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La présente invention a pour objet un dispositif pour la séparation @ électrostatique de partidules solides et liquides à partir d'un courant gazeux comportant un ioniseur de projection et un système d'électrodes de séparation monté à la suite.
La figure 1 du dessin annexé représente la forme la plus ancienne d' un séparateur électrostatique comportant un ioniseur à fil métallique de projec- tion. Un fil métallique 2, sur lequel on applique une tension élevée, est tendu dans l'axe d'un large cylindre 1 relié à la terre. Le champ se répartit de manière connue entre la surface du fil et le cylindre. Des ions électropositifs et des ions électronégatifs se forment au voisinage de la surface du fil métalli- que dans le courant gazeux traversant le cylindre, les ions de polarité contraire à la charge du fil métallique 2 étant de nouveau attirés par ce dernier, tandis , que les ions qui ont la même -polarité que le fil sont mis en mouvement à vitesse; élevée en direction de la paroi du cylindre enveloppant 1.
Du fait que dans la forme de réalisation représentée à la figure 1 la chambre d'ionisation constitue en même temps la chambre de séparation, le diamètre du cylindre doit avoir une valeur de grandeur correspondante. Des essais poussés ont en effet montré que la vitesse de circulation de l'aérosol ou du gaz doit avoir un ordre de grandeur compris entre 2 et 2,5 m/s lorsqu'on ne veut pas courir le risque que des particules, qui se sont déjà déposées à la surface in- térieure du cylindre, soient de nouveau arrachées de cette surface par la vitesse élevée et soient ramenées dans le courant gazeux épuré. On est donc tenu à des limites bien déterminées en ce qui concerne la dimension du tube d'ionisation et de séparation.
Par suite de l'utilisation d'un cylindre de grand diamètre, l'intensité du champ est naturellement très faible au voisinage du cylindre.
Cela a pour effet que la vitesse de transport ou de migration des ions et, par. suite, la force de dépôt de ceux-ci diminuent dans une mesure beaucoup plus grande près d'une particule étrangère se trouvant dans la région de la paroi du cylindre que dans la zone voisine entourant le fil métallique de projection. La probabilité de chargement est donc considérablement plus faible en direction de l'enveloppe du cylindre, ce qui a pour effet que le degré de séparation est relativement mauvais. A cet inconvénient s'ajoute également l'autre inconvénient, ne pouvant pas être complètement supprimé même dans les autres formes de con- struction, qu'il s'établit une couche isolante pouvant considérablement réduire l'intensité du champ lorsque l'épaisseur de la couche des particules déposées sur le cylindre augmente.
En résumé, on peut dire qu'un séparateur travaillant suivant le principe mentionné ci-dessus ne peut pas avoir un degré de séparation plus élevé que 80 à 85%.
La figure 2 illustre le procédé de séparation le plus utilisé actuel- lement par ionisation de projection. Dans ce cas, la chambre d'ionisation est déjà distincte de la chambre de séparation et constitue la solution inverse à celle illustrée à la figure 1. Le fil métallique de projection 2 est en effet disposé à chaque fois entre deux cylindre 1, de façon que les lignes de champ sortant radialement de la surface du fil métallique de projection 2 rencontrent la surface extérieure du cylindre 1 sous la forme d'aigrettes. La répartition du champ obtenu dans ce cas n'est pas idéale, étant donné qu'on ne peut pas avoir un champ à symétrie de révolution, mais cette disposition constitue une -réalisa- tion avec un champ très élargi dans'l'espace qui s'affaiblit toutefois rapidement vers l'extérieur.
Le courant incident des particules gazeuzes est alors dirigé '-. dans les fentes rétrécies formées par les cylindres 1 et l'ionisation des molécu- les d'air ou de gaz s'effectue en cet endroit. La chambre d'ionisation se trouve à une distance déterminée de la chambre de séparation. Le dépôt des ions sur les particules étrangères se fait alors dans cette chambre d'ionisation. Dans ce procédé, la proportion de la diffusion des ions peut avoir une valeur particuliè- rement importante.
Le niveau de charge est, par cette disposition des fils métal- liques transversaux 2, déjà bien meilleur que dans la disposition de la figure 1, mais ce niveau de charge est limité par la décroissance rapide de l'intensité du; @
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champ dans la chambre de charge, même dans le cas d'une grande durée de séjour.
A cela il y a lieu d'ajouter qu'une synchronisation optimum entre la vitesse dans l'ioniseur et la vitesse dans le séparateur n'est possible, dans la forme de réalisation de la figure 2, que dans des limites déterminées, étant donné qu'on ne peut pas faire varier à volonté la section de passage dans la chambre d'ioni- sation par rapport à celle dans le séparateur.
Pour supprimer les inconvénients mentionnés, conformément à l'inven- tion on crée un dispositif pour la séparation électrostatique des particules soli- des et liquides depuis un courant gazeux comportant un ioniseur de projection et un système d'électrodes de séparation monté à la suite, qui présente une cham- bre d'ionisation cylindrique dans laquelle fait saillie coaxialement une élec- trode de projection dont la longueur axiale est plus petite que celle de la chambre d'ionisation.
La figure 3 est une perspective schématique d'un exemple de réalisa- tion du dispositif de séparation conforme à l'invention. Ce dispositif présente les principales caractéristiques suivantes : a) chambre d'ionisation et chambre de séparation distincte ; b) chambre d'ionisation cylindrique comportant dans l'axe de l'ioni- seur un fil métallique de projection 3 qui ne s'étend pas de bout en bout, mais seulement sur la moitié de la hauteur de chaque cas de l'électrode cylindrique 4 de l'ioniseur; c) fil métallique de projection à pointe libre et à section terminale libre non isolée.
Cela a pour effet qu'un fil métallique de projection 3 extrêmement court est suffisant et qu'on peut obtenir des intensités très élevées du champ pour des fils très minces. On a constaté que ce n'est pas tellement la durée de séjour des particules dans la chambre de dépôt, mais plutôt la force du champ des ions qui est déterminante pour le nombre des ions déposés sur une particule solide ou*liquide. Il faut donc travailler avec des intensités élevées du champ et des chambres d'ionisation très courtes pour obtenir de grandes charges sur les particules. Par exemple, des essais ont montré qu'un fil métallique de projection 3 à section terminale libre et de 3 cm de longueur exerce la même action qu'un fil métallique de 20 cm de longueur serré aux deux extrémités.
Pour des intensités convenablement élevées du champ, on peut adapter la vitesse de passage du gaz à ces intensités et on peut, par suite, agir parfatement sur la dimension de 1' ioniseur.
Dans l'ionisation par projection, il se forme, conformément à l'expé- rience, une proportion d'ozone dépendant du diamètre et de la longueur de l'ioni- seur. Si on utilise à la place d'un fil d'acier ou de métal quelconque un fil de platine, on constate que la teneur d'ozone est presque complètement nulle pour la même dimension du fil de platine par rapport à un fil d'acier, mais que le niveau de charge augmente jusqu'à 20% sur les particules étrangères. On sait que la poudre de platine réduit l'ozone. Cet effet est vraisemblablement aussi obtenu lorsqu'on utilise du platine solide.
Etant donné que la formation de l'ozone dans l'ioniseur de projection dépend également de la longueur axiale du fil métallique. 3 s'engageant dans l'électrode cylindrique 4, ce fil 3 est avantageusement.disposé de façon à pouvoir être réglé dans le sens axial, de sorte qu'on peut obtenir des longueurs efficaces différentes de ce fil.
Au lieu d'un fil métallique de projection d'un diamètre très petit, on peut aussi prévoir un cylindre de projection dont le diamètre n'est qu'un peu plus petit que celui de la chambre d'ionisation délimitée par la contre-électrode.
En outre, l'ioniseur peut également être constitué par plusieurs cylindres coaxiaux reliés alternativement à la source de tension et à la terre, les électro-
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des de projection reliées à la source de tension étant à chaque fois plus courtes que les contre-électrodes reliées à la terre.
Par suite de la séparation de la chambre d'ionisation et du système d'électrodes, il est possible de choisir pour le séparateur une forme adaptée dans une mesure particulièrement favorable au processus de séparation. Une telle forme peut être donnée par un séparateur à plaques à surface de base carrée. Dans l'exemple de la figure 3, les électrodes 5 en forme de plaques sont mises à la terre avec la contre-électrode 3 de 1'ioniseur, tandis que les électrodes 6 en forme de plaques sont reliées à la source de tension. La disposition est avanta- geusement réalisée de façon que les plaques, qui sont mises à la terre et sur lesquelles les particules étrangères sont séparées, puissent être retirées du séparateur pour être nettoyées.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être apportées à la forme de réalisation, représentée et décrite en détail,sans sortir du cadre de l'inven- tion.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif pour la séparation électrostatique de particules soli- des et liquides à partir d'un courant gazeux comportant un ioniseur de projection et un système d'électrodes de séparation monté à la suite, caractérisé par une éhambre d'ionisation cylindrique dans laquelle fait saillie coaxialement une électrode de projection dont la longueur axiale est plus petite que celle de la chambre d'ionisation.
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The present invention relates to a device for the electrostatic separation of solid and liquid particles from a gas stream comprising a projection ionizer and a separation electrode system mounted afterwards.
Figure 1 of the accompanying drawing shows the earliest form of an electrostatic separator incorporating a projection wire ionizer. A metal wire 2, to which a high voltage is applied, is stretched along the axis of a large cylinder 1 connected to earth. The field is distributed in a known manner between the surface of the wire and the cylinder. Electropositive ions and electronegative ions are formed in the vicinity of the surface of the metal wire in the gas current passing through the cylinder, the ions of opposite polarity to the charge of the metal wire 2 being again attracted by the latter, while, the ions which have the same -polarity as the wire are set in motion at speed; raised towards the wall of the surrounding cylinder 1.
Since in the embodiment shown in Fig. 1 the ionization chamber at the same time constitutes the separation chamber, the diameter of the cylinder must have a corresponding magnitude value. Extensive tests have indeed shown that the speed of circulation of the aerosol or gas must have an order of magnitude of between 2 and 2.5 m / s when one does not want to run the risk of particles, which are already deposited on the inner surface of the cylinder, are torn from this surface again by the high speed and are returned to the purified gas stream. We are therefore held to well-defined limits as regards the size of the ionization and separation tube.
Due to the use of a large diameter cylinder, the field strength is naturally very low in the vicinity of the cylinder.
This has the effect that the rate of transport or migration of ions and, by. Consequently, the deposition force thereof decreases to a much greater extent near a foreign particle in the region of the cylinder wall than in the neighboring region surrounding the projection wire. The probability of loading is therefore considerably lower in the direction of the cylinder shell, which results in the degree of separation being relatively poor. To this disadvantage is also added the other disadvantage, which cannot be completely eliminated even in other forms of construction, that an insulating layer is established which can considerably reduce the intensity of the field when the thickness of the field. the layer of particles deposited on the cylinder increases.
In summary, it can be said that a separator working according to the principle mentioned above cannot have a degree of separation higher than 80-85%.
FIG. 2 illustrates the separation process most used today by projection ionization. In this case, the ionization chamber is already separate from the separation chamber and constitutes the reverse solution to that illustrated in FIG. 1. The metal projection wire 2 is in fact placed each time between two cylinders 1, so that the field lines extending radially from the surface of the projection metal wire 2 meet the outer surface of the cylinder 1 in the form of egrets. The distribution of the field obtained in this case is not ideal, given that one cannot have a field with symmetry of revolution, but this arrangement constitutes a realization with a very broad field in the space which rapidly weakens towards the exterior.
The incident current of the gaseous particles is then directed '-. in the narrow slits formed by the cylinders 1 and the ionization of the air or gas molecules takes place there. The ionization chamber is located at a determined distance from the separation chamber. The deposition of the ions on the foreign particles then takes place in this ionization chamber. In this process, the proportion of the diffusion of the ions can be particularly important.
The level of charge is, by this arrangement of the transverse metal wires 2, already much better than in the arrangement of FIG. 1, but this level of charge is limited by the rapid decrease in the intensity of; @
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field in the charging chamber, even in the case of a long stay.
To this it should be added that an optimum synchronization between the speed in the ionizer and the speed in the separator is possible, in the embodiment of FIG. 2, only within determined limits, given that the section of passage in the ionization chamber cannot be varied at will with respect to that in the separator.
In order to eliminate the mentioned drawbacks, in accordance with the invention a device is created for the electrostatic separation of solid particles and liquids from a gas stream comprising a projection ionizer and a separation electrode system mounted subsequently, which has a cylindrical ionization chamber in which protrudes coaxially a projection electrode whose axial length is smaller than that of the ionization chamber.
FIG. 3 is a schematic perspective of an exemplary embodiment of the separation device according to the invention. This device has the following main characteristics: a) ionization chamber and separate separation chamber; b) cylindrical ionization chamber comprising in the axis of the ionizer a metal projection wire 3 which does not extend from end to end, but only over half the height of each case of the electrode cylindrical 4 of the ionizer; c) free-tip projection metal wire with uninsulated free terminal section.
This has the effect that an extremely short projection metal wire 3 is sufficient and that very high field strengths can be obtained for very thin wires. It has been found that it is not so much the duration of the stay of the particles in the deposition chamber, but rather the strength of the ion field which is decisive for the number of ions deposited on a solid or liquid particle. It is therefore necessary to work with high field intensities and very short ionization chambers to obtain large charges on the particles. For example, tests have shown that a projection metal wire 3 with a free terminal section and 3 cm in length exerts the same action as a metal wire 20 cm in length clamped at both ends.
For suitably high intensities of the field, the speed of passage of the gas can be adapted to these intensities and it is therefore possible to act perfectly on the size of the ionizer.
In projection ionization, according to experience, a proportion of ozone is formed which depends on the diameter and length of the ionizer. If we use instead of a steel wire or any metal a platinum wire, we find that the ozone content is almost completely zero for the same dimension of the platinum wire compared to a steel wire , but the charge level increases up to 20% on foreign particles. Platinum powder is known to reduce ozone. This effect is probably also obtained when using solid platinum.
Since the formation of ozone in the projection ionizer also depends on the axial length of the wire. 3 engaging in the cylindrical electrode 4, this wire 3 is advantageously arranged so that it can be adjusted in the axial direction, so that different effective lengths of this wire can be obtained.
Instead of a projection metal wire with a very small diameter, one can also provide a projection cylinder whose diameter is only a little smaller than that of the ionization chamber delimited by the counter-electrode .
In addition, the ionizer can also be constituted by several coaxial cylinders connected alternately to the voltage source and to the earth, the electro-
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of projection connected to the voltage source being each time shorter than the counter-electrodes connected to earth.
As a result of the separation of the ionization chamber from the electrode system, it is possible to choose a shape for the separator which is particularly favorable to the separation process. Such a shape can be given by a plate separator with a square base area. In the example of Fig. 3, the plate-shaped electrodes 5 are grounded to the counter-electrode 3 of the ionizer, while the plate-shaped electrodes 6 are connected to the voltage source. The arrangement is advantageously made so that the plates, which are grounded and on which the foreign particles are separated, can be removed from the separator for cleaning.
Various modifications can moreover be made to the embodiment, shown and described in detail, without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
1. Device for the electrostatic separation of solid particles and liquids from a gas stream comprising a projection ionizer and a separation electrode system mounted afterwards, characterized by a cylindrical ionization chamber in which coaxially protrudes a projection electrode whose axial length is smaller than that of the ionization chamber.