EP0029421B1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums - Google Patents

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EP0029421B1
EP0029421B1 EP80890014A EP80890014A EP0029421B1 EP 0029421 B1 EP0029421 B1 EP 0029421B1 EP 80890014 A EP80890014 A EP 80890014A EP 80890014 A EP80890014 A EP 80890014A EP 0029421 B1 EP0029421 B1 EP 0029421B1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a device for generating a directional flow of a gaseous medium using the electric wind, wherein a discharge electrode is provided for the formation of gas ions, which is opposite a counterelectrode under high electrical voltage, in order to at atmospheric pressures in the area of the Townsend discharge or glow discharge To ensure discharge current so that the ions move in a predetermined direction or in a predetermined sector of the spherical sectors intended around the emission points of the discharge electrode with an opening angle which is less than 180 °.
  • an ion wind generator which consists of a pointed cathode and an adjacent ring-shaped anode, to which electrodes a high DC voltage is applied in order to build up an electric field of the order of 10 kV / cm.
  • a corona discharge at the tip cathode ionizes the surrounding air molecules so that they are attracted to the ring-shaped, focusing anode.
  • the ions accelerated in this way encounter neutral air molecules and take them with them until they either strike the ring-shaped anode or move through the latter and can be regarded as an ion wind.
  • US-A-3 296 491 discloses an apparatus for ionizing and producing an electrically charged aerosol.
  • a discharge wire is u. a. juxtaposed with a plate-shaped counterelectrode, both electrodes being connected to a high-voltage source, so that the medium surrounding the wire is ionized and moved essentially parallel to the plate-shaped electrode.
  • the device generates a recoil, which causes a rapid flow of electrically charged medium in the direction of the counter electrode.
  • the object of the invention is to design the device mentioned at the outset in such a way that it can be used at atmospheric pressures and enables the generation of a turbulence-free directed flow of a gaseous medium.
  • the discharge electrode is wire-shaped, that each discharge electrode is assigned at least two counter electrodes aligned parallel to one another, on one side of the discharge electrode and at the same distance from it, the closest edge of which extends parallel to the wire-shaped discharge electrode, and that the discharge current is between 10-5 A / cm 2 and 10- 1 A / cm 2 . If the pumping process is to take place in air without excessive noise and ozone formation, the discharge current will preferably be in the range between 10-5 A / cm 2 and 10-3 A / cm 2 .
  • the favorable efficiency of the device designed according to the invention is remarkable, since no turbulence is generated in the gas due to the correspondence of the ion movement and the direction of the blower, which, however, cannot be avoided in principle in the case of mechanical blowers.
  • Initial tests have shown that the power consumption of such an ion blower can be reduced below the value of 1 watt per moving air quantity of 1 l / s if no excessively high air speeds or pressure differences are necessary.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention with a series connection of discharge electrode and counterelectrode
  • FIG. 2 shows a special embodiment of the device according to the invention with discharge paths arranged one behind the other and next to one another .
  • FIG. 1 An arrangement with wire-shaped discharge electrodes 1 is realized in FIG. 1.
  • the one-sided ion movement when several ion paths are connected in series is achieved by an auxiliary electrode 2 of the same polarity and voltage, while the field is built up by two grounded counter electrodes 3.
  • an air flow 5 can be formed again by insulating guide plates 4, which is quite comparable to the blower output of small room fans.
  • FIG. 2 is a technical version of the in Fig. 1 described principle.
  • Several levels of ion paths are arranged one above the other.
  • the grounded counter electrodes 3 and the auxiliary electrodes 2 with wire tension can be punched out of sheet metal, the wire-shaped discharge electrodes 1 also being attached to the auxiliary electrode 2 with spot welding.
  • This arrangement is continued in layers one above the other: 3, 2, 3.
  • a terminating electrode 6 can regulate the amount of resections (arrow) emerging from the blower.
  • An insulating intermediate plate 1 enables the construction of a second fan, which is operated with ions of the second polarity, in order to avoid static charges on the pumped gas and to prevent faulty current in the supply network.

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  • Elimination Of Static Electricity (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums unter Ausnutzung des elektrischen Windes, wobei zur Bildung von Gasionen eine Entladungselektrode vorgesehen ist, die gegenüber einer Gegenelektrode unter hoher elektrischer Spannung steht, um bei atmosphärischen Drücken im Bereich der Townsendentladung oder Glimmentladung einen Entladungsstrom zu gewährleisten, sodaß sich die Ionen in eine vorbestimmte Richtung oder in einem vorbestimmten Sektor der um die Emissionspunkte der Entladungselektrode gedachten Kugelsektoren mit einem Öffnungswinkel, der weniger als 180° beträgt, bewegen.
  • Aus der US-A-3 638 058 ist ein Ionenwinderzeuger bekannt, der aus einer spitzen Kathode und einer benachbarten ringförmigen Anode besteht, an welche Elektroden eine hohe Gleichspannung angelegt wird, um ein elektrisches Feld in der Größenordnung von 10 kV/cm aufzubauen. Eine Koronaentladung an der spitzen Kathode ionisiert die Luftmoleküle in der Umgebung, sodaß diese von der ringförmigen, fokussierenden Anode angezogen werden. Die solcherart bescheunigten Ionen stoßen auf neutrale Luftmoleküle und nehmen diese solange mit, bis sie entweder an der ringförmigen Anode auftreffen oder sich durch letztere hindurch bewegen und als lonenwind betrachtet werden können.
  • Die US-A-3 296 491 offenbart eine Vorrichtung zum lonisieren und zur Herstellung eines elektrisch geladenen Aerosols. Ein Entladungsdraht ist dabei u. a. einer plattenförmigen Gegenelektrode gegenübergestellt, wobei beide Elektroden an einer Hochspannungsquelle liegen, sodaß das den Draht umgebende Medium ionisiert und im wesentlichen parallel zur plattenförmigen Elektrode bewegt wird. Die Vorrichtung erzeugt einen Rückstoß, der eine rasche Strömung von elektrisch geladenem Medium in Richtung Gegenelektrode bewirkt.
  • Im Bereich des normalen atmosphärischen Druckes werden Lufströmungen aber meist mechanisch erzeugt, obwohl eine Reihe physikalischer Effekte bekannt sind, die zu einer Bewegung von Luft führen. So ist das Pumpen von Gasen durch Adsorption, durch Abkühlung und Erwärmung, durch Diffusion und durch elektrische Ladungen (elektrischer Wind, vergl. etwa Bergmann Schaefer Bd. 11, Seiten 10 und 474) bekannt und wird zu Sonderzwecken auch durchgeführt, hat aber technisch keine Bedeutung erlangt. Man verläßt sich bei atmosphärischen Drücken nach wie vor auf mechanische Gebläse der verschiedensten Bauart, zu denen auch Flüssigkeitspumpen wie Wasserstrahlpumpen u. dgl. zählen. Anders sieht dies in Bereichen verminderten Druckes aus. Hier werden eine Reihe verschiedener physikalischer Effekte ausgenützt, wie etwa bei den Adsorptionspumpen verschiedenster Konstruktion, lonengetterpumpen, Diffusionspumpen, Kryopumpen etc. Auch der elektrische Wind wurde bei geringen Drücken, etwa im Bereich zwischen Vorvakuum und Hochvakuum zum Gastransport vorgeschlagen (vgl. z. B. DE-A-265 534).
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs erwähnte Vorrichtung so auszubilden, daß sie bei atmosphärischen Drücken anwendbar ist und die Erzeugung einer turbulenzfreien gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entladungselektrode drahtförmig ist, daß jeder Entladungselektrode mindestens zwei parallel zueinander ausgerichtete, auf einer Seite der Entladungselektrode und im gleichen Abstand zu ihr befindliche Gegenelektroden zugeordnet sind, deren jeweils nächstgelegene Kante sich parallel zur drahtförmigen Entladungselektrode erstreckt, und daß der Entladungsstrom zwischen 10-5 A/cm2 und 10-1 A/cm2 liegt. Soll der Pumpvorgang in Luft ohne zu große Geräuschentwicklung und Ozonbildung ablaufen, so wird der Entladungsstrom vorzugsweise im Bereich zwischen 10-5 A/cm2 und 10-3 A/cm2 liegen.
  • Bemerkenswert ist der günstige Wirkungsgrad, der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, da durch die Übereinstimmung von lonenbewegung und Gebläserichtung keine Turbulenzen im Gas erzeugt werden, was jedoch bei mechanischen Gebläsen prinzipiell nicht vermeidbar ist. Erste Versuche ergaben, daß die Leistungsaufnahme eines solchen « lonengebläses unter den Wert von 1 Watt je bewegter Luftmenge von 1 I/s gesenkt werden kann, wenn keine zu hohen Luftgeschwindigkeiten oder Druckdifferenzen notwendig sind.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher veranschaulicht, wobei Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer serienweisen Schaltung von Entladungselektrode und Gegenelektrode und Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hintereinander und nebeneinander angeordneten Entladungsstrecken zeigen.
  • In Fig. 1 ist eine Anordnung mit drahtförmigen Entladungselektroden 1 realisiert. Die einseitige lonenbewegung bei Serienschaltung mehrerer lonenstrecken wird durch eine Hilfselektrode 2 der gleichen Polarität und Spannung erreicht, während das Feld durch zwei geerdete Gegenelektroden 3 aufgebaut wird. So kann sich durch isolierende Führungsplatten 4 wieder eine Luftströmung 5 ausbilden, die durchaus mit der Gebläseleistung kleiner Zimmerventilatoren vergleichbar ist.
  • In Fig. 2 ist eine technische Ausführung des in Fig. 1 dargelegten Prinzips beschrieben. Dabei werden mehrere Ebenen von lonenstrecken übereinander angeordnet. Die geerdeten Gegenelektroden 3, sowie die Hilfselektroden 2 auf Drahtspannung können aus einem Blech gestanzt sein, wobei auch die drahtförmigen Entladungselektroden 1 an der Hilfselektrode 2 mit Punktschweißung befestigt sind. Diese Anordnung setzt sich in Schichten übereinander fort : 3, 2, 3. Eine Abschlußelektrode 6 kann die Menge der aus dem Gebläse austretenden Restionen (Pfeil) regeln. Eine isolierende Zwischenplatte 1 ermöglicht den Aufbau eines zweiten Gebläses, das mit Ionen der zweiten Polarität betrieben wird, um statische Aufladungen des gepumpten Gases zu vermeiden und einen Fehlstrom im Versorgungsnetz zu verhindern.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums unter Ausnutzung des elektrischen Windes, wobei zur Bildung von Gasionen eine Entladungselektrode (1) vorgesehen ist, die gegenüber einer Gegenelektrode (3) unter hoher elektrischer Spannung steht, um bei atmosphärischen Drücken im Bereich der Townsendentladung oder Glimmentladung einen Entladungsstrom zu gewährleisten, sodaß sich die Ionen in eine vorbestimmte Richtung (5) oder in einem vorbestimmten Sektor der um die Emissionspunkte der Entladungselektrode (1) gedachten Kugelsektoren mit einem Öffnungswinkel, der weniger als 180° beträgt, bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektrode (1) drahtförmig ist, daß jeder Entladungselektrode mindestens zwei parallel zueinander ausgerichtete, auf einer Seite der Entladungselektrode und im gleichen Abstand zu ihr befindliche Gegenelektroden (3) zugeordnet sind, deren jeweils nächstgelegene Kante sich parallel zur drahtförmigen Entladungselektrode (1) erstreckt, und daß der Entladungsstrom zwischen 10-43 A/cm 2 und 10-1 A/cm2 liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der, der Gegenelektrode (3) abgewandten Seite der Entladungselektrode (1) eine Hilfselektrode (2) angeordnet ist, welche auf oder in der Nähe des Potentials der Entladungselektrode (1) liegt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (3) aus einem Draht besteht, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Entladungsdrahtes oder dessen Temperatur tiefer ist als die des Entladungsdrahtes oder der in mehrfacher Zahl vorhanden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (2) aus einem Draht besteht, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Entladungsdrahtes oder dessen Temperatur tiefer ist als die des Entladungsdrahtes oder der in mehrfacher Zahl vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektrode (1) als Widerstandsdraht oder als Widerstandsband ausgebildet und beheizt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfselektrode (2), Entladungselektrode (1) und Gegenelektrode (3) in verschiedenen Kombinationen mehrfach neben- und hintereinander bzw. übereinander angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (3) als Leitfläche eines Strömungskanals ausgebildet ist.
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