DE963866C - Verfahren und Vorrichtung zur Dichte- und Geschwindigkeitssteuerung in gasfoermigen Medien - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

/ 6359 VIIIc 112 e

in gasförmigen Medien

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Dichte- und Geschwindigkeitssteuerung in gasförmigen Medien, wie Gasgemischen, Aerosolen und Dispersionen von festen und flüssigen Teilchen in gasförmigen Trägern. Das Prinzip der Erfindung kann durch entsprechende qualitative und quantitative Anpassung unter anderem für alle jene Zwecke nutzbar gemacht werden, für welche in zunehmendem Ausmaß Hörschall- oder Ultraschallschwingungen angewendet werden. Als Anwendungsbeispiele der Erfindung seien die Koagulation und gegebenenfalls Sedimentation von Suspensionen in der Gasphase sowie die Trennung verschiedener Bestandteile von Gasgemischen auf Grund ihrer verschiedenen Massen genannt.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Behandlung von gasförmigen Medien bekannt, wonach Hörschall- oder Ultraschallschwingungen auf diese Medien zur Einwirkung gebracht werden, um in diesen eine Dichtesteuerung hervorzurufen, wodurch beispielsweise suspendierte Teilchen koaguliert werden und sodann entweder auf Grund der größeren Abmessungen des Koagulats leichter abgeschieden werden können oder im weiteren Verlauf der Behandlung unmittelbar zur Sedimentation gebracht werden.

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Ein Mangel, der diesen bekannten Beschallungsverfahren anhaftet, liegt in dem geringen erzielbaren Wirkungsgrad. Um nämlich eine relativ geringe Menge von suspendierten Teilchen abzuscheiden, muß eine sehr große Menge des gasförmigen Mediums mit einer für die Koagulation hinreichenden Energie beschallt werden. Der Wirkungsgrad nimmt überdies mit fallendem Gasdruck rasch ab, und bei einem Druck von einigen cm Quecksilbersäule versagen die bekannten Verfahren in der Praxis völlig, weil die Herstellung einer schwingenden Fläche mit den zur Erzielung der erforderlichen Schallenergie notwendigen großen Abmessungen auf große Schwierigkeiten stößt.

Es sind auch Verfahren zur Sedimentation von Dispersionen von festen und flüssigen Teilchen in Gasen bekannt, welche auf der elektrostatischen Anziehung beruhen. Das gasförmige Medium wird hierbei durch ein Kondensatorfeld geleitet, in dem sich die aufgeladenen, im Vergleich zu den Gasmolekülen großen Teilchen der Suspension schwerer halten können und schließlich an den Elektroden des Kondensators abgelagert werden.

Bei der praktischen Auswertung dieses Verfahrens beretet die Erzeugung der erforderlichen hohen elektrischen Feldstärke, d. h. die Aufrechterhaltung einer möglichst großen Potentialdifferenz bei möglichst geringem Elektrodenabstand, erhebliche Schwierigkeiten, die insbesondere bei sinkendem Gasdruck wegen der Abnahme der Durchschlagfestigkeit des gasförmigen Mediums bald unüberwindlich werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet die vorstehend angeführten Schwierigkeiten der bekannten Verfahren zur Dichte- und Geschwindigkeitssteuerung in gasförmigen Medien durch Ausnutzung elektrostatisch gesteuerter Laufzeiteffekte und besteht im wesentlichen darin, daß die zu beeinflussenden, in einem strömenden gasförmigen Medium enthaltenen Teilchen elektrisch aufgeladen und der Krafteinwirkung einer Reihe von in der Strömungsrichtung des Mediums aufeinanderfolgenden, gegeneinander vorzugsweise um i8o° phasenverschobenen elektrischen Wechselfeldern ausgesetzt werden, wobei die Frequenz und die Amplituden dieser Wechselfelder sowie die Längen der einzelnen Feldräume in bezug auf Ladung, Masse und Anfangsgeschwindigkeit der Teilchen derart gewählt sind, daß längs der Bewegungsbahn der geladenen Teilchen infolge von abwechselnd bremsender und beschleunigender Feldeinwirkung auf die Teilchen eine Reihe von Verdichtungs- und Verdünnungsstellen dieser Teilchen in dem gasförmigen Medium auftritt, die ihrem Charakter nach ähnlich einer Schallwelle sind.

Um störende Nebenerscheinungen durch Teilchenkollisionen möglichst auszuschalten, erfolgt dieBehandlung der gasförmigen Medien zweckmäßig bei Unterdruck, so daß die freie Weglänge vergrößert wird, ■ wobei dieser Unterdruck vorzugsweise gleichzeitig dazu ausgenutzt wird, das betreffende Medium durch den Behandlungsraum hindurchzusaugen. Es ist andererseits aber auch möglich, das zu behandelnde Medium durch den Behandlungsraum durchzupressen. Die Aufladung der zu beeinflussenden Teilchen ergibt sich im Falle von Teilchen, die aus einer Flüssigkeit losgerissen wurden, z. B. bei Wassertröpfchen, von selbst infolge der Reibungs- bzw. Trennungselektrizität. Sie kann anderenfalls auf behebige, an sich bekannte Art, z. B. durch Übersprühen einer Ladung, vorgenommen werden. , Die Wechselfelder können sinusförmigen oder andersartigen Verlauf haben und werden zweckmäßig 7c mit gleicher Frequenz gewählt, wenngleich auch harmonische Frequenzen anwendbar sind. Schaltungsmäßig am einfachsten läßt sich eine Folge alternierend gegenphasiger Wechselfelder erzielen. Zur Vermeidung unnötiger Energieverluste der geladenen Teilchen in feldfreien Räumen sollen die einzelnen Feldräume unmittelbar aneinandergrenzen, wobei man überdies den konstruktiven Vorteil erhält, daß die zur Erzeugung der Felder dienenden Elektroden für zwei Feldräume gleichzeitig verwendet werden können, indem jede Elektrode einen Belag zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Kondensatoren bildet.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich beispielsweise zur Koagulation von in einem gasförmigen Träger suspendierten Teilchen anwenden, wobei die Koagulation an den Verdichtungsstellen dieser Teilchen erfolgt, an denen die Teilchen mit großer Kraft aufeinanderprallen. An diesen Verdichtungsstellen können im Behandlungsraum Absaugvorrichtungen für das Koagulat angeordnet werden. Die Koagulation kann auch bis zur Sedimentation getrieben werden; in diesem Falle sinken die koagulierten Teilchen unter dem Einfluß ihres Gewichtes zum Behälterboden ab und können dort ausgebracht werden.

Um nach dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Komponente aus einem Gemisch von Gasen abzuspalten, werden die Verhältnisse so gewählt, daß die auszuscheidende Komponente eine Dichteverteilung nach Art einer Schallwelle annimmt. Die übrigen Komponenten des Gasgemisches, für welche diese Selektionsbedingung nicht erfüllt ist, behalten in Strömungsrichtung des Gasgemisches eine im Mittel etwa gleichmäßige Dichteverteilung bei. Es ergibt sich also, daß die auszuscheidende Komponente an den Verdichtungsstellen mit wesentlich erhöhter Konzentration vorhanden ist als im ursprünglichen Gemisch. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß entweder an den Verdichtungsstellen ein mit der auszuscheidenden Komponente angereichertes oder an den Verdünnungsstellen ein bezüglich der auszuscheidenden Komponente verarmtes Gemisch abgesaugt wird, wobei jeweils die restlichen Komponenten des Gemisches am Ende des Behandlungsraumes ausströmen.

Ein Anwendungsbeispiel dieses Selektionsprinzips ist die Abscheidung von Wasserstoff aus technischem Generatorgas.

Das Verfahren der Erfindung kann in der Weise weitergebildet werden, daß man die geladenen Teilchen nach Durchlaufen einer zu schallwellenartigen Verdichtungen führenden Reihe von Feldräumen eine Reihe von Wechselfeldern durchlaufen läßt, deren Frequenz, Amplituden und Feldraumlängen unter Berücksichtigung von Ladung, Masse und Geschwindigkeit der geladenen Teilchen derart gewählt sind, daß eine wesentliche Menge der geladenen Teilchen

beim Übergang in den jeweils nächsten Feldraum in diesem eine im gleichen Sinne wie im vorhergehenden Feldraum beschleunigend wirkende Feldphase antrifft, so daß die Geschwindigkeit dieser Teilchen stetig wächst. Die Längen der aufeinanderfolgenden Feldräume müssen hierbei zunehmen, wogegen die Wechselfeldstärken gegebenenfalls abnehmen können.

Um unter Anwendung des letztgenannten Verfahrens zur Geschwindigkeitssteuerung bestimmte Bestandteile eines Gasgemisches voneinander zu trennen, kann man quer zur Bewegungsbahn der geladenen Teilchen auf elektrostatischem oder magnetischem Wege eine Ablenkkraft ausüben, so daß die Teilchen längs ihrer Bewegungsbahn eine von ihrer Geschwindigkeit abhängige seitliche Auslenkung erfahren und, da ihre Geschwindigkeit von Masse und Ladung abhängt, auf diese Weise voneinander getrennt werden. Der gleiche Effekt ergibt sich, wenn die Eintrittsgeschwindigkeit der geladenen Teilchen in einen Feldraum mit der Feldrichtung in diesem einen Winkel einschließt, so daß eine Feldkomponente quer zur Teilchenbahn auftritt.

Die Verfahrensweisen nach der Erfindung und einige zweckmäßige Einrichtungen zur Durchführung derselben sollen nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser stellt

Fig. ι das Prinzipschema einer Einrichtung nach der Erfindung dar,

Fig. 2 zeigt schematisch eine Anlage zur Koagulation und Abscheidung von Suspensionen in der Gasphase; Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Einrichtung mit zusätzlicher Geschwindigkeitssteuerung, die zur Trennung von Bestandteilen verschiedener Masse eines gasförmigen Mediums anwendbar ist, und

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung dieser Einrichtung, bei der die angestrebte Teilchentrennung durch querliegende Feldkomponenten begünstigt wird.

In Fig. ι ist eine Reihe ebener metallischer Elektroden E₁ bis E₅ dargestellt, die^zueinander parallel und in Achsrichtung eines zylindrischen Hüllgefäßes G aus Isoliermaterial hintereinander angeordnet sind. Die Elektroden sind für das zu behandelnde gasförmige Medium durchlässig und können beispielsweise als Gitter ausgebildet sein. Je zwei benachbarte Elektroden bilden zusammen einen Kondensator, und die so erhaltene Folge von Kondensatoren, deren Feldräume mit F₁ bis F₄ bezeichnet sind, wird mit alternierend gegenphasigen Wechselspannungen gespeist, welche durch U₁ bis U₁ angedeutet sind. Die Elektrodenabstände sind mit d_x bis d_i bezeichnet.

Es sei nun angenommen, daß das zu behandelnde Medium aus einem Gas besteht, in dem Fremdkörper, wie etwa Wassertropfen, in Suspension gehalten werden. Diese Fremdkörper sind durch die kleinen Kreise T angedeutet und seien auf irgendwelche Art aufgeladen worden. Die Ladungsmenge eines Teilchens T sei mit e₀ = ν ■ ε bezeichnet, wobei ε = 4,8 · io~¹⁰e.st.Ladungseinheiten (Elementarquantum) und ν eine ganze Zahl bedeutet (v — ± 1,2 ...). Das Gemisch tritt mit der Geschwindigkeit O₀ durch die Elektrode E₁ von unten her in den ersten Feldraum F₁ ein.

Die Wechselspannungen U_n(t) an den einzelnen Kondensatoren können beispielsweise sinusförmigen 6g Verlauf haben. Durch das entstehende elektrische

Feld mit der Feldstärke —

Teilchen eine Kraft

Po = ^eo

wird auf die geladenen

L·

ausgeübt. Die Feldstärke sei dann als positiv bezeichnet, wenn diese Kraft in Strömungsrichtung ^₀ des Mediums orientiert ist, also beschleunigend auf die geladenen Teilchen wirkt.

Die zur Zeit t₀ in dieses Feld eintretenden geladenen Teilchen erlangen nach der Zeit t durch das elektrische Feld bei Fehlen sonstiger einflußnehmender Kräfte die Geschwindigkeit

m · d

h + t

l·

U {ή dt,

wobei m die Masse der Teilchen ist. Der von dem Teilchen in dieser Zeit t auf Grund der erhaltenen Beschleunigung zurückgelegte Weg beträgt

h+t
s_t — ι Vf dt.

h
I

Unter Berücksichtigung der Anfangsgeschwindigkeit v₀ ergibt sich somit für die Gesamtgeschwindigkeit und für den Gesamtweg eines Teilchens nach der Zeit t:

ν = v₀ + v_t und s = v₀ ■ t + s_f.

Zur strengen Behandlung der interessierenden Vorgänge wären hier noch Korrekturen für die Reibung und den Auftrieb anzubringen, doch sollen diese Nebeneffekte außer Betracht gelassen werden, und es sei nur die Forderung gestellt, daß bei einer Unterbrechung der beschleunigenden Kraftwirkung, deren Dauer kurz im Vergleich zur Wirkungsdauer der beschleunigenden Kraft ist, insbesondere beim Nulldurchgang des Wechselfeldes, der Geschwindigkeitsverlust der Teilchen relativ zum Gas verhältnismäßig klein bleibt. Diese Forderung ist durch Wahl eines geeigneten Unterdruckes im Gefäß G zu erfüllen, durch den die freie Weglänge der Teilchen vergrößert wird und Reibungseffekte herabgesetzt werden; überdies ist diese Forderung maßgeblich für die Festlegung der anzuwendenden Mindestfeldstärke, weil der absolute Geschwindigkeitsverlust der Teilchen eine Funktion der Absolutgeschwindigkeit ist und daher von der Feldstärke abhängt.

Die erzielte Dichte- bzw. Geschwindigkeitssteuerung des gasförmigen Mediums hängt nun von der Anfangsgeschwindigkeit V₀ des Mediums, von der Frequenz f und der Amplitude U des Wechselfeldes und vom Elektrodenabstand d ab. Durch geeignete Wahl dieser

rößen unter Berücksichtigung der Ladung e und der Masse m der Teilchen läßt sich erreichen, daß durch

eine abwechselnd beschleunigende und verzögernde Kraftwirkung auf, die einzelnen Teilchen in den verschiedenen Feldräumen eine Phasensortierung der Teilchen in dem Sinne auftritt, daß sich die Teilchen auf gewisse Weg-Zeit-Linien zusammendrängen und Pakete bilden. Für eine solche Paketbildung ist offensichtlich erforderlich, daß ein weiter hinten auf der Teilchenbahn liegendes Teilchen, z. B. das Teilchen T₁ in Fig. i, beschleunigt wird, während ein ίο weiter vorn liegendes Teilchen, z. B. das Teilchen !T₂ in Fig. i, abgebremst wird, so daß der Abstand dieser Teilchen abnimmt. Dieser Effekt wird im vorliegenden Fall dadurch erzielt, daß sich das Teilchen T₂ im Feldraum F₂ befindet, in dem die Feldstärke im betrachteten Zeitpunkt negative Richtung hat, d. h. verzögernd wirkt, während das Teilchen T₁ noch im Feldraum F₁ wandert und durch die in diesem Feldraum zur Zeit positiv gerichtete Feldstärke beschleunigt wird. Der erzielte Effekt der Paketbildung wird um so deutlicher, je größer die Anzahl der angewendeten Feldräume ist, und führt zu periodischen Dichteschwankungen im Medium, die wirkungsmäßig identisch mit Hör- oder Ultraschallwellen sind und, falls die Feldstärke den zur Überwindung der Teilchenabstoßung erforderlichen Wert überschreitet, von Feldraum zu Feldraum zunehmende Koagulation der Teilchen bewirkt.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Anlage zur Koagulation und Abscheidung von Suspensionen in der Gasphase arbeitet nach dem beschriebenen Prinzip. In dem Rohr G, das beispielsweise aus keramischem Material hergestellt ist und einen Durchmesser von 50 cm und eine Höhe von 3 m hat, sind in gegenseitigen Abständen von 6 cm ebene Gitterelektroden E₁, E₂ usw. angeordnet. Die geradzahligen und die ungeradzahligen Elektroden sind untereinander parallel geschaltet, und die beiden so erhaltenen Elektrodensysteme E₁, E₅ usw. bzw. E₂, £₄ usw. sind an eine Wechselspannung von 4,2 kV angeschlossen, so daß alternierend gegenphasige Feldräume mit der Feldstärke von 700 V/cm erhalten werden. An das untere Ende des aufrecht stehenden Rohres G ist ein Behälter B für die Suspension angeschlossen, und es ist beispielsweise angenommen, daß das Trägergas nach Beseitigung der suspendierten Teilchen verflüssigt werden soll.

Das obere Ende des Rohres G ist an eine Rohrleitung R angeschlossen, die über eine Filtereinrichtung JF und eine Pumpe P zu einem Kondensator D führt. Das gasförmige Medium wird durch die Pumpe P durch das Rohr G gesogen, wobei im Rohr ein Unterdruck von etwa 3,5 cm Hg herrscht. Durch die an das normale Wechselstromnetz angeschlossene Konden- · satorfolge werden periodische Verdichtungen (durch die Schraffur V angedeutet) und Verdünnungen des Mediums hervorgerufen, welche wirkungsmäßig einer Schallschwingung entsprechen. Die Wellenlänge dieser äquivalenten Schallschwingung ist natürlich von der der Frequenz f des Wechselfeldes entsprechenden Schallwellenlänge im gasförmigen Medium streng zu unterscheiden und beträgt im vorliegenden Falle rund cm, wenn pro Feldraum eine Verdichtung bewirkt wird, was einer Frequenz von etwa 660 Hz entspricht.

Die örtlichen Verdichtungen führen schließlich zu einer Koagulation der suspendierten Teilchen, worauf das Koagulat auf Grund der größeren Abmessungen der Teilchen ohne Schwierigkeiten, z. B. mittels eines mechanischen Filters F, praktisch restlos abgeschieden werden kann und das gereinigte Gas zur Verflüssigung in den Kondensator D gelangt.

Wenn die Anzahl der Elektroden hinreichend groß gewählt ist, kann unmittelbar im Behandlungsraum eine Sedimentation der koagulierten Teilchen auftreten, wobei zweckmäßig am Gefäß G eine Auffangvorrichtung für die sedimentierten Teilchen vorgesehen wird. Bei Verwendung eines senkrecht stehenden Gefäßes wird diese Auffangvorrichtung am einfachsten am unteren, eintrittsseitigen Ende des Gefäßes angeordnet, wobei die Gaszufuhr beispielsweise an die Gefäßseiten verlegt werden kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung kann mit nur geringfügigen Änderungen auch zur Trennung einer Komponente aus einem Gasgemisch verwendet werden. In diesem Falle werden z. B. an den Verdichtungsstellen dieser Komponente seitliche Absaugkanäle vorgesehen, wie dies in der Zeichnung durch die Pfeile P₁, P₂ und P₃ angedeutet worden ist. Das bezüglich dieser Komponente verarmte Gasgemisch oder Gas wird bei J? abgesaugt.

Während die bisher beschriebene, zur Dichtesteuerung dienende Einrichtung eine gewisse Verwandtschaft mit dem Klystron auf dem Gebiete der Elektronentechnik hat, kann durch eine Modifikation auch eine Geschwindigkeitserhöhung durch Mehrfachbeschleunigung der Teilchen erzielt werden, wie dies im Prinzip beim Zyklotron der Fall ist, wenngleich hinsichtlich der Form der Teilchenbahnen in beiden Fällen wesentliche Unterschiede bestehen. Wenn nämlich auf irgendeine Weise, z. B. durch vorhergehende Paketbildung im Teilchenstrom nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bewirkt wird, daß eine wesentliche Menge an Teilchen gleichzeitig und phasenrichtig in einen bestimmten Feldraum eintritt, dann kann man durch günstige Wahl von Elektrodenabstand, Frequenz und Amplitude des Wechselfeldes erreichen, daß das in diesem Feldraum beschleunigte Teilchenpak.et gerade zu einem Zeitpunkt in den nachfolgenden Feldraum gelangt, in dem das dortige Wechselfeld durch Phasenumkehr im gleichen Sinne beschleunigend wirkt wie das Wechselfeld im vorhergehenden Feldraum und Zeitraum. Wenn diese Bemessungsregel auf eine größere Folge von Feldräumen angewendet wird, dann wird die Bahngeschwindigkeit dieser · phasenrichtig liegenden Teilchen durch Mehrfachbeschleunigung mehr und mehr erhöht, und diese Geschwindigkeitserhöhung kann für verschiedene Zwecke nutzbringend ausgewertet werden.

Zum leichteren Verständnis dieser Vorgänge sei angenommen, daß ein Teilchen mit der Geschwindigkeit V₀ zur Zeit t = O in einen Feldraum eintrete, dessen Länge H₁ sei und an dem zur einfacheren Berechnung eine rechteckförmige Wechselspannung vom Betrage U_m liege. Die Zeitdauer der ersten Halbwelle sei i₆, und diese sei positiv, so daß auch die auf das betrachtete Teilchen ausgeübte Beschleunigung

positiv ist; dann erreicht dieses während der Zeit
eine Geschwindigkeit von

•m · d₁
sein in der Zeit £₆ zurückgelegter Weg ist

Zm Erzielung der richtigen Phasenlage muß gelten ^st_b = ^i, also

d\ — V₀

e_Q ■ U_7n :t\

zm

= 0.

Für den nächstfolgenden Feldraum erhält man ^2 _v . _t . ^ ^e oUm ¹I _ q

Setzt man d₂ — d_x — δ, so ergibt sich für die Zunahme der Elektrodenabstände

«52 _|_ [Hd₁-1„ (v₀ + O₄₆)] · δ — Vt₆ ■ h ■ A₁ = 0.

Bei sinusförmigem Feldverlauf gelten ähnliche Beziehungen. Nur wenn das Teilchen genau die Masse m hat, wird es also auf die Dauer in einer nach vorliegenden Gleichungen bestehenden Feldanordnung fortlaufend beschleunigt werden.

Von sehr großen Massenunterschieden sei hier abgesehen, weil sie praktisch nicht interessieren. Für die gegebene Berechnung ist natürlich vorausgesetzt, daß die Feldstärken in allen Feldräumen gleich groß sind, daß also gilt

U'_m

d_x

= usw.

Eine Einrichtung, die nach der zuletzt beschriebenen Art arbeitet, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Sie entspricht im Aufbau im wesentlichen der Einrichtung nach Fig. 2, doch sind hierbei nach einer Reihe von Elektroden E₁, E₂ usw. mit gleichen Abständen weitere Elektroden E₁, E₂' usw. vorgesehen, deren Abstände längs der Teilchenbahn derart anwachsen, daß die wegen der Geschwindigkeitszunahme wachsende Laufstrecke der Teilchen während einer Halbperiode der angelegten Wechselspannung jeweils dem Elektrodenabstand in dem betreffenden Feldraum entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß die phasenrichtig liegenden Teilchen eine stetige Geschwindigkeitszunähme erfahren, während die beispielsweise infolge verschiedener Masse oder Ladung phasenfalsch liegenden Teilchen eine Abbremsung erfahren und im Gefäß G zurückgehalten werden, von wo sie durch seitliche Öffnungen 0 abgesaugt werden können. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, Komponenten eines Gasgemisches voneinander zu trennen.

Um die angestrebte Trennung der Teilchen verschiedener Geschwindigkeit zu begünstigen, kann man durch ein elektrostatisches oder magnetisches Ablenksystem, welches auf die Teilchen eine quer zur Bahnrichtung verlaufende Kraft ausübt, eine geschwindigkeitsabhängige seitliche Ablenkung hervorrufen, welche die Abscheidung von Teilchen innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches erleichtert.

Eine solche seitliche Ablenkung kann für die langsameren Teilchen gemäß Fig. 4 auch ohne Anwendung eines besonderen Ablenksystems dadurch erreicht werden, daß man die Elektroden oder einen Teil davon schräg zur Teilchenbahn anordnet, so daß die Feldstärke E in eine axiale Komponente E_a und eine dazu senkrechte, also seitlich wirkende Feldkomponente E₈ zerlegt werden kann. Durch die seitlich wirkende Feldkomponente E_s werden die langsameren Teilchen stärker abgelenkt und beschreiben die 'zu der seitlichen Öffnung 0 führende krumme Bahn W, wogegen die rascheren und daher weniger stark abgelenkten Teilchen am oberen Ende des Gefäßes G austreten.

Die beschriebenen Beispiele erschöpfen die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung nicht. So ist es beispielsweise möglich, an eine Folge von Feldräumen mit gleichen Abständen, in denen eine Paketbildung der Teilchen erfolgt, eine Folge von Feldräumen mit wachsenden Abständen zwecks Geschwindigkeitssteigerung der Teilchenpakete anzuschließen und schließlich wieder Feldräume mit gleichen Längen anzuschließen, um die Paketbildung zu intensivieren. Die einzelnen Gruppen von Feldräumen können dabei auch mit unterschiedlichen,'zweckmäßig anwachsenden Frequenzen betrieben werden.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Dichte- und Geschwindigkeitssteuerung in gasförmigen Medien, wie Gasgemischen, Aerosolen und Dispersionen von festen und flüssigen Teilchen in gasförmigen Trägern, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beeinflussenden, in einem strömenden gasförmigen Medium enthaltenen Teilchen elektrisch aufgeladen und der Krafteinwirkung einer Reihe von in der Strömungsrichtung des Mediums aufeinanderfolgenden, gegeneinander vorzugsweise um i8o° phasenverschobenen elektrischen Wechselfeldern ausgesetzt werden, wobei die Frequenz und die Amplituden dieser Wechselfelder sowie die Längen der Feldräume in bezug auf Ladung, Masse und Anfangsgeschwindigkeit der Teilchen derart gewählt sind, daß längs der Bewegungsbahn der geladenen Teilchen infolge abwechselnd bremsender und beschleunigender Feldeinwirkung auf die Teilchen eine Reihe von Verdichtungs- und Verdünnungsstellen dieser Teilchen in dem gasförmigen Medium auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verdichtungs- oder Verdünnungsstellen eine Absaugung aus dem Behändlungsraum erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen nach Durchlaufen einer zu schallwellenartigen Verdichtungen und Verdünnungen führenden Reihe von Wechselfeldern eine Reihe von solchen Wechselfeldern

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durchlaufen, deren Frequenz, Amplituden und längs der Bewegungsbahn der Teilchen anwachsende Feldraumlängen in bezug auf Ladung, Masse und Anfangsgeschwindigkeit der geladenen Teilchen derart gewählt sind, daß eine wesentliche Menge der geladenen Teilchen beim Übergang in den jeweils nächsten Feldraum in diesem eine im gleichen Sinne wie im vorhergehenden Feldraum beschleunigend wirkende Feldphase antrifft, worauf eine geschwindigkeitsabhängige Selektion erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Bewegungsbahn der geladenen Teilchen auf elektrostatischem oder magnetischem Wege eine Ablenkkraft ausgeübt wird, so daß die Teilchen längs ihrer Bewegungsbahn eine von ihrer Geschwindigkeit abhängige seitliche Auslenkung erfahren.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsgeschwindigkeit der geladenen Teilchen in einen Feldraum mit der Feldrichtung in diesem einen Winkel einschließt, so daß die Teilchen längs ihrer Bewegungsbahn eine von ihrer Geschwindigkeit abhängige seitliche Auslenkung erfahren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium durch die Reihe von Wechselfeldern durchgesaugt oder durchgepreßt wird.

_ 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinwirkung der Wechselfelder auf die Teilchen bei Unterdruck gegenüber der Atmosphäre erfolgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorzugsweise rohrförmigen, mit Ein- und Austrittsöffnungen für das zu behandelnde Medium ausgestatteten Gefäß eine Reihe für das Medium durchlässiger, beispielsweise gitterförmiger Elektroden vorgesehen ist, zwischen denen Wechselspannungen wirksam sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geradzahligen und die ungeradzahligen, in einer Reihe aufeinanderfolgenden Elektroden untereinander parallel geschaltet sind und zwischen, den so erhaltenen beiden Elektrodensystemen eine Wechselspannung liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß senkrecht steht und die Auffangvorrichtung für die sedimentierten Teilchen am unteren, eintrittsseitigen Ende des Gefäßes vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Ansprüche oder 9 zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände nach einer Reihe von Elektroden mit gleichen Abständen im Verlaufe der Teilchenbahn anwachsend und die Elektrodenspannungen gegebenenfalls abnehmend gewählt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere quer zur Teilchenbahn eine Kraft ausübende elektrische oder magnetische Ablenksysteme vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden schräg zur Teilchenbahn und vorzugsweise parallel zueinander orientiert sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auftreffstelle der schräg abgelenkten Teilchenbahn seitlich am Gefäß eine Austrittsöffnung oder eine Auffangvorrichtung für die abgelenkten Teilchen vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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