DE10243338B4 - Process and device for producing aerosols with a defined electrostatic charge - Google Patents

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DE10243338B4 DE2002143338 DE10243338A DE10243338B4 DE 10243338 B4 DE10243338 B4 DE 10243338B4 DE 2002143338 DE2002143338 DE 2002143338 DE 10243338 A DE10243338 A DE 10243338A DE 10243338 B4 DE10243338 B4 DE 10243338B4
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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen, deren Partikel einen definierten elektrischen Ladungszustand aufweisen, mit
a) einem Tropfengenerator, welcher durch Aufprägen mechanischer Schwingungen auf eine Flüssigkeit oder durch Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gasstromes Flüssigkeitstropfen erzeugt,
b) einer Austrittsöffnung, aus der die in Tropfen zu zerteilende oder zerteilte Flüssigkeit austritt,
c) einer in der Nähe der Austrittsöffnung angeordneten Elektrode, an die eine elektrische Spannung angelegt wird, wodurch
i) zwischen austretender Flüssigkeit und Elektrode eine Potentialdifferenz von weniger als 1000 V entsteht, und
ii) ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches durch elektrische Influenz den Ladungszustand der Tropfen definiert und reproduzierbar beeinflusst,
dadurch gekennzeichnet, dass
– durch Einstellung einer geeigneten Spannung an der Elektrode Tropfen mit einem einheitlichen elektrischen Ladungszustand erzeugt werden können, und
– bei geeigneter Wahl der angelegten Spannung einheitlich elektrisch neutrale Tropfen oder elektrisch neutrale Tropfenkollektive erzeugt worden können.Device for producing aerosols, whose particles have a defined electrical charge state, with
a) a drop generator which generates liquid droplets by imparting mechanical vibrations to a liquid or by atomizing a liquid by means of a gas stream,
b) an outlet opening from which the liquid to be divided into drops or divided emerges,
c) a arranged in the vicinity of the outlet opening electrode to which an electrical voltage is applied, whereby
i) between the exiting liquid and electrode, a potential difference of less than 1000 V is formed, and
ii) an electric field is generated, which defines the charge state of the droplets by electrical influence and reproducibly influences,
characterized in that
- By setting a suitable voltage at the electrode drops can be produced with a uniform state of electrical charge, and
- With a suitable choice of the applied voltage uniformly electrically neutral drops or electrically neutral drop collective can be generated.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen, deren Partikel einen definierten elektrischen Ladungszustand aufweisen.The The invention relates to a method and a device for generating of aerosols whose particles have a defined electrical state of charge exhibit.

Zur Erzeugung von Aerosolen für verschiedene technische Anwendungen oder in der Forschung werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Bei fast allen Verfahren besitzen die erzeugten Partikeln eine elektrische Ladung, deren Höhe abhängig von dem eingesetzten Verfahren, den Betriebsparametern und den eingesetzten Substanzen ist. Meist ist der genaue Ladungszustand der Partikeln unbekannt. In vielen Fällen ist die Aufladung der Partikeln unerwünscht. Es erfolgt dann eine Neutralisation des erzeugten Partikelkollektivs, wobei Verfahren bekannt sind, bei denen durch Kontakt der Partikeln mit Ionen, die durch Koronaentladung oder radioaktive Präparate (siehe z.B. US5873523 ) bereitgestellt werden, ein elektrisch neutrales Partikelkollektiv angestrebt wird.Various processes are used to generate aerosols for various technical applications or in research. In almost all processes, the particles produced have an electrical charge whose level depends on the method used, the operating parameters and the substances used. Mostly, the exact charge state of the particles is unknown. In many cases, the charging of the particles is undesirable. There then takes place a neutralization of the generated particle collective, wherein methods are known in which by contact of the particles with ions that by corona discharge or radioactive preparations (see, eg US5873523 ), an electrically neutral particle collective is sought.

Nachteilig bei den bisher bekannten Verfahren ist, dass es auf diese Weise bisher nicht gelingt, Partikelkollektive zu generieren, die aus jeweils elektrisch neutralen Partikeln bestehen. Das nach außen hin elektrisch neutrale Kollektiv besteht i.a. aus Partikeln mit unterschiedlichen Ladungszahlen. Im Gleichgewichtszustand entspricht die Ladungsverteilung der Boltzmannverteilung. Bei der Neutralisierung elektrisch geladener Partikelkollektive hängt der Grad der Neutralisierung näherungsweise linear von der Anzahlkonzentration der mit dem Aerosol in Kontakt gebrachten Ionen sowie der Kontaktzeit ab. Nicht immer kann davon ausgegangen werden, dass die Neutralisation erfolgreich bzw. bis zum Gleichgewichtszustand erfolgt.adversely in the previously known method is that it in this way So far, it has not been possible to generate particle collectives that are out each consist of electrically neutral particles. That outwardly electrically neutral collective i.a. from particles with different Charge numbers. In the equilibrium state, the charge distribution corresponds the Boltzmann distribution. When neutralizing electrically charged Particle collective hangs the degree of neutralization approximately linearly of the number concentration of the in contact with the aerosol brought ions and the contact time. Not always able to do it be assumed that the neutralization is successful or until to the equilibrium state.

Darüber hinaus müssen beim Umgang sowohl von Hochspannung zur Erzeugung von Koronaentladungen als auch von radioaktiven Präparaten besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.Furthermore have to when handling both high voltage to generate corona discharges as well as radioactive preparations special Safety precautions are taken.

Ein weiterer Nachteil des Verfahrens mit einem radioaktiven Präparat ist es, dass die Wirksamkeit mit der Zeit allmählich nachlässt.One Another disadvantage of the method with a radioactive preparation is that effectiveness gradually diminishes over time.

Aus der Patentschrift US 6127082 A ist bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen mit einem definierten Ladungszustand bekannt. Dabei werden die von einem Tropfengenerator erzeugten Tropfen mittels Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen einer Elektrode und dem Tropfengenerator durch elektrische Influenz aufgeladen. Für eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele wird der durch Messungen bestimmte Quotient Q/M aus Tropfenladung Q und Tropfenmasse M als näherungsweise proportional zur angelegten Potentialdifferenz angegeben. Somit ist es aus US 6127082 A grundsätzlich bekannt, Flüssigkeitstropfen mit einer definierten und reproduzierbaren, entweder positiven oder negativen Ladung zu erzeugen. Die Erzeugung neutraler Tropfen wird in US 6127082 A hingegen nicht diskutiert.From the patent US 6127082 A An apparatus and a method for generating drops of liquid with a defined state of charge is already known. In this case, the drops generated by a drop generator are charged by applying an electrical potential difference between an electrode and the drop generator by electrical influence. For one of the embodiments described, the quotient Q / M determined by measurements from drop charge Q and drop mass M is given as approximately proportional to the applied potential difference. Thus it is off US 6127082 A basically known to produce liquid droplets with a defined and reproducible, either positive or negative charge. The generation of neutral drops is in US 6127082 A however, not discussed.

Zu lösende AufgabeProblem to be solved

Bisher stellt die unzureichende Kenntnis der Partikelladung in aerosoldynamischen Betrachtungen einen Unsicherheitsfaktor dar, beispielsweise auch bei der Prüfung von Filtermaterialien, bei der der Ladungszustand der Partikeln den Abscheidegrad maßgeblich beeinflussen kann.So far represents the insufficient knowledge of the particle charge in aerosol dynamics Considerations an uncertainty factor, for example during the exam of filter materials, where the charge state of the particles the degree of separation can influence.

Weiterhin ist es mit den bekannten Verfahren bisher nicht möglich, einheitlich elektrisch neutrale Partikel zu erzeugen.Farther it is not yet possible with the known methods, uniform to produce electrically neutral particles.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu entwickeln, mit der Aerosole erzeugt werden, deren Ladungszustand bekannt ist, wobei dieser Ladungszustand wahlweise entweder einheitlich positiv oder negativ geladene Partikel umfasst oder durch einheitlich elektrisch neutrale Partikel oder Partikelkollektive definiert ist. It is therefore an object of the present invention, a method and an associated one To develop apparatus, are generated with the aerosols, whose Charge state is known, this charge state either comprises either uniformly positively or negatively charged particles or by uniformly electrically neutral particles or particle collectives is defined.

Eine weitere Aufgabe ist es, das Verfahren so zu gestalten, dass die Vorrichtung ohne besondere Sicherheitsvorkehrungen betrieben werden kann.A Another task is to design the process so that the Device can be operated without special safety precautions can.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren bereitzustellen, dessen Wirksamkeit nicht zeitabhängig, sondern reproduzierbar ist.A Another object is to provide a method whose effectiveness not time-dependent, but is reproducible.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 11 gelöst.These Tasks are achieved by a device according to claim 1 and by a method according to the claim 11 solved.

Erfindung invention

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Aerosol, bestehend aus Flüssigkeitstropfen, durch mechanische Schwingungen oder mittels eines Gasstroms erzeugt, wobei ein Tropfenschwarm aus einer Austrittsöffnung austritt, und mittels einer Elektrode in der Nähe der Austrittsöffnung eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Austrittsöffnung und der Elektrode angelegt wird. Vorzugsweise besteht diese Elektrode aus einer der Austrittsöffnung gegenüberliegenden Scheibe oder einem Ring, z.B. aus Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitenden Material, mit einer Bohrung, durch welche die Tropfen hindurch treten. Dadurch kann in den austretenden Tropfen, die bis zum Verlassen der Austrittsöffnung eine elektrisch leitende Verbindung zur Umgebung der Austrittsöffnung besitzen, eine Ladung induziert werden. Es wird eine Gleichspannung von weniger als 1000 Volt angelegt. Dadurch wird im Gegensatz zum Elektrospray, bei dem durch Anlegen von Hochspannung Tropfen aus einem Flüssigkeitsstrahl herausgerissen werden, und bei dem die entstehenden Tropfen sehr hohe Ladung tragen, der Tropfenentstehungsprozess nicht beeinflusst. Bei geeigneter Wahl der angelegten Spannung kann ein elektrisch neutrales Partikelkollektiv erzeugt werden. Die Höhe der zur Neutralisierung erforderlichen Spannung hängt dabei von den Betriebsparametern der Aerosolerzeugung und den eingesetzten Substanzen ab. Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung kann eine Gleichspannung von weniger als 100 Volt angelegt werden. In the method according to the invention, an aerosol, consisting of liquid droplets, is generated by mechanical vibrations or by means of a gas flow, wherein a droplet swarm emerges from an outlet opening, and an electric potential difference between the outlet opening and the electrode is applied by means of an electrode in the vicinity of the outlet opening. Preferably, this electrode consists of a disc opposite the outlet opening or a ring, for example made of copper or another electrically highly conductive material, with a bore through which the drops pass through. As a result, a charge can be induced in the emerging drops, which have an electrically conductive connection to the surroundings of the outlet opening until they leave the outlet opening. A DC voltage of less than 1000 volts is applied. As a result, in contrast to the electrospray, in which drops are torn out of a liquid jet by application of high voltage, and in which the resulting drops carry a very high charge, the drop formation process is not affected. With a suitable choice of the applied voltage, an electrically neutral particle collective can be generated. The amount of voltage required for neutralization depends on the operating parameters of aerosol generation and the substances used. In a particular embodiment of the device, a DC voltage of less than 100 volts may be applied.

Die Erzeugung elektrisch neutraler Partikeln stellt eine Neuheit dar. Die Anwendung dieses Verfahrens ist in allen Fällen vorteilhaft, in denen die Kenntnis oder eine Beeinflussung der Dynamik von Aerosolen eine Rolle spielt.The Generation of electrically neutral particles is a novelty. The application of this method is advantageous in all cases in which Knowing or influencing the dynamics of aerosols Role play.

Es sind keine weiteren Vorrichtungen zur Neutralisierung erforderlich. Daher entfällt der Einsatz von Hochspannung, der bei Verwendung einer Koronaentladungseinrichtung erforderlich ist, oder der Einsatz eines radioaktiven Präparates.It No further devices are required for neutralization. Therefore deleted the use of high voltage when using a corona discharge device is necessary, or the use of a radioactive preparation.

Mit diesem Verfahren ist es auch möglich, je nach Einstellung der Elektrodenspannung, nicht neutrale Tropfen bzw. Partikeln zu generieren, sondern elektrisch geladene mit definierter positiver oder negativer Ladung. Es können bei Einsatz einer Wechselspannung auch zeitabhängig positiv oder negativ geladene Tropfen generiert werden.With it is also possible to use this method depending on the setting of the electrode voltage, not neutral drops or to generate particles, but electrically charged ones with defined positive or negative charge. It can when using an AC voltage also time-dependent positively or negatively charged drops are generated.

Das Verfahren eignet sich beispielsweise in Kombination mit einer Zweistoffdüse oder anderen Aerosolgeneratoren, bei denen Flüssigkeiten versprüht werden, insbesondere, bei denen die Flüssigkeit aus einer Düse oder anderen definierten Austrittsöffnung austritt.The Method is suitable, for example, in combination with a two-fluid nozzle or other aerosol generators in which liquids are sprayed, in particular, where the liquid from a nozzle or other defined outlet exit.

Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Aerosol, bestehend aus gleich großen Tropfen, durch Aufprägen einer Schwingung auf einen austretenden Flüssigkeitsstrahl, z. B. mittels Schwingblendengenerator, Pulsationsgenerator oder Piezodropper, erzeugt. Tropfen, die mit einer solchen Apparatur erzeugt werden, besitzen in der Regel immer eine von Null verschiedene elektrische Ladung, die von mehreren Parametern beeinflusst wird. Hierzu zählen unter anderem Ströme im Aerosolgenerator, die durch die Anregung einer Piezokeramik auftreten, die Leitfähigkeit der eingesetzten Flüssigkeit oder Lösung, eine Ladung des austretenden Strahls durch Kontaktpotential, Influenz im austretenden Strahl durch ein elektrisches Feld und Abriss der dielektrischen Doppelschicht bei der Tropfenentstehung. Darüber hinaus gibt es eine ausgeprägte nichtlineare Abhängigkeit von der Frequenz, mit der der Generator betrieben wird.at a particular embodiment the method according to the invention is the aerosol, consisting of equal drops, by impressing a Oscillation on an exiting liquid jet, z. B. by means Oscillating diaphragm generator, pulsation generator or piezoelectric actuator, generated. Drops that are produced with such an apparatus usually always have a non-zero electrical Charge, which is influenced by several parameters. These include under other streams in the aerosol generator, which occur through the excitation of a piezoceramic, the conductivity of the used liquid or solution, a charge of the outgoing beam by contact potential, influence in the exiting beam by an electric field and demolition of the dielectric double layer at the drop formation. In addition there it a pronounced nonlinear dependence of the frequency at which the generator is operated.

Aus Untersuchungen zur Bestimmung der Tropfenladung an Tropfenketten, die die Erfinder durchgeführt haben, ist ihnen bekannt, dass Ladungs-Frequenz-Spektren mit charakteristischen Minima und Maxima bei bestimmten Frequenzen existieren, die sich offenbar aus den elektrischen und mechanischen Schwingungseigenschaften des Systems ergeben, und dass die Ladung von Tropfen mit einem Durchmesser von etwa 10 μm bis 100 μm, die mit einem Schwingblendenaerosolgenerator erzeugt wurden, in der Größenordnung 1.000 bis einige 10.000 Elementarladungen pro Tropfen liegt. Dabei sind die Tropfen, die in einem bestimmten Betriebszustand generiert werden, alle etwa gleich geladen.Out Investigations to determine the drop charge on drop chains, which the inventors performed have, you know, that charge-frequency spectra with characteristic Minima and maxima at certain frequencies exist that are apparently from the electrical and mechanical vibration characteristics of the system, and that the charge of drops with a diameter of about 10 μm up to 100 μm, which were produced with a vibrating diaphragm aerosol generator, in of the order of magnitude 1,000 to 10,000 elemental charges per drop. There are the drops that are generated in a particular operating state all about the same loaded.

Die Kombination eines solchen monodispersen Aerosolgenerators mit der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung hat den besonderen Vorteil, dass nicht nur die mittlere Ladung eines Tropfenkollektivs beeinflusst werden kann, sondern die Ladung jedes einzelnen Tropfens festgelegt wird, da jeder Tropfen im Kollektiv die gleiche Ladung besitzt. Durch entsprechende Wahl der Feldstärke an der Elektrode kann die Ladung der Tropfen in gewissen Grenzen eingestellt werden, insbesondere können elektrisch neutrale Tropfen erzeugt werden. Mit der neu entwickelten Methode ist man in der Lage, Kollektive aus elektrisch neutralen Partikeln herzustellen. Dadurch ist der Partikelzustand eindeutig definiert.The Combination of such a monodisperse aerosol generator with the discharge device according to the invention has the particular advantage that not only the average charge of a Drop collective can be affected, but the charge of each each drop is determined as each drop in the collective has the same charge. By appropriate selection of the field strength at the electrode the charge of the drops can be adjusted within certain limits, in particular, can be electric neutral drops are generated. With the newly developed method one is able to collect from electrically neutral particles manufacture. As a result, the particle state is clearly defined.

Das Verfahren zur Beeinflussung der elektrischen Ladung, dessen Prinzip auf der influenzierten Ladung in einem austretenden Füssigkeitsstrahl beruht, beschränkt sich nicht nur auf die Erzeugung von Tropfen reiner Flüssigkeiten, insbesondere elektrisch leitender Flüssigkeiten. Es lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch indirekt die Ladung von Feststoffpartikeln beeinflussen, indem ein erzeugtes Aerosol, das zum Beispiel aus Tropfen einer Salzlösung besteht, einem Trocknungsvorgang unterzogen wird, so dass Feststoffpartikeln entstehen. Gleiches gilt für Feststoffpartikeln, die in einem Lösemittel suspendiert sind oder für Schmelzen.The Method for influencing the electric charge, its principle on the influenzierten charge in a leaking Füssigkeitsstrahl is based, limited not only on the production of drops of pure liquids, in particular electrically conductive liquids. It can be with the method according to the invention also indirectly affect the charge of solid particles by a generated aerosol consisting, for example, of drops of saline solution, is subjected to a drying process, so that solid particles arise. The same applies to Solid particles suspended in a solvent or for melting.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformendescription preferred embodiments

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Abbildungen Bezug genommen. Es zeigenat In the following description of preferred embodiments, reference is made to the figures taken. Show it

1: Eine Skizze einer möglichen Gestaltung der Ladungs-/Entladungsvorrichtung für monodisperse Aerosole 1 : A sketch of a possible design of the charge / discharge device for monodisperse aerosols

2: Eine Skizze einer möglichen Vorrichtung zur geregelten Erzeugung monodisperser elektrisch neutraler Aerosole 2 : A sketch of a possible device for the controlled generation of monodisperse electrically neutral aerosols

3: Eine Skizze einer Vorrichtung zur Erzeugung eines polydispersen Aerosols, hier eine Zweistoffdüse, mit der erfindungsgemäßen Ladungs-/Entladungsvorrichtung. 3 : A sketch of a device for producing a polydisperse aerosol, here a two-fluid nozzle, with the charge / discharge device according to the invention.

Vorzugsweise wird die Elektrode in einem Abstand von wenigen mm von der Austrittsöffnung des Aerosolgenerators angebracht, damit u.a. die erforderliche Spannung möglichst gering gehalten werden kann. Im Gegensatz zu anderen Vorrichtungen, bei denen durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit sehr hoher Spannung (z.B. einige kV) ein Aerosol erzeugt wird (Elektrospray), erfolgt bei der hier beschriebenen Vorrichtung die Tropfengenerierung z. B. durch eine mechanische Schwingung, die dem Flüssigkeitsstrahl aufgeprägt wird, während das elektrische Feld nur der Beeinflussung der Tropfenladung dient. Das hierzu benötigte elektrische Feld wird z.B. durch Anlegen einer Gleichspannung von etwa 1 Volt bis zu 1000 Volt erzeugt. Die erforderliche Gleichspannung liegt bei einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung im Bereich zwischen einigen Millivolt und 100 Volt.Preferably the electrode is at a distance of a few mm from the outlet opening of the Aerosol generator attached to u.a. the required tension preferably can be kept low. Unlike other devices, at those by applying an electric field with very high voltage (e.g., a few kV) an aerosol is generated (electrospray) in the apparatus described here, the drop generation z. B. by a mechanical vibration imparted to the fluid jet, while the electric field only serves to influence the drop charge. The required for this electric field is e.g. by applying a DC voltage of about 1 volt up to 1000 volts generated. The required DC voltage lies in a special embodiment of the Device in the range between a few millivolts and 100 volts.

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, in beliebigen festen Betriebszuständen des Tropfengenerators Tropfen mit definierter Ladung zu erzeugen. Hierzu wird die Spannung entsprechend eingestellt. Um die erforderliche Höhe der Spannung zu bestimmen, wird zunächst die Ladung der Tropfen in dem entsprechenden Betriebspunkt gemessen.With this device it is possible in any fixed operating states of the drop generator To produce drops with a defined charge. This is the voltage adjusted accordingly. To determine the required amount of tension will be first the charge of the drops measured at the appropriate operating point.

Mit einem geeigneten Sensor kann auch eine Regelstrecke aufgebaut werden, mit Hilfe derer die gewünschte Tropfenladung bei Schwankungen der Betriebsparameter konstant gehalten werden kann. Hierzu eignet sich z. B. ein induktiv wirkender Ladungssensor, mit dem die Ladung der Tropfen nach Passieren der Elektrode detektiert wird. Es kann aber auch ein Sensor verwendet werden, der den influenzierten Strom in der Austrittsöffnung oder in der Nähe der Austrittsöffnung erfasst. Die Höhe dieses Stroms lässt sich mit der Tropfenladung korrelieren und daher als Messgröße zur Ladungsregelung verwenden.With A suitable sensor can also be used to set up a controlled system with the help of which the desired Droplet charge kept constant with fluctuations of the operating parameters can be. This is z. B. an inductively acting charge sensor, with which detects the charge of the drops after passing the electrode becomes. But it can also be used a sensor that influenzierten Electricity in the outlet or near the outlet opening detected. The height this stream leaves correlate with the drop charge and therefore as a measure of charge control use.

Die Tropfenladung wird durch das zwischen der Elektrode und der Austrittsöffnung aufgebaute elektrische Feld beeinflusst. Dabei wirken auch eventuell vorhandene äußere Einflüsse wie z.B. externe elektrische Felder in störender Weise auf die entstehenden Tropfen ein. Deshalb empfiehlt es sich, den Bereich der Austrittsöffnung und der Elektrode durch geeignete Maßnahmen elektrostatisch abzuschirmen. Beispielsweise kann mit einer geerdeten, elektrisch leitenden Kappe der betreffende Bereich umschlossen werden.The Droplet charge is due to the built-up between the electrode and the outlet opening electrical Field influenced. It also affect any existing external influences such as e.g. External electric fields in a disturbing way to the resulting Drop in. Therefore, it is recommended that the area of the outlet opening and Electrostatically shield the electrode by suitable measures. For example, with a grounded, electrically conductive cap the area concerned will be enclosed.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform erfolgt die Tropfenerzeugung mittels einer Zweistoffdüse. In einem Abstand von wenigen mm von der Austrittsöffnung der Zweistoffdüse befindet sich eine Elektrode, die beispielsweise ringförmig angefertigt sein kann, und die so angeordnet ist, dass der kegelförmige Tropfenstrahl durch sie hindurchtritt. Zwischen der Öffnung der Zweistoffdüse, aus der der Flüssigkeitsstrahl austritt, und der Elektrode kann eine Spannung angelegt werden. Die Höhe dieser Spannung kann zwischen einigen Millivolt und maximal 1000 Volt eingestellt werden.at another particular embodiment Drop generation takes place by means of a two-substance nozzle. In one Distance of a few mm from the outlet opening of the two-fluid nozzle is located an electrode, which can be made, for example ring-shaped, and which is arranged so that the conical droplet jet through them passes. Between the opening the two-fluid nozzle, from the liquid jet emerges, and the electrode can be applied a voltage. The height this voltage can be between a few millivolts and a maximum of 1000 Volts are set.

Sie wird bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung zwischen einigen Millivolt und 100 Volt eingestellt. Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt mit Hilfe eines Gasstroms (gewöhnlich Pressluft), wobei die Flüssigkeit durch Injektorwirkung angesaugt, oder über ein Gefälle oder mit Druck zugeführt wird. Die Mischung der Flüssigkeit mit dem Gastrom erfolgt außerhalb der Düse (Prinzip der Außenmischung). Bedingt durch den Tropfenentstehungsprozess erhält man ein polydisperses Tropfenspektrum, wobei die einzelnen Tropfen jeweils unterschiedlich große Ladungen tragen. Das Tropfenkollektiv hat insgesamt eine mittlere Ladung, die mit Hilfe eines Ladungssensors gemessen werden kann und die in der Regel von Null verschieden ist. Mit Hilfe des erfindungemäßen Verfahrens ist es möglich, durch das Anlegen einer Spannung zwischen der Ringelektrode und der Zweistoffdüse die mittlere Ladung des Tropfenkollektivs gezielt zu beeinflussen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Spannung so einzustellen, dass die mittlere Ladung des Tropfenkollektivs Null wird, so dass man ein nach außen neutrales Aerosol erhält. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, eine Regelstrecke aufzubauen, so dass mit einem geeigneten Sensor die gewünschte mittlere Ladung über einen längeren Zeitraum konstant gehalten werden kann.she is in a particular embodiment set the device between a few millivolts and 100 volts. The atomization the liquid takes place with the help of a gas stream (usually Compressed air), whereby the liquid sucked by injector action, or is supplied via a gradient or with pressure. The mixture of the liquid with the gas stream done outside the nozzle (Principle of external mixing). Due to the droplet formation process, a polydisperse droplet spectrum is obtained, wherein the individual drops each have different sized charges wear. The drop collective has a total average charge, which can be measured with the help of a charge sensor and the usually different from zero. With the help of erfindungemäßen method is it possible through the application of a voltage between the ring electrode and the two-fluid nozzle the middle To influence charge of the drop collective specifically. Especially it is possible, adjust the tension so that the average charge of the drop collective Zero becomes, so that one receives an outwardly neutral aerosol. It exists continue the opportunity build a controlled system so that with a suitable sensor the desired average charge over a longer one Period can be kept constant.

Claims (17)

Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen, deren Partikel einen definierten elektrischen Ladungszustand aufweisen, mit a) einem Tropfengenerator, welcher durch Aufprägen mechanischer Schwingungen auf eine Flüssigkeit oder durch Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gasstromes Flüssigkeitstropfen erzeugt, b) einer Austrittsöffnung, aus der die in Tropfen zu zerteilende oder zerteilte Flüssigkeit austritt, c) einer in der Nähe der Austrittsöffnung angeordneten Elektrode, an die eine elektrische Spannung angelegt wird, wodurch i) zwischen austretender Flüssigkeit und Elektrode eine Potentialdifferenz von weniger als 1000 V entsteht, und ii) ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches durch elektrische Influenz den Ladungszustand der Tropfen definiert und reproduzierbar beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass – durch Einstellung einer geeigneten Spannung an der Elektrode Tropfen mit einem einheitlichen elektrischen Ladungszustand erzeugt werden können, und – bei geeigneter Wahl der angelegten Spannung einheitlich elektrisch neutrale Tropfen oder elektrisch neutrale Tropfenkollektive erzeugt worden können.Device for generating aerosols, whose particles have a defined electrical charge state, with a) a drop generator which generates liquid droplets by imparting mechanical vibrations to a liquid or by atomizing a liquid by means of a gas stream, b) an outlet opening from which the droplets in c) a disposed in the vicinity of the outlet opening electrode to which an electrical voltage is applied, whereby i) between the exiting liquid and electrode, a potential difference of less than 1000 V is formed, and ii) an electric field is generated, which defines the charge state of the droplets by electrical influence and reproducibly influenced, characterized in that - by setting a suitable voltage at the Electrode drops can be generated with a uniform state of electrical charge, and - with a suitable choice of the applied voltage uniform electrically neutral droplets or electrically neutral droplet collective can be generated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit eine Zweistoffdüse umfasst.Device according to claim 1, characterized in that that the device for atomizing a liquid a two-fluid nozzle includes. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Generator zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung umfasst, mittels derer ein austretender Flüssigkeitsstrahl in gleich große Abschnitte geteilt wird.Device according to claim 1, characterized in that that the device has a generator for generating a mechanical Vibration includes, by means of which an exiting liquid jet in equal size Sections is shared. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen austretender Flüssigkeit und Elektrode eine Potentialdifferenz von weniger als 100 V entsteht.Device according to one of claims 1 to 3, characterized that between leaking fluid and electrode creates a potential difference of less than 100V. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Öffnung besitzt, durch die das Aerosol hindurchtritt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the electrode has an opening possesses, through which the aerosol passes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode ringförmig oder zylindrisch ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized that the electrode is annular or cylindrical. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung und die Elektrode, der Bereich zwischen beiden, sowie die direkte Umgebung der Elektrode nach außen hin elektrostatisch abgeschirmt sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the outlet opening and the electrode, the area between the two, as well as the immediate environment the electrode outwards are electrostatically screened. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung durch eine geerdete metallische Kappe erfolgt.Device according to claim 7, characterized in that that the shielding is done by a grounded metallic cap. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Aerosols hinter der Elektrode ein Sensor zur Messung der Tropfenladung angebracht ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized that in the flow direction of Aerosols behind the electrode a sensor for measuring the drop charge is appropriate. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler ein Signal von dem Sensor empfängt und auf Basis dieses Signals und eines vorgegebenen Referenzwertes das Potential an der Elektrode regelt.Device according to claim 9, characterized in that a controller receives a signal from the sensor and based on that signal and a predetermined reference value, the potential at the electrode regulates. Verfahren zur Erzeugung von Aerosolen, deren Partikel einen definierten elektrischen Ladungszustand aufweisen, wobei a) durch Aufprägen mechanischer Schwingungen auf eine Flüssigkeit oder durch Zerstäubung einer Flüssigkeit mittels eines Gasstromes Flüssigkeitstropfen erzeugt werden, b) die in Tropfen zu zerteilende oder zerteilte Flüssigkeit aus einer Austrittsöffnung austritt, c) an eine in der Nähe der Austrittsöffnung angeordnete Elektrode eine elektrische Spannung angelegt wird, wodurch i) zwischen austretender Flüssigkeit und Elektrode eine Potentialdifferenz von weniger als 1000 V entsteht, und ii) ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches durch elektrische Influenz den Ladungszustand der Tropfen definiert und reproduzierbar beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass – durch Einstellung einer geeigneten Spannung an der Elektrode Tropfen mit einem einheitlichen elektrischen Ladungszustand erzeugt werden können, und – bei geeigneter Wahl der angelegten Spannung einheitlich elektrisch neutrale Tropfen oder elektrisch neutrale Tropfenkollektive erzeugt worden können.Process for the production of aerosols, their particles have a defined electrical charge state, wherein a) by imprinting mechanical vibrations on a liquid or by atomization of a liquid Produces liquid droplets by means of a gas flow become, b) the liquid to be divided into drops or divided from an exit opening exit, c) arranged at a near the outlet opening Electrode is applied an electrical voltage, causing i) between leaking fluid and electrode creates a potential difference of less than 1000V, and ii) an electric field is generated, which by electrical Influence defines the charge state of the drops and reproducible affected characterized in that - by Setting a suitable voltage at the electrode drops with a uniform electric charge state can be generated, and - if appropriate Choice of applied voltage uniformly electrically neutral drops or electrically neutral drop collective can be generated. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen austretender Flüssigkeit und Elektrode eine Potentialdifferenz von weniger als 100 V entsteht.Method according to claim 11, characterized in that that between leaking fluid and electrode creates a potential difference of less than 100V. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Tropfen monodispers sind.Method according to claim 11 or 12, characterized that the drops produced are monodisperse. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Tropfen einen gelösten Feststoffanteil aufweisen, der nach Verdunstung des Lösemittels jeweils zu einem Feststoffpartikel führt.Method according to one of claims 11 to 13, characterized that the drops produced have a dissolved solids content, after evaporation of the solvent each leads to a solid particle. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Tropfen einen oder mehrere Feststoffpartikel aufweisen, die nach Verdunstung des Lösemittels jeweils zu einem Feststoffpartikel führen.Method according to one of claims 11 to 14, characterized that the drops produced one or more solid particles have, after evaporation of the solvent in each case to a Lead solid particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungszustand der erzeugten Aerosole mit einem Sensor gemessen wird.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that the state of charge of the generated aerosols with a sensor is measured. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Sensors zur Bestimmung des anzulegenden elektrischen Potentials herangezogen wird.Method according to claim 16, characterized in that that the signal of the sensor for determining the electrical Potentials is used.
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