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Einrichtung zur elektrischen Abscheidung von Schwebekörpern aus Gasen oder Gasgemischen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Abscheidung von Sehwebekörpem aus Gasen oder Gasgemischen mit Niedersehlagselektroden, die als Hohlkörper mit durchbrochener Wandung ausgebildet und mit einer axial oder zentral angeordneten Ausströmelektrode versehen sind.
Die Erfindung besteht darin, dass der oder die Hohlkörper dem vorzugsweise axial oder zentral einströmenden Gas in an sich bekannter Weise unbehindert offenstehen, dagegen für die Ab-oder Weiterleitung des Gases aber nur über Wanddurchbrechungen solcher Grösse und Anordnung verfügen, dass das Gas möglichst radial, d. h. in Richtung der von dem axial oder zentral angeordneten Ausströmer ausgehenden elektrischen Kraftlinien des zwischen Hohlkörpern und Ausströmer bestehenden elektrischen Feldes nach aussen abgeführt wird. Gemäss der Erfindung stehen also dem Gas im Gegensatz zu den bisher bekannten Einrichtungen, die mit durchbrochenen Hohlkörpern, z. B.
Zylindern, als Niederschlagselektroden arbeiten, ausser den Wanddurchbrechungen des Hohlkörpers keine grösseren freien Austritts- öffnungen zur Verfügung. Auf diese Weise ist es möglich, nahezu alle Schwebekörper an die Nieder- schlagsflächen zu befördern und damit den Reinigungsgrad auf das höchste zu steigern. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Schwebeteilchen, die schon aufgeladen in das elektrische Feld eintreten, bei ihrem Durchtritt durch die Durchbrechungen der Niederschlagsfläche. angezogen und mit Sicherheit festgehalten werden.
Durch die radiale Gasführung wird erreicht, dass die Strömungslinien des Gases mehr oder weniger mit der Richtung der elektrischen Kraftlinien des Ab- scheidungsfeldes zusammenfallen und infolgedessen jedes Schwebeteilchen auf schnellstem Wege an die Niederschlagsfläche, also an denjenigen Ort befördert wird, an dem die Anhäufung bzw. Abscheidung der Teilchen erfolgen soll, wobei folgendes zu beachten bleibt.
Die elektrische Kraft, die beim Durchtritt der Schwebeteilchen durch die durchbrochene Niedersehlagselektrode auf die Teilchen wirkt, wird besonders wirksam, wenn es gelingt, die Gasgeschwindigkeit in der Nähe der Niederschlagselektroden bis in die Grössenordnung der relativen Wanderungsgesehwindigkeit der Schwebeteilchen gegenüber der Gasströmung zu bringen. Dieser Bedingung kommt die Forderung der radialen Austrittsgeschwindigkeit dadurch nach, dass sich die in irgendeinem Punkte des Strömungsfeldes einstellenden Gasgeschwindigkeiten im kugelsymmetrisehen Falle umgekehrt wie die zweiten Potenzen, im zylindrischen Fall wie die ersten Potenzen des diesem Punkt zukommenden Kugelbzw.
Zylinderradius verhalten, so dass in der Nähe der Niederschlagselektroden sehr kleine Geschwindig- keiten herrschen, während das Gas an der Eintrittsseite mit normaler Geschwindigkeit zugeführt werden kann. Der Austritt durch eine freie Öffnung, wie er den meisten der bisherigen Konstruktionen zugrunde lag, erfordert, wie noch gezeigt wird, einen grösseren Raum und daher eine teurere Konstruktion der Gesamtapparatur.
Als Beispiel sei zunächst ein mehr oder weniger engmaschig durchbrochener, oben geschlossener
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übrigbleiben. Das elektrische Feld, das zwischen einem axial in diesem Zylinder angeordneten Ausströmer und der aus Stäben bestehenden Niedersehlagselektrode herrscht, lässt sieh angenähert auch in der Nähe eines Stabes bzw. der von zwei Stäben gebildeten Öffnung berechnen. Daher ist auch die Bewegung eines Schwebeteilchens bekannt, das getrieben von der radialen Gasströmung und abgelenkt durch die
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durch den Stabzwisehenraum entweichen lässt. Man kann auch unschwer den Anteil an Staub, der auf diese Weise von den Stäben festgehalten wird, in bezug auf die gesamte Staubmenge, also den Reinigungs- grad des Filters, bestimmen.
Er ergibt sich abhängig von zwei fundamentalen Grössen.
Die eine ist das Verhältnis des Durchmessers der Stäbe zu ihrem Zentralabstand, sie sei der Kürze halber mit #Sperrfähigkeit" des Gitters bezeichnet, die andere ist das Verhältnis der mittleren elek- trischen Wanderungsgeschwindigkeit des Teilchens in der Nähe der Niedersehlagselektrode zur Gasgeschwindigkeit an derselben Stelle ; sie sei mit dem Namen #elektrische Ablenkung" belegt. Ist die elektrische Ablenkung gleich Null, so wird der Reinigungsgrad einfach gleich der Sperrfähigkeit des Gitters, ist aber die elektrische Ablenkung äusserst gross, dann wird der Reiniungsgrad praktisch 100%.
Je kleiner also die Gasgesehwindigkeit im Verhältnis zur Wanderungsgesehwindigkeit in der Nähe der Niedersehlagselektrode gehalten wird, desto grösser ist der erzielte Effekt. Praktisch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Gasgesehwindigkeit in der Nähe der Niedersehlagselektrode ungefähr gleich der elektrischen Wanderungsgesehwindigkeit zu halten. Man kann ferner wirksam mit einer elektrischen
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Grösse von etwa 5 cm/sei, haben soll.
In Vergleich zu der bei der elektrischen Gasreinigung üblichen Gasgesehwindigkeit, die nach Metern pro Sekunde zählt, ist diese Geschwindigkeit sehr gering. Trotzdem benötigt man für die Reinigung einer gewissen stündliehen Gasmenge bei dem hier beschriebenen Verfahren einen geringeren Aufwand an Elektrodenmaterial als bei den bisherigen Methoden. Dies möge an folgendem Beispiel klargelegt werden.
Durch ein Rohr von 3 m Länge, das einen in der Gasreinigungstechnik üblichen Durchmesser von 275 min besitzt, im übrigen den Forderungen des Anspruchs 1 entsprechend mit Wanddurchbrechungen versehen ist, entweicht bei der eben angegebenen geringen Geschwindigkeit von 5 cm/sek. eine sekundliche Gasmenge von 0'13 cbm/sek. Reinigt man ein Gas auf andere Weise, nämlich indem man es durch ein ebensolches Rohr hindurehleitet, das aber eine freie Austrittsöffnung und keine durchbrochene Wan-
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kann, u. zw. mit etwa demselben Aufwand an Elektrodenmaterial für beide Fälle.
Die Zeichnung veranschaulicht in. mehreren Beispielen, wie der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ausgeführt werden kann.
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förmige Ausströmelektrode, in die die Gase in der Pfeilriehtung einströmen, um sie, wie an sich bekannt, in radialer Richtung durch die Austrittsöffnungen 3 zu verlassen. Diese Austrittsöffnungen nehmen, was an sich ebenfalls nicht neu ist, in Richtung der Gasströmung, d. h. nach oben hin, an Anzahl und Querschnitt zu. Um die Ausströmelektrode 1 ist eine durchbrochene Niedersehlagselektrode 4 gestellt, derart, dass der senkrechte Abstand zwischen den beiden Elektroden und 4 an allen Seiten nahezu derselbe ist.
Die Niedersehlagselektrode 4 wird durch die Stäbe 5 gebildet, die an ihrem oberen Teile kuppelartig zusammenlaufen und eine Art Käfig darstellen, dessen Querschnitt sieh aus Fig. 2 ergibt.
Den unteren Abschluss bildet ein vorteilhaft ringförmiger, mit einem Verschlussorgan 8 versehener Bunker 6 zur Aufnahme des im Innern des Käfigs 4 von den Elektrodenstäben 5 abfallenden Staubes.
Der von den Aussenseiten der Stäbe 5 sich ablösende Staub gelangt durch die Öffnungen 7 in den Bunker 6.
Die Ausströmelektrode 1 ist an ihrem unteren Ende durch den Isolator 9 geführt, der sie von dem geerdeten System, bestehend aus Niedersehlagselektrode und Bunkerraum, elektrisch trennt. Zum Schutze des Isolators 9 gegen herabfallenden Staub ist ein Schirm 10 vorgesehen.
Als Schutz gegen das staubhaltige Gas dient auch das zackig ausgebildete Ende 11 der Elektrode 1, das gegen das geerdete Einströmrohr 1. 2 sprüht und so in bekannter Weise verhindert, dass Staubteilchen in den Isolationsraum 13 eindringen können.
Die mit einer mehr oder weniger grossen Geschwindigkeit in das Rohr 12 einströmenden staubbeladenen Gase gelangen in das Elektrodenrohr 1, treten radial durch die Sprühöffnuugen. 3 aus und kommen mit stark verminderter Geschwindigkeit an die Stäbe 5 der käfigartigen Niederschlagselektrode 4. Nachdem sich die Staubteilchen an den Stäben 5 und in deren Zwischenräumen abgesetzt haben, tritt das Gas gereinigt aus dem Käfig 4 entweder ins Freie oder strömt in ein auf die gezeichnete Anordnung gestülptes Gefäss oder Rohr weiter. Sowohl die Auströmelektrode wie die Niedersehlagselektrode können in bekannter Weise durch Erschüttern oder Klopfen gereinigt werden.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 3 im Längsschnitt schematiseh dargestellt.
Die am Umfang durchlöcherte und geerdete Niederschlagselektrode 14 ist an ihrem oberen Ende durch den Deckel 15 abgeschlossen, an dem der Isolator 16 befestigt ist, der den draht-oder stabartigen
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der elektrische Strom unter Zuhilfenahme des Durchführungsisolators 19 und der Verbindung 80 dem Ausströmer 11 zugeleitet wird. 21 ist die Eintrittsöffnung für die Gase und 22 ein Bunker mit dem Ver- sehlussorgan 23.
Die Niederschlagselektrode 14 ist so gestaltet, dass sie, auf die Längen-und Zeiteinheit bezogen, allerorts dieselbe Gasmenge hindurchlässt. Zu diesem Zweck werden die Siebmasehen oder Wanddurchbrechungen um so zahlreicher, je mehr sich das Gas dem Deckel 15 bzw. dem Isolator 16 nähert. Der Strömungswiderstand wird also nach oben zu geringer.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend ist eine weitere Anordnung möglich, die in Fig. 4 sehematisch veranschaulicht ist. Hier ragt ein Durchführungsisolator 24 in einen halbkugelförmig durch eine netz-oder siebartige Niederschlagselektrode 25 begrenzten Raum hinein. Durch den Isolator 24 ist ein an Hochspannung liegender Stab 27 geführt, der eine im Mittelpunkt der Halbkugel justierte sprühende Spitze 28 trägt. Die geerdete Elektrode 25 ist an einem Rohrstück 29 befestigt, dessen Wände die Strömungslinien des Gases derart ablenken, dass im Sinne der Pfeile eine vorwiegend radiale Strömung nach den Durchbrechungen oder Maschen der Elektrode 25 erzielt wird. Gegenüber der Einstromoff nung 30 befindet sich eine ebenfalls diesem Zwecke dienende Leitfläche 31.
Die Sprühspitze 28 genügt, um die
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der Elektrode 25 entweichen können.
Eine sinngemässe Anwendung der Anordnung nach Fig. 3 für eine grössere Gasmenge ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist 32 ein gemeinsamer Sammelraum für die durch die Öffnung 33 einströmenden Gase. Nach unten ist dieser Sammelraum durch den gemeinsamen Bunker. 34 abgeschlossen, nach oben hin
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schlossenen, auf ihrem Umfang durchbrochenen Niederschlagselektroden 37. Als Ausströmelektroden sind im Innern von 37 an Hochspannung liegende Drähte oder Stäbe 38 eingesetzt, die an einem gemeinsamen Träger 39 befestigt sind. Dieser Träger wird von dem Durchführungsisolator 40 und dem Stützisolator 41 gehalten.
Auf dem Sammelraum 32 ist der Reingasraum 42 mit der Austrittsöffnung 43 auf-
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elektroden 37 den Staub an die Elektrodenwand ab, gelangt dann in den Sammelraum 42 und strömt durch 43 gereinigt ab. Die Niederschlagselektroden können mit Hilfe der aus dem Raum 42 nach aussen durchgeführten Bolzen 44 von Zeit zu Zeit gestrafft oder geklopft werden, um den an ihnen haftenden Staub in den Bunker. S abfallen zu lassen.
Selbstverständlich kann man, falls die Niederschlagsflächen nicht ausreichen, diese auch dadurch vergrössern, dass man über die durchbrochene Sammelelektrode eine zweite, dritte usf. ebenfalls geerdete konzentrische Elektrode stülpt, die die aus der inneren Elektrode etwa noch nach aussen tretenden geladenen Teilchen anzieht und festhält, wie in Fig. 6 angegeben. Hier bedeutet 45 eine halbkugelförmige Elektrode nach Fig. 4, die von einer zweiten 46 und noch einer dritten Elektrode 47 umgeben wird.
Dieselbe Anordnungsweise ist natürlich auch für Rohrzylinder nach Fig. 3 oder Käfige nach Fig. 1 möglich.
In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel veranschaulicht. Hier ist an Stelle der in Fig. 4 mit 25 bezeichneten halbkugelförmigen Sammelelektrode ein mit Boden versehener durchbrochener Zylinder 54, 55 gewählt.
In diese topfförmige Niederschlagselektrode ragt der stabartige oder drahtförmige Ausströmer 56 hinein.
Wie die Pfeile zeigen, ist die Gasströmung auch in diesem Fall wenigstens in der Nähe der durchbrochenen Niederschlagselektrode 54 und 55 vorwiegend radial gerichtet.
Die Reinigung grösserer Gasmengen mit Hilfe der erwähnten Topfsiebe nach Fig. 7 kann gemäss Fig. 8 und 9 so erfolgen, dass das Gas bei 57 in einen Behälter 58 eintritt und diesen gereinigt bei 59 wieder verlässt. Die Filtertöpfe 60 sind hier in Querwände 61 des Behälters 58 eingesetzt. Fig. 8 ist ein Grundriss und Fig. 9 ein Aufriss der Einrichtung. Die in die Filtertöpfe hineinragenden Ausströmelektroden 62 sitzen an Querarmen 63, 64 und diese an den am Gehäuse 58 befestigten Isolatoren 65 und 66. Der Staub fällt beim Klopfen durch die Maschen der Topfelektroden 60 in den Bunker 67.
Die Ausbildung des Filters selbst ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausfiihrllngs- formen der Niederschlagselektroden besehränkt. Ein weiteres Beispiel zeigt das Schaubild nach Fig. 10.
Hier besteht die Niederschlagselektrode aus einer Reihe von übereinander gestülpten kegeligen Ringen 68, die durch in der Figur nicht gezeichnete Stege so im. Abstand voneinander gehalten werden, dass nur ein geringer Zwischenraum zwischen je zwei benachbarten Ringen entsteht. Die in das Innere dieses Elek- trodengebildes eintretenden staubhaltigen Gase strömen in der Pfeilrichtung nach aussen und lassen während dieser Wandung durch die Zwischenräume der Ringe den Staubteilchen genügend Zeit, um sich sowohl durch elektrische Anziehung als auch durch Schwerkraft an den Tellerwandungen abzusetzen.
Auch die Zentrifugal- oder Stossabscheidung kann man zu Hilfe nehmen, wenn man, wie in Fig. 11 schematisch dargestellt, die Filteröffnungen als gekrümmte Röhrchen 69 ausbildet.
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In Fig. 12 ist als weiteres Beispiel eine Anordnung gezeichnet, die zeigt, dass die Filterrohre auch an dem der Eintrittsöffnung entgegengesetzten Ende offen sein können, ohne dass dadurch der Erfindunggedanke, dass nämlich die Austrittsöffnungen der Gase nur auf die mehr oder weniger engen Zwischenräume der Filterwandung beschränkt sein sollen, verlassen wird. In der Tat sind die Öffnungen 70 der
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den nur der Durchführungsisolator ? nebst den Trägern ?'3 für die Ausströmer 74 hineinragt. Eine zweite Grundplatte 75 schliesst den unteren Teil des Gefässes 76 mit dem daran befindlichen Bunker 77 ab.
In diesen unteren Raum strömen die zu reinigenden Gase durch die Eintrittsöffnung ? ein und dringen
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deren Maschen die Gase radial hindurehtreten, um den zwischen den Böden 11 und 75 befindlichen Raum durch den Austritt 81 zu verlassen. Die z. B. aus Drähten bestehenden Ausströmer sind axial in den Filtern 80 angeordnet und durch Gewichte 82 und den Rahmen 83 gegen Pendeln gesichert.
Aus dem Schema nach Fig. 13, in der alle Einzelheiten, wie Isolatoren, Bunker u. dgl., weggelassen sind, ist ersichtlich, dass man zylinderförmige Filter auch so anordnen kann, dass die Gase durch beide
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Das Material der als Elektroden benutzten Filter richtet sich in erster Linie selbstverständlich nach der Natur der abzuscheidenden Stoffe (Stäube, Schlamm, Flüssigkeiten, wie Säuren u. dgl.). Es
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in geeigneten Fällen Nichtleiter zu verwenden, die sich z. B. infolge der Abseheidungen oberflächlich mit einer leitenden Schicht überziehen oder mit. leitenden Substanzen durchtränkt sind. Ebenso kann man Faserstoffe verwenden, die in bekannter Weise leitend gemacht, z. B. bronziert oder metallisiert sind. Die Elektroden können auch in Form von Säcken oder Schläuchen hergestellt werden, die sich dann in an sich bekannter Art, etwa durch Straffziehen, gut abreinigen lassen.
Die Form der Niederschlagselektrode richtet sich vielfach nach ihrem Baustoff und ihrem zweckmässigen Einbau in den Gasreinigungsapparat. Insbesondere lassen sieh konische Säcke verwenden, um in an sich bekannter Weise eine Abstufung des elektrischen Feldes zu erreichen.
Man kann ferner sehr dichte Gewebe verwenden, um Giftstoffe, Bakterien u. dgl. durch die gemeinsame Wirkung des elektrischen Feldes und der Adsorptionskräfte zur Abscheidung zu bringen. Diese Vorrichtungen sind für den Atmungsselutz deshalb besonders geeignet, weil solche Filter dem Durehtritt der gereinigten Luft einen weitaus geringeren Widerstand bieten als diejenigen, die nur auf der Adsorptionskraft beruhen.
Es lässt sich ferner die hier dargestellte Methode auch unschwer mit den bekannten Methoden der elektrischen Gasreinigung kombinieren, z. B. auch in der Weise, dass man die gemäss der vorliegenden Erfindung benutzten Filterflächen auch von aussen mit Elektrizität besprüht, so dass die etwa noch austretenden Staubteilehen erneut in den Bereich einer Koronaentladung kommen und auch an der Aussenseite der Filterflächen abgeschieden werden.
Bei den dargestellten Ausführungsformen bilden die Sprühelektrode und die Niederschlagselektrode ein elektrisches Feld, das auch, was ebenfalls bereits bekannt ist, durch die Maschen oder Durch- brechungen der Niedersehlagselektrode hindurchgreift. Man kann nun ausser diesen beiden Elektroden noch eine dritte anbringen, u. zw. an einem solchen Potential, dass das resultierende Feld aller drei Elektroden zusammengenommen die hindurchgreifende Wirkung des Feldes, das ohne die dritte Elektrode entstehen würde, schwächt und daher diejenigen wenigen Staubteilehen, die noch durch die Maschen der Sammelelektrode gewandert sind, zur Umkehr auf diese veranlasst. Ein Beispiel zeigt Fig. 14, in der 3 wieder die Sprühelektrode und 4 den als Niederschlagselektrode dienenden Käfig bedeuten.
Auf der Aussenseite von 4 sind Stäbe oder Flächen 90 angeordnet, die dieselbe Polarität haben wie die Sprühelektrode und entweder dasselbe Potential besitzen wie diese oder im Potential abgestuft sind, z. B. derart, dass die Aussenelektrode 90 an einer Spannung von 10.000 Volt liegt, wenn die Sprüh- elektrode 3 mit 40.000 Volt betrieben wird.
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