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Apparatur zur Abscheidung von in einem Gas suspendierter Materie
Die Erfindung, bezieht sich'auf eine Apparatur zur Abscheidung von in einem Gas suspendierter Materie mit Ionisator und elektrostatischem Abscheider und besteht darin, dass Ionisator und Abscheider in einer Druckkammer angeordnet sind, und dass der stromaufwärts des Abscheiders angeordnete Ionisator mindestens ein in einem Ionisatorraum auf einer quer im Gasstrom stehenden metallischen Grundplatte schichtförmig angeordnetes, stromabwärtsstrahlendes radioaktives Präparat aufweist, dessen Abmessungen gegenüber der Weite des Ionisatorraumes klein sind und dessen Reichweite'bei den gewählten Gasdruck gleich oder kleiner ist als sein Radialabstand von der Innenwand des Ionisatorraumes,
wobei über der Grundplatte des Präparates ein elektrisches Feld mit annähernd Kugelcharakteristik errichtet ist, dessen Feldstärke unterhalb jenem Wert liegt, bei dem Glimmentladung auftritt.
Das Abscheiden von Schwebstoffen unter erhöhtem Druck ist zwar bekannt. Diese Massnahme war aber bei den üblichen mit Sprühionisato- ren arbeitenden Elektrofiltern praktisch nur durchführbar, wenn man den Ionisator vom Abscheider trennte. Bekanntlich ist die Bildung von Sprühentladungen umso. geringer, je dichter der Gasstrom, d. h. also je grösser der Druck des strömenden Gases ist. Das heisst somit, dass bei Durchführung einer Sprühionisation in einem Druckgas bedeutend höhere Spannungen an die Ionisator- elektroden angelegt werden müssen als bei Durchführung der Ionisation bei Atmosphärendruck, was natürlich wirtschaftlich gesehen ein grosser Nachteil ist.
Es nützt in diesem Fall sehr wenig, dass der Abscheider zufolge des verwendeten erhöhten Druckes relativ klein gewählt wird, da der bei Normaldruck : arbeitende Ionisator nicht ebenfalls entsprechend verkleinert werden kann.
Anderseits ist es aus den Arbeiten der Anmelderin selbst. bekannt, Ionisatoren mit radioaktiven Präparaten zu verwenden. Diese haben zwar den wesentlichen Vorteil, dass sie keine Sprühentladun- gen mit all ihren bekannten Nachteilen benötigen ; dagegen weiss man, dass die Strahlungsreichweite mit steigendem Druck abnimmt. Da die Ioni- sierungswirkung des Präparates von dessen Strahlungsreichweite abhängt, kann die durch die Er- höhung des Druckes bedingte Verkleinerung dieser Reichweite nicht als naheliegende Vorteil gewertet werden. Überraschenderweise halben sich durch die erfindungsgemässe Kombination (radioaktiver Ionisator und Druckabscheider) Ergebnisse eingestellt.
Die befürchteten Nachteile liessen sich durch besondere Kombination der Merkmale der Einzelaggregate (radioaktiver Ionisator und Druckab- scheider) vermeiden. Es gilt dabei folgendes zu beachten : Erfolgt die Abscheidung in einem Druckraum, so verkleinern sich die Abmessungen des Abscheiders bei einer gegebenen Abscheideleistung.
Wird nun der Ionisator ebenfalls in diesen Druckraum eingebaut, so sinkt die Reichweite der ionisierenden Strahlen eines gegebenen Präparates ganz erheblich, so dass auch der Ionisator verlei- nert werden muss, um nicht zu grosse unbestrahlte Räume in Kauf nehmen zu müssen. Dass aber trotzdem noch Teile des Ionisatorquerschnittes unbestrahlt bleiben können, ist deshalb kein Nachteil, weil im Ionisator ein elektrisches Querfeld errichtet werden kann, das dafür sorgt, dass Ionen des für die Aufladung der Fremdpartikel gewünschten Vorzeichens aus dem bestrahlten in den unbestrahlten Bereich herausgezogen werden und dort eine besonders vorteilhafte Beladung der Fremdpartikel bewirken.
Auch hier bringt die Anwendung von Druck den Vorteil, dass die Feldspannung ohne zu Sprühentladungen zu führen, relativ hoch, gewählt werden kann, so dass der Ionenstrom besonders stark und wirksam wird. Es ist somit eine eigentliche Kombinationswirkung zwischen den beiden Massnahmen vorhanden, da die Anwendung von Druck nicht nur die Verkleinerung der Abmessungen gestattet, sondern auch die Erhöhung der Beladungswirkung durch Schaffung starker elektrischer Felder im Ionisator ermöglicht.
Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zu Grunde, dass bei Verwendung radioaktiver Ionisatoren die elektrische Aufladung der Teilchen durch den Potential'Verlauf längs der Begrenzungswände des Beladungsraumes. beeinflusst wird. Diese Wände werden daher aus einem isolierenden Material hergestellt und fallweise, je nach der Form der im Beladungsraum erforderlichen elektrischen Felder, an ihrer Innenseite teilweise mit metallischen als
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Elektroden dienenden Belägen versehen, Sofern das Gas mit einer leitfähigen-Flüssigkeit vernebelt ist, werden die Wände gemäss der Erfindung aus wassera'bweichendem Material, wie z. B.
Silikonglas, hergestellt oder mit einem Flüssigkeitabweichenden Überzug versehen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der ebenfalls Er. nndungsgegen- stand bildenden Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens dargestellt, welches Verfahren im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert ist.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein erstes Beispiel der Einrichtung, Fig. 2 ist ein analoger Schnitt durch ein zweites Beispiel und Fig. 3 zeigt einen analogen Schnitt durch ein drittes Beispiel.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist die Umschliessung des Beladungsraumes 1 und des abscheidenden Elektrodensystems 2 mit einem Rohr 3 aus Silikon glas ausgeführt, das unter Zwischen-
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Gas strömt bei 11 in den Zwischenraum 12 und nach der Umkehr der Strömungsrichtung durch das Innere des Isolationsrohres, wobei es zunächst den Beladungsraum 8 und dann das Filter 9 passiert und schliesslich die Anordnung bei 13 in gereinigtem Zustand verlässt.
Enthält das zu reinigende Gas grössere Mengen von Tröpfchen, so ist es zweckmässig, die Apparatur vertikal aufzustellen. In dieser Lage setzen sich die wenigsten Tröpfchen an den Wänden des Be- ladungsraumes ab und' die im Filter'an den Elektroden abgeschiedenen Flüssigkeitsmengen können gleichzeitig zur unteren Elektrodenkante abliessen.
Es erfolgt dort eine Tropfenbildung, die Tropfen durchfallen den Beladungsraum und sammeln sich an der tiefsten Stelle des Bechers 6. Die angesammelte Flüssigkeit kann durch den Hahn 14 abgelassen werden.
Durch das Abtropfen der Flüssigkeit durch den
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kannzeigt, den zentral gelegenen Beladungsraum 15 von oben nach unten durchströmen lässt (Casein- tritt bei 13) und das abscheidende Elektroden- System 16 im Ringraum zwischen dem Isolations- rohr j ! 7 und dem Druckbecher 6 unterbringt. Der Dichtungsring 18 distanziert das Isolationsrahr vom Elektrodensystem.
In Fig. 3 ist der Ionisator durch eine radioaktive Folie 19 gegeben, die am Ende des zentralen Halterungsdrahtes 20 angebracht ist. Das Strahlungs- fsid der Folie ist nahezu kegelförmig, wobei die Kegelspitze in der Folie liegt. Es zeigt sich nun, dass man mit Hilfe der Zylinderelektrode 21 und der Metallnetzelektrode 22 eine lonenverteilung im Beladungsraum 15 schaffen kann, die zur unipolaren Beladung aller suspendierten Materialteilchen führt. Je nach den geometrischen Anordnungen sind jedoch die Potentialdifferenzen zwischen der Folie 19 und den Elektroden 21 und 22 gesondert zu wählen. Es ist auch nicht notwendig, dass der Strah.
Iungskegel bis zur Elektrode 21 reicht, da diese Elektrode die innerhalb des Kegels erzeugten Ionen nach aussen zieht, so dass tatsächlich der ganze Rohrquerschnitt die Beladung der Fremdpartikel bewirkende Ionen enthält.
Der Radius des Rohres 17 kann zwar wie erwähnt, grösser als die Reichweite des radioaktiven Strahlers gemacht werden. Beim Übergang zu höheren Gasdrücken ist man aber im Hinblick auf die reziprok zum Druck abnehmende Reichweite des Strahlers oft genötigt, bei Beibehaltung der Querschnittsfläche eine räumliche Aufteilung der
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I.'Umsen, sind hier an Stelle der einen Ionisatorfolie 19 sieben lonisatorfolien 23 vorgesehen, von denen je eine auf der Achse einer Wabenelektrode 24 angeordnet ist. Die sieben Wabenele'ktroden ergänzen sich zu einer den Querschnitt des Rohres 3 fast erfüllenden Bienenwabe.
Zusammen mit der
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die Stirnfläche des Elektrofilter 2 selbst dargestellt werden kann, dienen die Wabenele'ktroden 24 ebenso wie die Zylinderelektrode 21 in Fig. 3 zur Errichtung des bereits erwähnten elektrischen Feldes über den Ionisatorfolien. Die mit den Halte- rungsdrähten 26 befestigten Folien 23 befinden sich auf gleichem Potential, das durch den Halte- rungsring 28 vermittelt wird, der gleichzeitig auch zur Montage der Folien dient.
Die verschiedenen Elektroden können an einen Widerstandsspannungssteiler 29 angeschlossen werden, so, dass die Stromversorgung mit einer einzigen einseitig geerdeten Stromquelle zu bewerkstelligen ist. Die Spannungszuführung erfolgt über den Isolator 30, der zweckmässig auf derjenigen Seite angebracht wird, welche die Luft in gefiltetem Zustand passiert. In der Anordnung nach Fig. 2 erfolgt die Zuführung der Spannung zum abscheidenden Elektrodensystem 9 über im Isolier- träger 32 eingelassene Federkontakt 32, um das Ausschrauben des Isolierrohres 10 aus dem Kopf 7 und ein Auswechseln des abscheidenden Filters 9 zu ermöglichen.
Bei der Abscheidung füssigsn Gutes, das bei dem'beschriebenen Verfahren, wie weiter unten nachgewiesen, ohne weiteres anfällt, erübrigt sich in den Konstruktionen nach Fig. 2 und Fig. 3 das
Auswechseln des Filters, denn es ist eine automa- tische Reinigung des ganzen Filters gewährleistet, wenn der Abstand der Elektroden des abscheiden-
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den Systems grösser gewählt wird, als jener Ab- stand, bei dem Flüssigkeit eben noch auf Grund der Kapillarkräfte hängen bleiben würde.
Zu diesem Vorteil des beschriebenen Verfahrens gesellt sich der schon einleitend erwähnte weitere
Vorteil, dass auch noch jene kleinsten Teilchen aus dem Gas entfernt werden, die bei der Sättigung des Gases mit Wasserdampf (oder anderen Dämp- fen) als Kondensationskeme für die Bildung von
Nebeltröpfchen wirksam sind. Durch die Kom- pression wird der im Gas vorhandene ungesättigte Dampf sehr schnell gesättigt, denn mit der Kompression steigt der Dampfdruck im gleichen Verhältnis wie der Gasdruck, und es wird hiebei bald jener Sättigungsdampfdruck erreicht, der zur Temperatur des komprimierten Gases gehört.
Man kann leicht nachweisen, dass im Druckkessel eines Kompressors stets dann 100% relative Feuchtigkeit herrscht, und Kondensation von überschüssigem Dampf an Wänden und Kondensationskernen eintritt, wenn das Gas vor der Kompression bei der Temperatur t eine relative Feuchtigkeit T < P p. (t. !) pK - ps (t) besitzt.
Es'bedeutet hiebei p den Gasdruck vor der Kompression, p K den Kompressionsdruck, p : s (t) den Sättigungsdruck für Wasserdampf bei der Temperatur t des Gases vor der Komprimierung und ps (tK) den Sättigungsdruck für Wasserdampf bei der Temperatur tK des komprimierten Gases. So tritt z. B. bei einer Aussentemperatur von t=20"C und einer Temperatur von tK=27 C des komprimierten Gases bei einer Kompression von l atm auf 5 atm stets dann Kondensation. auf, wenn die relative Feuchtigkeit des Gases vor der Komprimie- rung. grösser als 31% ist.
Da die Luft der Atmosphäre bis auf ganz sel- tene Ausnahmefälle einen wesentlich höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweist, würde die durch einen Kompressor mit 4 atü komprimierte Luft durch ein unter diesem Druck arbeitendes Filter automatisch auch von jenen kleinsten Teilchen befreit werden, an denen sich Wasserdampf bei j00% relativer Feuchtigkeit kondensiert. Die Kondensation an jenen Kernen wird erfahrungsgemäss erleichtert, wenn man das Gas zwischen Kompressor und Druckkessel kühlt und kurz vor Einströmen in den Druckkessel eine Verengung passieren lässt, hinter der es eine Expansion erfährt.
Durch diese Massnahme wird die Kondensation an den Kesselwänden verringert, jene an den Kernen erhöht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Apparatur zur Abscheidung von in einem Gas suspendierter Materie mit Ionisator und elek- trostatischem Abscheider, dadurch gekennzeichnet, dass Ionisator und Abscheider in einer Druckkammer angeordnet sind, und dass der stromaufwärts des Abscheiders angeordnete Ionisator mindestens ein in einem Ionisatorraum auf einer quer im Gas- strom stehenden metallischen Grundplatte schicht förmig angeordnetes, stromabwärtsstrahlendes radio aktives Präparat aufweist,
dessen Abmessunger gegenüber der Weite des lonisatorraumes Ideir sind und dessen Reichweite bei dem gewählter Gasdruck gleich oder kleiner ist als sein Radial abstand von der Innenwand des lonisatorraumes wobei über der Grundplatte des Präparates ein elektrisches Feld mit annähernd Kugelcharakteri stik errichtet ist, dessen Feldstärke unterhalb jenem Wert liegt, bei dem Glimmentladung auftritt.