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Elektrofilter
EMI1.1
troden gegensätzlicher Polarität gebildeter Abscheidezone, bei welchem mindestens die Abscheideelek- troden einer Polarität als homogene, freitragende, elektronisch halbleitende Schicht ausgebildet sind.
Elektrofilter arbeiten bekanntlich in der Weise, dass aus einem Gas abzuscheidende Teilchen elek- trisch aufgeladen und anschliessend in einem elektrischenFeld aus der Richtung des strömenden Gases ab- gelenkt und auf den Feldelektroden abgeschieden werden. Die Wirksamkeit des abscheidenden Feldes ist natürlich umso grösser, je höher die Feldstärke zwischen den Abscheideelektroden ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitenden Abscheideelektroden einen spezi- fischen Flächenwiderstand von mindestens 10'Ohm aufweisen und dass durch eine, über die Abscheide- zone hinausragende Ausbildung dieser Elektroden oder durch wechselseitige Anordnung der Anschlüsse die metallisch leitenden Stromzuführungen zu je einer Kante dieser Elektroden in einem solchen Abstand von den metallisch leitenden Teilen der Elektroden entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, dass beim
Anlegen einer über der Durchschlagspannung des Gases liegenden Spannung an die Platten ein Funken- überschlag vermieden und in der Abscheidezone eine homogene Townsend-Entladung dauernd stabilisiert wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, dass die Stromstärken, die infolge einer nicht sichtbaren Townsend-Entladung in dem Luftraum zwischen den beiden Elektroden auftreten, etwa in der Grössenordnung von 10-6 A/m* liegen und dass diese geringen Ströme ohne wesentlichen Spannungs- abfall in einer flächenartigen Elektrode geleitet werden können, welche einen spezifischen Flächenwiderstand im Bereich von 106 bis 109 Ohm besitzt. Unter dem spezifischen Flächenwiderstand sei dabei eine Grösse verstanden, aus welcher sich bei ebenen rechteckigen Elektroden durch Multiplikation mit der Länge (das ist die Abmessung in Richtung des elektrischen Stromes) und Division durch die Breite (das ist die Abmessung der Elektrode quer zur Richtung des Stromes) der Gesamtwiderstand der Elektrode ergibt.
Die Dicke und Schichtung der Elektrode finden also bei dieser Massbestimmung keine besondere Berücksichtigung, sie sind vielmehr in dem Ausdruck"spezifischer Flächenwiderstand"bereits mit einbegriffen. Im Gegensatz zum spezifischen Materialwiderstand mit der Dimension (Ohm x cm) hat der spezifische Flächenwiderstand die Dimension (Ohm).
Zur Vermeidung von zufälligen Glimm- oder Funkenentladungen ist es bekannt, die Abscheideelektrode aus Stoffen mit halbleitenden Eigenschaften herzustellen. Dadurch, dass aber eine Spannung an die Elektroden gelegt wird, die die Durchschlagsspannung übersteigt, müssen für die metallisch leitenden Zuführungen zu den halbleitenden Elektroden besondere Massnahmen getroffen werden, um einen dort möglichen Durchschlag unter allen Umständen zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig für die Metallteile, die möglicherweise noch mit dem Gasstrom in Berührung kommen.
Damit kann sich bei der Abscheidung nicht leitfähiger Staub-oder Aerosolteilchen grundsätzlich kein Überschlagsfunken und keine zilndfähige Gasentladung bilden, da der Strom infolge der Drosselung in dem Widerstand der Elektroden hiezu nicht ausreicht. Die Ausbildung der Elektrode garantiert also eine Stabilisierung der nicht sichtbaren Townsend-Entladung der Elektrode, und man kann daher gefahrlos brennbare und explosive Gase durch den Abscheider leiten und auf elektrischem Wege von nichtleitenden Aerosolteilchen befreien.
Mit der Stabilisierung der nicht sichtbaren Townsend-Entladung sind drei wesentliche Vorteile gegeben, die für den Wirkungsgrad und die Betriebssicherheit des Elektrodenfilters praktisch sehr bedeutungsvoll sind. Erstens können die Aerosol- und Staubteilchen mit der im Gas grösstmöglichen Durchbruchsfeld-
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stärke aus dem zu reinigenden Gas herausgezogen und somit im Dauerbetrieb der grösstmögliche Abschei- dungsgrad erzielt werden, ohne dass hiezu das abscheidende Elektrodensystem mit Präzision aufgebaut und die angelegte Spannung mit besonderen Spannungsstabilisatoren konstant gehalten werden müssen.
Zweitens wird zufolge des hohen elektrischen Widerstandes in der Flächenelektrode die Durchbruchsfeld- stärke in der Abscheidezone auch dann noch aufrechterhalten, wenn die Spannung zwischen den Strom- zuführungen mit der Netzspannung um $ 20go und mehr schwankt, weshalb man sich den Einbau eines
Spannungsstabilisators im Stromversorgungsgerät ersparen kann. Drittens können niemals zündungsfähige
Funken auftreten, auch nicht, wenn durch mechanische Deformation der Elektrodenplatte oder sonstwie an irgendeiner Stelle ein leitender Übergang zwischen zwei benachbarten Elektroden hergestellt wird.
Besondere Vorteile bietet es, wenn die Elektrode aus halbleitend gemachtem Glas oder einem halb- leitend gemachten, lichtdurchlässigen Kunststoff besteht. In diesem Fall kann nämlich der Verschmut- zungsgrad des Abscheiders auf einfache Weise, beispielsweise durch Messung des durchfallenden Lichts, festgestellt werden. Fernerhin kann der abgeschiedene Stoff z. B. mit einer Waschflüssigkeit, beispiels- weise einer Säure. abgespült und anschliessend einer chemischen Analyse unterzogen werden.
Insbesondere ist es bei grossen Elektroden zweckmässig, zur gleichmässigen Verteilung des Townsend- stromes bei ungleichmässigen Elektrodenabständen die Elektrode im wesentlichen aus einem Material mit spezifischem Widerstand in der Grössenordnung von 1010 bis 1014 Ohm cm herzustellen, in welches min- destens eine Schicht aus einem elektronisch leitenden Material mit geringem spezifischen Widerstand eingebettet ist, welche mit der Stromzuleitung in Verbindung steht, wobei der spezifische Flächenwi- derstand der Gesamtelektrode mindestens 106 Ohm beträgt, Wenn diese eingebettete Schicht ausserdem lichtdurchlässig ist, kann die Prüfung des Verschmutzungsgrades durch sie nicht behindert werden.
Zur Stabilisierung der Townsend-Entladung reicht es aus, wenn von zwei Elektroden unterschiedli- cher Polarität wenigstens die eine einen spezifischen Flächenwiderstand von mindestens 106 Ohm besitzt.
Es wurde bereits erwähnt, dass der Anordnung der Anschlussstellen der Stromzuführungsleitungen für die Elektroden eine gewisse Sorgfalt geschenkt werden muss, damit sich nicht dort oder in ihrer unmittelbaren Umgebung zündfähige Gasentladungen bilden. So ist es vorteilhaft, wenn die halbleitende Elektrode so weit über den Abscheiderraum hinausragt, dass ihre Stromzuführungsstelle ausserhalb des abzu- scheidenden Feldes einen ausreichenden Sicherheitsabstand von den metallisch leitenden Teilen der Elektroden entgegengesetzter Polarität haben. Damit sind auch die der Stromzuführungsstelle benachbarten Teile des Abscheiderraumes bereits durch einen ausreichenden Vorschaltwiderstand gegen das Auftreten grösserer Stromstärken gesichert.
Eine solche Absicherung lässt sich aber auch dadurch erreichen, dass die Stromzuführungsleitungen zu zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität mit einem spezifischen Flächenwiderstand von mindestens
106 Ohm an entgegengesetzte Randbereiche der Elektroden angeschlossen sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Hierin zeigen Fig. 1 ein Abscheiderelektrodensystem, bei dem eine Elektrode in der erfindungsgemässen Weise ausgebildet ist, und Fig. 2 ein ähnliches Elektrodensystem, bei dem sämtliche Elektroden die erfindungsgemässen Bedingungen erfüllen.
Das Elektrodensystem in Fig. 1 besteht aus den beiden äusseren Elektroden 1 und 2, welche auf dem gleichen Potential liegen. Zwischen diesen befindet sich eine mittlere Elektrode 3, die mit den andern beiden Elektroden über eine Gleichspannungsquelle 4 verbunden ist, so dass in den etwa durch die Stellen A und B begrenzten Räumen 5 zwischen den beiden Elektrodensystemen ein so starkes elektrisches Feld herrscht, dass eine stabile Townsend-Entladung aufrechterhalten wird. Tritt nun das zu reinigende Gas in Pfeilrichtung in diese Feldräume 5 ein, so scheiden sich die in dem Gasstrom mitgeführten, elektrisch aufgeladenen Teilchen auf den Elektroden ab. Da die Teilchen vorzugsweise unipolar aufgeladen sind, erfolgt die Abscheidung im allgemeinen lediglich auf einem der beiden Elektrodensysteme.
In diesem Ausführungsbeispiel sollen die Elektroden 1 und 2 aus Metall, die Elektrode 3 dagegen aus Glas oder einem Kunststoff bestehen. Bekanntlich besitzt Glas einen elektrischen Widerstand von 8. 1011 bis 3. 1014 Ohm cm. Es lassen sich also ohne Schwierigkeiten flächenartige Elektroden daraus herstellen, welche einen spezifischen Flächenwiderstand von mindestens 106 Ohm aufweisen.
Um jedoch den Spannungsabfall in der Elektrode nicht zu gross werden zu lassen, ist in sie eine hochohmige Schicht 6, z. B. eine dünne, lichtdurchlässige Metallschicht oder eine Halbleiterschicht eingebettet. Diese ist an dem ausserhalb des abscheidenden Feldes liegenden Elektrodenabschnitt 10 über einer metallisch leitenden Schicht 13 mit der von der Stromquelle 4 kommenden Zuleitung 7 verbunden, während die metallischen Elektroden 11 und 12 auf der Gaseintrittsseite durch die Zuleitungen 8 und 9 an den andern Pol der Stromquelle 4 angeschlossen sind.
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Wenn sämtliche Elektroden aus Glas miteingebettetem lichtdurchlässigen Metall oder Halbleiterschicht bestehen, kann man von aussen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Lichtquelle, ohne weiteres den Verschmutzungsgrad der Anlage feststellen. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Elektroden 14, 15 und 16 erfüllen alle die erfindungsgemässe Bedingung, da sie einen spezifischen Flächenwiderstand von mindestens 106 Ohm besitzen. In jede Elektrode ist eine Schicht 17 aus im Vergleich zum übrigen Elektrodenmaterial besser leitendem Stoff eingebettet. Von der Spannungsquelle 18 führen die Stromzuführungsleitungen 19,20 und 21 zu den metallisch leitenden Schienen 22, 23 und 24 der einzelnen Elektroden.
Hiebei sind die Anschlüsse an entgegengesetzten Randbereichen der Elektroden unterschiedlicher Polarität vorgenommen, so dass für die durch die Feldräume tretenden Ströme an jeder Stelle etwa der gleiche Gesamtwiderstand, der sich also im wesentlichen aus den einzelnen Widerständen der beiden durchflossenen Elektrodenabschnitte ergibt, besteht.
Die Elektroden 13, 14, 15 und 16 können auch aus einer einzigen hochohmigen Schicht eines halbleitenden Materials mit geeignetem spezifischen Widerstand gefertigt sein. Beispielsweise eignet sich hiefür Polyvinylchlorid, das mit einem bestimmten Gewichtsprozentsatz von Russ oder Graphit versetzt ist.
Es können natürlich auch mehr als zwei Elektroden gleicher Polarität zu einer Gruppe zusammengefasst werden, damit sich eine möglichst grosse Abscheiderfläche ergibt. Die Form der flächenartigen Elektroden ist beliebig, es kommen nicht nur ebene, sondern auch zylindrische, keglige und andere Elektrodenformen in Betracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrofilter mit getrennter Auflade-und von flächenartigen Elektroden gegensätzlicher Polarität gebildeter Abscheidezone, bei welchem mindestens die Abscheide-Elektroden einer Polarität als homogene, freitragende, elektronisch halbleitende Schicht ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitenden Abscheide-Elektroden einen spezifischen Flächenwiderstand von mindestens 106 Ohm aufweisen und dass durch eine, über die Abscheidezone hinausragende Ausbildung dieser Elektroden oder durch wechselseitige Anordnung der Anschlüsse die metallisch leitenden Stromzuführungen zu je einer Kante dieser Elektroden in einem solchen Abstand von den metallisch leitenden Teilen der Elektroden entgegengesetzter Polarität angeordnet sind,
dass beim Anlegen einer über derdurchschlagsspannung des Gases liegenden Spannung an die Platten ein Funkenüberschlag vermieden und in der Abscheidezone eine homogene Townsend-Entladung dauernd stabilisiert wird.