DE1039038B - Einrichtung zur Aerosol-Aufladung, beispielsweise fuer Elektrofilter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufladung der nicht gasförmigen Teilchen eines Aerosols in einem vom Aerosol durchströmten, mit einem radioaktiven Präparat ausgestatteten Schacht, beispielsweise für Elektrofilter.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Präparat in Form eines langgestreckten, quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Körpers in der Mitte des Schachtes angeordnet ist, dessen Durchströmquerschnitt von der Strahlung des Präparates erfüllt ist, und daß der stromabwärts gerichtete Anteil des Strahlungsfeldes gleichzeitig von einem elektrischen Feld mit in Strömungsrichtung nicht verschwindender Komponente durchsetzt ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung kann mit Vorteil die Anordnung getroffen sein, daß das radioaktive Material als einseitige Schicht auf ein Metallband aufgebracht ist.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn als radioaktive Schicht Tritium verwendet ist, das in einer Metallschicht absorbiert ist.

Ferner kann mit Vorteil die Anordnung getroffen sein, daß von den als Feld erzeugenden Elektroden mindestens die zweite stromabwärts des radioaktiven Präparates angeordnete Elektrode als Gitter ausgebildet, quer zur Strömung im Schacht angeordnet ist und den größten Teil des Kanalquerschnittes einnimmt.

Vorzugsweise kann zur zweckmäßigen Ausbildung der Einrichtung nach der Erfindung von der Anordnung Gebrauch gemacht sein, daß die beiden das stromabwärts des radioaktiven Präparates errichtete Feld erzeugenden Elektroden als Gitter ausgebildet, quer zur Strömung im Schacht angeordnet sind und den größten Teil des Kanalquerschnittes einnehmen, von denen das erste Gitter entlang seiner Mittellinie das radioaktive Präparat trägt.

Weitere Vorteile ergeben sich mit der Einrichtung nach der Erfindung, wenn der Schacht im Bereich des elektrischen Feldes Wände aus einem Material aufweist, das den elektrischen Strom sehr schwach leitet.

Und schließlich ergibt sich eine weitere, vorteilhafte Ausführung der Einrichtung mit der Anordnung, daß in der Nähe des radioaktiven Präparates ein als Hilfselektrode dienendes Gitter angebracht ist, dessen Potential sich im Sinn des Potentialverlaufes nur geringfügig von demjenigen der ersten Elektrode unterscheidet.

Eine derartige Einrichtung benötigt man beispielsweise bei Elektrofiltern, in denen die aufgeladenen Teilchen anschließend in einem elektrostatischen Feld aus ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt und auf einer Abscheiderelektrode niedergeschlagen werden. Das Ziel bei derartigen Einrichtungen ist es, daß Einrichtung zur Aerosol-Aufladung,
beispielsweise für Elektrofilter

Anmelder:

Dr. phil. Holger Lueder,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Sdiwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 6. September 1955

Dr. phil. Holger Lueder, Winterthur (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

...

möglichst alle den Ionisator verlassenden Teilchen — seien es Staubpartikeln oder Flüssigkeitströpfchen — elektrisch unipolar bis nahezu zur Sättigung aufgeladen sind.

Bisher ist für diesen Zweck in der Technik vielfach die Coronaentladung an Sprühspitzen oder -drähten ausgenutzt worden. Diesem Verfahren haften jedoch verschiedene Mängel an. In der Coronaentladung kann ein Gas beispielsweise chemisch verändert werden.

Bei Luft entstehen beispielsweise Ozon und Stickoxyd, so daß dieses Verfahren wegen der störenden Beiprodukte in vielen Fällen nur bedingt oder gar nicht anwendbar ist. Weiterhin haben die Ionen von ihrem Entstehungsort in der Nähe der Sprühelektroden bis zur Gegenelektrode einen langen Weg, auf welchem sich Gasmoleküle an die Ionen anlagern und sie dadurch schwerer beweglich und zum Aufladen der im Gas suspendierten Teilchen ungeeignet machen. Außerdem erfordert die Coronaentladung eine sehr hohe Gleichspannung und verhältnismäßig große Gleichströme, was möglicherweise eine Gefährdung für das Bedienungspersonal darstellen kann. Schließlich ist auch die Gefahr einer Entzündung brennbarer Gase bei Coronaentladung sehr groß.

Deshalb sind schon verschiedene Versuche unternommen worden, radioaktive Präparate zur Ionenerzeugung heranzuziehen. Hier gibt es eine ganze Reihe von Vorschlägen, nach welchen die Ionen verschiedenen Vorzeichens zur Beladung der Teilchen

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verwendet werden, so daß eine anschließende Abscheidung auf beiden Elektroden eines elektrostatischen Feldes erfolgt. Allerdings ist die Wirksamkeit dieser Einrichtungen sehr gering, da ein großer Teil der Ionen durch Rekombination verlorengeht und auch bereits aufgeladene Teilchen durch Ionen entgegengesetzten Vorzeichens wieder entladen werden können.

Um zu einer unipolaren Aufladung zu gelangen, hat man eine Ionenanstauung vorgeschlagen, die dadurch bewirkt werden sollte, daß man die im Gas erzeugten Ionen des einen Vorzeichens schnell auf eine verhältnismäßig weit von dem radioaktiven Präparat entfernte Elektrode absaugte und die Ionen des anderen Vorzeichens in einem homogenen elektrostatischen Feld gegen die Strömungsrichtung des Gases wandern ließ. Da es sich jedoch bei den angestauten Ionen um »alte« Ionen handelt, die sich mit Gasmolekülen beladen haben und schwer beweglich sind, eignen sie sich schlecht für die unipolare Aufladung der Teilchen.

Wenn man eine unipolare Aufladung der Teilchen erreichen will, muß man zunächst ganz klare Vorstellungen über die der Teilchenbeladung zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge besitzen. Werden in einem elektrostatischen Feld Ionen erzeugt, so wandern die Ionen unterschiedlichen Vorzeichens jeweils in Richtung auf eine der beiden Feldelektroden. In der Nähe jeder der Elektroden ergibt sich ein Überschuß der Ionen eines Vorzeichens, und zwischen den Elektroden befindet sich eine Fläche, welche von ebenso vielen positiven wie negativen Ionen durchsetzt wird. Nimmt man ein homogenes elektrostatisches Feld an, welches vollkommen gleichmäßig ionisiert wird, dann liegt diese Fläche genau in der Mitte zwischen den beiden Feldelektroden.

Es kommt nun darauf an, die aufzuladenden Teilchen entweder nur dort entlangzuleiten, wo ein Überschuß an Ionen des gewünschten Vorzeichens herrscht, oder sie so zu führen, daß sie sich unmittelbar vor dem Verlassen des Feldraumes so lange in einem Bereich von Ionen vorwiegend des gewünschten Vorzeichens befinden, daß eine möglicherweise zuvor erfolgte Aufladung der Teilchen im entgegengesetzten Sinn bis zur Sättigung wieder rückgängig gemacht wird und eine Aufladung im gewünschten Sinn bis nahe zur Sättigung erfolgt. Gänzlich verfehlt wäre es beispielsweise, die Trennfläche zwischen positivem und negativem Raumladungsbereich in Strömungsrichtung zu stellen, weil dann nicht nur die Partikeln eine verschiedene Ladung erhalten, sondern ein Teil von ihnen ungeladen die Einrichtung verläßt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Strahlungsbereich des die Ionisation bewirkenden radioaktiven Präparates und das überlagerte elektrostatische Feld so auszubilden und einander zuzuordnen, daß der Bereich mit einem Überschuß an Ionen des gewünschten Vorzeichens den ganzen Strömungsquerschnitt erfüllt und möglichst groß wird bzw. umgekehrt der überwiegend Ionen falschen Vorzeichens aufweisende Bereich möglichst klein wird und dem erstgenannten Bereich in der Gasströmung vorgelagert ist.

Die grundlegende Erkenntnis besteht in diesem Zusammenhang darin, daß für diesen Zweck in erster Linie ein radioaktives Präparat in Frage kommt, bei welchem die Dichte der durch dessen Strahlung bewirkten Ionisation zum Präparat hin stark zunimmt. Von der Form her gilt dies — wenn man von dem wegen seiner geringen Gesamtstrahlung technisch unbrauchbaren »Punkt-« oder »Kugelstrahler« absieht — vornehmlich von einem »Zylinderstrahler«.

Von der Strahlungsart her sind Betastrahlen besonders geeignet, weil die Zahl der von ihnen erzeugten Ionen pro Wegeinheit zum radioaktiven Präparat hin exponentiell zunimmt. Die Ionen falschen Vorzeichens können am schnellsten beseitigt werden, wenn das radioaktive Präparat selbst wenigstens einen Teil der ersten Elektrode des elektrostatischen Feldes bildet. Mindestens eine weitere Elektrode muß dann noch in Strömungsrichtung des Gases der ersten Elektrode nachgeschaltet sein, damit die Teilchen vor dem Austritt aus dem Feldraum in der gewünschten Weise unipolar aufgeladen werden können.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung weiter beschrieben und in ihrer Wirkungsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schacht, bei welchem der Strahlungsbereich und das diesem überlagerte elektrostatische Feld Zylinderform haben,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt im wesentlichen gemäß der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 eine Form des radioaktiven Präparates.

Fig. 7 eine weitere Form des radioaktiven Präparates,

Fig. 8 eine aus mehreren Ringschächten zusammengesetzte Einrichtung, die in axialer Richtung durchströmt wird,

Fig. 9 eine Einrichtung, bei welcher der Schacht die Form einer archimedischen Spirale besitzt, und

Fig. 10 eine Einrichtung, bei welcher Ringschächte in radialer Richtung durchströmt werden.

Um den Erfindungsgedanken näher zu erläutern, ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die physikalischen Vorgänge leicht theoretisch nachprüfbar sind und welches mit geringfügigen Änderungen auch in der Praxis Verwendung finden kann. Das die aufzuladenden Teilchen enthaltende Gas strömt in Pfeilrichtung durch einen aus den isolierten Wänden 1 und 2 bestehenden Schacht 3. In der Mitte des Schachtes ist ein radioaktives Präparat in Form eines nach allen Richtungen Strahlen emittierenden Drahtes 4 angeordnet. Konzentrisch um diesen Draht verläuft ein zylinderförmiges, für das Gas durchlässiges Gitter 5, welches gegenüber dem Draht 4 eine z. B. negative Spannung besitzt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Reichweite R der ionisierenden Strahlen etwa mit dem Radius r₀ des elektrostatischen Zylinderfeldes übereinstimmt.

Unter der vereinfachenden Voraussetzung, daß die ionisierenden Strahlen den radioaktiven Draht als geradlinige Strahlen verlassen und jeder Strahl auf seinem Weg überall die gleiche Anzahl von Ionenpaaren pro Wegelement erzeugt, ist die Ionisierung, d. h. die Zahl der pro Volum- und Zeiteinheit neu gebildeten Ionenpaaren im Abstand r (^ R) von der Drahtachse

τ λγ 1 r Nz ί

I = Nz — arc cos —■ = -^- — arc cos ρ. r RRg

Hierbei ist N die Anzahl der pro Zeit- und Drahtlängeneinheit in die Raumwinkeleinheit emittierten ionisierenden Strahlen, R deren Reichweite und

ρ = -5-. Man erkennt deutlich, daß der Zylinderstrah-

XC

ler eine Ionisationsdichte erzeugt, die nicht nur proportional —, sondern wegen der begrenzten Reichweite der radioaktiven Strahlen in stärkerem Maß,

abnimmt.

1 r

nämlich proportional — arc cos -—

eNz \\π

wobei e die Ladung der Ionen, ρ₀ = -~ und r₀ etwa

gleich der halben Schachtbreite ist.

Man erkennt aus dieser Gleichung, daß in unmittelbarer Nähe des Drahtes die Stromdichte negativ ist, d. h. der Einfluß der auf den Draht zuströmenden Ionen überwiegt und die Teilchen hier demzufolge umgekehrt aufgeladen werden als außerhalb eines den Draht konzentrisch umgebenden Zylinders, dessen Radius für r₀ = R durch T₁ = 0,37 R gegeben ist. Verwendet man ein radioaktives Präparat, welches lediglich Betastrahlen aussendet, beispielsweise also Tritium, mit welchem eineZirkonschicht auf einem Draht beladen sein kann, dann schrumpft der durch den Radius T₁ bestimmte Bereich, in welchem die Ionen falschen Vorzeichens überwiegen, noch weiter zusammen.

Da nun die im Gasstrom suspendierten Teilchen nur zu einem kleinen Teil den Zylinder vom Radius r_x durchqueren und auch diese sich in diesem Zylinder nur eine Zeitspanne aufhalten, die relativ klein ist gegenüber der Verweilzeit im zylindrischen Ring mit r₀ = R als Außen- und r_x als Innenhalbmesser, werden praktisch alle den Schacht durchströmenden Teilchen wie im Cotrell-Rohr unipolar mit Ladungen vom Vorzeichen des Ionisators versehen. Die Aufladung ist mithin dem Vorzeichen nach die gleiche wie bei der Coronaentladung, obwohl im ganzen Raum des Zylinders vom Radius R an jeder Stelle positive und negative Ionen in gleicher Anzahl erzeugt werden. Aber gerade weil im ganzen Beladungsraum »junge« Ionen für die Teilchenaufladung zur Verfügung stehen, werden die Teilchen sehr viel schneller aufgeladen als mit den Ionen der Coronaentladung, die hierfür den ganzen Weg vom Sprühdraht bis zum Teilchen zurücklegen müssen. Aus diesem Grund arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung auch sehr viel ökonomischer, d. h. mit erheblich geringeren Stromdichten, und die suspendierten Teilchen werden in sehr viel kürzerer Zeit, d. h. bei erheblich größerer Strömungsgeschwindigkeit nahezu bis zur Sättigung aufgeladen.

Selbstverständlich muß die Radioaktivität des Präparates so groß sein, daß die Sättigungsstromdichte in dem Raum außerhalb des Zylinders vom Radius T₁ ausreicht, um die Ladung, die ein Teilchen innerhalb dieses Zylinders erhalten hat, wieder zu neutralisieren und das Teilchen mit dem gewünschten Vorzeichen bis zur Sättigung aufzuladen. Auch in diesem Zusammenhang ist die Verwendung von Tritium, welches beispielsweise in einer Metallschicht absorbiert sein kann, von großem Vorteil, da Tritium keine Gammastrahlen emittiert und da die Reichweite der emittierten Betastrahlen nur 0,8 cm beträgt, so daß auch bei Anwendung großer Belegungsdichten und langer Drähte eine Strahlungsgefahr nicht gegeben ist. Unter Reichweite versteht man bekanntlich diejenige Strecke, nach welcher Korpuskularstrahlen (z. B. Alphastrahlen) im Mittel ihre gesamte Energie Unter Vernachlässigung einer Ionenrekombination berechnet sich daraus die für die Teilchenbeladung maßgebende Differenz der Sättigungsstromdichten der vom Draht wegwandernden Ionen und der zum Draht wandernden Ionen des umgekehrten Vorzeichens zu

1-,I ₊ -¹-M

12 ^ΰ 40 ^ΰ

verloren haben bzw. nach welcher Strahlen, die beim Durchgang durch Materie eine exponentiell oder ähnliche Intensitätsabnahme zeigen (z. B. Betastrahlen), nur noch — ihrer ursprünglichen Intensität besitzen.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches wegen seines einfachen Aufbaues besonders leicht herzustellen ist. Der Schacht 7 wird von den beiden aus leitfähigem Material bestehenden Wänden 8 und 9 begrenzt. In den Weg des Gases sind die beiden Metallgitter 10 und 11 geschaltet, zwischen denen sich das radioaktive Präparat 12 befindet. Zwischen der durch das Präparat 12 gebildeten ersten Elektrode und der durch die Schachtwände 8 und 9 und die Gitter 10 und 11 gebildeten zweiten Elektrode liegt die Gleichspannungsquelle 13, so daß ein einem Zylinderfeld ähnelndes elektrostatisches Gesamtfeld entsteht, dessen Achse von dem radioaktiven Präparat eingenommen ist und welches sich aus Längsfeldern — bei denen die Feldlinien im Mittel etwa in bzw. gegen die Richtung des strömenden Gases verlaufen — zwischen dem Präparat 12 und dem Gitter 10 und 11 und Querfeldern — bei denen die Feldlinien im Mittel etwa in einer senkrecht zur Gasströmung stehenden Richtung verlaufen — zwischen dem Präparat und den Schachtwänden 8 bzw. 9 zusammensetzt. Insbesondere in der näheren Umgebung des Präparates 12 ergeben sich gegenüber der Feldverteilung in Fig. 1 kaum Unterschiede, so· daß die dort untersuchten Verhältnisse auch für das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel gelten.

Eine weitere Möglichkeit, den Einfluß der Zone mit der Raumladung falschen Vorzeichens zu verringern, besteht darin, konzentrisch um das radioaktive Präparat eine weitmaschige Hilfselektrode, hier eine Drahtspirale 14, in einem im Vergleich zur Reichweite der radioaktiven Strahlung recht kleinen Abstand anzuordnen. Diese Hilfselektrode besitzt das gleiche Potential wie das Präparat 12 oder ein Potential, das sich höchstens geringfügig im Sinn des Potentialverlaufes des elektrostatischen Feldes von demjenigen des Präparates 12 unterscheidet. Diese Hilfselektrode saugt die Ionen falschen Vorzeichens sehr rasch auf, läßt aber doch das elektrostatische Feld genügend stark durchgreifen, um die innerhalb der Drahtspirale erzeugten Ionen des gewünschten Vorzeichens in den Raum außerhalb der Spirale zu transportieren.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Hier wird der Schacht 16 von den beiden Wänden 17 und 18 begrenzt, die den elektrischen Strom nur sehr schwach leiten. Das die aufzuladenden Teilchen enthaltende Gas durchströmt beim Eintritt in den Schacht eine Gitterelektrode 19 und beim Austritt aus dem Schacht eine Gitterelektrode 20. Im Schacht ist das radioaktive Präparat 21, dessen Längserstreckung ein Mehrfaches der Reichweite seiner ionisierenden

Strahlen beträgt, senkrecht zur Gasströmung angeordnet. Das radioaktive Präparat wird an seinen Enden gehalten und ist über die Leitung 22 mit der Gleichspannungsquelle 23 verbunden. In Höhe des als erste Elektrode dienenden Präparates 21 sind die Schachtwände 17 und 18 mit im Vergleich zur Schachtbreite schmalen Elektrobändern 24 und 25 belegt, die als Zusatzelektroden wirken und ein Potential gegenüber dem radioaktiven Präparat besitzen. Ihr Potential wird an einer Zwischenstufe 26 der Gleichspannungsquelle 23 abgegriffen, so daß sie einen geringeren Spannungsunterschied gegenüber dem Präparat 21 besitzen als die beiden Gitterelektroden 19 und 20.

Auch in diesem Fall ergibt sich in der Nähe des radioaktiven Präparates ein zylindrisches Feld, für *5 das die gleichen Überlegungen wie bei der Anordnung in Fig. 1 gelten. Hinzu kommt aber, daß das durch die Gitterelektroden 19 und 20 bewirkte LängsfeM verhältnismäßig weit in Strömungsrichtung auseinander gezogen werden kann, so daß sich eine besonders günstige räumliche Verteilung der für die Aufladung nützlichen Ionen ergibt.

Während in den bisherigen Ausführungsbeispielen dem Strahlungsfeld ein zylinderähnliches elektrostatisches Feld überlagert war, bedient man sich in dem ^a5 Ausführungsbeispiel der Fig. 5 eines homogenen elektrostatischen Feldes. Der Schacht 27 erstreckt sich zwischen zwei Wänden 28 und 29 aus einem Material, das den elektrischen Strom nur sehr schwach leitet. Das radioaktive Präparat 30 hat die Form eines schmalen, lediglich nach der Leeseite strahlenden Bandes, welches auf der ersten Gitterelektrode 31 aufgebracht ist. Der Schacht wird an der Austrittsseite durch eine zweite Gitterelektrode 32 abgeschlossen, weiche gegenüber der ersten Gitterelektrode 31 eine Spannung besitzt.

Es läßt sich zeigen, daß sich unmittelbar leewärts des Gitters 31 nur eine verhältnismäßig dünne Raumladungsschicht falschen Vorzeichens befindet. Dies ist dadurch zu erklären, daß nicht alle Ionen auf das radioaktive Band 30 zuwandern, sondern sofort von dem Gitter 31 aufgenommen werden. Leewärts dieser Raumladungsschicht falschen Vorzeichens ergibt sich ein mindestens zehnfach tieferer Raum, in welchem die Ionen des gewünschten Vorzeichens überwiegen. ⁴^ Da die Aufenthaltsdauer der Teilchen in diesem Raum demnach mindestens zehnmal länger ist, nehmen auch bei dieser Anordnung praktisch alle Teilchen Ladungen vom Vorzeichen des radioaktiven Bandes an. Beim homogenen elektrischen Feld liegen die Verhältnisse insofern besonders günstig, als dieses Feld weit über die. Reichweite der ionisierenden Strahlen hinaus erstreckt werden kann und so die Aufenthaltsdauer der Teilchen im Ionenstrom mit Ionen des gewünschten Vorzeichens gegenüber der Aufenthaltsdauer in der der Gitterelektrode 31 benachbarten Raumladung vom umgekehrten Vorzeichen noch weiter verlängert werden kann.

Die \Vände 28 und 29 können beispielsweise aus Glas oder Kunststoff bestehen, das nötigenfalls auf der inneren Oberfläche durch Bedampfung mit einer halbleitenden Schicht schwachleitend gemacht ist. Damit auch in der Nähe der Schachtwände ein homogenes Feld entsteht, muß die Gitterelektrode 31 und die Gegenelektrode 32 in möglichst gutem Kontakt mit den Wänden 28 und 29 stehen, was durch eine Metallisierung oder Graphitierung der Berührungsstellen erreicht werden kann.

Wie auch beim zylinderähnlichen Feld kann man beim homogenen Feld den Einfluß der Zone mit der Raumladung falschen Vorzeichens durch eine Hilfselektrode in Form eines weitmaschigen Gitters 33 verringern. Auch in diesem Fall erhält die Hilfselektrode 33 ein Potential, welches sich höchstens geringfügig im Sinn des Potentialverlaufes des elektrostatischen Feldes von demjenigen der ersten Elektrode 31 unterscheidet.

Es genügt in jedem Fall, wenn das vorzugsweise in der Mittelebene des Schachtes angeordnete radioaktive Präparat wenigstens auf die Leeseite in einem etwa halbzylinderförmigen Bereich Ionen erzeugt. Unter Umständen kann es jedoch von Vorteil sein, die Einrichtung auf der Luv- und Leeseite des radioaktiven Präparates symmetrisch auszubilden, d. h. also, wie es in den Fig. 1 bis 4 angenommen ist, das Präparat sowohl leewärts wie luvwärts strahlen und das elektrostatische Längsfeld ebenfalls in beiden Richtungen wirken zu lassen. In diesem Fall sind nämlich die Teilchen schon im richtigen Sinn aufgeladen, wenn sie in den kleinen Bereich der Raumladung falschen Vorzeichens gelangen, so daß die Teilchen dort erst wieder entladen werden müßten, bevor sie mit dem falschen Vorzeichen aufgeladen werden können, wodurch der Einfluß dieses störenden Raumladungsbereiches noch weiter vermindert wird.

Das radioaktive Präparat kann die Form eines Drahtes mit beliebigem Querschnitt besitzen, der nach allen Seiten ionisierende Strahlen emittiert. Aus Herstellungsgründen ist es jedoch einfacher, dem radioaktiven Präparat die Form eines schmalen Bandes zu geben, welches im wesentlichen nur auf einer Seite mit einer radioaktiven Schicht belegt ist (vgl. das Band 30 in Fig. 5).

Gemäß Fig. 6 kann das schmale Band auch in Form einer Spirale 34 mit der radioaktiven Schicht nach außen um einen Draht 35 gewickelt sein. Auf diese Weise kann die Auffangfläche für die Ionen falschen Vorzeichens und damit die Wirksamkeit der Ionen vom Vorzeichen des radioaktiven Präparates auch beim zylinderförmigen elektrostatischen Feld vergrößert werden.

In Fig. 7 ist ein in sich verdralltes schmales Band 36 dargestellt, welches die radioaktive Schicht 37 nur auf einer Seite zu tragen braucht. In den Fällen der Fig. 6 und~7 erhält das Strahlungsfeld nicht nur einen Gradienten in radialer, sondern auch einen Gradienten in longitudinaler Richtung, was zu einer Verkleinerung des Scheideradius r_x zwischen positiver und negativer Teilchenaufladung führt.

Die radioaktive Schicht muß nicht unbedingt zur wirksamen, d. h. Ionen absaugenden Oberfläche der ersten Elektrode gehören, wenn im übrigen eine genügend große wirksame Elektrodenoberfläche vorhanden ist. Es ist aber dabei zu berücksichtigen, daß bei fehlender elektrischer Verbindung zwischen der Strahlungsquelle und der eigentlichen Elektrode eine das elektrostatische Feld beeinflussende Ladung auf der radioaktiven Schicht auftritt.

Besondere Beachtung ist der Halterung des radioaktiven Präparates zu widmen. Wenn diese Halterung in Strömungsrichtung verläuft, muß sie die Teilchenaufladung ungünstig beeinflussen, ähnlich wie es bei der Aufbringung des Präparates auf ein parallel zu den Schachtwänden gehaltenes Blech oder auf die Schachtwände selbst der Fall ist, weil unter diesen Umständen die Trennungsfläche zwischen positiver und negativer Raumladung in die Strömungsrichtung gestellt ist und daher in einer schmalen Zone der Strömung die suspendierten Teilchen praktisch überhaupt nicht aufgeladen werden. Es ist deshalb zweckmäßig,

das radioaktive Präparat — wenn man es nicht wie in Fig. 1 an seinen Enden befestigen kann oder wenn es nicht möglich ist, die Halterungen in nicht störender Weise auf der Luvseite des Präparates anzuordnen — durch dünne Drähte zu halten, die wenigstens in Präparatnähe senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases verlaufen.

Um dem die Teilchen enthaltenden Gasstrom einen größeren Durchströmquerschnitt zu bieten, kann man mehrere Einrichtungen gemäß den Fig. 3, 4 oder 5 seitlich aneinanderfügen, wobei dann eine Schachtwand gleichzeitig zur Begrenzung zweier aneinandergrenzender Schächte dient. Zweckmäßig ist es jedoch, die Schächte nicht mit planparallelen Wänden, sondern mit zylindrischen Wänden — also mit ringförmigem Querschnitt in einer die Elektrode enthaltenden Ebene — auszuführen und dann mehrere Schächte konzentrisch ineinander zu stecken. Man gelangt dann zu einer in Fig. 8 dargestellten Einrichtung, bei welcher die drei Schächte 38, 39 und 40 in axialer Rieh- ao tung vom Gas durchströmt werden. Einige der Schachtwände 41 dienen zur Begrenzung je zweier Schächte. Auch das radioaktive Präparat 42 besitzt jeweils Ringform und ist mit nicht dargestellten Halterungen in gleichem Abstand von zwei benachbarten Schacht wänden gehalten.

Eine andere Möglichkeit zur Vergrößerung des Strömungsquerschnittes zeigt Fig. 9. Hier ist ein Schacht 43 durch Aufwinden einer einzigen Schachtwand 44 in Form einer archimedischen Spirale gebildet. Eine solche Anordnung benötigt auch nur einen einzigen radioaktiven Draht 45 und ist daher unter Umständen in fabrikatorischer Hinsicht von Vorteil. Die Halterungen für den Draht 45 können hierbei in axialer Richtung auf der Luvseite an den Draht an schließen.

Es ist auch möglich, einen einzelnen Schacht 46 (Fig. 10) durch zwei parallel gestellte, ebene Ringscheibenwände 47 zn bilden. Das radioaktive Präparat erhält hierbei wiederum die Form eines Drahtringes 48, dessen Ebene in der Schachtmitte liegt und dessen Achse mit der Symmetrieachse des Schachtes zusammenfällt. Das Gas strömt hierbei in radialer Richtung entweder nach innen, wie es die Pfeile andeuten, oder nach außen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schacht in ähnlicher Weise wie der Schacht der Fig. 4 ausgerüstet, d. h. in Höhe des radioaktiven Präparates 48 verlaufen schmale Elektrodenbänder 49 und 50, und der Schacht wird durch eine Gitterelektrode 51 abgeschlossen, die in diesem Fall die Form eines Xylinders hat.

Um größere Strömungsquerschnitte zu erzielen, können mehrere dieser Schächte derart aufeinandergesetzt werden, daß ein ringzylindrischer Körper entsteht, dessen Wandstärke durch die Schachttiefe und dessen Höhe durch die Zahl der aneinandergefügten Schächte gegeben ist. Auch hierbei können wieder Schachtwände eingespart werden, da stets zwei aneinandergrenzende Schächte eine gemeinsame Schachtwand besitzen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 sind vier derartige Schächte zu einem ringzylindrischen Körper zusammengesetzt, die einen gemeinsamen Austritt 52 besitzen.

Mit diesen Ausführungsbeispielen ist selbstverständlich die Fülle der Anwendungsmöglichkeiten noch nicht erschöpft. Beispielsweise benötigt man zur Errichtung des elektrostatischen Längsfeldes nicht immer eine nachgeschaltete Gitterelektrode. In vielen Fällen genügt ein beliebig geformter Elektrodenkörper, der ein entsprechendes Potential gegenüber dem radioaktiven Präparat besitzt. Unter Umständen reicht es beispielsweise aus, die als Elektroden dienenden Schachtwände genügend weit in Strömungsrichtung vorzuziehen. Mit besonderem Vorteil kann man aber hierfür Teile einer Elektrode eines nachgeschalteten Abscheidersystems verwenden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Aufladung der nicht gasförmigen Teilchen eines Aerosols in einem vom Aerosol durchströmten, mit einem radioaktiven Präparat ausgestatteten Schacht, beispielsweise für Elektrofilter, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Präparat in Form eines langgestreckten, quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Körpers in der Mitte des Schachtes angeordnet ist, dessen Durchströmquerschnitt von der Strahlung des Präparates erfüllt ist, und daß der stromabwärtsgerichtete Anteil des Strahlungsfeldes gleichzeitig von einem elektrischen Feld mit in Strömungsrichtung nicht verschwindender Komponente durchsetzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Material als einseitige Schicht auf ein Metallband aufgebracht ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als radioaktive Schicht Tritium verwendet ist, das in einer Metallschicht absorbiert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den das Feld erzeugenden Elektroden mindestens die zweite stromabwärts des radioaktiven Präparates angeordnete Elektrode als Gitter ausgebildet, quer zur Strömung im Schacht angeordnet ist und den größten Teil des Kanalquerschnittes einnimmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden das stromabwärts des radioaktiven Präparates errichtete Feld erzeugenden Elektroden als Gitter ausgebildet, quer zur Strömung im Schacht angeordnet sind und den größten Teil des Kanalquerschnittes einnehmen, von denen das erste Gitter entlang seiner Mittellinie das radioaktive Präparat trägt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht im Bereich des elektrischen Feldes Wände aus einem Material aufweist, das den elektrischen; Strom sehr schwach leitet.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des radioaktiven Präparates ein als Hilfselektrode dienendes Gitter angebracht ist, dessen Potential sich im Sinne des Potentialverlaufes nur geringfügig von demjenigen der ersten Elektrode unterscheidet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 381 455;
französische Patentschrift Nr. 1 039 588;
Electrical Engineering, Vol. 73, 1954, S. 28 bis 33.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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