DE69321361T2

DE69321361T2 - Abscheidvorrichtung von Abgaspartikel

Info

Publication number: DE69321361T2
Application number: DE69321361T
Authority: DE
Inventors: Angelo I-00144 Roma Colletta; Medardo I-00127 Vitinia Pinti (Roma)
Original assignee: SVILUPPO MATERIALI SpA; Centro Sviluppo Materiali SpA
Current assignee: SVILUPPO MATERIALI SpA; Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: ES2124763T3; US5546747A; DE69321361D1; EP0659985B1; EP0659985A1; ATE171759T1

Description

Gebiet der Erfindung

Bei der Verbrennung von kohlenstoffreichen Substanzen gibt es oft eine übermäßige Emission von Kohlenstoffstaubpartikeln (Partikeln aufgrund mangels an Luft in der zu verbrennenden Mischung oder sogar aufgrund von Mischungsfehlern).
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Partikel mittels eines Systems abgeschieden, welches zumindest aus einer Elektrode besteht, die mit dem Pol eines Spannungsgenerators verbunden ist, während der andere Pol mit der Aussenschale der Vorrichtung verbunden ist. Zwischen den Polen ist eine starke Potentialdifferenz errichtet. Die Kohlenstoffpartikel treten zwischen der zumindest einen Elektrode und der Außenschale der Vorrichtung durch und verursachen somit Entladungen zwischen den Leitern und den Partikeln, welche zur Weißglut gebracht werden und verbrennen.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Partikel in Abgasen und insbesondere ein System zum Eliminieren oder zumindest zum beträchtlichen Reduzieren der Emission von Partikeln aus Dieselmotoren oder von allen denen Anwendungen, bei denen Kohlenwasserstoffe verbrannt werden, wie z.B. Dieselkraftstoff oder schwererer Kraftstoff, und zwar sogar in Mischungen mit einem aromatischen Anteil, wie z.B. Heizanlagen, portable Generatoren, große Kraftwerke usw. oder Kohle. Dennoch wird im weiteren aus Gründen der Einfach heit auf Dieselmotoren Bezug genommen, wobei die gezogenen Schlußfolgerungen ebenfalls auf andere Anwendungen bezogen sind und dafür gelten. Aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, bereits ausgehend von Molekülen mit etwa zehn Kohlenstoffatomen oder einfachen aromatischen Molekülen, erhält man zusätzlich zu den üblichen Verbrennungsprodukten, wie z.B. CO, CO&sub2; und H&sub2;O, ebenfalls weitere Produkte, wie z.B. unverbrannte organische Verbindungen, Kohlenstoffstaub und Stickoxide. Dies gilt ebenfalls, zumindest bezüglich der Emission von Kohlenstoffstaub, für die Kohleverbrennung.
Die Zusammensetzung des Abgases kann sich in starkem Maße verändern, und zwar abhängig von der Qualität der bei der Verbrennung verwendeten Luft. Jedoch ist für eine gute Prozeßausbeute, d.h. zur Erzielung einer hinreichenden Leistung, das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff um bestimmte Werte fixiert, für die es schwierig ist, eine Partikelemission zu vermeiden.
Das Phänomen ist insbesondere erkennbar bei Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge, welche deshalb angeklagt werden, stark umweltverschmutzend und gefährlich für die öffentliche Gesundheit zu sein.
Im Prinzip sind diese Anklagen in großem Maße unbegründet. In der Tat emittieren Dieselmotoren im Vergleich zu Benzin (Gasolinmotoren) zwischen dem Vierfachen und Sechsfachen weniger Kohlenstoffmonoxid, (welches sehr giftig ist, da es den Austausch zwischen Blut und Sauerstoff stoppt, etwa die Hälfte der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, welche krebserregend sind, und etwa die Hälfte der Stickoxide, welche zu den Ursachen des sauren Regens gehören.
Doch emittieren Dieselmotoren etwa das Vierzigfache an Kohlenstoffpartikeln, was langfristig Bronchial- und Lungenleiden verursachen kann, sowie Schwefeloxide, welche ebenfalls zu den Ursachen von saurem Regen gehören und durch Entschwefeln des Dieselkraftstoffs auf die gleiche Art und Weise wie Benzin eliminiert werden könnten.
Zusätzlichermaßen sollte bemerkt werden, daß der Kohlenstoffstaub unverbrannte Kohlenwasserstoffe adsorbiert und daher als ein Träger für diese karzinogenen Wirkstoffe wirkt.
Zusammenfassend ist es unwiederlegbar, daß der durch die Verbrennung von Dieselkraftstoff, Kraftstofföl und ähnlichen Substanzen emittierte Kohlenstoffstaub bestenfalls extrem unerfreulich ist und deshalb eine Emission davon eliminiert werden sollte oder zumindest beträchtlich reduziert werden sollte.
Eine bestimmte Reduzierung in der Menge an Rauch von Kohlenwasserstoffen kann durch eine elektronische Verbrennungssteuerung erzielt werden. Diese Steuerung kann jedoch eine Reduzierung von Rauch um 20% nur zulassen, was für viele Anwendungen unzureichend ist.
Viele Bemühungen wurden deshalb hinsichtlich der Lösung des Problems unternommen.
Das US-Patent 4,741,746 schlägt die Verwendung einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung mit Korona-Effekt zum Abscheiden der Kohlenstoffpartikel aus Dieselabgas vor.
Das US-Patent 4,587,808 fordert wiederum für Dieselmotoren die Verwendung einer molekularen Dissoziationseinrichtung, welche mit einer Aufladung von bis zu 150 kV die Dissoziation der Moleküle CO, CO&sub2;, NOx und unverbrannter Kohlenwasserstoffe in den chemischen Bestandteilen und darauffolgende Abscheidung des Kohlenstoffstaubes, der so erzeugt wird, und dessen, der in dem Abgas vorliegt, mittels einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung und eines Zyklons bewirkt.
Der Anmelder, welcher viele Jahre lang in diesem Gebiet gearbeitet hat, hat eine Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln entworfen (italienisches Patent Nr. 1,230,455), welches durch die Kombination der folgenden Teile in kooperativer Beziehung gekennzeichnet ist:
- eines Hochspannungsgenerators mit zwei Polen,
- einer Vielzahl von Leitern, welche alternierend mit dem einen oder dem anderen der Pole verbunden sind,
- einer Einrichtung zum Einführen von Luft in die Verrohrrung stromaufwärts der Leiter, und
- einer Einrichtung zum Regeln der Einrichtung zur Lufteinführung.
Die Leiter sind aus einem metallischen Gitter hergestellt, welches innerhalb der Abgasröhre senkrecht zur allgemeinen Richtung der Bewegung der Abgase angeordnet ist.
Die GB-A-792,603 offenbart eine Vorrichtung, bei der eine Außenschale eine erste frustokonische Elektrode enthält und eine zweite Elektrode entlang der Achse der ersten Elektrode plaziert ist, wobei ein hochfrequentes alternierendes Hochspannungsfeld zwischen den Elektroden erzeugt wird, um Ozon zu erzeugen, welches eine fast vollständige Verbrennung der in den Abgasen enthaltenen Partikel bewirkt, welche zwischen den Elektroden durchlaufen.
Beim praktischen Betrieb dieser Vorrichtungen fand man Probleme hauptsächlich aufgrund der nicht vollständig homogenen Mischung der Abgase mit Luft und einer nicht vollständig optimierten Kapazität der elektrisch geladenen Elemente zum Ausüben eines effektiven Einflusses auf die Partikel.

Zusammenfassung der Erfindung

Aus dem vorhergehenden erscheint klar, daß die technischen und ökonomischen Probleme, welche mit der Rauchabscheidung in Kohlenwasserstoffabgasen für begrenzte individuelle Kapazität, d.h. Dieselmotoren zum Transport oder für häusliche Wärmeanlagen, verbunden sind, nicht gelöst sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Überwindung dieser Nachteile der exisitierenden Partikelabscheidungssysteme durch Bereitstellung einer einfachen, kompakten und ökonomischen Vorrichtung für die Reduzierung der Emission von Partikeln in Kohlenwasserstoffabgasen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Kohlenstoffpartikeln, welche in Abgasen vorliegen, gemäß Anspruch 1.

Figurenbeschreibung

In den Figuren zeigen:
Fig. 1 die gesamte Vorrichtung, welche die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 zwei Elemente, welche in Fig. 1 dargestellt sind,
Fig. 3 ein Detail von Fig. 2,
Fig. 4 die in der Vorrichtung verwendete Elektrode, welche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht C-C der in Fig. 4 gezeigten Elektrode,
Fig. 6 die vergrößerten Querschnitte AA und BB der in Fig. 4 gezeigten Elektrode, und
die Tabelle
einige experimentelle Daten, welche vom Anmelder erhalten wurden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird jetzt detaillierter mit Bezug auf die angehängten Figuren beschrieben, welche lediglich durch ein nicht beschränkendes Beispiel die Aufgaben und den Umfang der vorliegenden Erfindung beschreiben. In den angehängten Figuren sind nur die zum Verständnis der Vorrichtung, welche die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, notwendigen Details nummeriert worden, wohingegen nicht wesentliche Details ausgelassen worden sind.
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung 1, welche die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist und eine äußere Schale 2 aus einem metallischen Material aufweist, in dem die Öffnung 3 zum Einlaß von Abgasen vorgesehen ist, welche aus der Leitung 6 kommen, mit der Öffnung 4, durch welche die von der Leitung 7 kommende Luft eintritt, welche für eine vollständige Verbrennung der Partikel innerhalb der Vorrichtung gestaltet ist, und mit der Öffnung 5 zur Entfernung der Abgase, welche die Partikelabscheidungsbehandlung durchlaufen haben.
Die Öffnung 4 ermöglicht zusätzlich dazu, daß sie, wie oben erwähnt, als Lufteinlaß dient, das Durchtreten von zumindest einer Elektrode 8, welche auf einem Quartzisolator 12 angebracht ist, dessen Längsquerschnitt vorteilhafterweise schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist. Die Basis der Elektrode gegenüberliegend der Mischzone ist durch eine Isolationsröhre 13 geschützt, welche ebenfalls vorteilhafterweise aus Quartz ist und welche verhindert, daß die Kohlenstoffpartikel elektrisch geladen werden. Wegen dieser besonderen Anordnung trifft die Luft auf den Isolator 12 und die Isolationsröhre 13 bezüglich ihrer gesamten Länge und verhindert eine Abscheidung von Kohlenstoffpartikeln darauf, welche Kurzschlüsse zwischen der Elektrode 8 und der äußeren Schale 2 bilden könnten, die mit entgegengesetzter Polarität geladen ist, was die Gesamteffizienz der Vorrichtung reduzieren würde.
Anstattdessen könnte, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, anstelle der einzelnen Elektrode 8, die in den Figuren gezeigt ist, eine Vielzahl von Elektroden vorgesehen sein.
Die Elektrode 8 besteht aus einem Balken 9 aus metallischem Material und kann von einem ersten Teil 24 unterschieden werden, welches durch den Isolator 12 und die Isolationsröhre 13 geschützt ist, einem zweiten Teil 25, auf dem Elemente 10 an gebracht sind, und zwar vorteilhafterweise in Ringform und einem dritten Teil 26, auf dem Elemente 11 angebracht sind, und zwar vorteilhafterweise in Punktform (siehe ebenfalls Fig. 4, 5 und 6).
Innerhalb der Schale 2 ist ein Element 14 ebenfalls aus einem metallischen Material vorgesehen und besteht in einer bevorzugten aber nicht ausschließlichen Ausführungsform aus zwei invertierten abgeschnittenen konischen Oberflächen 15 und 16. Das Element 14 zusammen mit einem Teil der Schale 2 definiert eine ringförmige Leitung 20.
In der abgeschnittenen konischen Oberfläche 15 gibt es zwei Öffnungen 17 in Schlitzform, deren Breite zunehmend ansteigt, wenn sich die Öffnung 17 weg von der Abgaseinlaßöffnung 3 in der äußeren Schale verlängert (siehe ebenfalls Fig. 2 und 3). Diese besondere Anordnung bewirkt, daß die Abgase in einer gleichmäßigen Art und Weise in der ringförmigen Leitung 20 verteilt werden und verhindert, daß den Öffnungen 17 am nächsten der Einlaßöffnung 3 ihre Priorität gegeben wird, ein Anhäufen in diesen Zonen und daher ein Verhindern ihrer homogenen Mischung mit der Luft, welche von der Öffnung 4 kommt, ein Mischen, welches in der internen Zone 21 des Elements 14 stattfindet und gegenüberliegend dem ersten Teil 24 der Elektrode 8.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei dieser besonderen Ausführungsform der Vorrichtung, welche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Richtung des Eintreffens der Abgase in der Vorrichtung senkrecht zur Richtung der Ankunft der Luft.
Die für eine vollständige Verbrennung der Partikel notwendige Luftmenge kann durch eine übliche Einrichtung gesteuert werden (Sonden, Ventile, elektronische Steuereinheit), welche in den Figuren nicht gezeigt sind. Zusätzlich zum Element 14 innerhalb der Schale 2 ist ein weiteres Element 18 vorteilhafterweise in Form eines Venturi beherbergt. An diesem Element 18 in der Zone 22 findet eine Ionisierung der Mischung der Abgase und der erzeugten Luft statt, wie bei der Mischzone 21 erwähnt. Die Ionisierung der Mischung wird durch die Elemente 10 erleichtert, welche vorteilhafterweise in Ringform an dem zweiten Teil 25 der Elektrode 8 angebracht sind.
Wenn sie ionisiert ist, fließt die Mischung zum dritten Teil 26 der Elektrode 8, der mit den punktförmigen Elementen 11 versehen ist, d.h. zur Zone 23, wo die Kohlenstoffpartikel wegen der hohen Spannung, beispielsweise 50 kV bis 100 kV, welche zwischen den Punkten 11 und der äußeren Schale 2 der Vorrichtung 1 angerichtet ist, zur Weißglut gebracht werden und verbrennen. Tatsächlich erniedrigt, wenn die Mischung zwischen den Elektroden strömt, der Kohlenstoffstaub darin die Dielektrizitätskonstante des Systems, und auf die Kohlenstoffpartikel wird ein energiereicher Funke entladen, welcher die Kohlenstoffpartikel zur Weißglut bringt, welche somit verbrennen.
An der Zone 23 sind Nuten 19 vorgesehen, welche die Ablagerung von Kohlenstoffpartikel unterstützen, welche erstaunlicherweise die Entladungen erleichtern und gleichzeitig die metallische Oberfläche schützen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Behandlung der Abgase zur Eliminierung der Kohlenstoffpartikel (Partikel) aus folgenden Phasen besteht:
a) Die von der Leitung 6 kommenden Abgase werden in einer gleichförmigen Art und Weise mit der Luft in der Zone 21 vermischt, d.h. der Luft, die an der Basis der Elektrode 8 eingegeben wird; zum Verbessern der Mischung des Abgases und der Luft sind auf dem Element 14 an der trunkierten konischen Oberfläche Öffnungen 17 angebracht, deren Breite mit der Erhöhung im Abstand von der Einlaßöffnung 3 der Abgase in der äußeren Schale 2 (Fig. 3) zunimmt; in der Zone 21 ist der erste Teil 24 der Elektrode 8 durch den Isolator 12 und die Isolationsröhre 13 geschützt, welche beide vorteilhafterweise aus Quartz sind;
b) Die so gebildete Mischung fließt zur Ionisationszone 22, wo der zweite Teil 25 der Elektrode 8 beherbergt ist und auf der die Ringelemente 10 liegen; das Element 18 regelt vorteilhafterweise in Form eines Venturi die Strömung der Mischung;
c) Die ionisierte Mischung fließt zur Zone 23, in der der dritte Teil 26 der Elektrode 8 beherbergt ist, welcher mit punktierten Elementen 11 versehen ist, welche die Entladung erleichtern, die für die Verbrennung der Kohlenstoffpartikel entworfen sind; und
d) Die gereinigte Mischung der Kohlenstoffpartikel wird durch die Öffnung 5 entfernt.
Im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:
- Abwesenheit von Kohlenstoffabscheidungen an der Basis der Elektrode 8 gegenüberliegend dem Isolator 12, was die Bildung von Kurzschlüssen zwischen der Elektrode 8 und der Schale 2 unterstützen könnte;
- Präzise Abgrenzung einer ersten Zone 21 für die Gas- und Luftmischung, einer zweiten Zone 22 für die Ionisierung der Mischung und einer dritten Zone 23 für die Zündung und Verbrennung der Partikel.
Fig. 2 zeigt detaillierte Elemente 14 und 18, welche vorteilhafterweise aus einem einzelnen Stück an metallischem Material hergestellt sind. Der Buchstabe d repräsentiert den Durchmesser der äußeren Schale 2, und 1 ihre Länge, wobei der Anmelder herausgefunden hat, daß zum Erhalten technisch schätzbarer Resultate d/l zwischen 1/5 und 1/6 liegen sollte. In ähnlicher Weise wurden mit Bezug auf Fig. 1 und 2 die folgenden Vorzugswerte gefunden:
I&sub1;/I - 1/4-1/5
I&sub2;/I&sub1; = 1/3-1/4
I&sub3;/I&sub1; = 1/3-1/4
d&sub1;/d = 1/2-1/3
d&sub2; = 2 I&sub2;
wobei:
I&sub1; die Summe der Längen des Elements 14 und des Elements 18, das vorteilhafterweise in Venturi-Form vorliegt, ist
d&sub2; und I&sub2; der Durchmesser bzw. die Länge des schmaleren Teils des Elementes 18 sind, welches vorteilhafterweise in Venturi- Form gebildet ist;
I&sub3; die Länge der Austragung auf der Symmetrieebene der trunkierten konischen Oberfläche 15 ist, in der die Öffnungen 17 liegen; und
d&sub1; der Durchmesser der Leitung 6 zum Zuführen der Abgase zur Vorrichtung 1 ist.
Fig. 3 berücksichtigt zwei Reihen A, B von Öffnungen 17 mit verschiedenen Größen für den Einlaß der Abgase in die Zone 21 zum Mischen mit der Luft. Der Anmelder hat herausgefunden, daß zum Erzielen technisch schätzbarer Resultate die Breite der Öffnungen 17 vom Typ B 20% bis 30% größer sein sollte als die Breite der Öffnungen 17 vom Typ A.
Wie durch Betrachten von Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, können zwei Reihen R, T von Ringelementen 10 bereitgestellt werden. Die Reihe vom Typ R hat eine leicht größere Größe, obwohl sie diesselbe Gestalt wie die Reihe vom Typ P hat. Die Ringelemente 10 bestehen aus einer kreisförmigen Basis, von der eine Vielzahl von Punkten vorsteht. Der Anmelder hat herausgefunden, daß zum Erzielen einer guten Ionisierung der Mischung der Winkel α, welcher zwischen zwei zusammenhängenden Projektionspunkten des Ringelements 10 eingeschlossen ist, zwischen 15º und 20º liegen muß und daß die Größe des Winkels β von einer Seite des Punktes mit der zentralen Linie gebildet wird, ebenfalls zwischen 15º und 20º liegen sollte. Die Bedeutung von s, c3, d5 und d6 ist in Fig. 5 ersichtlich und die bevorzugten Beziehungen dazwischen sind folgende:
s = 1/2-1/3 d&sub3;
d&sub3; = 1/3-1/4 d&sub6;
d&sub3; = 1/2-1/3 d&sub3;
Ebenfalls für die gepunkteten Elemente 11 auf dem dritten Teil 26 der Elektrode 8 wurden die folgenden Vorzugswerte erhalten (Fig. 6):
d&sub4; = 1/3-1/4 d&sub3; d&sub4; = 1/5-1/6 h
wobei d&sub4; der Durchmesser des punktierten Elements 11 ist und h seine Höhe ist.
Zum Erhalten einer größeren Effektivität für den Teil 26 der Elektrode 8 ist jede Gruppe der vier gepunkteten Elemente 11 in Bezug auf die zwei benachbarten Gruppen, wie in Fig. 6 gezeigt, gestaffelt. Die angehängte Tabelle zeigt einige experimentielle Daten, die vom Anmelder erhalten wurden.
Diese Daten wurden mit einem Dieselmotor mit 2500 ccm erhalten.
In der ersten Zeile von unten sind vergleichsweise die Maximalwerte aufgeführt, welche von den US-Standards FTP 75 Zyklen-USA-Californien zugelassen sind.
Wie aus der Tabelle ersichtlich, gibt es, falls die Vorrichtung, welche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine beträchtliche Reduzierung in der Menge der an die Atmosphäre abgegebenen Partikel.
Die Effizienz sagt aus, welcher Prozentsatz an Partikeln durch die Verbrennung einer Vorrichtung, welche die Aufgabe der vor liegenden Erfindung ist, zerstört wurde, und zwar im Vergleich zu der Menge an Partikeln, welche ohne irgendeine Filtervorrichtung erzeugt werden. Die Mengen an NOx, CO. HC und Partikeln sind in Gramm pro Meile, gefahren mit dem Motor, ausgedrückt. Tabelle

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Abscheiden der Partikel in Abgasen mit:

- einer äußeren Schale (2) aus metallischem Material mit einer Länge 1 und einem Durchmesser d,

- einer Einrichtung (4, 7) zum Einführen von Luft in die äußere Schale,

- einer Einrichtung (3, 6) zum Einführen der Abgase in die äußere Schale,

- einem Spannungsgenerator mit einem Pol, der mit einer Elektrode (8) mit einem Durchmesser d&sub3; verbunden ist, und mit einem weiteren Pol, der mit der äußeren Schale (2) verbunden ist,

wobei die Vorrichtung in der äußeren Schale weiterhin eine erste Zone (21) mit einer Länge 13, in der eine Mischung der Luft mit den Abgasen stattfindet, eine zweite Zone (22) mit einer Länge 12, in der eine Ionisierung der Luft-Abgas-Mischung, welche von der ersten Zone kommt, stattfindet, sowie eine dritte Zone (23), in der die Partikel in der ionisierten Mischung, welche von der zweiten Zone kommt, gezündet und verbrannt werden, aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Elektrode (8) aus einem Balken (9) aus metallischem Material besteht, welcher aufgeteilt ist in einem ersten Teil (24), der innerhalb der ersten Mischzone (21) angeordnet ist, in einem zweitem Teil (25), der innerhalb der zweiten Ionisierungszone (22) angeordnet ist, und in einem dritten Teil (26), der innerhalb der dritten Zünd- und Verbrennungszone (23) angeordnet ist, wobei der erste Teil (24) der Elektrode (8) durch einen Isolator (12) und eine Isolationsröhre (13) geschützt ist, wobei die Einrichtung (4, 7) zum Einführen von Luft eine Leitung (7) aufweist, die zu einer Öffnung (4) führt, welche Luft in die äußere Schale (2) läßt, zum Einfallenlassen der Luft auf die Basis der Elektrode (8) unter Abschirmung von einem Kontakt mit den Abgasen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen der Abgase eine Leitung (6) und eine Öffnung (3) in der äußeren Schale (2) aufweist, bestehend aus einer ringförmigen Leitung (22), die zwischen einem Teil der äußeren Schale (2) und einer Innenwand definiert ist, mit zwei invertierten, trunkierten, konischen Oberflächen (14, 15), welche miteinander über die kleinere Basis der Konusse und mit der äußeren Schale (2) verbunden sind, wobei die Leitung (20) die erste Zone (21) umgibt und ebenfalls mit einer Vielzahl von Ports (17) in Form von Schlitzen auf der Oberfläche (15) parallel zur Generatrix davon versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ports (17) in zwei Reihen (A, B) verschiedener Breite geteilt sind, die direkt mit dem Portabstand von der Einlaßöffnung (3) wächst, wobei die größere Breite der B- Typ-Ports 20 bis 30% größer ist als die Breite der A-Typ- Ports.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (22) einen Venturi-förmigen Längsschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (12) einen schwalbenschwanzförmigen Längsquerschnitt aufweist, wobei der Isolator (12) und die Isolatorröhre (13) aus Quarz hergestellt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (25) der Elektrode (8) mit metallischen Ringelementen (10) versehen ist, die voneinander beabstandet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Ringelemente (10) aus einer Scheibe mit einer Dicke s und einem Durchmesser d&sub5; besteht, welche mit einer Vielzahl von gerichteten, radialen Auskragungen mit einem Durchmesser d&sub6; versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen den zusammenhängenden Auskragungen 15 bis 20º beträgt und daß der Winkel β zwischen einer Seite einer Auskragung und deren Mittellinie ebenfalls zwischen 15 und 20º beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen zwischen den Dimensionen der Ringelemente (10) und dem Durchmesser des metallischen Balkens (9) erfüllt sind:

s = 1/2-1/3 d&sub3;;

d&sub3; =1/2-1/3 d&sub5;;

d&sub3; = 1/3-1/4 d&sub6;.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelemente in zumindest zwei Reihen (R, T) mit verschiedenen Dimensionen geteilt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Teil der Elektrode (8) mit länglichen, stangenartigen, gerichteten Elementen (11) mit einem Durchmesser d&sub4; und einer Länge h versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, daurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung zwischen den Dimensionen der gerichteten Elemente (11) und dem Durchmesser des Balkens (9) eingerichtet ist:

d&sub4; = 1/3-1/4 d&sub3;; d&sub4; = 1/5-1/6 h.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf einem Teil der Schale (2) mit der dritten Zone (23) Nuten (19) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung zwischen dem Durchmesser d der äußeren Schale (2) und Ihrer Länge 1 eingerichtet ist:

d/1 = 1/5-1/6.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen zwischen den Dimensionsgrößen der verschiedenen Vorrichtungen eingerichtet sind:

I&sub1;/1 = 1/4-1/5;

d&sub2; = 2 I&sub2;;

d&sub1;/d = 1/2-1/3;

I&sub3;/I&sub1; = 1/3-1/4.

I&sub2;/I&sub1; = 1/3-1/4;