CH625974A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofilter für die 25 Reinigung von Luft nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Elektrofilter für Luftreinigung arbeiten nach dem Prinzip, dass Teilchen, die zum grössten Teil nicht geladen sind, in einer ersten Stufe aufgeladen werden, wenn sie zwischen zwei elek-30 trischen Leitern, z.B. zwischen einem Draht und zwei beidseitig des Drahtes angeordneten Blechen, hindurchgehen, wobei die Bleche und der Draht auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegen. Ein solches aufgeladenes Teilchen wird danach, z.B. zwischen zwei Blechen mit verschiedenem elektri-35 schem Potential abgeschieden, indem das geladene Teilchen von dem einen der Bleche angezogen wird, das ein zum Teilchen umgekehrtes Potential hat.

Für den Wirkungsgrad des Elektrofilters ist die Abmessung der Aufladestufe im Verhältnis zur Abscheidungsstufe äusserst 40 bedeutungsvoll. Es wurde bisher versucht, die Leistung des Elektrofilters einerseits durch Erhöhung der Feldstärke in der Auflade- und Abscheidungsstufe und anderseits durch Verlängerung der Abscheidungsstufe zu erhöhen. Diese Massnahmen erhöhen die Leistung eines Filters, aber nur bis zu einem ge-45 wissen Punkt, da einmal die Feldstärke nicht unbegrenzt erhöht werden kann und zum anderen die Abscheidungsstufe wesentlich vergrössert werden müsste, wenn ein entscheidender Unterschied des Wirkungsgrades erreicht werden soll. Ein grosser Nachteil, der bei Erhöhung der Spannung in 50 der Aufladestufe auftritt, ist die erhöhte Ozonproduktion. Gegenwärtig im Handel erhältliche Elektrofilter scheiden 50-60% der in das Filter eingehenden Teilchen ab. Das Elektrofilter nach der vorliegenden Erfindung soll nun bedeutend mehj" Teilchen abscheiden.

55 Die Erfindung ist durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen Fig. 1 eine Ansicht eines Elektrofilters nach der Erfindung

60 ist,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Elektrofilters ist, Fig. 3 ein Element des Elektrofilters zeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Elektrofilters mit Festhaltemitteln zeigt,

65 Fig. 5 eine Teilansicht eines Festhaltemittels ist,

Fig. 6 eine Ansicht der Rückseite des Elektrofilters ist, Fig. 7 und 8 Festhaltemittel mit elektrischen Leitern zeigen,

3

625 974

Fig. 9 einen zum Aufladeteil des Elektrofilters gehörenden Rahmen zeigt,

Fig. 10 einen Rahmen von links in Fig. 9 gesehen, zeigt.

In Fig. 2 ist ein Elektrofilter nach der Erfindung gezeigt, der aus einer Aufladestufe 1 und einer Abscheidestufe 2 besteht. Für die Aufladestufe 1 und die Abscheidestufe 2 sind gemeinsame durchgehende Bleche 3 vorhanden. Die Anzahl dieser Bleche kann beim Aufbau eines Elektrofilters variieren. Zwischen jedem Paar von Blechen 3 in der Aufladestufe 1 sind Drähte 4 angeordnet, von denen jeder parallel zu benachbarten Blechen 3 und im wesentlichen mittig zwischen diesen Blechen angeordnet ist. Die Drähte 4 sind in Rahmen 5 aus isolierendem Material eingespannt, wobei jeder Rahmen eine Reihe von übereinanderliegenden Drähten hält. Jeder Rahmen 5 ist vorzugsweise an den Blechen 3 befestigt. Die Drähte haben einen Durchmesser in der Grössenordnung von 0,05-0,25 mm. Ein dünnerer Draht führt zu weniger Ozon als ein dickerer bei gleichem Koronastrom, aber die Festigkeit des Drahtes ist geringer. Zwischen jedem Paar durchgehender Bleche 3 befindet sich in der Abscheidestufe 2 noch eine Anzahl Bleche 6, von denen Fig. 2 drei solcher Bleche 6 zwischen jedem Paar durchgehender Bleche 3 zeigt. Die Anzahl Bleche 6 kann eine ungerade Zahl grösser als eins sein und wird vom Abstand zwischen den Blechen 3, dem angelegten Potential an den Blechen 6 und der gewünschten Feldstärke zwischen den Blechen 3 und 6 sowie zwischen zwei Blechen 6, bei mehr als einem Blech bestimmt. Die Potentiale der Bleche 3 und 6 sind nachstehend angegeben. Die Anzahl Bleche kann von eins bis sieben sein. Die Bleche 3, 6 haben eine Dicke von z.B. 0,5 mm und können aus Aluminium, Kupfer, Stahl oder einem anderen geeigneten Material, vorzugsweise aber aus Aluminium, bestehen. Die durch die Aufladestufe und danach durch die Abscheidestufe strömende Luft wird in die vordere Stirnseite des Filters eingesaugt, strömt durch die zwei Stufen und verlässt den Filter durch dessen hintere Stirnseite mit Hilfe eines hinter der hinteren Stirnseite angeordneten Ventilators 7, der von einem Elektromotor 8 angetrieben wird.

Der Elektrofilter ist mit Ausnahme seiner vorderen und hinteren Stirnseite mit Wänden versehen, so dass die Luft nur auf die beschriebene Weise durch den Filter strömen kann.

Die durchgehenden Bleche 3 liegen auf einem anderen elektrischen Potential als die Drähte 4. Die den durchgehenden Blechen 3 am nächsten liegenden, kürzeren Bleche 6 haben dieselbe Polarität wie die Drähte 4, aber das Potential der Bleche 6 wird durch den Abstand zwischen den Blechen und durch die in der Abscheidesektion gewünschten Feldstärke bestimmt. Jedes zweite Blech 6, vom Blech 3 an gerechnet, hat dasselbe Potential wie das Blech 3, und folglich hat jedes zweite Blech, gerechnet von dem Blech 6 an, das dem Blech 3 am nächsten liegt, dasselbe Potential wie dieses Blech 6. Dies hat zur Folge, dass jedes zweite Blech in der Abscheidestufe dieselbe Spannung hat. Alle Einheiten mit demselben Potential sind parallelgeschaltet.

Die Spannungsquelle ist mit dem Gehäuse zusammen geerdet und bildet zwei Potentiale im Filter.

Der Potentialunterschied zwischen den Drähten 4 und den Blechen 3 hat die Grössenordnung 5000-6000 V.

Der Potentialunterschied zwischen benachbarten Blechen im Abscheidungsteil hat die Grössenordnung 1500—2000 V.

Der Elektrofilter wird aus einem Gleichrichter mit einer auf bekannte Weise auf der Gleichspannung überlagerten Wechselspannung gespeist.

Die überlagerte Wechselspannung hat eine solche Amplitude, dass der kritische Wert zur Erzeugung der Ultrakorona nur beim Spitzenwert der pulsierten Gleichspannung überschritten wird. Dies bewirkt, dass eine pulsierte Ultrakorona erhalten wird, was eine wesentlich niedrigere Ozonerzeugung ergibt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, wo ein Element gezeigt ist, ist das eine elektrische Potential positiv und das andere Potential ist Erdpotential.

Die prinzipielle Arbeitsweise ist so, dass ungeladene Teilchen beim Durchgang durch den Aufladeteil 1 zwischen einem Draht 4 und einem Blech 3 mittels im elektrischen Feld befindlichen Ionen aufgeladen werden. Nach Aufladung des Teilchens auf diese statische Weise auf ein positives oder ein negatives Potential, gelangt es in den Abscheidungsteil 2 und wird dort von einem geerdeten Blech, wenn das Teilchen positiv geladen ist, und von einem Blech mit positivem Potential, wenn das Teilchen negativ geladen ist, angezogen. Die Teilchen werden somit im Abscheidungsteil 2, das nur bei Bedarf gereinigt wird, gesammelt, und Luft mit einer bedeutend geringeren Teilchenkonzentration als die eingehende Luft verlässt den Filter durch die hintere Stirnseite des Abscheidungsteils 2.

Es wurden, wie bereits erwähnt, umfassende Versuche durchgeführt, um den Wirkungsgrad des Elektrofilters zu erhöhen. Eine Erhöhung der Feldstärke hat zur Folge, dass die Gefahr von Überschlägen zwischen einem Draht 4 und einem Blech 3 zunimmt. Bei Ansammlung von Teilchen und Staub erhöht sich diese Gefahr vor allem im Abscheidungsteil, aber auch im Aufladeteil. Überschläge erfolgen oft bei hoher Spannung, was zur Folge hat, dass sehr gesundheitsschädliches Ozon erzeugt wird. Ausserdem entsteht ein sehr störendes prasselndes Geräusch und auch die Entzündungsgefahr wächst.

Eine andere Weise zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist eine Verlängerung der Abscheidungsstufe. Die Erhöhung ist jedoch nur gering, da nur geladene Teilchen gesammelt werden, während ungeladene hindurchgehen.

Durch die vorliegende Erfindung wird der Wirkungsgrad im Vergleich zu vorhandenen Vorrichtungen von einem Ab-scheidungswert von 50-60% der eingehenden Teilchen auf einen Wert bis zu 97 % erhöht.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Reihe gleicher Aufladevorrichtungen hintereinander in Strömungsrichtung der Luft angeordnet sein. In Fig. 1 sind als Beispiel drei Aufladeeinheiten gezeigt, von denen jede aus in einen Rahmen 5 eingespannten Drähten 4 besteht. Die Anzahl der Aufladeeinheiten kann sich in gewissem Ausmass mit Rücksicht auf den gewünschten Wirkungsgrad ändern. Das Minimum sind zwei Einheiten, und bei mehr als fünf Einheiten wird keine nennenswerte Leistungssteigerung erhalten. Drei Einheiten garantieren, dass nahezu 100% der eingehenden Teilchen aufgeladen werden.

Bei Aufladung von Teilchen mit einem, wie vorstehend ausgeführt, pulsierenden Potential, wird eine Ultrakorona nur erzeugt, wenn das Potential über einem gewissen Wert liegt. Dies bedeutet, dass eintreffende Teilchen nur geladen werden, wenn sie an einem Draht vorbeikommen, bei dem das Potential über diesem Wert liegt.

Wenn im Aufladeteil mehrere Drähte hintereinander angeordnet werden, kann der Wirkungsgrad durch eine korrekte Bemessung der Anzahl Drähte, und vor allem des Abstandes zwischen diesen, wesentlich erhöht werden.

Der Abstand zwischen den Drähten soll so sein, dass, wenn ein Teilchen nicht am ersten Draht geladen wird, es bei Passieren eines der nachfolgenden Drähte aufgeladen wird.

Ein Intervall hinsichtlich des Abstandes zwischen zwei naheliegenden Drähten wird gemäss nachstehender Formel bestimmt, wo der optimale Abstand von der Anzahl Drähte abhängt. Der Abstand kann nicht beliebig klein gewählt werden, da bei kleinem Abstand ein abnehmender Effekt der Korona erhalten wird, d. h. es wird ein niedrigerer Koronastrom erhalten.

<

Wenn T die Periodenzeit für das pulsierende Potential, V die Teilchengeschwindigkeit entsprechend der Luftgeschwindigkeit im Filter, n die Anzahl Drähte, und b der Abstand zwi-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

625 974

sehen jedem Draht 4 und den benachbarten Blechen 3 ist, ergibt sich der Abstand C zwischen den Drähten durch die Formel:

mit k G (0,n-2), somit einem Interval innerhalb der Grenzwerte 0 und n—2 und 2?§ng5.

Mit Rücksicht u. a. auf abnehmenden Koronastrom hat sich durch Versuche gezeigt, dass ein geeigneter Abstand zwischen den Drähten im Intervall

0,6 • bëCël,2 • -

liegt.

Ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad des Aufladeteils nach der Erfindung kann durch Erwärmen der Drähte erhalten werden. Die Erwärmung der Drähte bewirkt eine geringere Luftdichte in der Nähe der Drähte, wodurch mehr Ionen pro Zeiteinheit aus der unmittelbaren Nähe der Drähte herausgeschleudert werden können.

Durch diese Erwärmung, eine optimale gegenseitige Anordnung der Drähte, und eine optimale Anzahl Rahmen mit Drähten ergibt sich eine Aufladung von nahezu 100% der eingehenden Teilchen.

Durch Wahl der Länge der Abscheidungsstufe 2 im Verhältnis zum angelegten Potential und der Luftgeschwindigkeit, bei Annahme, dass fast 100% aller Teilchen geladen sind, wird ein Elektrofilter mit einer nahezu 100%igen Abscheidungslei-stung erhalten. Die Länge der Abscheidungsstufe kann zweckmässig gleich etwa dem Zwei- bis Fünffachen, vorzugsweise dem Dreifachen, der Länge der Aufladestufe gewählt werden.

Überschläge bewirken, wie erwähnt, eine Ozonbildung. In bekannten Elektrofiltern ist jedes der Bleche 3, 6 in der Abscheidungsstufe mittels Isolatoren voneinander getrennt, die gleichmässig über die Oberfläche der Bleche angeordnet sind. Aufgrund der Lage der Isolatoren wird Staub auf ihnen gesammelt, wodurch sich aussen auf den Isolatoren, infolge Kriechentladung Überschläge ergeben. Die Gefahr von Überschlägen zwingt die Benützung eines niedrigeren Potentials. Ausserdem wird der Luftfluss durch um jeden Isolator entstehende ungleichmässige Turbulenzen gestört.

Im beschriebenen Beispiel sind die Bleche 3,6 in der Abscheidungsstufe 2 durch Halter 9,10 parallel zueinander festgehalten. Die Halter sind in Fig. 4 und 5 in Form von Stäben aus isolierendem Material ausgeführt und mit Nuten 11 versehen, in die die Bleche 3, 6 hineingesteckt sind. Die Halter sind teils mit einem oberen und einem unteren Abdeclcblech 17 und teils mit Seitenblechen 18 für den Filter verbunden. Die Abdeckbleche werden vorzugsweise in einer Dicke von 1—2 mm ausgeführt. An der hinteren Stirnseite des Filters befinden sich ein Halter 9,12 in jeder Ecke und gegebenenfalls ein Halter 13 in der Mitte der Stirnseite. Jedes Blech 3, 6 wird in einer Nut 11 in den Haltern 10 an den Längsseiten des Filters und im Halter 13 an der hinteren Stirnseite des Filters festgehalten.

Jeder Halter 9,12 an der hinteren Stirnseite des Filters hält nur die Bleche fest, die dieselbe elektrische Spannung haben. Die andern Ecken 14 an den Blechen 3, 6, die nicht von einem der zwei hinteren Halter 9,12 festgehalten werden, sind, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, abgeschnitten.

Ein bandförmiger elektrischer Leiter 15,16 z.B. aus Kupfer oder Aluminium befindet sich längs jedes Halters 9, 12 in den Ecken, derart, dass der Leiter in jede Nut 11 eingelegt ist. Infolgedessen kommen nur die Bleche 3, 6, die keine abgeschnittenen Ecken haben, in Kontakt mit den genannten Leitern 15,16. Die Bleche 3, 6 mit dem einen elektrischen Potential sind somit, wie Fig. 7 zeigt, miteinander mittels des Leiters 16 in dem einen Halter 12 parallelgeschaltet, und die Bleche 3, 6 mit dem anderen elektrischen Potential sind miteinander mittels dem Leiter im anderen Halter 9 parallelgeschaltet.

Es kommen drei elektrische Potentiale vor, vorzugsweise zwei positive Potentiale und Erdpotential. Die Drähte 4 in den verschiedenen Rahmen 5 werden hintereinandergeschaltet und weiter durch einen elektrischen Leiter mit einer Stelle im hinteren Teil des Filters verbunden. Die Bleche 6, an die über den einen elektrischen Leiter 15,16 ein Potential angelegt wird, werden von einer zweiten Stelle im hinteren Teil des Filters gespeist. Die Erdung der Bleche 3 und 6 erfolgt mittels des anderen Leiters 15,16, der mit dem unteren und dem oberen Abdeckblech 17, infolge des Druckes gegen das Chassis in Kontakt steht.

Jeder Rahmen 5 zum Festhalten der Drähte 4 ist aus isolierendem Material gefertigt, und die Seiten im Rahmen sind mit Nuten 19 versehen, so dass der Rahmen auf die durchgehenden Bleche 3 geschoben werden kann, Fig. 9. Die Seiten des Rahmens 5 haben durchgehende Bohrungen 20, indie der Draht 4 eingezogen ist. An den äusseren Seiten 21 des Rahmens sind Nuten 22 vorhanden, die die Bohrungen miteinander verbinden, und in die der Draht so eingelegt werden kann, dass er vor äusserer Beschädigung geschützt ist. Siehe Fig. 10.

Das Festhalten der Bleche 3, 6 an deren Aussenkante, wie vorstehend beschrieben, bringt grosse Vorteile mit sich. Ein Vorteil ist, dass die Gefahr von Durchschlägen zwischen zwei Blechen geringer ist, da keine Kriechströme längs Isolatoren vorkommen. Um die Isolierfähigkeit in vorliegender Erfindung zwischen den Blechen 3, 6 in den Nuten 11 noch zusätzlich zu erhöhen, kann die vorspringende Partie zwischen den Nuten 11 ein Stück zwischen angrenzende Bleche hinein keilförmig ausgebildet werden, um die Strecke für Kriechströme zu verlängern. Eine geringere Anzahl Durchschläge reduziert die Ozonproduktion. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass die Spannung zwischen zwei angrenzenden Blechen 3, 6 erhöht werden kann, verglichen mit dem Fall, dass Isolatoren dazwischenliegen und der Wirkungsgrad der Abscheidungsstufe wird dadurch erhöht. Ferner wird der Luftfluss nicht durch Isolatoren zwischen den Blechen gestört derart, dass der Luftfluss nur bei sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten laminar, aber bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten turbulent wird. Damit wird eine gleichmässige Absetzung von Teilchen auf den Blechen 3, 6 begünstigt. Weitere Vorteile liegen in der wesentlich leichteren Herstellung des Filters und Reinigung der Abscheidungsstufe.

4

s io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

S

2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

1. 625 974
2. 2. Elektrofilter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Draht heizbar ausgebildet ist, zum Zweck, die Dichte der Luft in der Umgebung der Drähte zu verringern und dadurch die Ionenerzeugung in der Nähe der Drähte zu vergrössern.

   2

   PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrofilter für die Reinigung von Luft, mit einem Aufladeteil, einem Abscheidungsteil und einem Spannungsversor-gungsteil, welcher Aufladeteil mit Drähten zwischen zueinander parallel angeordneten Blechen versehen ist und die Drähte auf einem andern elektrischen Potential als die Bleche liegen, und welcher Abscheidungsteil zueinander parallel angeordnete Bleche aufweist, von denen jedes auf einem vom benachbarten Blech unterschiedlichen elektrischen Potential liegt und bei welchem Aufladeteil wenigstens zwei Drähte zwischen jeweils einem Paar Blechen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand C zwischen zwei oder mehr Drähten in einem durch die Formel umschriebenen Intervall liegt, wobei k G (0, n—2), also einen Wert innerhalb des Intervalls mit den Grenzwerten 0 und n-2 hat, und V die Geschwindigkeit der Partikeln, T die Periodendauer für eine sich periodisch ändernde Gleichspannung aus dem Spannungsversorgungsteil, und n die Anzahl Drähte bedeutet.
3. 3. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis fünf Drähte (4) zwischen zwei Blechen (3) angeordnet sind.
4. 4. Elektrofilter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Drähte (4) zwischen zwei Blechen (3) angeordnet sind.
5. 5. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Rahmen (5) zum Einspannen einer Reihe von senkrecht zur Längsrichtung der Bleche (3) angeordneten Drähten (4), ferner dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen (5) für jeden Draht (4) eine Durchgangsbohrung vorhanden ist, und dass die Reihe der Drähte (4) durch einen mäanderförmig angeordneten Draht mit Abschnitten zwischen den Blechen und solchen ausserhalb des Rahmens (5) gebildet ist.
6. 6. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Abscheidungsteils (2) das Zwei- bis Fünffache, vorzugsweise das Dreifache der Länge des Aufladeteils (1) beträgt.
7. 7. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufladeteil (1) und der Abscheideteil (2) eine Anzahl gemeinsamer längerer durchgehender Bleche (3) aufweisen, und dass im Abscheideteil (2) eine Anzahl kürzere Bleche (6) vorhanden ist, die unter sich und bezüglich der durchgehenden Bleche (3) parallel angeordnet sind.
8. 8. Elektrofilter nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den durchgehenden Blechen (3) und den kürzeren Blechen (6) im Abscheidungsteil (2) derart festgelegt ist, dass das kritische Potential für Überschläge zwischen benachbarten Blechen (3, 6) gleich hoch ist wie dasjenige zwischen jeweils einem Draht (4) und einem diesem benachbarten Blech (3) im Aufladeteil.
9. 9. Elektrofilter nach Patentanspruch 7, dadurch "gekennzeichnet, dass die Anzahl kürzerer Bleche (6) zwischen zwei benachbarten durchgehenden Blechen (3) zwischen eins und sieben ist.
10. 10. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Stäbe (9, 10,12, 13) als Haltemittel für die Bleche, wobei die Stäbe zur Aufnahme der Randpartien der Bleche mit Nuten (11) versehen sind.
11. 11. Elektrofilter nach Patentanspruch 10, gekennzeichnet durch bandförmige elektrische Leiter (15, 16) entlang zwei Stäben, welche Leiter in die Nuten (11) hineingefaltet sind.
12. 12. Elektrofilter nach Patentanspruch 11, dadurch gekenn-5 zeichnet, dass bei jedem Blech (3, 6) eine Ecke (14) abgeschnitten ist, derart, dass an dieser Ecke keine Verbindung zum Leiter in den Stäben (9, 12) gebildet ist, und jeder Stab (9, 12) mit einem unterschiedlichen Potential beaufschlagt werden kann (Fig. 8).

    io
13. 13. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle mit Erdpotential und zusätzlich zwei unterschiedlichen Potentialen, von denen das eine zur Speisung der Drähte (4) und das andere zur Speisung einer ersten Anzahl Bleche (6) dient, dass diese zwei Pois tentiale gegenüber Erde positiv sind, und dass das Erdpotential auf eine zweite Anzahl Bleche (3, 6), die mit der ersten Anzahl abwechselnd angeordnet ist und zu dieser benachbarte Bleche (3, 6) sind, geführt ist.