CH699458A1 - Vorrichtung zur Ionisierung von Gasen und Partikeln. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die, mit einer Hochspannung versehen, positive oder negative Gas-Ionen oder Partikel erzeugt. Die Zahl der erzeugten Ionen bzw. Partikel kann dabei zum ersten Mal von geringsten bis zu höchsten Konzentrationen pro Volumeneinheit über die Hochspannung und über die Geometrie der Anordnung gesteuert werden, indem die innere Elektrode (2) oder die äussere Elektrode (1) mit zackenförmigen Strukturen ausgebildet werden.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die mit einer Hochspannung versehen, positive oder negative Gas-Ionen oder Partikel erzeugt. Die Zahl der erzeugten Ionen bzw. Partikel kann dabei zum ersten Mal von geringsten bis zu höchsten Konzentrationen pro Volumeneinheit über die Hochspannung und über die Geometrie der Anordnung gesteuert werden.

  

[0002]    In vielen Bereichen unserer technisierten Welt werden ionisierte Gase oder Partikel benötigt. So wird z.B. die Luft zum Teil ionisiert, um bei technischen Anlagen, die sich elektrostatisch aufladen können, plötzliche, ungewollte Entladungen zu verhindern. Im medizinischen Bereich wird Sauerstoff negativ ionisiert, weil negativ ionisierter Sauerstoff besser durch Zellmembranen diffundieren kann und damit der Stoffwechselprozess der Zelle erheblich unterstützt wird. Ionisierte Gase werden auch in der Halbleitertechnik verwendet, um Oberflächen zu reinigen bzw. zu schützen.

  

[0003]    Weitere Ionisierungen finden im Bereich von Abgasreinigungsanlagen statt. So können z.B. Russpartikel ionisiert werden, um anschliessend über elektrostatische Auffangvorrichtungen aus dem Abgasstrom entsorgt zu werden.

  

[0004]    Allgemein bekannt ist, welche Methoden zur Ionisation bzw. speziell zur Gasionisation und Partikelionisation führen;
<tb>1.<sep>Ionisierung durch Radioaktivität


  <tb>2.<sep>Ionisierung durch starke elektrische Felder

  

[0005]    Die am einfachsten technisch beherrschbare Methode ist die Ionisierung durch ein starkes elektrisches Feld. Bekannt ist auch, dass dieses elektrische Feld zwischen zwei asymmetrischen Elektroden vorhanden sein muss. Dazu wird eine Elektrode als ebene Platte und die andere als Nadel ausgebildet. An der Nadelspitze laufen alle von der ebenen Elektrode kommenden (oder hinlaufenden) Feldlinien zusammen. Durch die Feldlinienkonzentration entsteht ein starkes elektrisches Feld. Ist diese Feldenergie grösser als die Ionisierungsenergie des zu ionisierenden Gases, entstehen an der Spitze Gasionen. Die Polarität der Nadelspitze entscheidet auch über die Entstehung von positiv oder negativ geladenen Gasionen. Diese Technologie hat jedoch einige Nachteile:
<tb>1.<sep>Die Zahl der erzeugten Ionen lässt sich nach unten hin kaum mit der Hochspannung einstellen.

   Der Effekt der Ionisation erfolgt schlagartig durch das Auftreten der Korona. Es werden immer relativ hohe Ionenraten erzeugt.


  <tb>2.<sep>Will man noch grössere Ionenraten erzeugen, dann kommt es an der Nadelspitze zu Funkenüberschlägen bzw. zu einer permanenten Funkenbrücke (je nach Material zwischen den Elektroden zu einem Lichtbogen), die eine Ionenrate von 100% der Teilchen verhindern.


  <tb>3.<sep>Im Zustand des Funkenüberschlages können zusätzlich unerwünschte Verbindungen auftreten, die sehr giftig sind wie z.B. bei Luft NOx und O3.

  

[0006]    Zwei neue Elektrodenanordnungen, die in Fig. 1 und Fig. 2zu sehen sind, verhindern die oben beschriebenen Nachteile der Gas, -bzw. Teilchenionisierung. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine zylindrische, rotationssymmetrische Anordnung zu sehen, deren innere Elektrode (2) ein sternförmig ausgebildeter Stab ist und deren äussere Elektrode (1) die Form eines Rohres hat.

  

[0007]    In Fig. 2 ist ebenfalls ein Schnitt durch eine zylindrische, rotationssymmetrische Anordnung zu sehen, wobei die innere Elektrode (2) aus einem runden Stab oder Rohr besteht und die äussere Elektrode (1) ein Rohr ist, welches innenliegende Sternzacken aufweist. Bei beiden Anordnungen befindet sich der Raum der Ionisierung (3) zwischen den Elektroden. Je nach Gasmenge oder Partikel-Menge kann dieser Raum durch Variation der Elektrodendurchmesser dem Volumenstrom angepasst werden.

  

[0008]    Die Ionisation lässt sich wie folgt einstellen:

 <EMI ID=2.1> 
I = Ionisierungsrate
c(h) = Proportionalitäts- und Formfaktor als Funktion der Höhe der Elektroden
n = Zahl der Sternzacken 1 < n < (theoretisch [infinity]
a = kürzester Abstand zwischen den Elektroden
k = Krümmungsradius der Sternzacken
UHV = Hochspannung
US= Schwellspannung (abstandsabhängig) -> f(a)

  

[0009]    Die Zacken sind bei beiden Anordnungen keine Nadeln. Bei schwächerer Krümmung ist natürlich die elektrische Feldstärke am Sternzacken nicht so stark wie bei einer Nadel. Dadurch erfolgt eine geringere Ionisierung und es treten erst bei sehr hohen Spannungen Funkenüberschläge auf. Um trotzdem auch bei kleineren Spannungen entsprechende Ionenraten zu erreichen können die Anzahl der Zacken n und die Zylinderlänge h den Bedürfnissen so angepasst werden, dass die gewünschten Ionenraten erreicht werden.

  

[0010]    Auch bei diesen Anordnungen wird die Ladung (+ oder -) der Ionen durch die Polarität der gezackten Elektrode bestimmt. Beide Anordnungen erlauben somit die Erzeugung von positiv bzw. negativ geladenen Gas-Ionen bzw. Partikeln.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Ionisierung von Gasen oder Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anordnung aus zylindrischen Elektroden besteht, wobei das Schnittbild des Zylinders für die innere Elektrode nach aussen einen oder mehrere Zacken aufweist und nach innen beliebig geformt sein kann, und das Schnittbild für die äussere Elektrode nach innen einen Kreis aufweist und nach aussen beliebig geformt sein kann.

2. Vorrichtung zur Ionisierung von Gasen oder Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anordnung aus zylindrischen Elektroden besteht, wobei das Schnittbild für die innere Elektrode aussen einen Kreis aufweist und nach innen beliebig geformt sein kann und das Schnittbild der äusseren Elektrode mit einem oder mehreren innenliegenden Zacken ausgebildet ist und nach aussen beliebig geformt sein.

3. Vorrichtung zur Ionisierung von Gasen oder Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ionisierungsrate wie folgt beschreiben lässt:

<EMI ID=3.1>

I = Ionisierungsrate

c(h) = Proportionalitäts- und Formfaktor als Funktion der Höhe der Elektroden

n = Zahl der Sternzacken 1 < n < (theoretisch [infinity])

a = kürzester Abstand zwischen den Elektroden

k = Krümmungsradius der Sternzacken

UHV= Hochspannung

US = Schwellspannung -> f(a)