Verfahren und Apparatur zur elektrostatischen Abscheidung von Fremdpartikeln aus einem Gasstrom. Apparaturen zur elektrostatischen Abschei- dung von Fremdpartikeln aus einem Gasstrom nach vorheriger elektrischer Aafladung der selben sind in grosser Zahl bekannt, besonders solche Konstruktionen, bei denen die elektri- sehe Aufladung der Fremdpartikel durch Ioni sation des Gasstromes mittels einer elektrischen Glimmliehtentladung erfolgt.
Es existieren ferner seit kurzem auch Apparaturen, die eine radioaktive Bestrahlung des Gasstromes zur lonisierung desselben verwenden und durch die so gebildeten Gasionen eine elektrische Anfladung der vom Gasstrom mitgeführten Fremdpartikel bewirken.
Beide Bauarten elektrostatischer Abscheider sind zwar bezüg lich Abscheidungswirkung auf Fremdpartikel sehr kleipen Durchmessers (-unter etwa 1p-4 em) den nicht elektrisch arbeitenden Fil terapparaturen stark überlegen, weisen aber für noch kleinere Fremdpartikel ebenfalls eine Abnahme der Abscheidungswirkttng auf, da die Grösse der pro Fremdpartikel zu er zielenden elektrischen Aufladung mit deren Oberfläche abnimmt.
Bei nichtelektrisch arbeitenden Filterappa raturen werden zur Erhöhung der Wirksam keit gegenüber kleinen Fremdpartikel ver schiedene Verfahren benützt, die eine räum liche Vergrösserung der Fremdpartikel vor deren Eintritt in die Filterapparatur bewir ken. Darunter existieren auch sogenannte Kondensationsverfahren, bei denen die Par tikelvergrösserung durch Beimischung eines dampfförmigen Zusatzmediums zum Gasstrom und nachfolgende Kondensation erfolgt, wobei die Fremdpartikel als Kondensationskerne dienen.
Die Erfindung geht aus von der Erkennt nis, dass die Vorteile des Kondensationsver fahrens bei Apparaturen mit radioaktiver Be strahlung des Gasstromes -ausgenützt werden können. Es ist nämlich praktisch nicht mög lich, dieses Kondensationsverfahren bei den älteren, elektrostatisch arbeitenden Abschei- derapparaturen anzuwenden, da die Ionisie- rung durch Glimmlichtentladungen des dampf- förmigen Zusatzmediums beeinträchtigt würde.
Das erfindungsgemässe Verfahren kenn zeichnet sich nun dadurch, dass dem von Fremdpartikeln zu reinigenden Gasstrom ein Zusatzmedium in Dampfform beigefügt und das Gemisch dann Bedingungen unterworfen wird, die eine Kondensation des Zusatz mediums bewirken, wobei die vom Gasstrom mitgeführten Fremdpartikel als Konden sationskerne dienen und der Gasstrom samt den so räumlich vergrösserten Fremdpartikeln durch einen radioaktiv bestrahlten Raumteil geleitet wird, wo dieselben durch die im Gas gebildeten ionisierten Moleküle elektrisch auf geladen werden, so dass in einem nachfolgen den Elektrodensystem ein dort herrschendes,
im wesentlichen quer zur Gasströmung gerichtetes elektrisches Feld eine Ablenkkraft auf die geladenen Kondensationsteilchen samt Fremd partikeln ausübt, unter deren Wirkung diesel.- ben sieh in Richtung auf die Elektroden be wegen und sich im Elektrodensystem nieder schlagen, worauf die die Fremdpartikel ent haltende Flüssigkeit kontinuierlich aus letz terem abfliesst.
Die Erfindung betrifft auch eine Appara tur zur Durchführung dieses Verfahrens, welche mindestens einen Raum zur Ionisierung der Grasmoleküle und mindestens einen wei teren, ein Elektrodensystem enthaltenden Ab scheiderraum aufweist, in welchem durch ein im wesentlichen quer zur Gasströmung ge richtetes elektrisches Feld eine Ablenkkraft auf die Fremdpartikel ausgeübt wird, unter deren Wirkiuig dieselben sich in Richtung der Elektroden bewegen.
Diese Apparatur kenn zeichnet sich dadurch, dass im Ionisierraum radioaktive Stoffe mit vorwiegender Alpha- Emission und an mindestens einer Stelle vor dem Ionisatorraum Mittel zur Einführung eines Zusatzmediums in Dampfform, sowie Mittel zur Herbeiführimg einer Kondensation des Zusatzmediums vorgesehen sind, derart, dass die vom Gasstrom mitgeführten Fremd partikel als Kondensationskerne dienen und somit die Fremdpartikel vor ihrer elektrischen Aufladung im Ionisator durch die Konden sation des Zusatzmediiuns vergrössert werden,
worauf die Kondensationsteilchen samt Fremd partikel sich im Elektrodensystem nieder schlagen und die so gebildete Flüssigkeit kon tinuierlich aus letzterem abfliesst.
Diese Apparatur ist in beispielsweisen Aus führungen nachstehend beschrieben an Hand der Fig. 1 bis 5, von denen darstellen: Fig. 1 eine aus zwei Filterkesseln beste hende und mit Zwischenkühler arbeitende Ap paratur, die z.
B. zum Reinigen von Luft von Bakterien und Viren bestimmt ist, Fig. 2 eine Ausführung mit Zwischen kühler und nur einem Filterkessel, Fig. 3 eine mit Strahldüse arbeitende Bau weise, Fig. 4 und 5 eine besondere Bauweise des Abscheiderelektrodensystems. Eine beispielsweise Ausführung der Ap paratur zeigt Fig. 1 in schematischer Darstel lung, wobei zwei gleichartige Einrichtungen 1 hintereinander von dem von mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln zu reinigenden Gas durehströmt werden,
hier bei spielsweise als senkrecht angeordnete Filter kessel dargestellt. Dem ersten Filterkessel 1 wird das Gas durch den Stutzen 2 oben zu geführt und unmittelbar nach seinem Eintritt mit dem Zusatzmedium, z. B. Wasser, ver mischt, das in Dampfform aus den Düsen 3 ausströmt. Inder vorliegenden beispielsweisen Ausführung ist der Fall dargestellt, bei dem das als gesättigter Dampf einströmende Zu satzmedium eine höhere Temperatur aufweist als der Gasstrom und sich in demselben sofort zum Teil kondensiert, dabei die vom Gas mit geführten festen und flüssigen Fremdpartikel als Kondensationskerne benützend, diese also räumlich vergrössernd.
Das Gas mit den so vergrösserten Fremdpartikeln durchströmt an schliessend den Ionisator 4, in dem räumlich verteilt angeordnete radioaktive Substanzen mit vorwiegender Alpha-Emission, z. B. Polo nium enthaltende Substanzen, eine grosse Zahl ionisierter Moleküle in allen Teilen des Strö- mungsqilerschnittes erzeugen, die ihrerseits durch Zusammenprall mit den durch Kon densation vergrösserten Fremdpartikeln die selben elektrisch aufladen.
Im nachfolgenden Elektrodensystem 5 gelangt der Gasstrom unter die Wirkung eines vorwiegend quer zur Strömung gerichteten elektrischen Feldes, das auf die geladenen Fremdpartikel eine ablen kende Kraft ausübt, unter deren Antrieb sie sich auf die Elektroden zu bewegen und sich dort niederschlagen, Tobet die Kondensationsteil chen einen Flüssigkeitsfilm bilden, der die Fremdpartikel enthält.
Die Elektroden und die aus nichtleitendem Material bestehenden Isolierteile innerhalb des Elektrodensystems besitzen eine Struktur, die es dem Flüssigkeits film ermöglicht, aus dem Elektrodensystem ab zufliessen, wodurch die abgeschiedenen festen und flüssigen Fremdpartikel mit abtranspor tiert =erden.
Bei hohem Gehalt des Gases an mit geführten Fremdpartikeln ist es zweckmässig, den Gasstrom nach dem Verlassen des Elektro- densystems 5 durch einen zweiten gleich- artigen Ionisator 4 und ein zweites Elektro- dens@ stem 5 zu leiten.
Diese Hintereinander- sehaltung wäre wirksamer, wenn eine zweite Fremdpartikelv ergrösserung vor dem zweiten lonisator 4 erfolgen würde. Im vorliegenden Fall einer Beifügung eines Zusatzmediums höherer Temperatur ist eine zweite Konden sation aber wenig wirksam, da. sich der Gas- s -trom bereits nach der ersten Beifügung des Zusatzmediums in seiner Temperatur entspre- ehend erhöht hat.
Um jedoch eine zweite Fremdpartikelvergrösserung vornehmen zu können, wird das Gas durch eine Kühleinrich tung 6 geleitet und dann erst dem zweiten Filterkessel 1 zugeführt, der ebenfalls eine Düseneinrichtung 3 und zwei aus je einem Ionisator 4 und je einem Elektrodensystem 5 bestehende Abscheidungsbaugruppen auf weist. Aus dem Rohrstutzen 7 tritt dann der von festen. und flüssigen Fremdpartikeln be freite Gasstrom aus.
Die beiden Filterkessel 1 und die Kühl einrichtung 6 weisen zur Fortleitung der ab geschiedenen und durch die festen und flüs sigen Fremdpartikel verunreinigten Mengen. von flüssigem Zusatzmedium je eine Abfluss- einriehtung auf, in. Fig. 1 schematisch durch die Fallrohre 8 dargestellt. Das flüssige Zu satzmedium wird in Abscheidern 9 von dem Hauptteil der mitgeführten Fremdpartikel be freit, z.
B. durch Absetzen der festen Par tikel und dann der.Einrichtung 10 zugeleitet, wo die Umwandlung des Zusatzmediums in Dampfform unter entsprechendem Druck bzw. der erforderlichen Temperatur erfolgt und von wo aus der Dampf über die Leitungen 11 zu den Düsenanordnungen 3 gelangt. Das Zu satzmedium wird auf diese Weise im Kreislauf so lange wieder verwendet, bis sein Gehalt an nicht abgeschiedenen Fremdpartikeln oder gelöstem Gas eine Erneuerung notwendig macht.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Zwi schenschaltung einer Kühleinrichtung 6 vor einer zweiten Zumischung eines dampfförmi- gen Ztisatzmeditims zum Gasstrom kann auch innerhalb eines Filterkessels selbst vorgenom men werden. Eine derartige Apparatur ist in Fig. 2 schematisch dargestellt, wobei im Filterkessel 1 das bei 2 eintretende Gas, mit dem durch Düse 3 eingeleiteten dampfförmi gen Zusatzmedium vermischt, durch den ersten Ionisator 4 und das erste Elektrodensystem 5 strömt.
Hinter dem ersten Elektrodensystem 5 ist eine Kühleinrichtung 6 eingebaut; die den Gasstrom in einen thermischen Zustand ver setzt, der eine abermalige Beimengung des Zusatzmediums als gesättigter Dampf durch die zweite Düsenanordnung 3 wirksam wer den lässt. Nach erfolgter Vermischung und teilweiser Kondensation des Zusatzmediums im Gas strömt dasselbe durch den zweiten Ioni- sator 4 und ein zweites Elektrodensystem 5 zum Austrittsstutzen 7.
Die kondensierten und abgeschiedenen Mengen an flüssigem Zusatz medium können aus dem ersten und zweiten Elektrodensystem 5 ungehindert abfliessen und die festen und flüssigen Fremdpartikel fort führen durch das Fallrohr 8 zum Abscheider 9 für diese Fremdpartikel. Das flüssige Zu satzmedium wird wieder dem Dampferzeuger 10 zugeleitet und in dampfförmigem Zustand über die Leitungen 11 den Düsen 3 zugeführt, auf diese Weise einen geschlossenen Kreislauf bildend.
Sowohl in einer Apparatur mit nur einem, wie auch einer solchen mit zwei oder mehr Filterkesseln 1 kann auf eine getrennte Kühl einrichtung 6 verzichtet werden, wenn die Elektroden. oder Isolierteile des jeweils ersten Elektrodensystems 5 genügend intensiv ge kühlt werden, sei es mittels Hohlräiunen, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, oder auf andere W% eise.
In den Apparaturen nach Fig. 1 und 2 wird die erwiinschte Kondensation des dampf- förmigen Zusatzmediums im Gas durch einen genügend grossen Temperaturunterschied zwi schen dein eingeleiteten gesättigten Dampf und dem Gas bewirkt. Dies ist aber nicht die einzige Methode, um eine rasche und inten sive Kondensation herbeizuführen, und jede andere Methode ist ebenfalls verwendbar, bei spielsweise auch die Expansion des Gases nach erfolgter Vermischung mit dem dampfförmi- gen Zusatzmittel. Eine Apparatur mit beispielsweiser Expan sion durch eine Düse zeigt im Prinzip die Fig. 3.
Hier strömt das von mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln zu be freiende Gas unter Druck im Rohr 12 zu einer Strahldüse 13, wo noch auf der Hochdruck seite das Zusatzmedium als gesättigter Dampf mit entsprechendem Druck über die Öffnun gen des Ringrohres 14 dem Gas beigemischt wird. Das Gemisch strömt dann durch die Strahldüse 13 und wird dahinter expandiert, so dass eine starke Kondensation des Zusatz- mediiuns erfolgt, wobei die vom Gas mitgeführ ten festen und flüssigen Fremdpartikel als Kon densationskerne dienen und auf diese Weise eine räiunliche Vergrösserung erfahren.
An schliessend wird das Gas samt den vergrösser ten Fremdpartikeln durch den Ionisator 4 und das Elektrodensystem 5 ztun Ausgangsstutzen 7.geleitet. Die abgeschiedenen Mengen flüs sigen Zusatzmediums gelangen über das Fall rohr 8 zum Abscheider 9, zwecks Beseitigung der im Zusatzmedium enthaltenen - Fremd partikel, und die Piunpeinrichtinmg 15 zum Dampferzeuger 10. Dort wird der gesättigte Dampf erzeugt, der über die Leitung 11 dem Ringrohr 14 der Strahldüse 13 mit dem er forderlichen Druck zugeführt wird.
Auch bei einer Ausführung der Apparatur nach Fig. 3 kann eine Hintereinanderschaltung von mehr als einem Filterkessel 1 erfolgen, deren jeder eine Strahldüse 13 mit Ringrohr 14, einen Ionisator 4 und einen Abscheiden 5 aufweist. Gegebenenfalls ist zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Filterkesseln 1 je ein Druckerzeuger anzuordnen, um das Gas mit der erforderlichen Geschwindigkeit durch die jeweils nachfolgenden Strahldüsen 13 strö men zu lassen.
Ausser der an Hand von Fig.*1 und 2 dar gestellten Methode der Kondensation des dampfförmigen Zusatzmediums im kühleren Gasstrom und derjenigen der adiabatischen Expansion des Gemisches über eine Strahldüse gemäss Fig. 3, kann auch jede andere Behand lungsweise des Gasstromes während oder nach dem Einleiten des dampfförmigen Zusatz mediums angewandt werden, die zu einer star- ken Kondensation des bereits in gesättigtem Zustand eingeleiteten Zusatzmediums führt.
Beispielsweise besteht auch die Möglichkeit, nach erfolgter Einleitung des Zusatzmediums in den Gasstrom, das Gemisch absatzweise in die Zylinder einer Kolbenmaschine einzuleiten, dort zu expandieren und anschliessend dem Filterkessel mit dem Ionisator und dem Ab- scheider zuzuleiten; durch eine derartige peri odische Expansion kann die gewünschte Kon densation ebenfalls bewirkt werden. Auch die Mischung von dampfförmigem Zusatzmedium mit dem Gasstrom bei gleicher Temperatur und eine nachherige gemeinsame Abkühlung des Gemisches kann zum Kondensieren des Zusatzmediums aus der Dampfphase benützt werden.
Für die Ausgestaltung des in der Appa ratur vorgesehenen elektrostatischen Filters, bestehend aus radioaktivem lonisator und Elektrodensystem wird auf andere diesbezüg liche Patente der Anmelderin, z. B. die schweizer. Patente Nrn.280824, 292598 und 289483 verwiesen.
Ferner ist eine besonders zweckmässige bei spielsweise Ausführung des Abscheiders in Fig. 4 im Längsschnitt und in Fig. 5 in Auf sieht von oben dargestellt. Das von mitgeführ ten Fremdpartikeln zu befreiende Gas strömt, nach erfolgter Beimischung des dampfförmi- gen Zusatzmediums und dessen Kondensation, in Richtung der Pfeile 16 im Filterkessel 17 zuerst durch den in Fig. 4 nur angedeuteten Ionisatorraum 4 und gelangt dann zum Ab- scheider,
der hier beispielsweise aus vier kon zentrisch ineinander angeordneten Rohren 18 aus elektrischem Isoliermaterial besteht, wodurch drei ringförmige und konzentrische Zwischenräume entstehen, in denen sich die Elektroden 19 befinden. Diese sind wellrohr- förmige Gebilde aus Metalldrahtnetz, Metall geflecht oder ähnlichem Material und weisen eine Struktur auf, die dem Gasstrom 16 den Durchtritt durch die drei konzentrischen Zwi- schenräiune in vorwiegend axialer Richtung ermöglicht, wobei einerseits ein genügend niedriger Strömungswiderstand eingehalten werden,
anderseits aber ein möglichst enger Kontakt zwischen dem strömenden Gas und dem Elektrodenmetall gewährleistet sein muss. Wie in Fig. 5 schematisch angedeutet, liegen der metallische Kesselmantel 17 sowie der Metallbelag 20 innerhalb des mittleren Isolier rohres 18 und die mittlere der drei konzen trischen Elektroden 19 am einen Pol einer (sleichspannungsquelle 21, deren anderer Pol mit den übrigen zwei Elektroden 19 verbun den ist. Hierdurch wird in den drei vom Gas durchströmten Zwischenräumen ein elektri sches Feld erzeugt mit Feldlinien, die im wesentlichen quer zur Gasströmung gerichtet sind.
Auf die vom Gasstrom mitgeführten -und im Ionisatorr aum 4 elektrisch aufgeladenen Fremdpartikel, die durch angelagerte Konden sationsteilchen vergrössert oder in diesen ent halten sind, wird durch dieses elektrische Feld eine ablenkende Kraft aasgeübt, die je nach Polarität der Partikelladung auf die metalli- chen Elektroden 19 oder auf die Wandungen der Isolierrohre 18 gerichtet ist.
Die Fremd partikel wandern in dieser Richtung und schlagen sich an den genannten Bauteilen 18 bzw. 19 nieder, wo die Kondensationsteilchen einen Flüssigkeitsfilm bilden, der längs der Wandungen 18 und durch die Poren der Elek troden 19 nach unten rinnt, die abgeschiedenen Fremdpartikel dabei mit sich führend.
< Je naeh Art der aus dem Gasstrom zu beseitigenden Fremdpartikel und der im Ab seheider herrschenden Strömungsgeschwindig keit werden mehrere Abscheider der in Fig. 4 und 5 dargestellten Bauart hintereinander im gleichen Filterkessel angeordnet, im Bedarfs falle unter Zwischenschaltung je eines wei teren Ionisators 4.
Durch geeignete Ausbildung der Isolier- rohre 18 und der Spannungszuführungen zu den Elektroden 19 kann eine derart sichere Isolation zwischen den Elektroden 19 erzielt werden, dass als dampfförmiges Zusatzmedium auch solche Stoffe verwendbar sind, die in flüs sigem Zustand als elektrische Halbleiter oder Leiter gelten können. Bei nicht zu grosser Menge abgeschiedenen Zusatzmediums sind die hier durch entstehenden Feldverzerrungen in der t:mgebung der Elektroden ohne nachteiligen Einfluss auf die Abscheidungswirktnmg des Elektrofilters.
Der Abscheider gemäss Fig. 4 lind 5 kann auch in der Weise aufgebaut werden, da.ss die konzentrisch angeordneten Rohre 18 aus Metall bestehen, als Elektroden dienen und sinngemäss mit. der Spannungsquelle 21 ver bunden sind, während die wellrohrförmigen Gebilde 19 aus elektrisch nichtleitendem 11YTa- terial. bestehen oder ganz fortgelassen werden.
Zur Kiihlung des Gasstromes ist es mög lich, die Rohre 18 des Abscheiders nach Fig. 4 und 5 hohl auszubilden und durch diese Hohl räume ein Kühlmittel zu leiten. In allen Fäl len kann auch noch im Ionisator 4 ein zu sätzliches, vorwiegend quer zur Strömungs- riehtung des Gases verlaufendes elektrisches Feld erzeugt werden, wodurch eine Verstär kung der elektrischen Aufladung der Fremd partikel erreichbar ist.