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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum lonisieren von Gasen und zum Entfernen von Verunreinigungen aus Gasen, gekennzeichnet durch eine von den Gasen durchströmte rohrförmige Aussenelek trode (5, 134) und eine scheibenförmige, innerhalb der Aussenelektrode angeordnete Innenelektrode (4, 136, 180, 182, 184), zwischen deren Aussenumfang und der Innenwand der Aussenelektrode ein Elektrodenspalt (R3) gebildet ist, wobei die Innenelektrode zur Vermeidung von unerwünschten Koronaentladungen von allen übrigen ein elektrisches Feld bewirkenden Bauteilen einen Abstand aufweist, der grösser ist als das 1,25fache des Elektrodenspaltes, und eine Einrichtung zum Anlegen von Hochspannung an die Elektroden und zur Erzeugung eines einen Koronastrom in dem Elektrodenspalt erzeugenden hohen elektrischen Feldes vorgesehen ist,
sowie eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstromes in axialer Richtung durch den Elektrodenspalt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (4, 136, 180, 182, 184)5 bis 40% der Querschnittsfläche innerhalb der Aussenelektrode (5, 134) einnimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass strömungsmässig unterhalb der Innenelektrode (4, 136, 180, 182, 184) Einrichtungen (50, 128) zum Auffangen der in den Gasen enthaltenen und mit Hilfe des elektrischen Feldes aufgeladenen Verunreinigungen vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Reinigung der inneren Oberfläche der Aussenelektrode (5, 134) vorgesehen sind, welche im Betrieb einen das Absetzen von Verunreinigungen verhindernden, im wesentlichen kontinuierlichen Luftschleier längs der Aussenelektrode erzeugen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Einrichtung zum Anlegen einer Hochspannung im Elektrodenspalt (R3) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, dessen mittlere Feldstärke mehr als 12 kV/cm beträgt
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (136, 180, 182, 184) scheibenförmig ist und am stromaufwärts gelegenen Ende einer länglichen, konzentrisch zur Aussenelektrode (134) angeordneten Elektroden halterung (138, 186) befestigt ist, deren Durchmesser dem 0,15bis 0,25fachen Innendurchmesser der Aussenelektrode und dem 0,4- bis 0,8fachen Durchmesser der Innenelektrode entspricht
7.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl scheibenförmiger Innenelektroden (180, 182, 184) an einer gemeinsamen länglichen, konzentrisch zur Aussenelektrode (134) angeordneten Elektrodenhalterung (186) befestigt sind, welche Innenelektroden in axialer Richtung um wenigstens das 1,25fache des Entladung#sspaltes voneinander beabstandet sind, derart, dass in den durch die Aussenelektrode strömenden Gasen enthaltene Verunreinigungen wiederholt in aufeinanderfolgenden Elektrodenspalten in elektrischen Feldern aufgeladen werden und sodann unter dem Einfluss eines radialen elektrischen Feldes strömungsmässig hinter einem jeden der Spalte zur Aussenelektrode wandern und an der innenseitigen Wandung der Aussenelektrode abgeschieden werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektroden (180, 182, 184) verschiedene Durch messer aufweisen, so dass zwischen jeder dieser Innenelektroden und der äusseren Elektrode (134) elektrische Felder unterschiedlicher Stärke vorhanden sind.
9. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrodenspalt ein elektrisches Feld erzeugt wird, dessen Stärke in radialer Richtung über einen Abstand von der Aussenelektrode bis wenigstens etwa zur Mitte des Elektrodenspaltes annähernd konstant ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden eine solche Spannung angelegt wird, dass die mittlere Feldstärke des elektrischen Feldes mehr als 12 kV/cm beträgt, ohne dass bei Normaldruck und Normaltemperatur Funkenüberschläge auftreten.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung im Elektrodenspalt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Gasströmung über die statische Funken überschlagsspannung erhöht wird, jedoch nur so weit, dass keine Funkenüberschläge auftreten.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode am strömungsmässig oberen Ende einer länglichen Elektrodenhalterung angeordnet ist und das elektrische Feld derart eingestellt wird, dass es nur zwischen der Innenelektrode und der Aussenelektrode eine Koronaentladung erzeugt, die in den Gasen mitgeführte Partikel aufladet, worauf die Teilchen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes zwischen der Elektrodenhalterung und der Aussenelektrode in Richtung zur Aussenelektrode wandern.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl scheibenförmiger Innenelektroden auf der Elektrodenhalterung in einem Abstand von wenigstens dem 1,25fachen des Elektrodenspaltes (R3) angeordnet sind, wobei zwischen die Innenelektroden und die Aussenelektrode eine solche Spannung angelegt wird, dass die in den Gasen mitgeführten Partikel wiederholt von den elektrischen Feldern in den Elektrodenspalten aufgeladen werden und anschliessend unter der Wirkung der elektrischen Felder in Richtung zur Aussenelektrode wandern.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Querdimensionen der Innenelektroden zunehmend in Richtung der Gasströmung grösser werden, derart, dass die elektrischen Felder in den Elektrodenspalten zunehmend in Richtung der Gasströmung stärker werden, so dass grössere Teilchen strömungsmässig weiter oberhalb ausgeschieden werden, wohingegen feinere Teilchen strömungsmässig weiter unterhalb ausgeschieden werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lonisieren von Gasen und zum Entfernen von Verunreinigungen aus Gasen sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.
Bei vielen Industrieprozessen werden beachtliche Mengen von Schmutzteilchen in einer Grösse von weniger als 1 m in die Atmosphäre ausgestossen. Der Ausstoss dieser Teilchen ist sehr schwierig zu überwachen. Die Luftverschmutzung durch kleine Schmutzteilchen ist von erheblicher Bedeutung, da es im Gegensatz zu grösseren Schmutzteilchen bei diesen kleinen Teilchen nicht möglich ist, sie durch entsprechende Massnahmen aus den Abgasen abzutrennen.
Gegenwärtig gibt es drei prinzipiell voneinander verschiedene Vorschläge zur Lösung des Problems der in Gasen enthaltenen Schmutzteilchen mit einer Teilchengrösse von weniger als 1 um. Gemäss einem ersten Vorschlag wird zur Entfernung dieser Teilchen eine herkömmliche elektrostatische Abscheideeinrichtung verwendet. Die Anwendung elektrostatischer Abscheider auf die in Rede stehenden Feinteilchen beinhaltet jedoch eine Vielzahl von Problemen.
Gemäss dem zweiten Vorschlag wird ein Reinigungssystem verwendet, welches einen Nassreiniger aufweist. Der zur Entfernung von Feinteilchen verwendete Nassreiniger wird durch ein ein Venturi-Rohr umfassendes Gerät gebildet. Um die eine Teilchengrösse von weniger als 1 um aufweisenden Teilchen in Wassertropfen auffangen zu können, müssen erhebliche Wassermengen in das Nassreinigungsgerät eingespritzt werden,
wobei hohe Relativgeschwindigkeiten auftreten. Durch diese beiden Faktoren wird der Druckabfall im System erhöht, was einen unmittelbaren Anstieg der Betriebskosten zur Folge hat.
Der dritte Vorschlag bezieht sich auf die Verwendung eines Trockenfiltersystems. Ein Nachteil bei Einrichtungen dieser Art ist jedoch in den Temperaturbeschränkungen der Filterelemente zu sehen, wozu das Problem der hohen Kosten bei der Verringerung dieser Temperaturen und die Schwierigkeit bei der Handhabe bestimmter Arten dieser feinen Stäube, wie der sogenannten Klebestäube, kommen.
Es sind bereits Versuche unternommen worden, den Wirkungsgrad der verschiedenen Einrichtungen dadurch zu verbessern, dass die Verunreinigungen strömungsmässig vor dem Hauptauffangsystem elektrostatisch aufgeladen werden. Diese Versuche sind hauptsächlich deswegen gescheitert, weil keine geeignete Einrichtung zum Erzeugen eines genügend starken Feldes zum ausreichenden Aufladen der Feinteilchen mit einer Teilchengrösse von weniger als 1 um vorhanden war.
Die bisher verwendeten Ionisierungsvorrichtungen zum Aufladen von Teilchen oder zum Ionisieren von Gasen gehörten zum Drahtzylindertyp, zum Drahtplattentyp oder zum Nadelspitzentyp, wobei die Feldstärke im Zwischenelektrodenbereich etwa 10 kV/cm betrug. Das hatte zur Folge, dass der Wirkungsgrad derartiger Ionisierungsgeräte schlecht war.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gründlichen Entfernen von Verunreinigungen mit einer Teilchengrösse von weniger als 1 um zusammen mit grösseren Schmutzteilchen aus verunreinigten Gasen zu schaffen, so dass diese Gase ohne zur Umweltverschmutzung beizutragen in die Atmosphäre entlassen werden können.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erzielt, dass eine von den Gasen durchströmte rohrförmige Aussenelektrode vorgesehen ist, dass eine scheibenförmige, innerhalb der Aussenelektrode angeordnete Innenelektrode vorgesehen ist, zwischen deren Aussenumfang und der Aussenelektrode ein Elektrodenspalt gebildet ist, dass die Innenelektrode zur Vermeidung von unerwünschten Koronaentladungen von allen übrigen ein elektrisches Feld bewirkenden Bauteilen einen grösseren Abstand als das 1,25fache des Elektrodenspaltes hat, dass eine Einrichtung zum Anlegen von Hochspannung an die Elektroden zur Erzeugung eines einen Koronastrom in dem Elektrodenspalt erzeugenden hohen elektrischen Feldes vorgesehen ist, und dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstromes in axialer Richtung durch den Elektrodenspalt vorgesehen ist.
Aufgrund der scheibenförmigen Ausbildung der Innenelektrode und der rohrförmigen Ausbildung der Aussenelektrode wird ein von der Innenelektrode zu der Aussenelektrode in axialer Richtung divergierendes elektrisches Feld erzeugt, das beim Betrieb der Vorrichtung eine hohe mittlere Feldstärke aufweist.
Eine bevorzugte Verwendung der neuen Vorrichtung ist das Abscheiden von in Gasen vorhandenen Schmutzteilchen und das lonisieren von Gasen, die in axialer Richtung innerhalb der Aussenelektrode durch das elektrische Feld in dem Elektrodenspalt strömen. Dabei wurde gefunden, dass die mittlere Feldstärke des elektrischen Feldes gesteigert werden kann, wenn das Gas mit hoher Geschwindigkeit durch das elektrische Feld strömt.
Die neue Vorrichtung kann verhältnismässig billig hergestellt und mit vergleichsweise geringen Betriebs- und Wartungskosten betrieben werden und weist einen geringen Energiebedarf auf.
Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der neuen Vorrichtung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung,
Fig. 1 a und 1 b schematische Darstellungen der Strömungsbahnen von Schmutzteilchen in einem herkömmlichen Nassreiniger bzw. in der stark aufgeladenen neuen Vorrichtung,
Fig. 2 einen vergrösserten Teilschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2,
Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2,
Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Drossel einer modifizierten Wandung der als Venturirohr ausgebildeten Aussenelektrode,
Fig.
7 ein Schaubild, welches das elektrische Feld zwischen den Elektroden zeigt,
Fig. 8 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform der neuen Vorrichtung,
Fig. 9 einen Querschnitt durch die in Fig. 8 dargestellte Aus; führungsform,
Fig. 10a bis 10d unterschiedliche Kantenradiusformen der scheibenförmigen Innenelektrode,
Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der neuen Vorrichtung,
Fig. 12 eine isometrische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der neuen Vorrichtung,
Fig. 13 einen Schnitt durch eine einzelne Abscheidungseinheit in der Vorrichtung gemäss Fig. 12 und
Fig. 14 einen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform einer Abscheidungseinheit, bei welcher Entladungselektroden mit unterschiedlichen Querdimensionen Verwendung finden.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, wird das die Schmutzteilchen enthaltende Gas mit Hilfe eines Gebläses 1 a über einen Einlasskanal in ein Venturirohr 2 geleitet. Die Gase und die Schmutzteilchen werden im Venturirohr beschleunigt, wobei die Geschwindigkeit in der engsten Stelle des Rohrs ihren höchsten Wert erreicht. Im Drosselabschnitt des Venturirohres wird mit Hilfe einer Hochspannungsquelle 3 eine sehr starke Koronaentladung D aufrechterhalten. Die Entladung geht von einer in der Mitte der Drossel angeordneten scheibenförmigen Innen.
elektrode 4 aus und erstreckt sich in radialer Richtung bis zur Innenwand 5 des Venturirohrs. Die Ausdehnung der Koronaentladung in der axialen Richtung der Vorrichtung ist sehr klein und beträgt weniger als der Innendurchmesser der Aussenelektrode, was zur Folge hat, dass die Verweildauer der Schmutzteilchen im elektrischen Feld nur kurz ist. Dennoch wird aus weiter unten zu erläuternden Gründen eine hohe Aufladung der Schmutzteilchen erreicht.
Wenngleich im folgenden eine Innenelektrode mit kreisscheibenförmiger Gestalt im einzelnen beschrieben wird, versteht es sich, dass auch ringförmig, elliptisch, polygonal, wie rechteckig oder dergleichen gestaltete Innenelektroden verwendet werden können, solange die Gestalt der Aussenelektrode in etwa der Gestalt der Innenelektrode entspricht. So ist es auch nicht nötig, dass die äussere Kante der Innenelektrode 4 weich abgerundet ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Für diese äussere Kante können auch andere Ausgestaltungen vorgesehen werden, wie z. B. eine stumpfe Kante, eine scharfe Kante oder gar ein Umfangsrand, auf dem in dichten Abständen voneinander eine Vielzahl von Vorsprüngen ausgebildet sind. Es ist auch möglich, Innenelektroden mit sägezahnförmig gestalteten Rändern oder Kanten zu verwenden.
Wenngleich eine optimale Leistung dann erzielt wird, wenn die Innenelektrode 4 konzentrisch innerhalb des die Aussenelektrode bildenden Venturi-Rohrs 5 angeordnet ist, so versteht es sich für den Fachmann, dass die Vorrichtung auch bei exzentrisch angeordneter Innenelektrode zufriedenstellend funktioniert.
Die Aussenelektrode 5 weist zwischen dem Einlasskegel und dem Venturi-Rohr einen Übergang mit einem Krümmungsradius Ro auf. Der Krümmungsradius Ro ist in Fig. 2 bei der im Axialschnitt dargestellten Aussenelektrode am Übergang eingezeichnet. Die Aussenelektrode braucht jedoch nicht die Form eines Venturi-Rohrs zu besitzen, da andere Ausgestaltungen, wie zylindrische oder rechteckige Konstruktionen mit ebenen Beitenwandungen glelcktalis verwenJet werden können.
Das Venturi-Rohr gewährleistet die beste Beschleunigung des Gasstroms und eine wirbelfreie Strömung des Gases hinter der Innenelektrode 4, so dass die Strömung eines Reinigungsfluids, wie im folgenden noch erläutert werden soll, entlang der Wand der Aussenelektrode 5 nicht abreisst Wenngleich der Aufbau der Aussenelektrode in beträchtlichen Grenzen schwanken kann, werden die besten Ergebnisse mit einem Venturi-Rohr erreicht, dessen Radius Ro verglichen mit dem Radius r der Innenelektrodenkante ein Verhältnis von mehr als 50 I besitzt.
Die axiale Anordnung der Innenelektrode 4 in dem Venturi Rohr kann innerhalb bestimmter Grenzen verändert werden.
Wird die Elektrode stromaufwärts verschoben, so wird dadurch der Entladungsspalt R3 vergrössert, was eine Verringerung der Intensität des elektrischen Feldes zur Folge hat und eine höhere Spannung erfordert, jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des verunreinigten Gases herabsetzt. Die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit trägt innerhalb bestimmter Grenzen sowohl zur Verbesserung als auch zur Herabsetzung des Ionisierungseffektes bei, worauf noch eingegangen werden wird.
Obwohl bisher erwähnt wurde, dass die neue Vorrichtung strömungsmässig oberhalb einer Gasreinigungsvorrichtung benutzt wird, wie beispielsweise stromauf eines Nassreinigers oder einer Abscheidungseinrichtung mit dem Ziel, deren Wirksamkeit zu erhöhen, so kann die Vorrichtung auch in anderer Weise eingesetzt werden. Sie kann beispielsweise lediglich zum Aufladen von Teilchen zur Erzeugung elektrischer Energie nach dem MHO-Verfahren verwendet werden. Die Vorrichtung kann auch zum Ionisieren von Gasströmen für Gasphasenreaktionen, wie beispielsweise zum Erzeugen von atomarem Sauerstoff für Oxidationszwecke, wie bei der Ozonerzeugung, verwendet werden. Das Erzeugen atomaren Sauerstoffs für Oxidationsreaktionen kann auch zur Geruchsbeseitigung dienen, und die Vorrichtung kann auch verwendet werden, um Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu oxidieren.
Bei solchen Verwendungen der Vorrichtung wird ein Gasstrom gleicher.
massen durch die Vorrichtung geleitet, wie bei der Verwendung zum Reinigen von Gasen. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Gasdurchtritt durch das elektrische Feld auf einen definierten Ort zu begrenzen.
Das elektrische Feld Eo, welches zwischen der Innenelektrode 4 und der Aussenwand 5 des Venturirohrs erzeugt wird, besteht aus zwei Anteilen, nämlich aus einem elektrischen Feld Ee und einem durch Raumladung erzeugten Feld, wie der Fig. 7 zu entnehmen ist. Das elektrische Feld Ee ist von der angelegten Spannung und der Elektrodengeometrie abhängig. Das durch Raumladung bedingte Feld, das durch Ionen, Elektronen und zwischen den Elektroden geladenen Teilchen entsteht, tritt erst beim Einsetzen der Koronaentladung auf. Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, verstärkt das durch Raumladung bewirkte Feld das elektrische Feld Ee im Bereich der Aussenwandung des Venturirohrs, während es das elektrische Feld Ee im Bereich der Innenelektrode schwächt.
Dieser Effekt führt zu einer radialen Vergleichmässigung des elektrischen Feldes, wodurch die Koronaentladung stabilisiert und ein starkes mittleres Feld im gesamten Elektrodenspalt R3 erzeugt wird. Durch eine geeignete Elektrodenform kann eine hohe Gasgeschwindigkeit im Elektrodenspalt und eine saubere Oberfläche auf der Aussenelektrode 5 erreicht werden, wodurch auch bei einem starken elektrischen Feld ein Funkendurchschlag vermieden werden kann.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung nimmt die Stärke des elektrischen Feldes von der Innenelektrode 4 in radialer Richtung zur Aussenelektrode 5 zuerst ab, um dann unter der Einwirkung der Raumladung im wesentlichen konstant zu bleiben, wie es mit der ausgezogenen Linie in Fig. 7 gezeigt ist
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eine hohe mittlere Feldstärke, ohne dass Funkenüberschläge auftreten, weil kein Ort vorhanden ist, an welchem die Feldstärke übermässig hoch ist.
Wenn eine maximale Feldstärke erforderlich ist oder eine stark verunreinigte Gasströmung ionisiert werden soll, ist eine Reinigung der als äussere Elektrode verwendete Innenfläche des Venturirohrs erforderlich, damit durch eine saubere Oberfläche der Gefahr eines Funkenüberschlages so weit wie möglich vorgebeugt wird.
Es kann auch eine intermittierende Reinigung vorgenommen werden.
Die innere Elektrode ermöglicht das Entstehen grosser Ladungsmengen (Ionen) bei der Koronaentladung, weil in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche ein Feld hoher Feldstärke erzeugt wird. Durch die gewählte Elektrodenausgestaltung wird auf der ganzen Strecke zur Wand des Venturi Rohrs ein konzentriertes elektrisches Feld geschaffen. Dieses konzentrierte Feld lenkt die Ladungen auf ihrer Wanderung zur Wand und ist verantwortlich für die richtige Feldverstärkung. Die gleichmässig gekrümmten radialen Randbereiche der inneren Elektrode bewirken, dass sich die Ladung mit zunehmender radialer Entfernung von der inneren Elektrode in radialer Richtung verbreitert, wodurch die Strom- oder Ionendichte je Flächeneinheit an der Aussenelektrode verringert und dadurch die Möglichkeit von Funkenüberschlägen herabgesetzt wird.
Weil das elektrische Feld in Richtung der Gasströmung relativ dünn ist, neigen höhere Geschwindigkeiten des durch das Feld strömenden Gases zum Zerstreuen der Ionenkonzentration oder Ionendichte in axialer Richtung von der Ebene der Innenelektrode aus. Durch die Ausbreitung der Raumladungszone in Richtung der Strömung wird eine weitere Stabilisierung erreicht, indem das elektrische Feld zwischen der Raumladungszone und der Aussenelektrode 5 geschwächt wird. Dieser Effekt hat sein Maximum bei Gasgeschwindigkeiten von 15,2 m/s und mehr. Ausserdem kann die bei diesen hohen Geschwindigkeiten auftretende Turbulenz ebenso zur Stabilisierung beitragen, da diejenigen Teile, die den Funkenüberschlag verursachen, mechanisch entfernt werden.
Um für eine Aufrechterhaltung der Koronaentladung zu sorgen und eine Verschmutzung und damit einen Energieverlust der Entladungseinrichtung zu vermeiden, ist die an Hochspannung liegende Innenelektrode 4 derart isoliert, dass neben der Koronaentladung keine Nebenentladungen auftreten. Wie am besten Fig. 2 zu entnehmen ist, wird die Innenelektrode 4 mit Hilfe einer Sonde 10 in ihrer richtigen Stellung innerhalb der Aussenwand 5 gehalten, wobei die Sonde derart ausgestaltet ist, dass ein elektrischer Nebenschluss sowohl an der Innenfläche als auch an der Aussenfläche der Sonde erheblich erschwert wird. Obwohl dieses nicht dargestellt ist, kann die Sonde in axialer oder radialer Richtung verstellt werden, falls erwünscht. Der einen Nebenschluss verhindernde Widerstand ist zwischen der Elektrode und der Abstützung 12 der Sonde in dem stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 1 vorgesehen.
Der Oberflächenwiderstand wird durch mehrere Luftführungen 14 für Reinluft verbessert, wobei diese Luftführungen von Schlitzen mit einer Breite von 0,76 mm gebildet sind, welche am Sondenumfang unmittelbar stromauf von der Innenelektrode 4 angeordnet sind. Von einer ausserhalb angeordneten Reinluftquelle 15 gelieferte Reinluft wird durch den Sondenkörper hindurchgeführt und tritt aus diesen Schlitzen mit hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch wird ein Strömungspfad mit hohem Widerstand geschaffen, der überbrückt werden muss, bevor die Innenelektrode 4 kurz geschlossen werden kann.
Der Sondenkörper weist eine Hochspannungsleitung 16 auf, die von dielektrischen Lagerbüchsen 18 getragen ist, welche die Sonde in dem Einlasskanal 1 halten. Das strömungsmässig oben gelegene Ende des Sondenkörpers ist in einer geschlossenen Ummantelung 20 und einer hohlen gewellten Verkleidung 22 angeordnet. Öffnungen 23 ermöglichen den Durchtritt der Luft in axialer Richtung zu mehreren im Abstand voneinander angeordneten Ringen 26, die jeweils entsprechende Schlitze 24 (Fig.3) besitzen. Die Abstände bilden die Vielzahl kontinuierlicher Schlitze 14 zum Abströmen der Luft, wie vorstehend erwähnt. Die Innenelektrode 4 besitzt auch Schlitze 24, welche eine nach unten gerichtete Luftströmung entlang der Elektrode ermöglichen. Die Ringe und die scheibenförmige Innenelektrode sind mit Hilfe eines in eine Nase 30 eingreifenden Bolzen 28 an der Leitung 16 befestigt.
Die Nase und die auf der stromab gelegenen Seite der Innenelektrode austretende Reinluft verhindern eine Stockung von geladenen Schmutzteilchen abstromseitig der Innenelektrode 4 und verhindern eine Ablagerung von Teilchen auf der Oberfläche dieser Elektrode.
Damit sich das Feld zwischen der Innenelektrode 4 und der Aussenelektrode 5 in axialer Richtung verbreitern kann, muss die Innenelektrode 4 gegenüber allen anderen Konstruktionsteilen einen Abstand aufweisen, der wenigstens 1,25 Elektrodenspalten entspricht. Bei der in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsform ist dieses durch Anordnung einer einzigen Innenelektrode innerhalb der Aussenelektrode 5 erreicht. Bei dem in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiel sind hingegen eine Vielzahl von Innenelektroden verwendet, für die die oben genannte Bedingung zu beachten ist.
Wegen der möglichen Anlagerungen von Verunreinigungen wird die Aussenelektrode 5 über eine kurze Strecke, die einige Male so gross ist wie der Elektrodenspalt R3, glatt und verhältnismässig sauber gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass von der Oberfläche der Aussenelektrode und insbesondere Verunreinigungsablagerungen bewirkte Störungen der Korona vermieden werden. Die Reinigung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine Möglichkeit ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. In diesem Fall wird Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 32 in einer gleichmässigen Schicht auf die Oberfläche des konvergierenden Kegelabschnittes des Venturirohrs 5 gespritzt.
Ist die Aussenelektrode als Venturirohr ausgebildet, so wird der Konvergenzwinkel 4 > des Venturirohrs etwa gleich 12,5 wählt, um Turbulenzeffekte so gering wie möglich zu halten. Das Venturi-Rohr ist in der Betriebsstellung nach unten gerichtet, und der Wasserfilm wird bei seinem Eintritt in den Düsenabschnitt sowohl durch die Schwerkraft als auch durch die Reibung mit den sich bewegenden Gasen beschleunigt. Die Wasser-Einspritzstelle liegt etwa 1,5 Spaltlängen R3 oder näherungsweise 1,12 Elektrodenspaltenlängen R3 in axialer Richtung strömungsmässig oberhalb der Höhe, in der die von der Innenelektrode 4 definierte Ebene die Aussenelektrode schneidet.
Die Erweiterung des nach unten gerichteten Divergenzkegels des Venturi-Rohrs beträgt weniger als 3,5 , um die aus einer Strömungstrennung herrührenden Einflüsse so gering wie möglich zu halten. Der Krümmungsradius Ro des Venturi-Rohrs an der Übergangsstelle zwischen diesen Winkeln sollte nicht kleiner als etwa 50,8 mm sein.
Das Wasser wird durch eine Einrichtung eingespritzt, die einen schmalen Schlitz 40 (0,25 bis 0,64 mm) besitzt, welcher in der Fläche 41 am Umfang des konvergierenden Kegels vorgesehen ist, wobei die Düsenrichtung einen Halbwinkel ss von etwa 12,5 gegenüber der Seitenwandung des Venturi-Rohrs bildet. Das sich auf der Wandung des Venturi-Rohrs befindende Wasser sorgt für eine glatte saubere Oberfläche ohne Beeinträchtigung der Koronaqualität bei Gasgeschwindigkeiten von bis zu etwa 22,8 m/s. Der Wasserverbrauch ändert sich mit der Grösse des
Venturi-Rohrs und liegt im Bereich von 0,76 bis 7,61 je Minute bei einem Gasdurchlass von 28317 1 je Minute für Venturi-
Rohrdurchmesser von 0,13 bis 1,13 m.
Um zu verhindern, dass das Wasser entlang der Aussenelektrode 5 nach oben wandert, ist ein nach innen greifendes Ablenkungsblech 42 vorgesehen, welches gegenüber dem kälteren Wasser isoliert ist. Das aus der Pumpe 32 geförderte Wasser wird unter Druck tangential in ein Gehäuse 44 eingeleitet und verlässt das Gehäuse durch den Schlitz 40 in axialer Richtung, so dass weitgehend eine schraubenförmige Wasserbewegung vermieden wird, wenn das Wasser das elektrische Feld durch strömt.
Das stabile elektrische Feld von hoher Feldstärke lässt sich mit Hilfe einer Vielzahl von Elektrodenformen erreichen, solange gewährleistet ist, dass die Innenelektrode 4 von anderen Koronaströme erzeugenden elektrischen Feldern einen Abstand von wenigstens dem 1,25fachen des Elektrodenspaltes hat und die Gestalt oder der Umfang der Innenelektrode der Gestalt der Aussenelektrode 5 angepasst ist. Abwandlungen der Elektrodengestalt umfassen beispielsweise rechteckige oder hexagonale Innenelektroden 4, welche in rechtwinkligen oder rechteckigen bzw. hexagonalen Aussenelektroden 5 aufgenommen sind, wobei die Innenelektroden 4 mit stumpfen, scharfen, gezahnten oder Vorsprünge aufweisenden Kanten versehen sein können.
Es wurde jedoch gefunden, dass die besten Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Innenelektrode 4 einen Kantenradius r besitzt, der derart gewählt ist, dass das Verhältnis des Elektrodenspaltes Rs zum Radius r der Innenelektrode 4 etwa 100 I beträgt.
Ist dieses Verhältnis kleiner als 50 : 1, so tritt Funkenüberschlag bei niedriger Spannung auf, was zur Folge hat, dass ein geringer Betriebsstrom fliesst und ein schwaches Feld erzeugt wird. Ist das genannte Verhältnis grösser als 400 1, so wird der Einfluss des elektrischen Feldes im Elektrodenspalt verringert, mit der Wirkung, dass ein höherer Betriebsstrom erforderlich ist, um ein starkes Feld aufrechtzuerhalten. Besitzt die Aussenelektrode 5 die Gestalt eines Venturi-Rohres, so sollte der Radius Ro (der äussere Krümmungsradius der Venturi-Düse in axialem Längsschnitt) so gewählt sein, dass ein Verhältnis von 50 1 in bezug auf den Kantenradius r der Innenelektrode gegeben ist. Kleinere Radien haben Funkenbildung bei niedrigen angelegten Spannungen zur Folge.
Der Durchmesser der Sonde 10 und damit der Gesamtdurchmesser der Innenelektrode 4, sollte so gewählt sein, dass die Sonde etwa 10% der Querschnittsfläche der Aussenelektrode 5 einnimmt. Ein praktischer Mindestwert beläuft sich auf 5% und ein in der Praxis einzuhaltender Höchstwert beläuft sich auf 40%. Eine Sonde, die eine prozentual geringere Querschnittsfläche in bezug auf die Aussenelektrode 5 aufweist, verursacht einen Anstieg der Oberflächenenergiedichte an der Innenelektrode. Wichtiger ist, dass kleinere Werte auch den Elektrodenspalt bei oder für konstante Durchflusskapazität der Einrichtung steigern, wodurch der Energiebedarf bzw. die Speisespannung erheblich vergrössert werden müssen.
Werte von mehr als 10% führen zur Vergrösserung der Abmessungen der Aussenelektrode 5 und zur Steigerung der Sondenkosten, wobei gleichzeitig die Anforderungen an die zur Isolierung der Sonde dienenden Luftführungseinrichtungen gesteigert und damit die Betriebskosten vermehrt werden.
Kurz gesagt sollte deshalb das Verhältnis der Grösse des Elektrodenspaltes R3 zum Kantenradius r der Innenelektrode zwischen 50 1 und 400 : 1 liegen, wobei ein Wert von etwa 100 I bevorzugt ist. Das Verhältnis der von der Innenelektrode 4 aufgespannten Fläche in bezug auf die Fläche der Aussenelektrode sollte zwischen 5 und 50% liegen, wobei etwa 10% bevorzugt sind. Die Innenelektrode 4 muss eine Gestalt besitzen, die der Gestalt der Aussenelektrode 5 entspricht und die Innenelektrode 4 muss von allen Bauteilen, die Koronaströme erzeugende elektrostatische Felder aufbauen, im Abstand gehalten werden. Der Abstand der Innenelektrode 4 von derartigen Bauteilen muss wenigstens das 1,25fache des Elektrodenspaltes betragen.
Bei einem solchen Elektrodenaufbau sind die üblichen Anforderungen an die Hochspannung derart, dass ein durchschnittliches oder mittleres Feld von etwa 18 bis 20 kV/cm bei normalen atmosphärischen Bedingungen und einer Gasgeschwindigkeit Null in dem Elektrodenspalt Rs aufrechtgehalten werden kann, wobei unter normalen atmosphärischen Bedingungen ein Druck von 74,7 cm Quecksilbersäule und eine Temperatur von 21 0C verstanden werden sollen. Bei Gasgeschwindigkeiten von mehr als etwa 15,2 m/s kann das Feld ohne Funkenbildung auf etwa 24 bis 28 kV/cm gesteigert werden.
In dem sehr intensiven Koronaentladungsbereich finden einige wesentliche Vorgänge statt. Die schwebenden Verunreinigungen werden in dem elektrischen Feld durch die in dem hochionisierten Bereich innerhalb des Elektrodenspaltes R3 auftreffenden Ionen aufgeladen. Es wird angenommen, dass die Diffusionsladung auf die feinen Teilchen einen kleineren Einfluss ausübt, da sich diese nur während einer kurzen Zeit in der Koronazone befinden. Während des Aufladens der Schmutzteilchen werden dieselben leicht in radialer Richtung nach aussen verschoben, wobei sie in die starken Felder des Koronabereiches wandern. Die Grösse dieser Bewegung ändert sich mit der Teilchengrösse, so dass in gewisser Weise eine Vermischung, ein Aufeinandertreffen von Teilchen und möglicherweise auch eine Agglomeration der Teilchen auftreten kann.
Dieser Effekt ist jedoch im Verhältnis zu der vorhandenen ther mischen Bewegung sowie der vorhandenen Strömungsturbulenz vernachlässigbar. Wenn es sich jedoch bei den Schwebestoffen um Flüssigkeitsteilchen handelt, dann bewirkt der Einfluss der starken elektrischen Felder (mit mehr als 10 kV/cm), hohen Temperaturen und Turbulenzen eine beachtliche Agglomeration, was sich strömungsmässig unterhalb der Koronazone nachweisen lässt. Dies kann von besonderem Vorteil sein, wenn es sich um sehr kleine Schwebeteilchen handelt, da solche Teilchen dann zu grösseren Einheiten zusammengeballt werden, was ihre Abtrennung erleichtert;
Die Gasgeschwindigkeit der durch die hoch aufgeladene Koronazone hindurchströmenden Gase beeinflusst die Leistung der Vorrichtung.
Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 15,2 mis führen zu einer Verbreiterung der Raumladungszone des elektrischen Feldes in axialer Richtung, wodurch die Möglichkeit eines Funkenüberschlages verringert wird, was eine verbesserte Stabilität der Koronazone bedeutet. Bei zunehmender Geschwindigkeit wird jedoch der Vorteil einer gesteigerten Stabilität durch den Nachteil einer verringerten Verweildauer der Schmutzteilchen in dem elektrischen Feld herabgesetzt, was zur Folge hat, dass die Ladung der Teilchen geringer wird. Ferner macht sich dann nachteilig bemerkbar, dass der sich auf der äusseren Elektrodenwand befindende Wasserfilm abreist, sofern eine Reinigung mit Wasser vorgenommen wird.
Bis hin zu Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 38,2 m/s ist eine Zunahme der Stabilität in der Koronazone erreichbar, wobei jedoch die Leistung der Vorrichtung im Hinblick auf die erzielte Aufladung zurückgeht. Bei einer genau untersuchten Vorrichtung wurde gefunden, dass eine maximale Aufladung der Teilchen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 30,4 m/s auftritt. In den meisten Fällen muss jedoch mit Gasgeschwindigkeit auf die für einen wirtschaftlichen Betrieb zum Reinigen von Industrieabgasen benötigte Leistung, die Elektrodenspannung und die zur Reinigung der Wand des Venturi-Rohrs geforderten Bedingungen abgestimmt werden, was in der Regel zu einer Kompromisslösung führt
Ein zweites Verfahren zum Reinigen der Wand des Venturi Rohrs ist in Fig. 6 veranschaulicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Aussenelektrode 5 in der Nähe der Innenelektrode 4 ein perforierter oder mit Poren versehener Luftleitabschnitt 70 ausgebildet, um auf dem stromab gelegenen Wandabschnitt der Aussenelektrode 5 einen Luftfilm anstelle eines Wasserfilms auszubilden. Stromab des Luftleitabschnittes 70 ist die Oberfläche der Wand der Aussenelektrode 5 über eine mehrere Elektrodenspaltlängen R3 entsprechende Strecke mit einer Beschichtung versehen, die aus einem elektrisch sehr gut isolierenden Werkstoff besteht, wodurch die sich in diesem Bereich absetzenden Teilchen gegenüber der Elektrodenwand isoliert sind. Nach einer anderen Verfahrensweise kann die Gasstrom-Erosion benutzt werden, um die Dicke der Ablagerungen auf zulässige Höhen zu begrenzen.
Ein weiteres Verfahren besteht darin, die Wand intermittierend oder kontinuierlich in Schwingungen zu versetzen, um auf diese Weise die Verunreinigungen abzulösen, bevor sie sich zu grösseren Agglomeraten vereinigen.
Die schwebenden Verunreinigungen, die durch das elektrische Feld hindurchgegangen sind, tragen eine hohe Ladung von gleicher Polarität und wandern stromab der Koronazone zur Wand des Venturi-Rohrs 5. Eine Ablagerung der Teilchen auf der Wand findet nur in geringem Umfang statt und beschränkt sich lediglich auf solche Teilchen, die in Wandnähe auf ihren ursprünglichen Bewegungsbahnen wandern. Da das in dieser Zone vorhandene elektrische Feld primär dem in der Raumladungszone vorhandenen Feld entspricht und somit die Wanderungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu den Strömungsgeschwindigkeiten gering sind, verbleibt der Grossteil der Teilchen über beträchtliche Strecken innerhalb der Strömung. Wenigstens zwei Sammelmöglichkeiten für diese stark geladenen schwebenden Feststoffteilchen können verwendet werden.
Eine Möglichkeit des Auffangens der aufgeladenen Teilchen bietet ein herkömmlicher elektrostatischer Abscheider.
Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch einen noch zu beschreibenden Nassreiniger 50. Der Aufladungsbereich der Aussenelektrode 5 für die Gasverunreinigungen ist direkt an der Düse 52 des Nassreinigers 50 befestigt. Im allgemeinen stimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Aussenelektrode mit der angestrebten Strömungsgeschwindigkeit im Nassreiniger überein, weshalb der Kegelwinkel des Aufladungsbereiches als etwa 0 angenommen werden kann. Die mit geladenen Teilchen beladenen Gase strömen durch den Nassreiniger, wobei sich die Teilchen auf den Wassertröpfchen absetzen, wenn sie auf die Wassertropfen auftreffen. Das Abfangen der Schmutzteilchen wird noch durch die elektrostatischen Kräfte unterstützt. Das Wasser tritt in an sich bekannter Weise mittels eines kontinuierlichen Schlitzes 54 in den Nassreiniger ein und wird vom Gasstrom zu Tröpfchen zerrissen.
Die Wassertropfen erhalten durch Induktion eine zu den Schmutzteilchen entgegengesetzte Ladung, weil das Zerstäuben des Wassers in einem Restfeldbereich erfolgt. Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten (unter etwa 22,8 m/s) sollte der Einspritzpunkt vorzugsweise wenigstens 2 Spaltlängen R3 strömungsmässig unterhalb der Innenelektrode 4 liegen, um einen vorzeitigen Funkenüberschlag zu verhindern. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ist ein grösserer Abstand erforderlich, was auf die Ionen zurückzuführen ist, die strömungsmässig unterhalb der Koronaentladung vorhanden sind, weil diese zur Störung des Induktionsprozesses neigen, indem sie die Wassertropfen in störender Weise mit der gleichen Polarität aufladen, die die geladenen Teilchen besitzen.
Durch Verlängern des Bolzens 28 kann das Induktionsladungsfeld in axialer Richtung vergrössert werden, selbst wenn der Abstand zwischen der Innenelektrode 4 und dem Einspritzpunkt vergrössert wird. Dadurch wird auch ein zylindrisches elektrisches Feld geschaffen, welches von dem Bolzen ausgeht, wobei dieses die Ionen strömungsmässig unterhalb der Innenelektrode 4 in Richtung zur Aussenwand 5 beschleunigt.
Die Auffangleistung eines herkömmlichen Nassreinigers hängt von der Auftreffenergie der Teilchen auf die Wassertröpfchen ab. Der Aufprall erfolgt wegen der hohen Relativgeschwindigkeit der in dem Luftstrom mitgeführten Schmutzteil- chen gegenüber der mit niedrigerer Geschwindigkeit eingespritzten Wassertröpfchen. Die weniger als 1 um messenden Teilchen entgehen einem Aufprall, indem sie der Schlupfströmung folgen, die rings um die Wassertropfen vorhanden ist, wodurch ein Aufprall auf den Tropfen verhindert wird. (Schematisch ist dieser Vorgang in Fig. 1A dargestellt.) Dieses ist eine Folge ihres Verhältnisses von hohem aerodynamischen Strömungswiderstand zur Massenträgheit.
Das gegenseitige Anstossen und Abprallen der Teilchen ist wichtig für das im Randbereich erfolgende Abprallen sowie hinsichtlich der beim Auffangen auftretenden Energien. Teilchen mit kleinen Stossenergien können in Folge der Oberflächenspannung nicht in den Wassertropfen eindringen. Wenn die Teilchen eine hohe elektrostatische Ladung (10 kV/cm-Sättigungsladung) besitzen und in den Wassertröpfchen eine Ladung induziert worden ist, so ergeben sich zwischen den aufgeladenen Teilchen und den Wassertröpfchen Anziehungskräfte, welche die Aufprallbahnen der Teilchen stark beeinflussen, wie es schematisch in Fig. l B dargestellt ist. Dies hat zur Folge, dass die Auffangleistung im Vergleich zur Auffangleistung herkömmlicher Nassreiniger erheblich gesteigert ist.
Die Verbesserung des Auftreffens der Teilchen hängt von der Teilchengrösse ab und wird ebenso von der Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilchen und den Wassertropfen beeinflusst.
Der durch die Teilchengrösse ausgeübte Einfluss ist gering, wobei eine Wirkungsschwankung von lediglich +20% vorhanden ist, wenn Teilchen mit einer Teilchengrösse von 0,1 bis 10 um betrachtet werden. Je länger die elektrischen Kräfte einwirken, um so stärker wird ihr Einfluss, so dass sich eine grössere Leistung bei einer niedrigen Relativgeschwindigkeit zwischen den aufgeladenen Teilchen und den Wassertröpfchen ergibt.
Da niedrigere Geschwindigkeiten ausserdem zur Folge haben, dass die Nassreinigungsflüssigkeit schlechter zerstäubt wird und infolgedessen grössere Geräteabmessungen erforderlich werden, kommt der Wahl einer optimalen Strömungsgeschwindigkeit eine grosse Bedeutung zu.
Bei einer Relativgeschwindigkeit von weniger als etwa 15,2 m/s verschlechtert sich die Zerstäubung im Venturi-Nassreiniger rasch, weshalb der Flüssigkeitsbedarf stark zunimmt, um die Leistung aufrechtzuerhalten. Bei einer Relativgeschwindigkeit von etwa 60,8 m/s nimmt der Druckabfall innerhalb des Systems infolge der für die Beschleunigung der Wassertropfen benötigten Energie ausserordentliche Werte an. Demzufolge wird ein maximaler Wirkungsgrad der Gasverunreinigungs Aufladungseinrichtung auf einem Venturi-Nassreiniger dann erreicht, wenn der Nassreiniger für Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 38,2 bis 45,6 m/s im Bereich des Venturi-Rohrs vorgesehen ist.
Bei einem untersuchten Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung betrug die Spaltbreite Rs = 38,1 mm, der Radius r des Innenelektrodenrandes 0,31 mm, der Innen-Elektrodenumfangsradius Rl = 22,23 mm, der Aussenelektrodenradius R2 = 60,3 mm, der Konvergenzwinkel (t > 1 Z50 und der Krümmungsradius Ro der Aussenelektrode (axialer Längsschnitt) = 76,2 bis 101,6 mm. Dieses Gerät besass eine Leistung von 1270 m3/h bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit von etwa 36,6 mis im Düsenbereich des Wäschers.
Typische herkömmliche Nassreiniger dieser Gattung besitzen eine Auffangleistung von etwa 81%, bezogen auf Teilchen mit einer Grösse von 0,5 um. Die Auffangleistung wird auf angenähert 95% bei Betrachtung einer Teilchengrösse von 0,5 um verbessert, sofern die Aufladungseinrichtung für das Schmutzgas nach der Erfindung eingesetzt wird. Die Anlage verbraucht in diesem Falle näherungsweise 28,41 Wasser je Minute und besitzt einen Leistungsbedarf von 150 Wjeweils bei 283171 Gas je Minute und zeigt einen Wasserdruckabfall von 10,16 cm.
Eine zweite untersuchte Vorrichtung besass einen Spaltradius R3 von 54,61 mm, einen Innenelektrodenrandradius r von 0,31 mm, einen Radius des Elektrodenumfanges Rl von 22,23 mm, einen Aussenelektrodenradius R2 von 66,96 mm, einen Konvergenzkegel-Halbwinkel von 150 und einen Krümmungsradius des Venturi-Rohrs Ro von 50,8 mm. Die Vorrichtung besass eine Leistung von 1700 m3/h mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 45,7 nils im Nassreiniger.
Ein typisches Reinigungsgerät nach dem Stande der Technik besitzt eine Auffangleistung von 94,6% für Teilchen mit einer Grösse von 1,25 um. Die Auffangleistung wurde auf etwa 97,5% für 1,25-1lm-Teilchen gesteigert, nachdem die Aufladungseinrichtung der Gasverunreinigungen in Betrieb genommen wurde.
Die Anlage verbrauchte bei diesen Bedingungen etwa 22,7 Umin Wasser und hatte einen Energiebedarf von 150 W bezogen auf 283171 Gas je Minute und zeigte einen Druckverlust von 12,7 cm Wassersäule.
Typische bekannte Korona-Ionisierungsgeräte gestatten lediglich das Erreichen einer begrenzten Feldstärke von 5 bis 10 kV/cm. Mit Hilfe der neuen lonisiervorrichtung können hingegen Feldstärken bis zu 30 kV/cm ohne Funkenüberschlag erreicht werden.
Ein wesentlicher Vorteil der neuen Vorrichtung besteht in der Erkenntnis, dass der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit, durch welchen die Raumladung axial verteilt wird und die Möglichkeit eines Funkenüberschlages verringert wird, vorteilhaft bei konventionellen Ausfällvorrichtungen eingesetzt werden kann, um deren Betriebsfeldstärke zu steigern. So ist beispielsweise in den Fig. 8 und 9 ein bekanntes Ionisiergerät dargestellt, bei welchem eine einzige Drahtelektrode 80 vorgesehen ist, die quer zum Düsenabschnitt 81 eines rechteckigen Kanals 82 des Venturi-Rohrs vorgesehen ist. Isolatoren 83 isolieren die Drahtelektrode gegenüber dem Kanal in an sich bekannter Weise. Die Drahtelektrode ist wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel an eine Hochspannungsquelle 3 angeschlossen.
Normalerweise muss ein mit einer einzigen Drahtelektrode versehenes Ionisiergerät mit niedrigen Spannungen betrieben werden, was zur Folge hat, dass das Feld zwischen den Elektroden im Mittel nicht grösser als 10 kV/cm ist, bevor ein Funken überschlag stattfindet. Die Geschwindigkeiten sind niedrig und liegen bei etwa 3,05 m/s. Ein typisches Beispiel für eine unter solchen Betriebsbedingungen arbeitende Vorrichtung ist ein elektrostatischer Haushalts-Luftreiniger. Werden indes wie bei der neuen Vorrichtung höhere Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 15,2 m/s benutzt, so kann ein Feld mit einer mittleren Feldstärke von mehr als 10 kV/cm erreicht werden, ohne dass es zum Funkenüberschlag kommt, weil die rasch strömenden Gase die Raumladung in Strömungsrichtung mit sich führen und aus dem Bereich höchster Feldstärke entfernen.
Durch den gleichen Mechanismus sind Abscheider mit einer Vielzahl von sich axial längs einer Leitung erstreckenden Drähten auf niedrige Spannungen begrenzt, welbst wenn höhere Strömungsgeschwindigkeiten benutzt werden, weil die Verlagerung der Ionen von dem Bereich eines Drahtes zum Bereich des strömungsmässig abwärts liegenden nächsten Feldbereiches erfolgt.
Eine Vielzahl axial in Abstand voneinander angeordneter, in Querrichtung verlaufender Drähte kann natürlich verwendet werden, wenn der axiale Abstand derart ausreichend gross gewählt ist, dass die Ionen eines stromaufwärtsliegenden Drahtes jeweils zur Aussenelektrode wandern können, bevor sie in das Ionisierungsfeld des strömungsmässig tiefer gelegenen Drahtes gelangen.
In der Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der neuen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Elektrodenenden 80a kreisbogenförmig gestaltet sind, wohingegen die mittleren Elektrodenteile 80b eine geradlinige Form besitzen. Vorzugsweise ist der Kanal 82 rechteckig ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist, da er zwecks Angleichung an die Elektrode auch gekrümmt ausgebildet sein kann. Lufteinlässe 24 sind wie den Fig. 3 bis 5 zu entnehmen, angeordnet. Für den Radius r des Elektrodenumfanges können sämtliche in den Fig. 1 0a bis 10d dargestellten Randkonfigurationen verwendet werden. Diese Elektrodenkonfiguration ist in ihrer Leistungscharakteristik der Draht-Plattenelektrode gemäss den Fig. 8 und 9 ähnlich, aber gestattet auch das Erreichen eines Teils der Vorteile, die den stärker radialen Elektrodentypen zu eigen sind.
Eine in Fig. 12 dargestellte weitere Ausführungsform der neuen Vorrichtung benutzt mehrere parallel zueinander angeordnete Abscheider 110. Ein Schmutzteilchen mit sich füh- rendes Gas tritt über einen ringförmigen Einlasskanal 114 in ein Einlass-Leitungssystem 112 ein. Das Einlass-Leitungssystem 112 ist zum Teil mit Wasser 116 gefüllt und eine Vielzahl ebener Prallplatten 118 und 120 ist in dem Verteilersystem 112 derart angeordnet, dass das hindurchtretende Gas bei seiner Strömung entlang der Prallplatten 118 und 120 durch das Wasser 116 strömen muss. Das Wasser 116 dient zur Kühlung des in den Einlasskanal 114 eintretenden Gases, um die durch Kondensation erfolgende Teilchenbildung zu unterstützen.
Zusätzliche Kühlung wird mit Hilfe einer Vorkühlungs-Sprüheinrichtung herbeigeführt, welche eine Vielzahl von Sprühdüsen 122 besitzt, welche über Rohrleitungen 126 mit einem Wassereinlass 124 in Verbindung steht.
Sind die mit Feststoffteilchen beladenen Gase ausreichend gekühlt und gesättigt, so werden sie in den Bereich des Leitungssystems 112 geleitet, der unter den Abscheideeinheiten 110 liegt. Wie am besten aus Fig. 13 zu erkennen, befindet sich unterhalb der Abscheideeinheiten 110 eine geneigte Sammeloberfläche 128 sowie e#ine ringförmige Öffnung 130. Diese Öffnung 130 besitzt eine konzentrische zylindrische Ummantelung 132, die unter jeder Abscheideeinheit 110 angeordnet ist, wobei die Ummantelung 132 in das untere Ende einer rohrförmigen Aussenelektrode 134 hineinreicht. Jede Abscheideeinheit 110 besitzt eine zylindrische Aussenelektrode 134, welche eine scheibenförmige Innenelektrode 136 umschliesst, die am unteren Ende einer länglichen Elektrodenhalterung 138 angeordnet ist.
Wie im folgenden noch im einzelnen erläutert, werden die in dem durch die Öffnung 130 strömenden Gas enthaltenen Teilchen innerhalb des relativ dünnen, in Umfangsrichtung gleichförmigen elektrischen Feld aufgeladen, welches sich zwischen der Innenelektrode 136 und der Aussenelektrode 134 erstreckt.
Die geladenen Teilchen werden sodann in Richtung zur Aussenelektrode 134 beschleunigt, was durch das relativ schwache elektrische Feld bewirkt wird, welches zwischen der Elektrodenhalterung 138 und der Aussenelektrode 134 besteht.
Die an den Wandinnenseiten der Aussenelektrode 134 abgelagerten Teilchen werden mit Hilfe eines Wasserfilms gesammelt, der die inneren Wände der Aussenelektrode 134 bedeckt und nach unten strömt, wodurch die Teilchen auf der Sammelfläche 128 abgelagert werden. Die Ummantelung 132 schützt den Flüssigkeitsfilm davor, von dem nach oben strömenden Gas mitgerissen zu werden, wenn die Flüssigkeit vom Ende der Aussenelektrode 134 auf die Sammelfläche 128 herabfällt. Aus dem die innenliegenden Wandungen der Aussenelektrode 134 bedeckenden Flüssigkeitsfilm stammende Flüssigkeit kann zur Instabilität des elektrischen Feldes führen, wenn die Gasgeschwindigkeiten innerhalb der Aussenelektrode t34 grösser sind als 3 m/s.
Das obere Ende der Aussenelektrode 134 ragt in eine Austragskammer 140, wo es von einem zylindrischen Überlauf 142 umgeben ist. Wasser wird kontinuierlich über eine nicht dargestellte Pumpe durch eine Leitung 143 zugeführt, wodurch ein dünner Wasserfilm 144 über den Überlauf 142 fliesst und nach unten längs der Innenseiten der Wandungen der Aussenelektrode 134 strömt Eine Abdeckplatte 146 erstreckt sich über dem Überlaufwasser 144 und weist einen zylindrischen Flansch 147 auf, der so in die Aussenelektrode 134 hineinragt, dass ein glatter Luftstrom von der Aussenelektrode 134 in die Austragskammer 140 strömen kann, ohne dass das Wasser des Überlaufs gestört wird.
Die oberen Enden der Stäbe 138 erstrecken sich in ein Hochspannungsgehäuse 148, wo sie an eine Hochspannungs Sammelschiene 150 angeschlossen sind, die mittels Isolatoren 152 und einer Durchführung 154 an der Grundplatte des Gehäuses 148 befestigt ist. Die Sammelschiene 150 ist an eine geeignete Hochspannungsquelle über eine Hochspannungsleitung 156 angeschlossen, die mit Hilfe eines Durchführungsisolators 160 durch das Hochspannungsgehäuse 148 geführt ist.
Der Zugang zu den Elektroden 134,136 und 138 ist mit Hilfe einer Vielzahl von ringförmigen Zugangsabdeckungen 162 ermöglicht, die in der Oberseite des Gehäuses 148 ausgebildet sind.
Das sich zwischen jeder Innenelektrode 136 und der Aussenelektrode 134 erstreckende elektrische Feld stimmt im wesentlichen mit dem Feld überein, welches mit Hilfe der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der neuen Vorrichtung erzeugt wird. Aus diesem Grunde werden die Art und Weise, in welcher die Elektroden 136 und 134 ein einen Koronastrom erzeugendes elektrisches Feld bilden, sowie die charakteristischen Eigenschaften dieses Feldes nicht erneut beschrieben.
Der Durchmesser der Innenelektrode 136 sollte das 0,2- bis 0,5fache und vorzugsweise etwa das 0,35fache des Innendurchmessers der Aussenelektrode 134 betragen. Der Durchmesser der Elektrodenhalterung 138 liegt zwischen dem 0,15- und 0,25fachen und vorzugsweise dem 0,2fachen des Innendurchmessers der Aussenelektrode 134. Auch liegt der Durchmesser der Elektrodenhalterung 138 zwischen dem 0,4- bis 0,8fachen und vorzugsweise dem 0,5- bis 0,6fachen des Durchmessers der Innenelektrode 136. Eine Elektrodenhalterung 138 mit grösserem Durchmesser kann die axiale Ausdehnung des elektrischen Feldes zwischen den Innenelektroden 136 und der Aussenelektrode 134 beeinflussen und die Feldstabilität vermindern.
Ein sehr kleiner Durchmesser der Elektrodenhalterung 138 kann eine übermässige Koronaentladung und Funkenüberschläge zwischen der Halterung und der Aussenelektrode 134 bewirken.
Dadurch, dass die Innenelektrode 136 direkt an der Halterung 138 befestigt ist, kann ein einziges Elektrodenbefestigungssystem sowohl für die lonisiervorrichtung als auch für den Abscheider verwendet werden. Ausserdem kann durch Veränderung der Durchmesser der Innenelektrode 136 und der Halterung 138 in bezug auf einander sowie relativ zur Aussenelektrode 134 die Intensität der Felder, die sich zwischen der Innenelektrode 136 und der Aussenelektrode 134 sowie zwischen der Halterung 138 und der Aussenelektrode 134 erstrekken, unabhängig gewählt werden, selbst dann, wenn die beiden Elektroden 136 und 138 an eine gemeinsame Umformer Gleichrichter-Einheit ausgeschlossen werden. Das hat zur Folge, dass die Kosten und die Komplexität der neuen Vorrichtung in Vergleich zu herkömmlichen Abscheideeinrichtungen erheblich verringert sind.
Soll der Wirkungsgrad oder die Wirksamkeit des Abscheiders gesteigert werden, was insbesondere dann erwünscht sein kann, wenn Teilchen unterschiedlicher Abmessungen zu entfernen sind, so kann eine Vielfach-Elektrodenanordnung benutzt werden, wie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt. Eine Vielzahl von Innenelektroden 180, 182 und 184 ist an einer Halterung 186 so befestigt, dass die einzelnen Innenelektroden jeweils in axialer Richtung um mehr als das 1,25fache des Entladungselek trodenspaltes voneinander entfernt angeordnet sind.
Ein Abstand zwischen den Innenelektroden 180, 182 und 184 von mehr als zwei Entladungselektrodenspalten ist bevorzugt, um die sich von benachbarten Innenelektroden aus erstreckenden Felder daran zu hindern, sich zu überschneiden und um sicherzustellen, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches von der Halterung 186 ausgeht und eine ausreichende Länge besitzt, um die geladenen Teilchen aufzunehmen. Zwischenelektrodenabstände von weniger als dem 1,25fachen des Entladungselektrodenspaltes verursachen Interferenz zwischen benachbarten Feldern, was die axiale Ausbreitung der Felder verhindert, wodurch die Stabilität der Korona-Entladungen verringert wird.
Wenn das Gas durch die Aussenelektrode 134 strömt werden die in dem Gas enthaltenen Teilchen bei der in Rede stehenden Ausführungsform einer Vielzahl von elektrischen Feldern ausgesetzt, an welche sich jeweils ein Sammelfeld anschliesst. Falls gewünscht, können die Durchmesser der Innenelektroden 180,182 und 184 so verändert werden, dass die mittleren Feldstärken der sich zwischen den Innenelektroden 180, 182 und 184 und der Aussenelektrode 134 erstreckenden Felder für jede der Elektroden 180, 182 und 184 unterschiedlich sind. Grosse Teilchen lassen sich im allgemeinen leichter abscheiden und werden demzufolge bei weniger hohen Feldstärken abgeschieden.
Daraus ergibt sich, dass es zum Abscheiden von Teilchen mit unterschiedlichen Korngrössen vorteilhaft ist, den Durchmesser der Innenelektroden fortschreitend längs der Gasströmung zu vergrössern, so dass die Teilchen zunehmend stärkere Felder durchströmen, wenn sie durch die Aussenelektrode 134 wandern. Die grössten Teilchen werden dann an der Innenwand der Aussenelektrode 134 unmittelbar jenseits der mit einem kleinen Durchmesser versehenen Innenelektrode 180 abgeschieden, kleinere Teilchen werden unmittelbar hinter der durchmessermässig eine Zwischengrösse bildenden Innenelektrode 182 aufgefangen und die kleinsten Teilchen werden jenseits der den grössten Durchmesser aufweisenden Innenelektrode 184 aufgefangen.
Die grösseren geladenen Teilchen erzeugen örtliche Feldanomalien, die zu Funkenüberschlägen in diesen örtlichen Bereichen führen können. Werden die grösseren Teilchen dicht bei der einen kleinen Durchmesser aufweisenden Innenelektrode 182 entfernt, so kann die Feldstärke zwischen der einen grossen Durchmesser aufweisenden Innenelektrode 184 und der Aussenelektrode 134 gesteigert werden, was zur Entfernung eines grösseren Anteils der kleineren Teilchen und damit zu einer Steigerung der gesamten Abscheidekapazität der Anlage führt.
Gegebenenfalls kann eine Schwachfeld-Koronaentladung zwischen der Halterung 138 und der Aussenelektrode 134 dadurch herbeigeführt werden, dass ein Leiter, wie ein Draht, schraubenförmig rings um die Halterung 138 gewickelt wird.
Die Schwachfeld-Koronaentladung ist insbesondere dann nützlich, wenn die Aussenelektrode intermittierend gereinigt wird, weil der Koronastrom die Teilchen auf der Innenwand der Aussenelektrode hält, bis diese Teilchen mit Hilfe einer geeigneten Technik, wie durch Abklopfen, entfernt werden. Werden die Teilchen jedoch kontinuierlich, beispielsweise mit Hilfe eines Wasserfilms, entfernt, so besteht keine Notwendigkeit, die Teilchen auf diese Weise an der Aussenelektrode zu halten.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. Device for ionizing gases and for removing impurities from gases, characterized by a tubular outer electrode through which the gases flow (5, 134) and a disk-shaped inner electrode (4, 136, 180, 182, 184) arranged inside the outer electrode whose outer circumference and the inner wall of the outer electrode form an electrode gap (R3), the inner electrode being spaced apart from all other components causing an electric field to avoid undesirable corona discharges, which is greater than 1.25 times the electrode gap, and a device for Application of high voltage to the electrodes and to generate a high electric field generating a corona current in the electrode gap,
and a device for generating a gas flow in the axial direction through the electrode gap.
2nd Apparatus according to claim 1, characterized in that the inner electrode (4, 136, 180, 182, 184) occupies 5 to 40% of the cross-sectional area within the outer electrode (5, 134).
3rd Device according to Claim 1, characterized in that devices (50, 128) are provided below the inner electrode (4, 136, 180, 182, 184) for collecting the contaminants contained in the gases and charged with the aid of the electric field.
4th Apparatus according to claim 3, characterized in that means are provided for cleaning the inner surface of the outer electrode (5, 134) which, in operation, produce an essentially continuous air curtain along the outer electrode which prevents contamination from settling.
5. Apparatus according to claim 1, characterized in that an electrical field can be generated with the aid of the device for applying a high voltage in the electrode gap (R3), the average field strength of which is more than 12 kV / cm
6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inner electrode (136, 180, 182, 184) is disc-shaped and is attached to the upstream end of an elongated, concentric to the outer electrode (134) arranged electrode holder (138, 186), the diameter of which 0.15 to 0.25 times the inner diameter of the outer electrode and 0.4 to 0.8 times the diameter of the inner electrode
7.
Apparatus according to claim 1, characterized in that a plurality of disc-shaped internal electrodes (180, 182, 184) are attached to a common elongate electrode holder (186) which is arranged concentrically to the external electrode (134) and which internal electrodes are at least 1.25 times in the axial direction of the discharge gap are spaced apart from one another such that impurities contained in the gases flowing through the outer electrode are repeatedly charged in successive electrode columns in electrical fields and then flow under the influence of a radial electric field behind each of the columns to the outer electrode and at the be deposited on the inside wall of the outer electrode.
8th. Apparatus according to claim 7, characterized in that the inner electrodes (180, 182, 184) have different diameters, so that electric fields of different strength are present between each of these inner electrodes and the outer electrode (134).
9. Method for operating the device according to claim 1, characterized in that an electric field is generated in the electrode gap, the strength of which is approximately constant in the radial direction over a distance from the outer electrode to at least approximately to the center of the electrode gap.
10th A method according to claim 9, characterized in that such a voltage is applied between the electrodes that the average field strength of the electric field is more than 12 kV / cm, without spark flashes occurring at normal pressure and normal temperature.
11. A method according to claim 9, characterized in that the voltage in the electrode gap is increased depending on the speed of the gas flow via the static sparkover voltage, but only to the extent that no sparkovers occur.
12. A method according to claim 9, characterized in that the inner electrode is arranged at the flow end of an elongated electrode holder and the electric field is set such that it only generates a corona discharge between the inner electrode and the outer electrode, which charges particles entrained in the gases, whereupon the particles move under the influence of the electric field between the electrode holder and the outer electrode in the direction of the outer electrode.
13. A method according to claim 12, characterized in that a plurality of disc-shaped internal electrodes are arranged on the electrode holder at a distance of at least 1.25 times the electrode gap (R3), such a voltage being applied between the internal electrodes and the external electrode that the voltage in the Gases carried particles are repeatedly charged by the electric fields in the electrode gaps and then migrate towards the outer electrode under the effect of the electric fields.
14. A method according to claim 13, characterized in that the transverse dimensions of the internal electrodes become increasingly larger in the direction of the gas flow, such that the electric fields in the electrode gaps become increasingly stronger in the direction of the gas flow, so that larger particles are excreted in terms of flow further above, whereas finer particles Particles are excreted further below in terms of flow.
The invention relates to a device for ionizing gases and for removing impurities from gases, and a method for operating this device.
In many industrial processes, considerable amounts of dirt particles with a size of less than 1 m are expelled into the atmosphere. The emission of these particles is very difficult to monitor. Air pollution from small dirt particles is of considerable importance because, in contrast to larger dirt particles, it is not possible to separate them from the exhaust gases with appropriate measures.
There are currently three fundamentally different proposals for solving the problem of dirt particles contained in gases with a particle size of less than 1 μm. According to a first proposal, a conventional electrostatic separator is used to remove these particles. However, the application of electrostatic precipitators to the fine particles in question involves a number of problems.
According to the second proposal, a cleaning system is used which has a wet cleaner. The wet cleaner used to remove fine particles is formed by a device comprising a venturi tube. In order to be able to collect the particle size of less than 1 in water droplets, considerable amounts of water must be injected into the wet cleaning device,
where high relative speeds occur. These two factors increase the pressure drop in the system, which results in an immediate increase in operating costs.
The third proposal relates to the use of a dry filter system. A disadvantage of devices of this type, however, can be seen in the temperature restrictions of the filter elements, which is accompanied by the problem of the high cost of reducing these temperatures and the difficulty in handling certain types of these fine dusts, such as the so-called adhesive dusts.
Attempts have already been made to improve the efficiency of the various devices by electrostatically charging the contaminants upstream of the main collection system. These attempts have mainly failed because there was no suitable means for generating a sufficiently strong field to charge the fine particles with a particle size of less than 1 µm.
The ionizing devices previously used for charging particles or for ionizing gases belonged to the wire cylinder type, the wire plate type or the needle tip type, the field strength in the interelectrode region being approximately 10 kV / cm. As a result, the efficiency of such ionization devices was poor.
The invention aims to provide a method and an apparatus for thoroughly removing contaminants with a particle size of less than 1 µm together with larger dirt particles from contaminated gases so that these gases can be released into the atmosphere without contributing to environmental pollution.
This is achieved according to the invention in that a tubular outer electrode through which the gases flow is provided, and that a disk-shaped inner electrode is arranged inside the outer electrode and an electrode gap is formed between the outer periphery and the outer electrode, so that the inner electrode prevents unwanted corona discharges from all other components causing an electric field is at a greater distance than 1.25 times the electrode gap, that a device for applying high voltage to the electrodes is provided for generating a high electrical field producing a corona current in the electrode gap, and that a device for Generation of a gas flow in the axial direction through the electrode gap is provided.
Due to the disc-shaped design of the inner electrode and the tubular design of the outer electrode, an electrical field diverging from the inner electrode to the outer electrode in the axial direction is generated, which has a high average field strength when the device is operated.
A preferred use of the new device is the separation of dirt particles present in gases and the ionization of gases which flow in the axial direction inside the outer electrode through the electric field in the electrode gap. It was found that the average field strength of the electric field can be increased if the gas flows through the electric field at high speed.
The new device can be manufactured relatively cheaply and operated with comparatively low operating and maintenance costs and has a low energy requirement.
Some embodiments of the new device are described below with the aid of the figures. Show it:
Fig. 1 shows a longitudinal section through a preferred exemplary embodiment of the new device,
Fig. 1 a and 1 b are schematic representations of the flow paths of dirt particles in a conventional wet cleaner or in the heavily charged new device,
Fig. 2 shows an enlarged partial section through the in FIG. 1 shown device,
Fig. 3 shows a cross section along the line 3-3 in FIG. 2,
Fig. 4 shows a cross section along the line 4-4 in FIG. 2,
Fig. 5 shows a cross section along the line 5-5 in FIG. 2,
Fig. 6 shows a partial section through the throttle of a modified wall of the outer electrode designed as a Venturi tube,
Fig.
7 is a graph showing the electric field between the electrodes.
Fig. 8 shows an axial section through a second embodiment of the new device,
Fig. 9 shows a cross section through the in FIG. 8 shown from; leadership style,
Fig. 10a to 10d different edge radius shapes of the disk-shaped inner electrode,
Fig. 11 shows a further embodiment of the new device,
Fig. 12 is an isometric view of yet another embodiment of the new device,
Fig. 13 shows a section through a single deposition unit in the device according to FIG. 12 and
Fig. 14 shows a section through an alternative embodiment of a deposition unit, in which discharge electrodes with different transverse dimensions are used.
As Fig. 1, the gas containing the dirt particles is passed with the aid of a blower 1 a through an inlet duct into a Venturi tube 2. The gases and dirt particles are accelerated in the Venturi tube, with the speed reaching its highest value in the narrowest point of the tube. A very strong corona discharge D is maintained in the throttle section of the venturi tube with the aid of a high voltage source 3. The discharge starts from a disc-shaped interior arranged in the middle of the choke.
electrode 4 and extends in the radial direction to the inner wall 5 of the Venturi tube. The expansion of the corona discharge in the axial direction of the device is very small and is less than the inner diameter of the outer electrode, which has the consequence that the dirt particles remain in the electrical field for only a short time. Nevertheless, for reasons to be explained below, a high charge of the dirt particles is achieved.
Although an inner electrode with a circular disk shape is described in detail below, it goes without saying that ring-shaped, elliptical, polygonal, such as rectangular or the like shaped inner electrodes can be used as long as the shape of the outer electrode corresponds approximately to the shape of the inner electrode. It is also not necessary for the outer edge of the inner electrode 4 to be softly rounded, as is shown in FIG. 2 is shown.
For this outer edge, other configurations can be provided, such as. B. a blunt edge, a sharp edge or even a peripheral edge on which a large number of projections are formed at close distances from one another. It is also possible to use internal electrodes with sawtooth-shaped edges.
Although optimum performance is achieved when the inner electrode 4 is arranged concentrically within the venturi tube 5 forming the outer electrode, it will be understood by those skilled in the art that the device functions satisfactorily even with the inner electrode arranged eccentrically.
The outer electrode 5 has a transition with a radius of curvature Ro between the inlet cone and the Venturi tube. The radius of curvature Ro is shown in Fig. 2 in the case of the outer electrode shown in axial section at the transition. However, the outer electrode need not have the shape of a venturi tube, since other configurations, such as cylindrical or rectangular constructions with flat side walls can be used glelcktalis.
The Venturi tube ensures the best acceleration of the gas flow and a vortex-free flow of the gas behind the inner electrode 4, so that the flow of a cleaning fluid, as will be explained below, does not tear off along the wall of the outer electrode 5, although the structure of the outer electrode in FIG can vary considerably, the best results are achieved with a Venturi tube whose radius Ro has a ratio of more than 50 I compared to the radius r of the inner electrode edge.
The axial arrangement of the inner electrode 4 in the Venturi tube can be changed within certain limits.
If the electrode is moved upstream, this increases the discharge gap R3, which results in a reduction in the intensity of the electric field and requires a higher voltage, but reduces the flow rate of the contaminated gas. The reduction in the flow velocity contributes within certain limits to both the improvement and the reduction of the ionization effect, which will be discussed later.
Although it has previously been mentioned that the new device is used in terms of flow above a gas cleaning device, such as, for example, upstream of a wet cleaner or a separating device with the aim of increasing its effectiveness, the device can also be used in other ways. For example, it can only be used to charge particles for generating electrical energy using the MHO method. The device can also be used to ionize gas streams for gas phase reactions, such as generating atomic oxygen for oxidation purposes, such as in ozone generation. The generation of atomic oxygen for oxidation reactions can also serve to remove odors and the device can also be used to oxidize sulfur dioxide to sulfur trioxide.
With such uses of the device, a gas flow becomes the same.
mass passed through the device, such as when used to purify gases. It can be advantageous to limit the passage of gas through the electric field to a defined location.
The electric field Eo, which is generated between the inner electrode 4 and the outer wall 5 of the Venturi tube, consists of two parts, namely an electric field Ee and a field generated by space charge, as shown in FIG. 7 can be seen. The electric field Ee depends on the applied voltage and the electrode geometry. The field caused by space charge, which is created by ions, electrons and particles charged between the electrodes, only appears when the corona discharge begins. As Fig. 7, the field caused by space charge amplifies the electric field Ee in the area of the outer wall of the Venturi tube, while weakening the electric field Ee in the area of the inner electrode.
This effect leads to a radial equalization of the electric field, which stabilizes the corona discharge and generates a strong middle field in the entire electrode gap R3. A suitable gas shape can achieve a high gas velocity in the electrode gap and a clean surface on the outer electrode 5, as a result of which spark breakdown can be avoided even in the case of a strong electrical field.
In the case of the 1 and 2 shown arrangement decreases the strength of the electric field from the inner electrode 4 in the radial direction to the outer electrode 5 first, then to remain substantially constant under the action of the space charge, as it is with the solid line in Fig. 7 is shown
EMI3. 1
a high average field strength without sparking, because there is no place where the field strength is excessively high.
If a maximum field strength is required or a heavily contaminated gas flow is to be ionized, the inner surface of the Venturi tube used as the outer electrode must be cleaned so that the risk of sparking is prevented as far as possible by a clean surface.
Intermittent cleaning can also be performed.
The inner electrode enables large amounts of charge (ions) to be generated during corona discharge because a field of high field strength is generated in the immediate vicinity of the electrode surface. The selected electrode design creates a concentrated electric field all the way to the wall of the Venturi tube. This concentrated field directs the charges to the wall during their migration and is responsible for the correct field strengthening. The evenly curved radial edge areas of the inner electrode cause the charge to widen in the radial direction with increasing radial distance from the inner electrode, as a result of which the current or ion density per unit area on the outer electrode is reduced and the possibility of arcing is reduced.
Because the electric field is relatively thin in the direction of gas flow, higher velocities of the gas flowing through the field tend to disperse the ion concentration or ion density in the axial direction from the plane of the inner electrode. Due to the spreading of the space charge zone in the direction of the flow, further stabilization is achieved by weakening the electric field between the space charge zone and the outer electrode 5. This effect has its maximum at gas speeds of 15.2 m / s and more. In addition, the turbulence that occurs at these high speeds can also contribute to stabilization, since those parts that cause the sparkover are mechanically removed.
In order to ensure that the corona discharge is maintained and to avoid contamination and thus loss of energy in the discharge device, the internal electrode 4 which is connected to high voltage is insulated in such a way that no secondary discharges occur in addition to the corona discharge. As best fig. 2, the inner electrode 4 is held in its correct position within the outer wall 5 with the aid of a probe 10, the probe being designed in such a way that an electrical shunt both on the inner surface and on the outer surface of the probe is made considerably more difficult. Although not shown, the probe can be moved in the axial or radial direction if desired. The shunt preventing resistance is provided between the electrode and the support 12 of the probe in the upstream inlet duct 1.
The surface resistance is improved by several air ducts 14 for clean air, these air ducts being formed by slots with a width of 0.76 mm, which are arranged on the circumference of the probe immediately upstream of the inner electrode 4. Clean air supplied from a clean air source 15 arranged outside is passed through the probe body and emerges from these slots at high speed. This creates a flow path with high resistance, which must be bridged before the inner electrode 4 can be closed briefly.
The probe body has a high-voltage line 16 which is carried by dielectric bearing bushes 18 which hold the probe in the inlet channel 1. The upstream end of the probe body is arranged in a closed casing 20 and a hollow corrugated casing 22. Openings 23 allow the air to pass through in the axial direction to a plurality of rings 26 arranged at a distance from one another, each having corresponding slots 24 (FIG. 3) own. The gaps form the plurality of continuous slots 14 for the outflow of air, as mentioned above. The inner electrode 4 also has slots 24 which allow downward air flow along the electrode. The rings and the disk-shaped inner electrode are fastened to the line 16 with the aid of a bolt 28 which engages in a lug 30.
The nose and the clean air emerging on the downstream side of the inner electrode prevent the accumulation of charged dirt particles downstream of the inner electrode 4 and prevent the deposition of particles on the surface of this electrode.
So that the field between the inner electrode 4 and the outer electrode 5 can widen in the axial direction, the inner electrode 4 must be at a distance from all other construction parts which corresponds to at least 1.25 electrode gaps. In the case of the 1 to 11 shown embodiment this is achieved by arranging a single inner electrode within the outer electrode 5. In the case of the In contrast, the exemplary embodiment shown in FIGS. 12 to 14 uses a multiplicity of internal electrodes for which the above-mentioned condition is to be observed.
Because of the possible accumulation of impurities, the outer electrode 5 is kept smooth and relatively clean over a short distance, which is a few times as large as the electrode gap R3. This ensures that disturbances in the corona caused by the surface of the outer electrode and in particular contamination deposits are avoided. The cleaning can be done in different ways. One possibility is in the Fig. 1 and 2 shown. In this case, water or a similar liquid is sprayed with the aid of a pump 32 in a uniform layer onto the surface of the converging cone section of the Venturi tube 5.
If the outer electrode is designed as a Venturi tube, the convergence angle 4> of the Venturi tube is selected to be approximately equal to 12.5 in order to keep turbulence effects as low as possible. The venturi is directed downward in the operating position, and the water film is accelerated upon entry into the nozzle section by both gravity and friction with the moving gases. The water injection point is approximately 1.5 gap lengths R3 or approximately 1.12 electrode gap lengths R3 in the axial direction in terms of flow above the height at which the plane defined by the inner electrode 4 intersects the outer electrode.
The expansion of the downward divergence cone of the Venturi tube is less than 3.5 in order to keep the influences resulting from a flow separation as low as possible. The radius of curvature Ro of the venturi tube at the transition point between these angles should not be less than about 50.8 mm.
The water is injected through a device which has a narrow slot 40 (0.25 to 0.64 mm) which is provided in the surface 41 on the circumference of the converging cone, the nozzle direction having a half angle ss of approximately 12.5 the side wall of the Venturi tube. The water on the wall of the Venturi tube ensures a smooth, clean surface without affecting the corona quality at gas speeds of up to approximately 22.8 m / s. The water consumption changes with the size of the
Venturi tube and is in the range of 0.76 to 7.61 per minute with a gas passage of 28317 1 per minute for Venturi
Pipe diameters from 0.13 to 1.13 m.
In order to prevent the water from migrating upwards along the outer electrode 5, an inwardly extending baffle plate 42 is provided, which is insulated from the colder water. The water conveyed from the pump 32 is introduced tangentially into a housing 44 under pressure and leaves the housing through the slot 40 in the axial direction, so that a helical water movement is largely avoided when the water flows through the electric field.
The stable electric field of high field strength can be achieved with the aid of a large number of electrode shapes, as long as it is ensured that the inner electrode 4 is at least 1.25 times the electrode gap from other electric fields producing corona currents and the shape or the circumference of the inner electrode is adapted to the shape of the outer electrode 5. Modifications of the electrode shape include, for example, rectangular or hexagonal internal electrodes 4, which are arranged in rectangular or rectangular or hexagonal outer electrodes 5 are included, wherein the inner electrodes 4 can be provided with blunt, sharp, toothed or protruding edges.
However, it has been found that the best results are achieved if the inner electrode 4 has an edge radius r which is selected such that the ratio of the electrode gap Rs to the radius r of the inner electrode 4 is approximately 100 l.
If this ratio is less than 50: 1, sparkover occurs at low voltage, with the result that a low operating current flows and a weak field is generated. If the ratio mentioned is greater than 400 1, the influence of the electric field in the electrode gap is reduced, with the effect that a higher operating current is required in order to maintain a strong field. If the outer electrode 5 has the shape of a Venturi tube, the radius Ro (the outer radius of curvature of the Venturi nozzle in axial longitudinal section) should be selected such that a ratio of 50 1 is given with respect to the edge radius r of the inner electrode. Smaller radii result in sparks at low applied voltages.
The diameter of the probe 10 and thus the total diameter of the inner electrode 4 should be chosen so that the probe occupies approximately 10% of the cross-sectional area of the outer electrode 5. A practical minimum value is 5% and a maximum practical value is 40%. A probe which has a smaller cross-sectional area in relation to the outer electrode 5 causes an increase in the surface energy density at the inner electrode. It is more important that smaller values also increase the electrode gap at or for constant flow capacity of the device, which means that the energy requirement or the supply voltage must be increased significantly.
Values of more than 10% lead to an increase in the dimensions of the outer electrode 5 and to an increase in the probe costs, with the requirements on the air guiding devices used to isolate the probe being increased and thus the operating costs being increased.
In short, therefore, the ratio of the size of the electrode gap R3 to the edge radius r of the inner electrode should be between 50 1 and 400: 1, a value of about 100 I being preferred. The ratio of the area spanned by the inner electrode 4 with respect to the area of the outer electrode should be between 5 and 50%, with about 10% being preferred. The inner electrode 4 must have a shape which corresponds to the shape of the outer electrode 5 and the inner electrode 4 must be kept at a distance from all components which build up electrostatic fields which generate corona currents. The distance between the inner electrode 4 and such components must be at least 1.25 times the electrode gap.
With such an electrode structure, the usual high voltage requirements are such that an average or medium field of about 18 to 20 kV / cm can be maintained in the atmospheric gap Rs under normal atmospheric conditions and zero gas velocity, with a pressure under normal atmospheric conditions of 74.7 cm of mercury and a temperature of 21 ° C. should be understood. At gas speeds of more than about 15.2 m / s, the field can be increased to about 24 to 28 kV / cm without sparking.
In the very intense corona discharge area, some essential processes take place. The floating impurities are charged in the electric field by the ions hitting the highly ionized area within the electrode gap R3. It is assumed that the diffusion charge has a smaller influence on the fine particles, since these are only in the corona zone for a short time. While the dirt particles are being charged, they are shifted slightly outwards in the radial direction, migrating into the strong fields of the corona area. The size of this movement changes with the particle size, so that to some extent mixing, collision of particles and possibly also agglomeration of the particles can occur.
However, this effect is negligible in relation to the existing thermal movement and the existing flow turbulence. However, if the suspended solids are liquid particles, the influence of the strong electric fields (with more than 10 kV / cm), high temperatures and turbulence causes a considerable agglomeration, which can be demonstrated in terms of flow below the corona zone. This can be of particular advantage if the particles are very small, since such particles are then aggregated into larger units, which makes it easier to separate them;
The gas velocity of the gases flowing through the highly charged corona zone affects the performance of the device.
Flow velocities of more than 15.2 mis lead to a widening of the space charge zone of the electric field in the axial direction, whereby the possibility of a sparkover is reduced, which means an improved stability of the corona zone. With increasing speed, however, the advantage of increased stability is diminished by the disadvantage of a shorter dwell time of the dirt particles in the electric field, with the result that the charge of the particles is reduced. Furthermore, it is then disadvantageously noticeable that the water film located on the outer electrode wall tears off if it is cleaned with water.
Up to flow velocities of approximately 38.2 m / s, an increase in stability in the corona zone can be achieved, but the performance of the device decreases in terms of the charging achieved. In a device that was examined in detail, it was found that a maximum charge of the particles occurs at a flow speed of approximately 30.4 m / s. In most cases, however, gas velocity must be matched to the power required for economical operation to clean industrial exhaust gases, the electrode voltage and the conditions required to clean the wall of the Venturi tube, which usually leads to a compromise solution
A second method for cleaning the wall of the Venturi tube is shown in Fig. 6 illustrates.
In this embodiment, a perforated or pore-shaped air guide portion 70 is formed on the outer electrode 5 near the inner electrode 4 to form an air film instead of a water film on the downstream wall portion of the outer electrode 5. Downstream of the air guiding section 70, the surface of the wall of the outer electrode 5 is provided with a coating over a distance corresponding to a plurality of electrode gap lengths R3, which coating consists of an electrically very good insulating material, as a result of which the particles settling in this area are insulated from the electrode wall. In another approach, gas flow erosion can be used to limit the thickness of the deposits to allowable levels.
Another method is to vibrate the wall intermittently or continuously in order to detach the contaminants before they combine to form larger agglomerates.
The floating impurities that have passed through the electric field carry a high charge of the same polarity and migrate downstream of the corona zone to the wall of the venturi tube 5. The particles are deposited on the wall only to a small extent and are only limited to those particles that migrate close to the wall on their original trajectories. Since the electric field present in this zone primarily corresponds to the field present in the space charge zone and thus the migration speeds are low compared to the flow velocities, the majority of the particles remain within the flow over considerable distances. At least two ways of collecting these highly charged floating particulates can be used.
A conventional electrostatic separator offers a possibility of collecting the charged particles.
Another possibility is opened up by a wet cleaner 50 to be described. The charging area of the outer electrode 5 for the gas impurities is attached directly to the nozzle 52 of the wet cleaner 50. In general, the flow rate in the outer electrode corresponds to the desired flow rate in the wet cleaner, which is why the cone angle of the charging area can be assumed to be about 0. The gases loaded with charged particles flow through the wet cleaner, the particles settling on the water droplets when they hit the water drops. The trapping of the dirt particles is supported by the electrostatic forces. The water enters the wet cleaner in a manner known per se by means of a continuous slot 54 and is torn into droplets by the gas stream.
The water drops receive an opposite charge to the dirt particles by induction because the water is atomized in a residual field area. At low flow velocities (below approximately 22.8 m / s), the injection point should preferably be at least 2 gap lengths R3 in terms of flow below the inner electrode 4 in order to prevent a premature sparkover. At higher flow velocities, a greater distance is required, which is due to the ions that are present in the flow below the corona discharge, because they tend to disrupt the induction process by disturbingly charging the water drops with the same polarity as the charged particles .
By extending the bolt 28, the induction charge field can be enlarged in the axial direction, even if the distance between the inner electrode 4 and the injection point is increased. This also creates a cylindrical electric field which emanates from the bolt, which accelerates the ions in terms of flow below the inner electrode 4 in the direction of the outer wall 5.
The collection performance of a conventional wet cleaner depends on the impact energy of the particles on the water droplets. The impact occurs because of the high relative speed of the dirt particles carried in the air flow compared to the water droplets injected at a lower speed. The less than 1 µm particles avoid impact by following the slip flow that is present around the water droplets, thereby preventing an impact on the drops. (This process is shown schematically in Fig. 1A. ) This is a result of their ratio of high aerodynamic flow resistance to inertia.
The mutual bumping and bouncing off of the particles is important for the bouncing off in the edge area and with regard to the energies occurring when collecting. Particles with small impact energies cannot penetrate the water drops due to the surface tension. If the particles have a high electrostatic charge (10 kV / cm saturation charge) and a charge has been induced in the water droplets, attractive forces result between the charged particles and the water droplets, which strongly influence the impact paths of the particles, as schematically shown in Fig. l B is shown. As a result, the collection capacity is significantly increased compared to the collection capacity of conventional wet cleaners.
The improvement in the impact of the particles depends on the particle size and is also influenced by the relative speed between the particles and the water drops.
The influence exerted by the particle size is small, with an effect variation of only + 20% being present if particles with a particle size of 0.1 to 10 μm are considered. The longer the electrical forces act, the stronger their influence becomes, so that there is greater power at a low relative speed between the charged particles and the water droplets.
Since lower speeds also mean that the wet cleaning liquid is atomized more poorly and, as a result, larger device dimensions are required, the choice of an optimal flow speed is of great importance.
At a relative speed of less than about 15.2 m / s, atomization in the Venturi wet cleaner deteriorates rapidly, which is why the fluid requirement increases significantly in order to maintain performance. At a relative speed of around 60.8 m / s, the pressure drop within the system takes on extraordinary values due to the energy required to accelerate the water drops. As a result, maximum efficiency of the gas contamination charging device on a Venturi wet cleaner is achieved if the wet cleaner is intended for flow velocities of approximately 38.2 to 45.6 m / s in the area of the Venturi tube.
In an investigated embodiment of the new device, the gap width Rs = 38.1 mm, the radius r of the inner electrode edge was 0.31 mm, the inner electrode circumference radius Rl = 22.23 mm, the outer electrode radius R2 = 60.3 mm, the convergence angle ( t> 1 Z50 and the radius of curvature Ro of the outer electrode (axial longitudinal section) = 76.2 to 101.6 mm. This device had an output of 1270 m3 / h at a gas flow rate of approximately 36.6 m in the nozzle area of the scrubber.
Typical conventional wet cleaners of this type have a collecting capacity of about 81%, based on particles with a size of 0.5 µm. The collecting capacity is improved to approximately 95% when considering a particle size of 0.5 μm, provided the charging device for the dirty gas according to the invention is used. In this case, the system consumes approximately 28.41 water per minute and has a power requirement of 150% at 283171 gas per minute and shows a water pressure drop of 10.16 cm.
A second device investigated had a gap radius R3 of 54.61 mm, an inner electrode edge radius r of 0.31 mm, a radius of the electrode circumference R1 of 22.23 mm, an outer electrode radius R2 of 66.96 mm, a convergence cone half angle of 150 and a radius of curvature of the Venturi tube Ro of 50.8 mm. The device had a capacity of 1700 m3 / h with a flow rate of about 45.7 nils in the wet cleaner.
A typical prior art cleaning device has a 94.6% capture rate for 1.25 µm particles. The collection performance was increased to approximately 97.5% for 1.25-1lm particles after the gas contaminant charger was started.
The system consumed about 22.7 rpm in these conditions and had an energy requirement of 150 W based on 283171 gas per minute and showed a pressure drop of 12.7 cm water column.
Typical known corona ionization devices only allow a limited field strength of 5 to 10 kV / cm to be achieved. With the help of the new ionizing device, field strengths of up to 30 kV / cm can be achieved without sparking.
A major advantage of the new device is the knowledge that the influence of the flow velocity, by means of which the space charge is distributed axially and the possibility of arcing is reduced, can advantageously be used in conventional dropout devices in order to increase their operating field strength. For example, in FIGS. 8 and 9 show a known ionizing device, in which a single wire electrode 80 is provided, which is provided transversely to the nozzle section 81 of a rectangular channel 82 of the Venturi tube. Insulators 83 isolate the wire electrode from the channel in a manner known per se. As in the preferred exemplary embodiment, the wire electrode is connected to a high-voltage source 3.
Normally, an ionizing device provided with a single wire electrode has to be operated at low voltages, with the result that the field between the electrodes is on average not greater than 10 kV / cm before a sparkover occurs. The speeds are low and are around 3.05 m / s. A typical example of a device operating under such operating conditions is an electrostatic household air purifier. However, if higher flow velocities of around 15.2 m / s are used, as in the new device, a field with an average field strength of more than 10 kV / cm can be reached without sparking because the rapidly flowing gases cause the Carry the space charge with you in the direction of flow and remove it from the area with the highest field strength.
By the same mechanism, separators with a plurality of wires axially extending along a line are limited to low voltages, even if higher flow velocities are used, because the ions are shifted from the area of a wire to the area of the downstream field area downstream.
A large number of axially spaced, transverse wires can, of course, be used if the axial spacing is selected to be sufficiently large that the ions of an upstream wire can each migrate to the outer electrode before they reach the ionization field of the wire, which is lower in terms of flow .
In the Fig. 11 shows a further embodiment of the new device, in which the electrode ends 80a are designed in the form of a circular arc, whereas the middle electrode parts 80b have a rectilinear shape. The channel 82 is preferably rectangular, but this is not absolutely necessary since it can also be curved in order to match the electrode. Air inlets 24 are as the Fig. 3 to 5 can be arranged. For the radius r of the electrode circumference, all in the Fig. 1 0a to 10d edge configurations are used. The performance of this electrode configuration is that of the wire-plate electrode according to FIGS. 8 and 9 are similar, but also allow some of the advantages inherent in the more radial types of electrodes to be achieved.
One in Fig. Another embodiment of the new device shown in FIG. 12 uses several separators 110 arranged parallel to one another. A particle of dirt with gas in it enters an inlet line system 112 via an annular inlet channel 114. The inlet conduit system 112 is partially filled with water 116 and a plurality of flat baffle plates 118 and 120 are arranged in the distribution system 112 such that the gas passing through must flow through the water 116 as it flows along the baffle plates 118 and 120. The water 116 serves to cool the gas entering the inlet channel 114 in order to support the formation of particles by condensation.
Additional cooling is brought about with the aid of a pre-cooling spray device which has a multiplicity of spray nozzles 122 which is connected to a water inlet 124 via pipes 126.
If the gases loaded with solid particles are sufficiently cooled and saturated, they are led into the area of the line system 112, which lies below the separation units 110. As best shown in Fig. 13, there is an inclined collecting surface 128 and an annular opening 130 below the separation units 110. This opening 130 has a concentric cylindrical jacket 132, which is arranged under each separating unit 110, the jacket 132 extending into the lower end of a tubular outer electrode 134. Each deposition unit 110 has a cylindrical outer electrode 134 which encloses a disk-shaped inner electrode 136 which is arranged at the lower end of an elongated electrode holder 138.
As will be explained in more detail below, the particles contained in the gas flowing through the opening 130 are charged within the relatively thin, circumferentially uniform electrical field which extends between the inner electrode 136 and the outer electrode 134.
The charged particles are then accelerated towards the outer electrode 134, which is caused by the relatively weak electric field that exists between the electrode holder 138 and the outer electrode 134.
The particles deposited on the inner walls of the outer electrode 134 are collected by means of a water film which covers the inner walls of the outer electrode 134 and flows downwards, as a result of which the particles are deposited on the collecting surface 128. The sheath 132 protects the liquid film from being entrained by the gas flowing upward when the liquid falls from the end of the outer electrode 134 onto the collecting surface 128. The liquid originating from the liquid film covering the inner walls of the outer electrode 134 can lead to instability of the electric field if the gas velocities inside the outer electrode t34 are greater than 3 m / s.
The upper end of the outer electrode 134 projects into a discharge chamber 140, where it is surrounded by a cylindrical overflow 142. Water is continuously fed through a line 143 via a pump, not shown, whereby a thin water film 144 flows over the overflow 142 and flows down along the inner sides of the walls of the outer electrode 134. A cover plate 146 extends over the overflow water 144 and has a cylindrical flange 147, which projects into the outer electrode 134 in such a way that a smooth airflow can flow from the outer electrode 134 into the discharge chamber 140 without the water of the overflow being disturbed.
The upper ends of the rods 138 extend into a high-voltage housing 148, where they are connected to a high-voltage busbar 150, which is fastened to the base plate of the housing 148 by means of insulators 152 and a bushing 154. The busbar 150 is connected to a suitable high-voltage source via a high-voltage line 156, which is led through the high-voltage housing 148 with the aid of a bushing insulator 160.
Access to electrodes 134, 136, and 138 is provided using a plurality of annular access covers 162 formed in the top of housing 148.
The electric field extending between each inner electrode 136 and the outer electrode 134 essentially corresponds to the field which is determined with the aid of the in FIG. 1 shown embodiment of the new device is generated. For this reason, the manner in which the electrodes 136 and 134 form an electric field producing a corona current and the characteristic properties of this field are not described again.
The diameter of the inner electrode 136 should be 0.2 to 0.5 times, and preferably about 0.35 times the inner diameter of the outer electrode 134. The diameter of the electrode holder 138 is between 0.15 and 0.25 times and preferably 0.2 times the inner diameter of the outer electrode 134. The diameter of the electrode holder 138 is also between 0.4 to 0.8 times and preferably 0.5 to 0.6 times the diameter of the inner electrode 136. An electrode holder 138 with a larger diameter can influence the axial expansion of the electric field between the inner electrodes 136 and the outer electrode 134 and reduce the field stability.
A very small diameter of the electrode holder 138 can cause excessive corona discharge and arcing between the holder and the outer electrode 134.
Because the inner electrode 136 is fastened directly to the holder 138, a single electrode fastening system can be used both for the ionizing device and for the separator. In addition, by changing the diameter of the inner electrode 136 and the holder 138 with respect to each other and relative to the outer electrode 134, the intensity of the fields extending between the inner electrode 136 and the outer electrode 134 and between the holder 138 and the outer electrode 134 can be selected independently even if the two electrodes 136 and 138 are excluded from a common converter rectifier unit. As a result, the cost and complexity of the new device are significantly reduced compared to conventional separators.
If the efficiency or effectiveness of the separator is to be increased, which may be particularly desirable when particles of different dimensions have to be removed, a multiple electrode arrangement can be used, as is shown in FIG. 14 shown. A plurality of inner electrodes 180, 182 and 184 are fastened to a holder 186 in such a way that the individual inner electrodes are each arranged in the axial direction apart from one another by more than 1.25 times the discharge electrode gap.
A distance between the internal electrodes 180, 182 and 184 of more than two discharge electrode columns is preferred in order to prevent the fields extending from adjacent internal electrodes from overlapping and to ensure that an electric field is generated which is generated by the holder 186 goes out and has a sufficient length to accommodate the charged particles. Inter-electrode distances less than 1.25 times the discharge electrode gap cause interference between adjacent fields, which prevents the fields from spreading axially, thereby reducing the stability of the corona discharges.
In the embodiment in question, when the gas flows through the outer electrode 134, the particles contained in the gas are exposed to a multiplicity of electrical fields, each of which is connected to a collecting field. If desired, the diameters of the inner electrodes 180, 182 and 184 can be changed such that the mean field strengths of the fields extending between the inner electrodes 180, 182 and 184 and the outer electrode 134 are different for each of the electrodes 180, 182 and 184. Large particles are generally easier to separate and are therefore separated at lower field strengths.
As a result, to separate particles with different grain sizes, it is advantageous to increase the diameter of the internal electrodes progressively along the gas flow, so that the particles flow through increasingly stronger fields as they migrate through the external electrode 134. The largest particles are then deposited on the inner wall of the outer electrode 134 immediately beyond the small-diameter inner electrode 180, smaller particles are caught immediately behind the intermediate-sized inner electrode 182, and the smallest particles are collected beyond the largest-diameter inner electrode 184 .
The larger charged particles create local field anomalies that can cause arcing in these local areas. If the larger particles are removed close to the inner electrode 182 with a small diameter, the field strength between the inner electrode 184 with a large diameter and the outer electrode 134 can be increased, which leads to the removal of a larger proportion of the smaller particles and thus to an increase in the total Separation capacity of the plant leads.
A weak field corona discharge can optionally be brought about between the holder 138 and the outer electrode 134 by winding a conductor, such as a wire, helically around the holder 138.
The weak field corona discharge is particularly useful when the outer electrode is cleaned intermittently because the corona current holds the particles on the inner wall of the outer electrode until these particles are removed using a suitable technique, such as tapping. However, if the particles are removed continuously, for example with the aid of a water film, there is no need to hold the particles on the outer electrode in this way.