DE2139300A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeu gung geladener Flussigkeitstropfchen in einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung geladener Flüssigkeitströpfehen in einem elektrostatischen Abscheider

Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein mit Abscheide« Vorrichtungen zur Entfernung von Schmutz, Rauch und anderen Feststoffteilchen sowie von flüssigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom. Sie betrifft insbesondere eine neuartige Vorrichtung für einen elektrostatischen Abscheider.

Es sind bereits viele Vorrichtungen zur Entfernung von Staub, Rauch und anderen Feststoffteilchen und flüssigen Schmutzstoffen aus Luftströmen bekannt. Diese Vorrichtungen, die mit Sammler bezeichnet werden, werden in mechanische und elektrostatische Abscheider, Naßwäscher oder Gewebe» filter klassifiziert. Bei der Erfindung handelt es sich um «ine verbesserte Ausführung eines elektrostatischen

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Abscheiders·

Der an meisten verbreitete Typ des industriellen Abscheiders ist der Grundtyp des elektrostatischen Abscheiders der Firma Cottrell, der sog. Cottrell-Abscheider, dessen Teilchenentfernungsmechanismus alt einer positiven und manchmal auch negativen Coronaentladung arbeitet, die durch den von dem trocknen Gas durchströmten Raum hindurch stattfindet. Die Teilchen werden in diesem Raum aufgeladen und dann an den Nullpotentialsammelplatten angezogen, wo sie abgelagert und entfernt werden. Dieser Typ des Abscheiders ist normalerweise so ausgelegt, daß er Verschmutzungsteilchen im Bereich von 0,10 bis 10 Mikrometer entfernt, die einen 0hm^fsehen Widerstand von 10 bis 10 Ohm/cm aufweisen.

Es wurden nun mehrere konstruktive Änderungen vorgenommen, um den Sammelwirkungsgrad zu verbessern. Eine solche abgeänderte Vorrichtung ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 1 958 406 beschrieben, wobei erkannt wird, daß die Erzeugung eines feinen Sprühstrahls aus einen kleinen Durchmesser aufweisenden Tröpfchen erwünscht ist. Diese bekannte Vorrichtung kennzeichnet sich durch einen ringförmigen Leiter oder eine ringförmige Elektrode, die in der Nähe einer Flüssigkeitsaustrittsdüse angeordnet ist. Dieser Leiter wird häufig mit Ausziehplatte bezeichnet. Der Zweck dieser Ausziehplatte besteht darin, den Flüssigkeitströpfchen, die unter hohem Druck aus der Flüssigkeitsdüse ausgestoßen werden, eine hohe Geschwindigkeit zu erteilen.

Andere typische bekannte Vorrichtungen dieser Art sind in den USA-Patentschriften 2 357 354 und 2 357 355 beschrieben. Die meisten dieser bekannten Vorrichtungen verwenden ebenfalls eine Aas ziehplatte, die in den Tröpfchen eine Ladung induziert. Ein weiteres Kennzeichen dieser und anderer bekannter Vorrichtungen besteht darin, daß sie aus den

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Düsen, die verhältnismäßig große Tröpfchen erzeugen. Flüssigkeit versprühen· Die Benutzung einer Ausziehplatte, mit der den Flüssigkeitströpfchen eine hohe Geschwindigkeit erteilt wird, setzt voraus, daß diese großen Teilchen eine hohe Antriebskraft brauchen, damit sie durch den Gasraum transportiert werden·

Die Tatsache, daß die Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird, trägt zu einer Begrenzung der Größe bei, bis zu der die Tröpfchen verkleinert werden können·

Ein weiteres Merkmal der bekannten Vorricfetimgen, die mit einer Ausziehplatte arbeiten, ist darin zu sehen, daß nach dem Einführen der Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit eine Geschwindigkeitsabnahme erfolgt, wenn die Tröpfchen das Gasmedium durchqueren· Diese Veränderung in der Durchlaufgeschwindigkeit der Tröpfchen führt zu einer Veränderung der Reinigungseigenschaften von einem Gasbereich zum anderen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen elektrostatischen Abscheider zu schaffen, bei dem die oben angeführten Nachteile nicht auftreten· Bei diesem elektrostatischen Abscheider soll der Druck des zugeführten Strömungsmittels keine bedeutende Rolle bei der Entstehung der flüssigen Tröpfchen bilden. Ferner sollen Mittel zur Erzeugung elektrostatisch aufgeladener Tröpfchen geschaffen werden, ohne daß dazu eine Ausziehplatte notwendig ist.

Um die bekannten Konstruktionsprinzipien mit ihren ihnen eigenen Problemen zu meiden, muß erkannt werden, daß eine optimale Abscheiderleistung nur dann erreicht werden kann, wenn der Gasraum mit elektrostatisch hoch aufgeladenen, sehr kleinen Flüssigkeitströpfchen gesättigt ist, die vorzugsweise eine Größe im Bereich zwischen 0,1 und 50 Mikrometer aufweisen, Erfindungsgemäß wird äies© Bedingung auf optimale Weise erfüllt,

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Die Erfindung schafft also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung elektrostatisch geladener Flüssigkeitströpfchen, die in Qinem elektrostatischen Abscheider verwendbar sind. Gemäß dem Verfahren wird einer Austrage— düse unter einem Druck, der ausreicht, um einen Sprühstrahl zu bilden, Flüssigkeit zugeführt, und dieser Druck wird im folgenden mit Minimaldruck bezeichnet. Des weiteren wird bei dem βrfindungsgemäßen Verfahren zwischen der Austragsdüsenspitze und einer geerdeten oder entgegengesetzt

_N geladenen Sammlerplatte, die von der Austragedüse entfernt

" angeordnet ist, ein hohes Potential erzeugt. Das elektrostatische Feld, das zwischen der Austragsdüse und der Sammlepplatte vorhanden ist, zieht die Flüsslgkeitströpfchen von der Düse als sehr fein verteilter Sprühstrahl weg· Dieser Sprühstrahl besteht aus hochgeladenen, sehr kleinen Flüssigkeitströpfchen, die von der Sammlerplatte angezogen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens eine, jedoch vorzugsweise eine Reihe hohler, nadelähnlicher Austragsdüsen oder ähnlicher Öffnungselemente auf, die in dem Strömungsweg des zu reinigenden Gases angeordnet sind. Ferner ist eine Sammelelektrode vorgesehen, die einen Teil k ä®r Leitungswand bilden kann, welche das Gas zu den Düsen führt. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, wird den Düsen zugeführt, und zwischen den Düsen und der Sammlerplatte wird ein hohes Spannungspotential erzeugt. Diese Anordnung wirkt dahingehend, daß ein elektrostatisches Feld geschaffen wird, das die Flüssigkeitströpfchen aus den Düsen herauszieht und sie von der Sammlerplatte anziehen läßt.

Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert«, In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1. im Querschnitt ®isa SchauMM ©ia©@ elektro statischem Abscheide sys teias gesaäß <ä©r

Fig. 2 eine qiaergeselmittsm® f©ilamsieiat eimer der Düsen von Fig. I₉

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liegen, beispielsweise dem Gasstrom entgegengerichtet sind, vie dies aus Fig, 1 hervorgeht. Die Düsen können natürlich mit ihren Achsen auch quer zum Strömungsweg ausgerichtet werden.

Wie ferner Fig. 1 entnommen werden kann, weist der Abscheider weiter eine Spannungsquelle 20 auf, die an die Reihe Basen l?a bis i?e angeschlossen ist. Bei diesem Ausführungsfeeispiel sind die Düsen sowie das Flussigkeitsverteilerroltr l6 elektrisch leitende Körper, und die Spannungsqisall© ist direkt an das Verteilerrohr angeschlossen« Die obige Konstruktion dient als Abscheidereinheit, die sich in ein Äbseheiäersystem einbauen läßt. Das System muß ferner eine Flüsslgköitequelle 21 aufweisen, die mit dem Flüssigkeit« verteilerrohr durch ein Zufuhrrohr 22 in Verbindung steht.

Im Betriebszustand wird eine Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, aus der Flüssigkeitsquelle 21 durch das Zufuhrr©iar 2S, das Verteilerrohr 16 in jede Düse i?& bis l?e hineiügof^päert» Diese Flüssigkeit wird den Düsen unter einem a«sr@i©li©n«!eii Druck zugeführt mit dem Ziel, allein die in den Strllmimgskanai herrschenden, auf die Viskosität ssurüekziifütaeaäea Kraft© zu überwinden«, Unter diesen Bedingungen wird Sie Flüssigkeit nicht unter Strömungsmittel·» druck ans da® Birnen ausgespritzt, line gewisse Flüssigkeiten menge kasn aus dem Düsen entweichen^ ohne daß dies einen weiteren EiEfIaB Mttte, wenn vorausgesetzt wird, daß ein Sprlif> strahl aus Flüssigkeitströpfchen dadurch nicht erzeugt wirfi_s Die Bilctang vmä das Versprühen der Tröpfchen erfolgt aus-3Cb3L£©ßJLiofe änToh elektrostatische Kräfte. Die Flüssigkeit^«- zufuhr sst©r äies«B Beiiiiigimgeii wird hier bezeichnet als Zufuhr t»6i Minimaldruek*

¥äfers?2d des Betriebs cles Abscheiders wird zwischen dei

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Düsen 17a bis IJe und der Sammlerplatte 12 Spannung erzeugt. Die Sammlerplatte 12 kann bei sein. Wenn ein solches Spannungspotential aufgedrückt so wird rund um die Spitzisn der Flüssigkeitsabgabe düse» starkes elektrostatisches P@ld geschaffen, w&ü ©im© ätalieli© elektrostatische Ladung wird der Flüssigkeit i3oa©räalto üqt Austragsdüse induziert. Die elektrostatisch geladene Flüssig= keit am Ende der Austragsdüsen steht mit unter der Einwirloamg einer starken elektrostatischen Kraft, die von des am Düsenspitze herrschenden starken elektrostatischem ursacht wird. Diese elektrostatische Kraft ist bestrebt_s Flüssigkeit aus der Düse herauszuziehen. Wenn die Flüssig-* keit von der Düsenspitze w@gwaiaci©rt_f dann ist dl© Hauptkraft die die Flüssigkeit in Form eines kontinuierlichen Stroms zusammenhält, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, Die elektrostatische Kraft ist absichtlich in bezug auf «ti© Kraft der Oberflächenspannung der Flüssigkeit gr©§ g®raa©fet worden. Die reine Kraftdifferenz bewirkt, daß die Flüssig» keit in kleine Tröpfchen auseinanderfällt. Diese Tröpfchen sind aufgrund durch den sie formenden Mechanismus hoch aufgeladen und klein bemessen· Deswegen besitson die frSpf«= chen ein großes Verhältnis von Ladung zu Mass® im& werden demzufolge aufgrund des zwischen den Düsen und der platte bestehenden elektrischen Feldes @in@r schleunigungskraft ausgesetzte ©1®

wirkende Beschleunigungskraft bewirkt, daß diese Tropf©Mem mit hoher Geschwindigkeit durch den Gasstrom MnSiarcli sua der Sammlerplatte gefördert werden.

Bei der Wahl einer speziellen Konstruktion für den hier beschriebenen Abscheider soll nach Mögliolikeit geachtet werden, daß an den nadelförmigen Diisea ©in statisches Feld erzeugt wird, das an der spannung des Gases liegt₀ Es wird ©agen©Hiiii©n₉ da@ ®ta

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Spanmragsgradient an den Austrittsdüsen in Bereich zwischen 15 OGO his 30 000 V/cm für die meisten Gasein angemessener Weise ausreicht. Es versteht sich ferner, daß die Sammlerplatte 12 sich auf der Ahstromseite der Düsen befinden muß, so daß Feldkräfte erzeugt werden, die die Reinigungsflüssigkeit aus den Düsen herausziehen· Die Sammlerplatte kann sich auch auf der Ahstromseite der Düsen erstrecken, um diejenigen Tröpfchen anzuziehen, die von dem Gasstrom fortgetragen werden«

Die sich bewegenden Tröpfchen können auf von dem Gasstrom transportierte Teilchen auftreffen und mit ihnen kollidieren und diese Teilchen zur Sammlerplatte fegen« Durch die Erzeugung,kleiner, hochgeladener und sich mit großer Geschwindigkeit bewegender Tröpfchen erhöht sich die Eollisionswahrscheinlichkeit der Tröpfchen mit den Teilchen erheblich gegenüber der Wahrscheinlichkeit, die Iiei größeren Flüssigkeitströpfchen besteht, welche sich Bit der gleichen oder einer geringeren Geschwindigkeit bewegen· Andererseits können die geladenen Tröpfchen eine gleiche Ladung in denjenigen Teilchen des Luftstroms induzieren, die sich ganz in der Nähe der Tröpfchen befinden, woraufhin die geladenen Teilchen von der Sammlerplatte angezogen werden.

Die eich bewegenden Flüseigkeitstropfoben entfernen außerdem gewisse Dämpfe, beispielsweise NO₂, NO, SO₂ und NE- aus dem Gasstrom und halten diese Dämpfe entweder in chemisch gebundenem oder im gelösten Zustand zurück« Die Absorptionsgesohwindigkeit der Dämpfe durch die Tröpfchen ist groß, da die Tröpfchengröße klein ist, se daß ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen existiert, und ferner weil zwischen den geladenen Tröpfchen und den Dämpfen eine elektrostatische Anziehungskraft wirkt.

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Die Tröpfchen können so beschaffen sein, daß sie an der Sammlerplatte mit einer Geschwindigkeit ankommen, die zur Folge hat, daß die Platte mit versprühter Flüssigkeit überflutet wird. Unter diesen Bedingungen kann die Flüssigkeit dazu gebracht werden, aufgrund der Schwerkraft über die Oberfläche der Sammlerplatte zu strömen und sich außerhalb des Abscheiders anzusammeln, wo sie beseitigt wird. Dies ist erwünscht, um eine Anhäufung des entfernten Materials innerhalb des Abscheiders zu vermeiden, wo es wieder von dem Gasstrom eingefangen und mit dem Gas ausgetragen werden kann, oder auch in den Fällen, in denen das gesammelte Material einen hohen elektrischen Widerstand aufweist und seine Ansammlung auf der Sammlerplatte das elektrostatische Feld innerhalb des Abscheiders ändern kann· Ein kontinuierliches Entfernen der versprühten Flüssigkeit von der Sammlerplatte ist zur Zurückhaltung der absorbierten, schädlichen Dämpfe notwendig.

Da die Tröpfchen klein sind, eine hohe elektrostatische Ladung aufweisen und mit großer Geschwindigkeit wandern, ist ihre Verweilzeit in dem Gasstrom kurz· Dadurch wird die von den Tröpfchen, die in den Gasstrom eintreten können, herrührende Dampfmenge verringert« Auf diese Weise wird der Gasstrom nicht mit der Reinigungsflüssigkeit gesättigt.

In Fig« 2 ist ein Teil einer der Austragsdüsen 17a von Fig. 1 dargestellt. Es erscheint wichtig, eine Austragsdüse zu schaffen₉ die an der Austragespitze 23 eine verhältnismäßig dünne Wand aufweist. Dies kann durch Verwendung von hohlen, nadelähnlichen Düsen in Art von InjektionskanUlen erreicht werden, die sehr dünne Wände haben· Alternativ dazu kann die Wandung der Düse abgeschrägt werden, so daß eine soharfkantige Ausstrittsspitze entsteht, wie sie aus Fig. 2 ersichtlich ist·

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In Fig. 3 ist eine längliche Düse dargestellt, in der sich bei 24 eine geschlitzte öffnung befindet. Das Austragsende der geschlitzten Düse kann in ähnlicher Weise abgeschrägt sein, ι!« eine scharfkantige öffnung zu schaffen, an der ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird«

Die Düsen können auch ringförmig sein und Öffnungen haben, wie dies in der Querschnittsansicht von Fig. 4 gezeigt ist· Bei 26 ist ein ringförmiger Strömungekanal zu sehen und bei 27 eine abgeschrägte Außenwand· Die Innenwand des Durchgangs erstreckt sich vorzugsweise über den äußeren Rand des Durohgangs hinaus· Bei dieser Konstruktion bildet die Flüssigkeit eine Hülle, aus der die Tröpfchen herausgezogen werden«

Der im obigen beschriebene Abscheider wurde erfolgreich getestet, wobei eine Reihe aus sechs nadeiförmigen Austragedüsen mit einem Innendurchmesser von 0,38 mm und einem Außendurchmesser von 0,69 mm in einem Leitungsrohr installiert wurde, dessen Querschnittsfläche 110,8 cm betrug· Destilliertes Wasser wurde unter einem Überdruck von 50 mm Wassersäule zugeführt, und es wurde ein Spannungspotential von 15 000 V aufrechterhalten· Unter diesen Bedingungen entströmte jeder Düse eine Flüssigkeitsmenge von annähernd 0,3 g/min· Die Bildung von extrem kleinen Flüssigkeitsteilchen oder Flüssigkeitströpfchen wurde beobachtet, wobei die Größe im Bereich von 50 Mikrometer oder kleiner geschätzt wurde·

Mit Hilfe des im obigen beschriebenen Verfahrens und der zu seiner Durchführung verwendeten Verrichtung gelingt es, kleinere und stärker aufgeladene Flussigkeitströpfchen mit Hilfe des stärkeren elektrostatischen Feldes zu erzeugen, das in der Nachbarschaft der Austragsdüsen-Spitzenelektrode vorhanden ist· Kleine, hoohgeladene Tröpfchen bewegen sich in einem elektrostatischen Feld mit höherer Geschwindigkeit

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als größere Tröpfchen b©i einer geringeren Ladungsdiehte« Die Kollisbnswahrscheinlichkeit zwischen den Tröpfchen und· den Feststoffteilchen des verschmutzten Gases erhöht sich mit wachsender Tropfengeschwindigkeit und abnehmender Tropfengröße· Dazu kommt, daß ein Tröpfchen mit hoher Ladungsdichte eine Corona aussendet₉ wenn es wie fe©isi Prozeß der Verdampfung Masse verliert«, Di® ®mitti®rt© Corona trägt dazu hei, die zu entfernenden Teilehen aufzu= laden, wodurch sie zur Sammlerplatte feingespült werden«, Ein Abscheider, der nach den obigen Vorschriften geTsatst ist, zeichnet sich durch erheblich höhere 6asstr©iagascbwlsadigk©it®ia aus und erfordert eine kürzere Abscheidungszon® als ein herkömmlicher Abscheider, wodurch sich die Abmessungen d@s Abscheiders erheblich verringern» Weraa als W&setofliissigkeit Wasser verwendet wird, so fcerbegsert öas di© B©laöraBgseig©H«= schäften von Materialien geringer Leitfähigkeit„ so öaß Teilchen mit niedrigem Olua⁸sehen Widerstand l®i©Iater werden» Das hier beschriebeae Vorffaiirei sondere zur Entfernung v©n Teilcfeen ia Mil£r©Ea©t@rgri®e s©wi© von Teilchen mit einem hohen Widerstand, die beid® rait bekannten Absch©ideverfahr©n sehr schwer entfsnat werden können·

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   i· Verfahren zur Erzeugung geladener Tröpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit unter einea geringen Druck einer Flussigkeitsaustragsdüse zugeführt wird, und daß zwischen der Düse und einer Saanlerplatte eine hohe Spannung angelegt wird, tut in der in der Düse befindlichen Flüssigkeit eine Ladung zu induzieren,um gleichzeitig eine Reihe von Tröpfchen aus der Düse herauszuziehen, die elektrisch w geladen sind, wodurch die Tröpfchen von der Saaalerplatte angezogen werden«

   2· Vorrichtung zur Durchführung des Verfdrens nach Anspruch I₉ gekennzeichnet durch wenigstens eine eine elektrisch leitende Flüssigkeit austragende Düse, der die Flüssigkeit zuführbar ist, eine elektrische Samlerplatte (l2)₉ die in der Nähe dieser Düse angeordnet ist, so daß ein zwischen der Düse und der SaaBlerplatte geschaffenes elektrisches Potential Flüssigkeitströpfchen aus der Düse herauszieht, die eine elektrische Ladung tragen, welche von der Düse in ihnen induziert worden ist.

   3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (20), die an die Düse (l7a-17e) und die SaMilerplatte (12) angeschlossen ist, um zwischen diesen Teilen ein elektrisches Potential zu erzeugen·

   4· Vorrichtung nach Anspruch 3»dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Spannung an der Düse (l7a-17e) einen Spannungsgradienten bildet, der der Corona-Durchschlagspannung äquivalent ist«

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   5o Vorrichtung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daS die aufgedrückte Spannung und die Nähe der Saaalerplatte (12) zur Düse (±7a-i7e) einen Spannungsgradienten an der Düse ±u Bereich von 15000 his 30000 V/cm erzeugt· -

   6. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsquelle (2l), die an die Düse (l7a-i7·) angeschlossen iet, um die Düse alt unter einesi sehr geringen Druck stehender Flüssigkeit zu versorgen*

   7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Savnlerplatte (i2) sich durch eine im wesentlichen planare Oberfläche kennzeichnet, die parallel zur Flüssigkeiten Austragsachse der Düse liegt.

   8· Vorrichtung nach Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerplatte (12) sich durch eine im wesentlichen rohrförHige Gestalt kennzeichnet, deren Achse etwa parallel zur Flüssigkeitsaustragsachse der Düse (l7a-17e) liegt, und daß die Austragedüse innerhalb des StrSmungspfades angeordnet ist, der von der rohrförmigen Saulerplatte (12) begrenzt wird·

   9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (l7a) eine scharfkantige Austrittsöffnung aufweist.

   10» Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen kreisrunden Querschnitt hat.

   11· Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen Bechteckquersohnitt hat·

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   12* Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Du·β einen ringförmigen Querschnitt hat·

   13· Verrichtung nach Anspruoh 2, Terwendet als elektrostatischer Abscheider zur Entfernung Ten Teilchen aus eine* Gas, gekennzeichnet durch mehrere Austragsdüsen (I7a-i7·) für elektrisch leitende Flüssigkeit, denen diese Flüssigkeit zuführbar ist, wobei die elektrische Saaalerplatte (12) in der Nähe dieser Düsen so angeordnet ist, d*ß zwischen den Düsen und der Samlerplatte ein elektrisches Potential erzeugbar ist, dal Flüssigkeitstropfen aus den Düsen herauszieht, die sich durch eine elektrische Ladung kennzeichnen, die durch die Düsen induziert worden ist, und wobei zu den Düsen (I7a-17e) eine Eintrittsrohrleitung (lO) gehört, alt der das teilchenbeladene Gas in Richtung auf die Düsen lenkbar ist·

   lh. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Austrittsrohrleitung (13), die zu den Düsen(l7a-17e) gehört und dazu dient, das Gas von den Düsen wegzulenken*

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