bewirken die Ionen eine Aufladung der Teilchen durch Haftung an diesen, wodurch die Teilchen durch das elektrische Feld zur Sammelelektrode verlagert bzw. getrieben werden und an letzterer anhaften.

Der Wirkungsgrad aller elektrostatischen Fällvorrichtungen, einschließlich derjenigen nach dem Stand der Technik und derjenigen gemäß der Erfindung, wird speziell bezüglich der Aerosolteilchen mit einem Durchmesser von weniger als 5 Mikron durch drei Hauptfaktoren begrenzt. Die erste Einschränkung ergibt sich

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daraus, daß die Aufladungsgeschwindigkeit der Aerosolteilchen bei abnehmendem Eadius der Teilchen schnell abnimmt. Bei abnehmender Teilchengröße ist daher die Teilchenladung kleiner, und die Drift- oder Verlagerungsgeschwindigkeit, d.h. die zu den Elektroden gerichtete Komponente der Durchschnittsgeschwindigkeit der Teilchen, wird geringer. Der zweite Faktor besteht darin, daß die Driftgeschwindigkeit bei einer vorgegebenen Ladung mit abnehmender Stärke des elektrischen Felds abnimmt. Die Drehgeschwindigkeit eines Teilchens vorgegebener Größe nimmt mithin ab, während sich das Teilchen zur Sammelelektrode hin bewegt, was auf das sich verringernde Feld in der Koaxialelektrodenanordnung zurückzuführen ist. Der dritte Faktor ist der Haftungswirkungsgrad der Sammelelektrode; dies bedeutet, daß die sich zur Sammelelektrode verlagernden Teilchen zurückprallen oder durch das Auftreffen anderer Teilchen losgelöst oder aber durch die turbulente Strömung des gasförmigen Abflusses oder Abstroms hinweggeblasen werden können, nachdem sie sich einmal an dieser Elektrode abgesetzt haben, weil die Ladung der Teilchen sowie das auf sie einwirkende elektrische Feld nicht groß genug sind.

Es ist allgemein erkannt worden, daß eine verbesserte Arbeitsweise der elektrostatischen Fällvorrichtung durch eine Vergrößerung der vorgesehenen elektrischen Feldstärke, ohne jedoch dadurch einen elektrischen Durchschlag oder eine Lichtbogenbildung hervorzurufen,

erzielt werden kann. Es ist bereits eine Fällvorrichtung 709808/0695

bekannt, welche die Ionen und das elektrische Feld unabhängig voneinander erzeugt und welche keine Konfiguration mit einer dünnen zentralen Drahtelektrode und einer äußeren zylindrischen Elektrode zur gleichzeitigen Erzeugung der Ionen und des elektrischen Felds aufweist. Obgleich bereits radioaktive Stoffe und Photoionisierungsquellen, z.B. Lichtröhren, wie Ultraviolettlampen, angegeben wurden, welche eine von der Erzeugung des elektrischen Felds unabhängige Ionenquelle darstellen, besitzen derartige Ionenquellen in der Praxis gewisse betriebliche und andere Nachteile, so daß angenommen wird, daß bisher noch keine industriellen Vorrichtungen auf dieser Basis entwickelt worden sind. Ein Nachteil der radioaktiven Strahler besteht in der Schwierigkeit der Änderung der Energie und der Menge der durch diese Strahler emittierten Teilchen. Außerdem ist der psychologische Aspekt der Verwendung eines radioaktiven Ionenstrahlers in einer Fällvorrichtung, speziell in einem besiedelten Gebiet, äußerst ungünstig. Weiterhin könnte sich dabei das ernstliche Problem einer radioaktiven Verseuchung der Atmosphäre ergeben, falls ein Bruch oder eine Zerstörung eines Teils der Vorrichtung auftritt. Fällvorrichtungen unter Verwendung von UV- oder anderen Lampen zur Lieferung der Photonen für die Erzeugung der nötigen Ionisierung innerhalb der Fällvorrichtung sind in der Praxis ebenfalls mit zahlreichen betrieblichen Mängeln behaftet. Diese Lampen sind einer Verstaubung oder Trübung durch die im gasförmigen Medium oder Abstrom bzw. Abgas ent-

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haltenen Teilchen unterworfen, und sie verschmutzen ziemlich schnell. Diese Verstaubung, die ohne weiteres innerhalb weniger Sekunden auftreten kann, führt zu einer beträchtlichen Verminderung des Betriebswirkungsgrads dieser Lampen. Zudem kann die durch solche Lampen erzeugte Photoionenenergie nicht kontinuierlich und zufriedenstellend geregelt werden.

Die Erfindung vermeidet dagegen die diesen radioaktiven Strahlern und Photoionisierungsquellen anhaftenden Nachteile, und sie gewährleistet tatsächlich zahlreiche vorteilhafte Merkmale, aufgrund derer sie die mit den genannten Strahlern und Ionisierungsquellen angestrebten Ergebnisse sowie weitere bedeutsame Vorteile zu bieten vermag.

Genauer gesagt, verwendet die Erfindung eine Elektronenerzeugungsquelle bzw, einen Elektronengenerator, häufig auch als Elektronenstrahlgenerator oder dergleichen, bezeichnet, um das in der Fällvorrichtung befindliche gasförmige Medium mit Elektronen hoher Energie zu besehießen und in der Vorrichtung einen Plasmabereich zu erzeugen. Der Elektronengenerator besitzt den Vorteil, daß mit ihm die Eindringung und die Dichte der in das gasförmige Medium injizierten Elektronen genau gesteuert werden kann, so daß auch die Ausdehnung des Plasmabereichs gesteuert oder geregelt werden kann. Weiterhin ist dabei das "Fenster" bzw. die Fläche, durch welche die Elektronen in das Medium injiziert werden,

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d.h. die mit dem gasförmigen Medium in Berührung stehende Fläche, durch welche die Elektronen hindurchtreten, selbstreinigend, so daß diese Fläche nicht verstaubt oder durch die im gasförmigen Medium enthaltenen Teilchen verschmutzt wird. Diese und weitere Vorteile werden im folgenden noch näher erläutert.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Ausfällen oder Abtrennen von Teilchen aus einem gasförmigen Medium, wie einem gasförmigen Abstrom oder Abgas, zu schaffen, mit deren Hilfe extrem kleine Teilchen, d.h. solche mit einem Durchmesser von etwa 0,1 5 Mikron, und speziell solche mit einem Durchmesser von unter 1 Mikron, abgetrennt werden können.

Im Zuge der genannten Aufgabe bezweckt die Erfindung somit die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus gasförmigen Abströmen mit hohem Volumendurchsatz, hohem Wirkungsgrad und nur mäßigem Leistungsbedarf.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fällvorrichtung mit Merkmalen gemäß der Erfindung, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet,

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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer speziellen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Allgemein gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausfällen bzw. Abtrennen von Teilchen aus einem gasförmigen Abstrom, vorzugsweise unter Verwendung eines im wesentlichen gleichmäßigen, starken elektrischen Felds zum Aufladen der Teilchen mit Ionen, die unabhängig von der Quelle des elektrischen Felds durch ein Plasma geliefert werden, das durch Elektronen hoher Energie gebildet wird. Eine Fällstation weist dabei mindestens eine positiv geladene und eine negativ geladene Elektrode zur Bildung des elektrischen Felds sowie eine Ionenquelle zum Aufladen der Teilchen auf. Die in Gegenwart des elektrischen Felds geladenen Teilchen werden dabei aus dem gasförmigen Abstrom ausgefällt oder abgeschieden und an einer der Elektroden aufgefangenlbzw. gesammelt. Hochenergetxsche Elektronen werden so gerichtet, daß sie ein Plasma in dem gasförmigen Medium bzw. Abstrom nahe der einen Elektrode bilden, wobei die Teilchen in diesem Neutralbereich des Plasmas keine positive oder negative Gesamtladung besitzen. Die geladenen Elektroden und das Plasma erzeugen jedoch einen Ladungsbereich zwischen dem Plasma und der Sammelelektrode, so¹ daß die Teilchen, sobald sie sich im elek-709808/0895

trischen Ladungsbereich befinden, eine Gesamtladung annehmen und an die entgegengesetzt geladene Samiuelelektrode angezogen werden.

Fig. 1 zeigt eine idealisierte schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung 10 wird von einem gasförmigen Medium oder Abstrom durchströmt, der von einem unteren Einlaß 12 in Aufwärtsrichtung zu einem Auslaß 1A- strömt. Seitenwände 16 und 18 leiten den Strom durch die Vorrichtung hindurch. Ei^ne in einer öffnung in der Seitenwand 18 angeordnete Elektronenerzeugungsquelle 20, im folgenden als Elektronengenerator bezeichnet, erzeugt auf die durch die Pfeile angedeutete Weise Elektronen hoher Energie, die ein dünnes Übertragungsfenster 24 sowie eine positiv geladene Elektrode bzw. Anode 26 feifirdurchdringen und in das gasförmige Medium eintreten. An der Seitenwand 16 befindet sich eine negativ geladene Elektrode (Kathode) 28, so daß auf die dargestellte Weise zwischen der Anode und dieser Kathode ein elektrisches Feld über praktisch die gesamte Breite des Durchgangs oder Kanals hinweg erzeugt wird. Anode 26 und Kathode 28 werden durch eine Gleichstromversorgung 30 gespeist, deren Plusklemme über eine Leitung 32 mit der Anode 26 und deren Minusklerame über eine Leitung 3¹+ mit der Kathode verbunden ist. Wie durch die gekrümmten Pfeile im Kanal bzw. im Bereich zwischen Einlaß und Auslaß der Vorrichtung angedeutet, besitzt der Abstram vorzugsweise 709808/0695

eine gewisse Turbulenz, so daß bei seinem Durchgang durch die Vorrichtung eine Vermischung der Teilchen in großem Maßstab erfolgt. Infolge dieser Mischwirkung verbleiben praktisch keine Teilchen während einer längeren Zeit in dem Ionen beider Polaritäten enthaltenden Bereich dicht an der positiv geladenexi Elektrode 26. Die Teilchen werden während dieses Durchgangs in den Bereich zwischen den Elektroden 26 und 28 gespült. Die Elektroden 26 und 28 sind vorzugsweise im wesentlichen flache, plane Elemente mit bogenförmig gekrümmten Rändern, welche durch die äußere Stromversorgung 30 auf positives bzw. negatives Potential aufgeladen werden. Die Innenfläche der Elektrode 26 verläuft bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen planparallel zur Seitenwand 18, weil die flache Elektrode an eine Öffnung in der rechten Seitenwand angepaßt ist. Die im wesentlichen flache Konfiguration und die gekrümmten Ränder von Kathode und Anode werden im Hinblick auf die weitgehende Verringerung der elektrischen Feldmaxima bevorzugt; d.h. es ist wünschenswert, daß sich die durchschnittliche Feldstärke der maximalen Feldstärke innerhalb der Vorrichtung annähert. Mit anderen Worten: Die elektrische Feldstärke sollte vorzugsweise so gleichmäßig bzw. gleichförmig sein, daß sie auf einen maximalen Wert eingestellt werden kann, ohne daß elektrischer Durchschlag oder Lichtbogenbildung auftritt. Die Anode 26 trennt den Strom des gasförmigen Mediums

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an ihrer gemäß der Zeichnung linken Seite von einem ruhenden Anteil des gasförmigen Mediums an ihrer rechten Seite, die vorzugsweise gegenüber der linken Seite abgedichtet ist, um eine Staubansammlung zwischen Anode 26 und Fenster 24 zu verhindern. Die dünne Wand bzw. das Fenster 24 trennt das ruhende Medium von einem Bereich sehr niedrigen Drucks, d.h. mit einem Druck von

-4
bis zu 3 χ 1 ο Torr. Das Fenster 24 kann aus einem beliebigen Werkstoff gebildet sein, welcher Elektronen durchzulassen und den niedrigen Druck innerhalb des Elektronengenerators 20 gegenüber dem Außendruck zu trennen vermag. Das Fenster 24 kann somit z.B. aus Titan, Aluminium, rostfreiem Stahl, Nylon oder dergl. bestehen. Die Anodenplatte 26 kann aus einer dünnen Schicht oder Lage eines leitfähigen Materials, wie Titan, Aluminium oder rostfreiem Stahl, bestehen, wobei die Gesamtdicke von Anode und Fenster vorzugsweise weniger als etwa 0,05 mm beträgt, so daß der Durchtritt der Elektronen durch diese Anordnung möglich ist. Wenn das Fenster 24 aus einem leitfähigen Werkstoff besteht, kann es so ausgebildet sein, daß es gleichzeitig als Anode 26 dient. Im allgemeinen wird Jedoch vorzugsweise eine getrennte Anode 26 vorgesehen, um die Wartung des Elektronenstrahlgenerators zu vereinfachen. In speziellen Ausführungsformen kann es weiterhin vorteilhaft sein, die Elektrode 26 aus einem Sieb- oder Gittermaterial oder aus Stäben zu bilden. Einrichtungen zur Einschnürung oder Aufweitung des Gasstroms zwecks Regelung seiner Geschwindigkeit und zur 709808/0695

Steuerung der Mischwirkung oder der Turbulenz des Stroms sind nicht näher veranschaulicht. Die Anode 26 wird vorzugsweise so aufgeladen bzw. an Spannung gelegt, daß sie eine möglichst hohe Feldstärke, im allgemeinen von etwa 12-18 kV/cm, im gasförmigen Medium erzeugt. Dabei kann jedoch jedes beliebige Potential bis hinauf zum Durchbruchpotential des gasförmigen Mediums angewandt werden. Der Elektronenstrahlgenerator 20 ist zwischen Einlaß 12 und Auslaß 14 so angeordnet, daß er das gasförmige Medium bzw. den Abstrom mit durch das Fenster 24 und die Anode 26 hindurchtretenden Elektronen bestrahlt. Außerdem besitzt der Elektronengenerator vorzugsweise eine solche Leistung, daß er einen Elektronenstrahl mit einer ausreichend hohen Energiedichte liefert, um genügend Ionen zur Aufladung aller Teilchen im gasförmigen Medium bis nahezu zum Sättigungszustand zu liefern.

Der Elektronengenerator ist vorzugsweise so angeordnet, daß er nur das unmittelbar neben der Ariodenfläche befindliche Volumen bestrahlt. Dies wird durch Anwendung von Elektronen erreicht, die nur ein kurzes Stück in das gasförmige Medium einzudringen vermögen. Der Elektronengenerator 20 arbeitet vorzugsweise mit einer so hohen Spannung, daß eine Ionisierung erzeugt wird, und mit einem so hohen Strom, daß die Ionenmenge erzeugt wird, welche die. Teilchen im Gasstrom aufzuladen vermag. Der Elektronengenerator wird somit vorzugsweise so be-

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trieben, daß er Elektronen liefert, die in das gasförmige Medium.mit einer Energie von etwa 1-12 KeV pro cm e» Plattenabstand eindringen, während sein Strompegel etwa 1 Mikroampere pro Meter der Plattenbreite senkrecht zum Gasstrom beträgt. Bei einer Konstruktion mit einem 0,013 mm (0,5 mils) dicken Titanfenster, das gleichzeitig als Anode wirkt, und mit einem Abstand von 10 cm zwischen Anode und Kathode arbeitet die Vorrichtung zufriedenstellend mit durch das Fenster hindurchtretenden Elektronen mit einer Energie zwischen etwa 100 keV und 115 keV.

Wenn das Fenster 24 des Elektronenstrahlgenerators gleichzeitig auch als Elektrode 26 dient, ist das dem mit Teilchen beladenen gasförmigen Medium ausgesetzte Fenster 24 gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung selbstreinigend. Bei Verwendung einer getrennten Elektrode 26 verhindert der Elektronenstrahl des Generators eine Teilchenansammlung an der Anode 26. Obgleich sich bei jeder Konstruktion zeitweilig einige Teilchen auf der freiliegenden Fläche befinden können, häufen sich die Teilchen infolge der Selbstreinigungswirkung nicht an dieser Fläche an. An der freiliegenden Fläche setzen sich also keine kleinen Teilchen ab, da diese abgestossen werden, bevor sie diese Fläche erreichen können. Wenn die kleinen Teilchen mit den durch den Elektronengenerator erzeugten Elektronen beschossen werden, gehen die Elektronen unter Sekundärremission vollständig durch diese Teilchen hindurch, so daß die kleinen Teil-709808/0695

chen positiv geladen und von der positiv geladenen Fläche abgestoßen werden. Die kleinen Teilchen erreichen somit in keinem Fall die Fläche, so daß sie sich nicht daran absetzen können.

Größere Teilchen werden dagegen nicht von den sie bombardierenden Elektronen durchschlagen, so daß die Sekundäremissionseffekte im Vergleich zur Anhäufung von Elektronen im betreffenden Teilchen unbedeutend sind. Infolgedessen baut sich im Inneren des Teilchens eine innere Spannung auf, die im wesentlichen negativ wird. Wenn sich das Teilchen in Berührung mit der genannten Fläche befindet, entlädt es sich zum Berührungspunkt zwischen Teilchen und Fläche. Durch diese Entladung wird ein etwa "baumförmiger" Entladungspfad gebildet, der von den "Zweigen" ausgeht und sich zu einem dickeren oder weiteren "Stammteil" vereinigt, wo er die Fläche kontaktiert. Diese Pfade sind Löcher im Teilchen, die durch die Verdampfung des Teilchenfeststoffs zu einem Gas hervorgerufen werden. Die Verdampfung führt zu einer tausendfachen Volumenvergrößerung, welche über die Entladungspfadejentweicht. Durch diesen Verdampfungsvorgang wird eine große Kraft erzeugt, welche das Teilchen von der Fläche hinwegschleudert oder es sogar zerstört; durch jeden dieser Vorgänge wird die Fläche von den Teilchen befreit. Außerdem werden durch die Kraft des einen, von der Fläche gelösten Teilchens effektiv auch mehrere andere Teilchen entfernt.

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Diese Reinigungswirkung kann durch Erhöhung der Betriebsspannung des Elektronengenerators noch vergrößert werden. Ersichtlicherweise kann mithin die Betriebsspannung, möglicherweise periodisch, variiert werden, um die Reinigungswirkung zu steuern. Auf diese Weise kann ein optimaler Betriebszyklus aufgestellt werden, mit dem eine zufriedenstellende Reinigung erreicht und der Leistungsbedarf für den Gesamtbetrieb der Vorrichtung auf ein Mindestmaß verringert wird.

Die obere Grenze der elektrischen Feldstärke bestimmt sich durch die dielektrische Festigkeit oder Stärke des gasförmigen Mediums beim Arbeitsdruck. Bei einem Abstand von 10 cm zwischen Kathode und Anode, wie er bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewandt wird, beträgt die gleichmäßige Felddurchbruchfestigkeit von Luft bei normaler Dichte etwa 26 kV/cm. Da die absolute Temperatur in einem typischen gasförmigen Abstrom im Bereich von etwa 400 - 600⁰K liegt, ist die Gasdichte etwa um den Faktor 2 niedriger als die normale atmosphärische Dichte, so daß die Grenzfestigkeit oder -stärke des Felds etwa 13 kV/cm beträgt. In einem gasförmigen Abstrom sind jedoch häufig elektronenanziehende (electrons attaching) Gase, z.B. Schwefeldioxid, vorhanden, wobei das Vorhandensein dieser Gase einen Betrieb mit einem höheren Wert des elektrischen Felds als mit dem genannten Wert von 13 kV/cm ermöglichen kann.

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Weiterhin ist zu beachten, daß der Elektronengenerator einen einzigen breiten, dauerhaften Strahl oder aber einen oder mehrere schmale Strahlen erzeugen und auch so ausgelegt sein kann, daß er die Fläche innerhalb der Vorrichtung in einem vorbestimmten Schema abtastet. Beispielsweise kann das Schema so gewählt sein, daß der Strahl einem sich bewegenden gasförmigen Medium durch ein "Volumen während der durchschnittlichen Verweilzeit der Teilchen in diesem Volumen nachfolgt, um daraufhin fortlaufend weitere Volumina auf gleiche Weise zu behandeln, um sodann nach einer für die Wiederbefüllung des ersten Bereichs mit Teilchen erforderlichen durchschnittlichen Diffusionszeit wieder zum ersten Volumen zurückzukehren.

Die verbleibende Umgebungsmischwirkung oder Turbulenz des Stroms des gasförmigen Mediums durch die Vorrichtung trägt das mit Teilchen beladene gasförmige Medium bis zu einem Abstand an die geladenen Elektroden heran, in welchem eine Nebenschicht (sublayer) der Laminarströmung-Grenzschicht festgelegt wird. In einem mit der Reichweite der Elektronen im Medium vergleichbaren Dickenbereich ist die Ladung an den Staubteilchen wegen des Vorhandenseins von Ionen beider Polaritäten nahezu neutralisiert. Im restlichen Bereich werden die Ladungsgrößen der Teilchen jedoch nicht mehr neutralisiert, und die Ladungen bauen sich schnell auf, so daß zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Wirbelstrombewegung

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den Gasstrom zur Kathode 28 und sodann von ihr weg bewegt, infolge der auf die Ladungen ausgeübten elektrischen Kraft Staubteilchen zurückbleiben, die eine positive Ladung tragen. Während die Teilchen an der Kathode haften, können sie durch die Beaufschlagung mit Gasionen weitere Ladungen erhalten. Hierdurch wie die Halte- oder Haftkraft erhöht, so daß die Teilchen nicht zu einem Ablösen oder Trennen neigen. Falls der Staub jedoch einen sehr hohen spezifischen Widerstand besitzt, kann sich durch diesen Ladungsaufbau eine übermäßig große lokale Feldstärke ergeben, die zu einem schädlichen lokalen Durchbruch oder Durchschlag führt. Letzterer kann dadurch verhindert werden, daß die Ionendichte im gasförmigen Medium, außer im Bereich der anfänglichen Teilchenaufladung, niedrig gehalten wird. An der Kathode 28 sammeln sich schnell Teilchen aller Größe an, weil das elektrische Feld, das in der Masse des Gases durch das Erfordernis für die Koronabildung an einer Kante nichtjmehr auf etwa 4· kV/cm begrenzt ist, auf etwa 13-18 kV/cm erhöht werden kann. Bei dieser bevorzugten Arbeitsweise überbrückt das starke Feld praktisch den gesamten Abstand zwischen den Elektroden. Obgleich die vorstehenden Erläuterungen das Herausziehen von positiven Ionen aus dem Bereich des neutralen Plasmas betreffen, ist die Erfindung selbstverständlich auch auf Ionen mit negativer Polarität anwendbar. Die Anwendung von positiven Ionen bietet jedoch den Vorteil, daß Elektronen und negative Ionen zur Anode

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zurück angezogen werden und die Dicke oder Tiefe des Bereichs des neutralen Plasmas auf gewünschte Weise weitgehend verringert werden kann. Wie erwähnt, ist die durch den üblichen Mechanismus der Feldaufladung erzielte Sättigungsladung einem Grenzwert unterworfen, der durch die elektrostatische Abstoßung zwischen den Teilchen, die bereits eine Ladung aufgenommen haben, und den weiteren, sich ihnen nähernden Ladungen bestimmt wird.

Erfindungsgemäß istpagegen die Sättigungsladung aller Teilchen erheblich höher, weil die mittlere elektrische Feldstärke um einen Faktor von etwa 3 bis 5 angehoben werden kann. Infolgedessen werden auf ein 0,3 Mikron großes Teilchen in einem 18 kV/cm-Feld etwa 60 - 80 Ladungen aufgebracht, während beim Durchgang durch eine übliche elektrostatische Fällvorrichtung typischerweise nur etwa 20 - 30 Ladungen auf ein solches Teilchen aufgebracht werden. Bezüglich der Feldaufladung bestimmt sich die anfängliche Aufladungsgeschwindigkeit oder -größe durch die Gleichung

4,7 χ 10~⁵ E * N * € D²

dN/dt=

in welcher D den Teilchendurchmesser in Mikron, E die elektrische Feldstärke in kV pro cm, ^ die dielektrische.·: Konstante des Teilchens und N_Q die Umgebungs-Ionenkonzentration in Anzahl pro cnr bedeuten. Bei herkömmlichen Fällvorrichtungen betragen die Werte für N_Q etwa 3 x 10' pro cm · Bei der Erfindung wird der Faktor H_Q unabhängig 709808/069S

von der Feldstärke E geregelt, während diese beiden Werte bei herkömmlichen Fällvorrichtungen voneinander abhängig sind. Die Feldstärke kann zur Erzielung spezieller Vorteile unabhängig von N geregelt werden, d.h. die Feldstärke kann zur größtmöglichen Verringerung des Leistungsverbrauchs herabgesetzt oder zur größtmöglichen Erhöhung der Aufladungsgeschwindigkeit vergrößert wer-

den. In einem 18 kV/cm-Feld mit einem Wert N von 3 χ 10 / cm entspricht im Fall eines 0,3 Mikron großen Teilchens dN/dt beispielsweise etwa 800 - 2200 pro Sekunde, so daß sich das Teilchen sehr schnell seiner Sättigungsladung von etwa 60 - 80 nähert. Falle es aus anderen Gründen nötig ist, das Feld zu reduzieren, kann die Aufladungsgeschwindigkeit oder -größe durch Erhöhung des Werts N aufrechterhalten werden.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß eine beträchtliche Verkürzung der Aufladungszeit sowie eine erhebliche Vergrößerung der Gesamtladung bei einem 0,3 Mikron großen Teilchen erreicht wird, das in dem starken elektrischen Feld aufgeladen wird, welches in einem Kanal oder Durchgang bestehen kann, welchem Ionen z.B. durch die von einem Elektronengenerator gelieferten Elektronen hoher Energie zugeführt werden, anstatt das Teilchen in den für herkömmlichen Fällvorrichtungen typischen kleineren Gesamtfeldern aufzuladen. Die durch den Elektronenstrahl bewirkte Aufladung übertrifft folglich die derzeitjbei den bekannten Fällvorrichtungen angewandte Aufladung sowohl bezüglich der

Geschwindigkeit oder Größe als auch bezüglich der während 70 9 808/06 95

einer annehmbaren Verweilzeit der Teilchen in der Vorrichtung erzielbaren maximalen Ladung, während gleichzeitig für den Betrieb weniger Leistung benötigt wird. Außerdem ist das auf jede dieser Ladungen einwirkende elektrische Feld unjetwa den Faktor 4 größer, und es gewährleistet eine durchschnittliche Fällgeschwindigkeit, die etwa zwölfmal größer ist als die Geschwindigkeit, die im Fall von 0,3 Mikron großen Teilchen in den derzeit verwendeten Fällvorrichtungen erreicht werden kann. Da diese Teilchen jedoch nur an einer der beiden Flächen gesammelt werden bzw. aufgefangen werden, wird der effektive Sammelgrad pro Flächeneinheit nur etwa um den Faktor 6 erhöht. Mit einer wahlweise möglichen Konstruktion unter Verwendung zweier Elektronenrohre zu beiden Seiten einer zentralen Sammelkathode könnte der Auffang- oder Sammelgrad etwa um den Faktor 12 erhöht werden. Wahlweise könnte ein Elektronenstrahl zur Bildung eines Plasmas längs des Zentrums der Fällvorrichtung in Abwärtsrichtung projiziert werden. Jede Elektrode würde in diesem Fall jeweils die betreffenden, entgegengesetzt geladenen Teilchen anziehen und diese somit aus dem gasförmigen Medium ausscheiden.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das dünne, gekrümmte Elektronenstrahlfenster 24 vorzugsweise mit der dünnen metallenen Anode 26 belegt ist, um das stark beanspruchte Fenster 24 vor korrodierenden Gasen und großen Teilchen im gasförmigen Medium oder Abstrom zu schützen. Die Anode 26, die eine flache Schutzabdeckung bildet,

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gewährleistet dabei auch eine gleichmäßigere Verteilung des elektrischen Felds, scjdaß sie auch eine höhere durchschnittliche Feldstärke ermöglicht.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 40 weist an ihrem unteren Ende einen Einlaß 42 und an ihrem oberen Ende einen Auslaß 44 auf, wobei das gasförmige Medium bzw. der Abstrom oder Abgas, wie durch die Pfeile angedeutet, lotrecht aufwärts strömt. Das staubbeladene gasförmige Medium durchströmt den Fällkanal vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 5-10 m/s. Ein Elektronengenerator 48 dient zur Bestrahlung des Abstroms, während er sich im Kanal 46 befindet. Eine bei der Vorrichtung vorgesehene Kathode kann - wie dargestellt - die Form eines flexiblen Bands 50 aus rostfreiem Stahl besitzen, das um obere und untere Rollen 52 bzw. 5^ herumläuft, wobei eine der unteren Rollen durch einen Motor 56 angetrieben wird. Das Band weist eine Vorderseite, welche dem den Kanal durchströmenden, Staub mit hohem spezifischen Widerstand enthaltenden gasförmigen Medium ausgesetzt ist, sowie eine sich außerhalb des Kanals befindende Rückseite auf, an welcher die Teilchen entfernt werden können, bevor das Band wieder in den Kanal eintritt und erneut dem Abstrom ausgesetzt wird. Ein Vorteil der Vorrichtung gemäß Fig. 2 liegt in ihrer verhältnismäßig geringen Höhe im Vergleich zu den weniger wirkungsvollen bekannten Fällvorrichtungen, bei vorgegebener Durchsatzmenge.

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Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung führt die in Fig. 3 im Schnitt dargestellte, abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 60 ein gasförmiges Medium bzw. einen Abstrom aus der Zeichnungsebene in Richtung auf den Betrachter. Wie durch die gekrümmten Pfeile innerhalb der Vorrichtung angedeutet, besitzt der Abstrom vorzugsweise eine gewisse Turbulenz, so daß eine großräumige Vermischung der Teilchen bei ihrem Durchgang durch die Vorrichtung stattfindet. Infolge dieser Mischwirkung werden die Teilchen umhergewirbelt und beim Durchgang dicht an die negativ geladenen Kathoden 62 sowie die positiv geladene Anode 64 herangebracht. Durch die Turbulenzwirkung werden Teilchen aus dem Bereich neutraler Ladungsdichte nahe dem Elektronenstrahlfenster herausverlagert und durch den Bereich positiver Ladungsdichte bis dicht an die Kathoden herangeführt. Auf diese Weise können alle Teilchen von den Kathoden angezogen werden, so daß sie aus dem gasförmigen Medium ausgefällt oder abgetrennt werden, bevor das Medium am Auslaß austritt» Obgleich in der schematischen Darstellung von Fig. 3 weder die äußeren Seiten- noch die Endwände der Vorrichtung veranschaulicht sind, sind die Elektroden 62 und 64 ersichtlicherweise in den äußeren Seitenwänden angeordnet, welche den Abstrom durch die Vorrichtung führen. Die Elektronengeneratoren bestehen vorzugsweise aus einer Anzahl dünner Drähte oder angerauhter Stäbe 66, die innerhalb der Anodenfläche 64 in evakuierte Röhren 68 eingeschlossen sind. Diese Drähte sind dünn, und sie werden an ein

so hohes negatives Potential gelegt, daß sie Elektronen 709808/0695

durch Feldemissim emittieren. Wahlweise können die Drähte 66 erwärmt werden, so daß sie Elektronen auf thermionischem Weg emittieren. Diese Elektroden werden durch die dünnen Anodenwandröhren 68 angezogen; infolge des hohen Spannungsunterschieds besitzen sie dabei genügend Energie, um die dünne Metallanode 64 zu durchdringen. Nicht dargestellte Anodenträger bestehen aus strukturell versteifenden Schleifen aus Metall, die innerhalb der Röhren auf gleichmäßige Abstände verteilt sind. Die Arbeitsweise entspricht der vorher in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß Fig. beschriebenen. Ein Vorteil der Konstruktion gemäß Fig. 3 besteht darin, daß dann, wenn die Vakuumabdichtung an einem der Drähte 66 unterbrochen ist, die Spannung vom unterbrochenen Draht abgenommen werden kann, ohne die Arbeitsweise der Vorrichtung wesentlich zu beeinträchtigen.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht mithin hervor, daß mit der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum.elektrostatischen Ausfällen oder Abtrennen von Teilchen aus einem teilchenführenden gasförmigen Medium geschaffen wird, wobei dieses Verfahren und diese Vorrichtung wirkungsvoller sind als die bisher angewandten Konstruktionen und sich für die Abscheidung äußerst kleiner Teilchen, und zwar auch solcher mit einem Durchmesser von nur 0,1 Mikron eignen. Neben der wirksamen Ausfällung solch kleiner Teilchen gewährleistet die Erfindung eine schnelle Aufladung und Ausfällung oder Abtrennung derartiger kleiner sowie größerer 709808/0695

Teilchen sowie einen schnellen Durchsatz des gasförmigen Mediums bzw. Abstroms oder Abgases.

Obgleich vorstehend spezielle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Alternativen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum elektrostatischen Ausfällen oder Abtrennen von Teilchen aus einem diese mitführenden gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium über einen Kanal in eine Fällstation(iO; GO) eingeleitet wird, in welcher die Teilchen in einen ersten, Ionen nur der einen Polarität enthaltenden Bereich eingeführt werden, daß das Medium einem Elektronenstrom ausgesetzt wird, und in einem zweiten Bereich Ionen beider Polaritäten erzeugt, wobei die Ionen der einen Polarität imjersten Bereich vom zweiten Bereich geliefert werden, und daß das Medium in ein gleichmäßiges, starkes elektrisches Feld eingeführt wird, um die Ionen der einen Polarität auf die Teilchen zu treiben, wobei die geladenen Teilchen infolge des elektrischen Felds von einer oder mehreren Elektroden mit einer Ladung der entgegengesetzten Polarität angezpgen werden und daß aus dem Medium abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrom durch eine Elektronenstrahlquelle (48) erzeugt wird.

J. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (48) eine Ionenmenge erzeugt, welche die Teilchen aufzuladen vermag.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa 1-12 keV pro cm Elektrodenabstand und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzen.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweitgenannte Bereich in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld eine sich seiner maximalen Feldstärke annähernde durchschnittliche Feldstärke besitzt.

7« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fällstation mindestens eine negativ geladene Elektrode aufweist und daß die geladene Elektrode bzw. Elektroden entgegengesetzt geladene Teilchen anzieht bzw. anziehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zweitgenannten Bereichs gegenüber dem Volumen des ersten Bereichs vergleichsweise klein ist.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zweiten Bereichs weniger als etwa 10 % des Volumens des ersten Bereichs beträgt.

10. Verfahren zum elektrostatischen Ausfällen oder Abtrennen von Teilchen aus einem diese mitführenden gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium 7 0 9 3 0 8/0895

in der Weise durch eine Fällstation geführt wird, daß es nahe an mindestens einer positiv geladenen und mindestens einer negativ geladenen Elektrode an dieser Fällstation vor bei strömt, wobei die Elektroden zur Erzeugung eines starken elektrischen Felds in der FaIlstation geladen sind, daß das Medium an der positiv geladenen Elektrode Elektronen mit hoher Energie ausgesetzt wird, und daß die Elektronen in einem Bereich neben der positiven Elektrode ein Plasma mit einer vorbestimmten Dicke zu erzeugen vermögen, wobei die sich aus diesem Bereich herausbewegenden positiven Ionen die Teilchen des Mediums beschießen bzw. bombardieren und dabei den Teilchen eine positive Gesamtladung erteilen, so daß die Größe der Anziehungskraft zwischen den Teilchen und der negativen Elektrode in einem solchen Maß ansteigt, daß sich die Teilchen zur negativ geladenen Elektrode hin verlagern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen durch einen Elektronengenerator (20) erzeugt werden, der mit einer für die Hervorbringung einer Ionisierung ausreichenden Spannung und mit einem so hohen Strom arbeitet, daß eine für die Aufladung der die Fällstation durchströmenden Teilchen ausreichende Ionenmenge erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa 1-12 ReV pro cm Elektrodenabstand und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzt.

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13· Verfahren zum elektrostatischen Ausfällen oder Abtrennen von Teilchen aus einem diese mitführenden gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in der Weise durch eine Fällstation geführt wird, daß es nahe an mindestens einer positiv geladenen und mindestens einer negativ geladenen Elektrode an dieser Fällstation vorbeiströmt, und daß an der Fällstation hochenergetische Elektronen mit einer vorbestimmten Energie in das gasförmige Medium injiziert werden, so daß das Medium an einer negativ geladenen Elektrode den Elektronen mit hoher Energie ausgesetzt wird, wobei durch die injizierten Elektronen in einem Bereich neben der negativen Elektrode ein Plasma erzeugt wird und die sich aus diesem Bereich herausbewegenden negativen Ionen die Teilchen des Mediums beschießen bzw. bombardieren und dabei den Teilchen eine negative Gesamtladung erteilen, so daß sich die Größe der Anziehungskraft zwischen den Teilchen und der positiven Elektrode derart erhöht, daß sich die Teilchen zur positiv geladenen Elektrode verlagern.

14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen durch einen Elektronengenerator erzeugt werden, der mit einer für die Hervorbringung. einer Ionisierung ausreichenden Spannung und mit einem so hohen Strom arbeitet, daß eine für die Aufladung der die lällstation durchströmenden Teilchen ausreichende Ionenmenge erzeugt wird.

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15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa 1-12 KeV pro cm Elektrodenabstand und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzen.

16. Verfahren zum Ausfallen oder Abtrennen von Teilchen aus einem gasförmigen Medium an einer Fällstation mit mehreren Elektroden, einschließlich mindestens einer Anode und mindestens einer Kathode, welche die eine positive Gesamtladung tragenden Teilchen anzuziehen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Erzeugung eines starken elektrischen Felds in der Fällstation geladen bzw. an Spannung gelegt werden, daß das die Teilchen enthaltende Medium durch mindestens einen Durchgang oder Kanal in der Fällstation mit ausreichender Mischwirkung hindurchgeleitet wird, um die Teilchen aus jedem Bereich herauszuverlagern, injwelchem ein Plasma mit einer vorwiegend neutralen Gesamtladung vorhanden ist, und daß das Medium beim Eintritt der Teilchen in die Fällstation den durch einen Elektronengenerator erzeugten Elektronen ausgesetzt wird, wobei der Elektronengeneratoi¹ einen positive und negative Ionen enthaltenden Plasmabereich zu bilden vermag, der im Vergleich zum Volumen des Durchgangs oder Kanals klein ist, und wobei die aus dem Plasmabereich austretenden positiven Ionen die Teilchen des Mediums beschießen bzw. bombardieren und sie eine positive Gesamtladung annehmen lassen, so daß die positiv geladenen Teilchen durch die Misch-709808/0695

wirkung und das starke elektrische Feld im Durchgang oder Kanal an die Kathode angezogen werden.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Plasmabereich neben der Anode befindet.

18. "Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabereich weniger als etwa 10 '/Ό des Volumens des Durchgangs oder Kanals einnimmt.

19· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden im|wesentlichen flache Elemente
mit bogenförmig gekrümmten Rändern sind.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronengenerator mit einer für die Hervorbringung einer Ionisierung im Plasmabereich ausreichenden Spannung und einem so hohen Strom arbeitet, daß eine für die Aufladung der die Fällstation durchströmenden Teilchen ausreichende Ionenmenge erzeugt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa - 1 - 12 ReV pro cm des Elektrodenabstands und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzen.

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22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden ein starkes elektrisches Feld erzeugen, in welchem sich die durchschnittliche Feldstärke der maximalen Feldstärke annähert.

23- Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Feldstärke bis zu einem Bereich von etwa 12 - 18 kV/cm reicht.

24. Verfahren zum Abscheiden von Teilchen aus einem gasförmigen Medium an einer Fällstation mit mehreren Elektroden, einschließlich einer oder mehreren positiv geladenen Anoden und einer oder mehreren negativ geladenen Kathoden, wobei die Anoden Teilchen, die eine negative Gesamtladung tragen, anzuziehen vermögen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aufgeladen bzw. an Spannung gelegt werden, um innerhalb der Fällstation ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen, daß das Medium in der Fällstation durch mindestens einen Durchgang oder Kanal mit einer so großen Mischwirkung hindurchgeleitet wird, daß die Teilchen aus jedem Bereich des Plasmas mit einer vorwiegend neutralen Ladung herausverlagert werden, und daß das die Teilchen enthaltende Medium beim Eintritt der Teilchen in die Fällstation den durch einen Elektronenstrahlgenerator erzeugten Elektronen ausgesetzt wird, wobei der Elektronenstrahlgenerator einen positive und negative Ionen enthaltenden Plasmabereich zu bilden vermag, der im Vergleich zum Volumen des Durchgangs

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oder Kanals klein ist, wobei die aus dem Plasmabereich austretenden negativen Ionen die Teilchen des Mediums beschießen bzw. bombardieren und sie eine negative Gesamtladung annehmen lassen und wobei die negativ geladenen Teilchen durch die Mischwirkung und den Einfluß des elektrischen Felds im Durchgang von der Anode angezogen werden.

25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden die Form von im wesentlichen flachen Elementen mit gekrümmten Eandabschnitten besitzen.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabereich weniger als etwa 10 % des Volumens des Durchgangs oder Kanals einnimmt.

27- Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronengenerator mit einer für die Erzeugung einer Ionisierung im Plasmabereich ausreichenden Spannung und mit einem so großen Strom arbeitet, daß er eine für die Aufladung der die Fällstation durchströmenden Teilchen ausreichende Ionenmenge erzeugt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa 1-12 KeV pro cm Elektrodenabstand und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzen.

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29· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich der die positiven und negativen Ionen enthaltende Bereich des Plasmas dicht an der Kathode befindet.

30. Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus einem die Vorrichtung durchströmenden gasförmigen Medium, gekennzeichnet durch einen Einlaß (12) zur Aufnahme des Mediums und einen Auslaß (14) zum Austragen desselben, einen zwischen Einlaß und Auslaß gelegenen Kanal zur Führung des Mediums durch die Vorrichtung, eine oder mehrere positiv geladene Elektroden (26) im zentralen Teil, eine oder mehrere im zentralen Teil angeordnete, negativ geladene Elektroden (28) zum Anziehen von eine positive Gesamtladung tragenden Teilchen aus dem Medium, eine Einrichtung zum Aufladen der Elektroden auf hohe Feldstärke im zentralen Teil der Vorrichtung und eine Elektronenstrahlquelle (20) zur Gewährleistung einer Zufuhr von positiven Ionen, welche die Teilchen beschießen bzw. bombardieren, so daß sie von der negativ geladenen Elektrode angezogen werden.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen eine Energie von etwa 1 - 12 keV pro cm Elektrodenabstand und etwa 1 Mikroampere pro Meter der Elektrodenbreite senkrecht zum Gasstrom besitzen.

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32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlenergiequelle die zugeführten Ionen nahe der positiv geladenen Elektroden erzeugt.

33· Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden im wesentlichoiflach ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind und bogenförmig gekrümmte Ränder aufweisen, so daß sie zwischen sich ein im wesentlichen gleichmäßiges, starkes elektrisches Feld erzeugen.

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