CH705334A2 - Zentrierung einer Hochspannungselektrode durch magnetische Kräfte. - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrostatische Filteranlage beinhaltend einen Kamin (9) mit Abgaskanal (13), eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen den Kamin (9) elektrisch isoliert im Abgaskanal (13) angeordnet ist, ein erstes Magnetelement (31) fixiert an der Sprühelektrode, und ein zweites Magnetelement (33) fixiert an der Wand des Kamins (9), welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt und einen oder mehrere einzelne Magnete beinhaltet, wobei das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement gegenseitig abstossend angeordnet sind. Ausserdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Filteranlage, einen Filterset für eine elektrostatische Filteranlage, ein Verfahren zur Montage des Filtersets und eine Verwendung des Filtersets zur Montage, Nachrüstung und/oder Ausrüstung von Abgasanlagen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filteranlage gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs und ein Filterset gemäss dem Oberbegriff eines weiteren unabhängigen Anspruchs. Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage und ein Verfahren zur Montage des erfindungsgemässen Filtersets an einem Abgasrohr oder einem Abgaskamin sowie der Verwendung des Filtersets zur Ausrüstung oder Nachrüstung von Abgasanlagen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Elektrostatische Abscheider zur Abgasreinigung beinhalten im Allgemeinen zumindest eine Sprühelektrode und eine Niederschlagselektrode als Gegenelektrode. Die Flächen der Elektroden stehen einander möglichst abstandsuniform gegenüber. Die Fläche der Niederschlagselektrode kann im Vergleich zur Fläche der Sprühelektrode recht gross ausgelegt sein.

[0003] Bekannte elektrostatische Abscheider bestehen zum Beispiel aus parallel angeordneten Niederschlagselektroden, die gemeinsam mit dem Gehäuse geerdet sind. Die Niederschlagselektroden bilden Gassen, durch die das zu reinigende Gas strömt. Zwischen den Niederschlagsektroden in den Gassen befinden sich Sprühelektroden. Diese sind elektrisch isoliert aufgehängt und werden mit gleichgerichteter Hochspannung versorgt, die meist zwischen 20 bis 100 kV liegt.

[0004] Die im Abgas enthaltenen Staubteilchen oder Nebeltröpfchen werden beim Durchfluss durch den Abscheider zwischen den Elektroden elektrisch negativ aufgeladen und unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes zu den geerdeten Niederschlagselektroden transportiert und dort abgeschieden bzw. ausgefiltert.

[0005] Grundsätzlich unterscheidet man zwei Bauformen, den Plattenfilter und den Röhrenfilter. Bei Plattenfiltern sind die Sprühelektroden meistens auf einem festen Rahmen aufgespannt. Durch diese Massnahme ist die Position der Elektroden fixiert. Bei den Röhrenfiltern sind die Elektroden vielfach einseitig aufgehängt und mit einem Streckgewicht versehen. Bei vielen parallel geschalteten Röhren, werden die Elektroden vielfach über einen Rahmen miteinander verbunden und somit in Position gehalten.

[0006] Die Elektrode zentrisch in der Mitte zu halten kann sich bei Röhrenfilter als schwierig erweisen. Durch das Anbringen der Hochspannung an die Sprühelektrode wirken zwischen der Sprühelektrode und der Niederschlagsfläche anziehende Kräfte. Die Hochspannungselektrode befindet sich auf einem Potential bis zu ungefähr 100 kV, die Niederschlagsfläche auf dem Potential der Erde. Aufgrund der unterschiedlichen Potentiale ziehen sich die gegenpoligen Flächen an und können bei gegenseitiger Annäherung zu einem Kurzschluss führen, welcher den Betrieb beeinträchtigt.

[0007] Damit sich die Elektrode nicht zur Wand bewegt wird die Elektrode normalerweise zwischen zwei Punkten gespannt, oder mit einem Rückstellgewicht versehen.

[0008] Das Rückstellmoment Mgr verursacht durch die Gewichtskraft Fg bleibt bei einer gleichbleibenden Auslenkung S1 (z.B. 0.1 m) und sich verändernden Elektrodenlänge Le ungefähr konstant. Da die Rückstellkraft Fgrzwar bei längerer Elektrode kleiner wird (kleinerer Auslenkwinkel α), sich aber gleichzeitig der Hebel (Elektrodenlänge Le) vergrössert.

[0009] Bei langen Elektroden (länger als 3 m) werden mit zunehmender Länge (Elektrodenlänge) die Drehmomente Mes (verursacht durch elektrostatische Kräfte (Fes)) immer grösser, da zum Einen die sich anziehenden Flächen grösser werden und zum Andern der Hebel (mit der Elektrodenlänge) verlängert wird.

[0010] Das heisst, dass bei langen Sprühelektroden die Rückstelldrehmomente Mgr eher gering sind und die elektrostatischen Drehmomente Mes eher hoch. In Summe führen dieser Effekte dazu, dass sich die Zentrierung einer einseitig aufgehängten längeren Elektrode äusserst schwierig gestaltet. In der Folge fängt die Sprühelektrode an sich aufzuschwingen, was zum Kurzschluss führen kann.

[0011] In Dokument EP 0 397 208 wird eine Anlage mit Röhrenfilter offenbart. Die aufgehängten Elektroden lassen sich durch Elektromagnete in Schwingung versetzen und dadurch abreinigen. Während des Betriebs der Anlage können die Magnete auch dazu dienen die Elektroden zu stabilisieren. Dies wird in einer Ausführungsvariante durch Magnetpaare bewerkstelligt, wobei der jeweils erste Magnet eines Paares an den Elektroden als beschwerendes Gewicht angehängt wird und der jeweils zweite Magnet eines Paares mit Abstand unterhalb des jeweiligen ersten, beschwerenden Magneten im Abgaskanal angeordnet ist. Die gegenseitige vertikale Anziehungskraft der Magnete eines jeden Magnetpaars sorgt für eine vertikale Straffung der Elektrode. Nachteilig bei dieser Ausführungsvariante ist, dass die unteren Magnete auf einem Stützgerüst befestigt sind, welches im Abgasrohr angeordnet ist. Hierdurch wird der effektive Rohrdurchmesser verringert, der Durchgang für Reinigungsbürsten wird blockiert und Defekte und Wartungsarbeiten an Stützgerüst und/oder Magneten sind aufgrund der schlechten Zugänglichkeit nur bedingt behebbar.

[0012] In einer zweiten Ausführungsvariante in Dokument EP 0 397 208 werden alle hängenden Elektroden an ihrem unteren Ende an einer gemeinsamen beschwerenden Anordnung befestigt. Die jeweils ersten Magnete von vier Magnetpaaren sind am Rand der beschwerenden Anordnung, gleichmässig verteilt angebracht. Die zweiten Magnete (Gegenmagnete) jeden Paares sind mit Abstand zu den jeweiligen ersten Magneten eines Paares am Innenumfang des Abgaskanals befestigt. Diese Anordnung soll eine Zentrierung der Magnete ermöglichen. Insbesondere wird das Spannen der Sprühelektroden in axialer Richtung aufgezeigt, indem die äusseren Magnete, welche axial versetzt unterhalb der den Sprühelektroden angehängten Magneten angebracht sind, anziehend auf die Magnete der Sprühelektroden wirken.

[0013] In allen Ausführungsvarianten sind Gestelle und Halterungen für die Magnete innerhalb des Abgaskanals nötig. All diese Installationen haben den Nachteil, dass sie den Gasfluss behindern und die Staubanlagerung begünstigen. Ein Reinigen dieser Halterungsgestelle kann sich schwierig gestalten. Ebenfalls ist eine nachträgliche Installation einer elektrostatischen Filteranlage an einem bestehenden Abgaskanal äusserst schwierig, da die Magnete eingebracht werden müssen.

[0014] In den genannten Ausführungsvarianten wird lediglich von einer gegenseitigen Anziehung der Magnete der Magnetpaare gesprochen. Zudem scheinen nur anziehende Kräfte die gewünschte Zentrierung zu unterstützen.

[0015] Stellt man Betrachtungen für abstossende Magnetkräfte an, stellt sich heraus, dass Abstossungskräfte zwischen den Magneten an den Sprühelektroden und den radial umliegenden und/oder axial weiter unten angeordneten Magneten sich negativ auf eine Zentrierung auswirken würden. Eine Abstossung der Magnete der Magnetpaare würde in beiden Ausführungsvarianten (und somit auch in deren Kombination) zu einer Dezentrierung und Destabilisation der Sprühelektroden führen. Dies würde weiter zur Auslenkung und Verdrehung der Sprühelektrodengruppen führen und somit gegebenenfalls zum Kurzschluss zwischen Sprühelektrode und geerdeten Teilen. Bei sehr langen Sprühelektroden ist zu erwarten, dass Dezentrierung und Destabilisation sich stärker negativ auswirken als bei kürzeren.

AUFGABE

[0016] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zentrierung und Stabilisierung einer frei hängenden Hochspannungselektrode zu verbessern, wobei die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden sollen. Die Zentrierung und Stabilisierung von länglichen Elektroden im Abgaskanal soll verbessert werden. Im Weiteren soll eine Methode der Zentrierung und Stabilisierung gefunden werden, welche sich für kurze und lange Hochspannungselektroden, welche flexible oder starr sein können, eignet. Die Methode soll auch bei sehr engen und/oder gekrümmten Abgasrohren wirksam sein. Zudem soll die Reinigung auf einfachste Weise mit der Bürste von oben oder unten möglich sein. Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung Anlagen bzw. Anlagenteile mit verbesserter Zentrierung und Stabilisierung einer frei hängenden Hochspannungselektrode bereitzustellen. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Zentrierung und Stabilisierung von Hochspannungselektroden an bereits bestehenden Abgassystemen zu verbessern.

BESCHREIBUNG

[0017] Diese und andere Ziele werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0018] Gelöst werden die oben genannten Aufgaben insbesondere durch eine elektrostatische Filteranlage beinhaltend - einen Abgaskanal, - eine längliche Sprühelektrode, welche gegen die Innenwand des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist, - ein erstes Magnetelement fixiert an der Sprühelektrode, und - ein zweites Magnetelement fixiert an der Wand (Innenwand und/oder Aussenwand) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt, wobei die elektrostatische Filteranlage dadurch charakterisiert ist, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement zueinander derart angeordnet und/oder gepolt sind, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken. Das heisst, dass die Magnetelemente gegenseitig abstossend angeordnet sind. Durch die abstossende Magnetkraft wird die Sprühelektrode in der Betriebsstellung gehalten. In Betriebsstellung ist die Sprühelektrode (möglichst gleichmässig) von den Innenwänden des Abgaskanals beabstandet. Bevorzugt ist die Sprühelektrode mittig im Abgaskanal positioniert bzw. zentriert. Innenwand und Aussenwand des Abgaskanals entsprechen vorzugsweise Begrenzungen, welche durch ein Abgasrohr oder einen Kamin definiert werden.

[0019] Eine freihängende Hochspannungselektrode ist in der genannten elektrostatischen Filteranlage besonders gut zentrierbar und stabilisierbar aufgrund der magnetischen Abstossungskräfte. Die hier offenbarte Magnetzentrierung dient somit auch zur Schwingungsdämpfung und gegebenenfalls Schwingungsunterdrückung.

[0020] Die im Folgenden angeführten vorteilhaften Ausführungsvarianten führen allein oder in Kombination miteinander zu weiteren Verbesserungen der elektrostatischen Filteranlage.

[0021] Die längliche Sprühelektrode kann als Stabelektrode ausgeführt sein. Ein solcher Stab ist zweckmässigerweise steif, wodurch Schwingungen bei Betrieb unterdrückt werden. Vorteilhafterweise ist der Stab gleichzeitig auch biegbar bzw. flexibel. Die Biegefähigkeit kann z.B. beim Einführen der Stabelektrode in den Abgaskanal von Vorteil sein. Beim Reinigen mit einer Bürste weicht zudem ein biegbarer Stab besser aus. All diese Vorteile werden z.B. in einem entlang der Längsrichtung bombierten Stab vereinigt. Alternativ kann auch eine andere Elektrode verwendet werden wie z.B. eine Seilelektrode, eine Drahtelektrode oder eine Kettenelektrode.

[0022] Vorteilhaft ist das aufgezeigte Magnetzentrierungssystem für elektrostatische Filteranlagen mit nur einer einzigen Sprühelektrode bestückt. Besonders vorteilhaft ist das aufgezeigte Magnetzentrierungssystem, wenn die Sprühelektrode besonders lang (z.B. mindestens 3 Meter, gegebenenfalls mindestens 4 Meter oder sogar 5 Meter oder länger) ist.

[0023] Vorteilhalfterweise verlaufen die magnetischen Feldlinie im gegenseitigen Einflussbereich der Magnetelemente im Wesentlichen derart (z.B. gleichgerichtet parallel), sodass eine gegenseitige Abstossung der Magnete resultiert.

[0024] Das erste Magnetelement ist zweckmässigerweise als Stabmagnet ausgelegt. Die Nord-Süd-Achse ist hierbei vorteilhafterweise parallel zur Längsrichtung der länglichen bzw. langestreckten Sprühelektrode ausgerichtet.

[0025] Für das erste, mittige Magnetelement eignen sich z.B. Permanentmagnete, AlNiCo-Magnete, Neodym-Magnete. Die Art der einsetzbaren Magnete wird zweckmässigerweise aufgrund der gegebenen Temperaturbedingungen im Betrieb ermittelt.

[0026] Das zweite Magnetelement beinhaltet insbesondere einen oder mehrere einzelne Magnete, welcher einen Magnet z.B. als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete z.B. ringartig oder kranzartig angeordnet sind. Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements sind vorteilhafterweise voneinander beabstandet.

[0027] Das zweite Magnetelement umgibt - bzw. umringt, umgreift oder umfasst - das erste Magnetelement bevorzugt indem, das zweite Magnetelement (d.h. insbesondere die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements oder ein Ringmagnet) und das erste Magnetelement ungefähr auf einer Ebene (insbesondere auf einer horizontalen Ebene bzw. ungefähr auf der gleichen Höhe) angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung können die Magnetelemente aufeinander derart einwirken, dass das erste Magnetelement beeinflusst durch die gegensätzlichen Magnetkräfte zentriert wird. Insbesondere kann das zweite Magnetelement bzw. können dessen einzelne Magnete das erste Magnetelement satellitenartig umgeben. Da zwischen unabgelenkter und abgelenkter Position der installierten Sprühelektrode sich das Höhenniveau des unteren Elektrodenendpunkts für gewöhnlich nicht stark ändert, kann für den Zweck der vorliegenden Erfindung der geringe Höhenunterschied zwischen den möglichen Positionen des ersten Magnetelements als ein Bereich mit ungefähr gleichem Höhenniveau angesehen werden. Dieser Höhenunterschied liegt normalerweise innerhalb einer akzeptablen Toleranz für die gegenseitige Anordnung von erstem und zweitem Magnetelement.

[0028] Das zweite Magnetelement bzw. die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements ist bzw. sind vorteilhafterweise ungefähr auf der gleichen Ebene insbesondere ungefähr gleich hoch wie das erste Magnetelement angeordnet. Der Begriff «ungefähr» bedeutet in diesem Kontext dass eine gewisse Toleranz für Abweichungen vorhanden ist. Der Toleranzbereich kann von den verwendeten Magneten und deren gegenseitigen Anordnung abhängen. Bei Magneten, welche mit ihrer Nord-Süd-Achse senkrecht zur gemeinsamen Ebene angeordnet sind, kann näherungsweise angenommen werden, dass eine gegenseitige Verschiebung aus der gemeinsamen Ebene um deren halbe Länge (d.h. um die halbe Länge der Nord-Süd-Achse) tolerierbar ist. Ist die Länge der Nord-Süd-Achse von ersten und zweiten Magneten bzw. von erstem und zweitem Magnetelement nicht gleich, so ist die Länge der kürzeren Nord-Süd-Achse relevant. Vorteilhafterweise werden Magnetart und Magnetabmessungen derart gewählt, dass die genannte Toleranz in einem Bereich von mindestens ±5 cm, weiter bevorzugt von mindestens ±10 cm, weiter bevorzugt von mindestens ±5 cm liegt. Haben die Magnete ungleiche Abmessungen, kann der jeweilige Schwerpunkt als Referenz für dessen Höhe verwendet werden. Die Zentrierung aufgrund abstossender Magnetkräfte kann gegebenenfalls also auch bei einer bestehenden Höhendifferenz zwischen erstem und zweitem Magnetelement noch funktionieren, sofern die Magnetkräfte entsprechend stark ausgelegt sind.

[0029] Bevorzugt umfasst das zweite Magnetelement mehrere einzelne Magnete, insbesondere mindestens drei Magnete, bevorzugterweise 12 bis 20 Magnete, welche bevorzugt beabstandet aneinandergereiht einen Kranz (Magnetkranz) um den Abgaskanal bilden. Alternativ kann das zweite Magnetelement z.B. mindestens einen Magnetring beinhalten, welcher Magnetring den Abgaskanal umfassend um diesen gelegt ist. Weiter kann das zweite Magnetelement zwei oder mehrere Magnetstücke umfassen, welche in Kombination und aufgrund ihrer Form (z.B. teilkreisförmig) den Abgasraum im Wesentlichen kranzartig umfassen. Besteht das zweite Magnetelement aus mehreren Magneten (bzw. ist das zweite Magnetelement eine Anordnung mehrerer Magnete), so sind diese Magnete bevorzugt derart ausgerichtet, dass sie sich untereinander gegenseitig abstossen.

[0030] Das zweite Magnetelement kann z.B. mehrere Stabmagnete, mehrere Hufeisenmagnete oder mehrere Magnete mit Eisenrückschluss beinhalten. Möglich wäre auch eine Kombination verschiedener Magnetarten und/oder Magnetformen. Zur einfacheren Montage haben alle Magnete, welche in Kombination das zweite Magnetelement ausmachen, die selbe Stärke bzw. das selbe Kraftfeld. Magnete gleicher Stärke können z.B. relativ einfach auf einer Kreislinie gleichmässig gegeneinander beabstandet entlang des inneren oder äusseren Umfangs eines Abgasrohrs oder Kamins angeordnet und an diesem fixiert werden.

[0031] Für das zweite, periphere Magnetelement eignen sich z.B. Permanentmagnete, AlNi-Co-Magnete, Neodym-Magnete. Insbesondere sind hier auch hitzebeständige Magnete interessant, da ein Abgasstrom gegenüber der Umgebungstemperatur für gewöhnlich eine deutlich erhöhte Temperatur aufweist und die Magnete ansonsten entmagnetisieren würde.

[0032] Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements spannen zweckmässigerweise eine imaginäre Verbindungslinie auf, welche das erste Magnetelement oder zumindest dessen axiale Verlängerung umringt. Durch den gegenseitigen abstossenden Einfluss der Feldlinien kann das erste, mittige Magnetelement und somit die Sprühelektrode gefangen bzw. auf Position gehalten werden.

[0033] Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements spannen bevorzugt eine imaginäre Verbindungslinie auf, welche den Abgaskanal umringt. Vorteilhafterweise schneiden diese imaginären Linien den Innenraum des Abgaskanals nicht sondern verlaufen weitere aussen, d.h. zumindest tangential zur Innenwand des Abgaskanals oder davon beabstandet radial weiter aussen. Die imaginäre Verbindungslinie umringt also vorteilhafterweise den horizontalen Querschnitt eines Abgaskanals bzw. eines Innenraums eines Kamins.

[0034] Zweckmässigerweise ist das zweite Magnetelement an der Aussenwand des Abgaskanals fixiert ist. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetelement nicht verschmutzt und umständlich im Abgaskanal gereinigt werden muss. Zudem bleibt der Abgaskanal frei und das abziehende Gas kann hinderungsfrei entweichen. Alternativ könnte das zweite Magnetelement an der Innenwand des Abgaskanals fixiert werden.

[0035] Das zweite Magnetelement kann mit einem Gurt oder einer Manschette am Umfang des Abgaskanals angebracht sein, wobei die Fixierkraft des Gurtes oder der Manschette grösser sein sollte als die magnetischen Abstossungskräfte.

[0036] Die elektrostatische Filteranlage beinhaltet zweckmässigerweise eine Hochspannungsversorgung zur Speisung der Sprühelektrode. Die Hochspannungsversorgung kann z.B. in einem Gehäuse untergebracht werden, welches direkt am Kamin, insbesondere an dessen Aussenwand, oder in dessen unmittelbaren Nähe angebracht ist.

[0037] Die Sprühelektrode wird vorteilhafterweise mittels eines Halterarms in den Abgasstrom gehalten. Der Halterarm ist vorzugsweise aussen am Kamin, insbesondere an der Aussenwand des Abgaskanals, befestigt. Ein Isolator sorgt für die nötige elektrische Isolierung und Beabstandung von Sprühelektrode und gegebenenfalls geerdetem Kaminrohr.

[0038] Ein zusätzliches Streckgewicht an der Sprühelektrode kann zur Unterdrückung von Schwingungen während des Betriebs beitragen. Vorteilhafterweise sind Sprühelektrode und Streckgewicht kraftschlüssig miteinander verbunden. Das erste Magnetelement kann aufgrund seines Eigengewichts auch als Streckgewicht dienen. Eine schützende Fassung, z.B. aus Metall, kann hierbei weiter beschwerend wirken. Die Fassung kann z.B. aus einem Chromstahl, welcher nicht ferromagnetisch ist, hergestellt sein. Alternativ kann eine Kunststofffassung vorgesehen sein, wie z.B. aus Teflon, oder einem anderen Material, welches den Bedingungen im Abgaskanal trotzt.

[0039] In einer alternativen Ausführung kann oberhalb und/ oder unterhalb einer ersten Magnetgruppe von dieser beabstandet zumindest eine zweite Magnetgruppen angeordnet sein, wobei jede Magnetgruppe sich aus einem genannten ersten Magnetelement und einem genannten zweiten Magnetelement zusammensetzt. Dies kann zur zusätzlichen Stabilisierung bei sehr langen und/oder flexiblen Sprühelektroden von Nutzen sein.

[0040] Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage, welche beinhaltet - einen Abgaskanal, - eine längliche Sprühelektrode, welche gegen die Innenwand des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist, - ein erstes Magnetelement fixiert an der Sprühelektrode, und - ein zweites Magnetelement fixiert an der Wand des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt, und sich dadurch auszeichnet, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement zueinander derart angeordnet werden, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken.

[0041] Erfindungsgemäss wird die obige Aufgabe im Weiteren gelöst durch ein Filterset beinhaltend eine längliche Sprühelektrode (z.B. eine Stabelektrode, eine Seilelektrode, eine Drahtelektrode oder eine Kettenelektrode), ein erstes Magnetelement zur Fixierung an der Sprühelektrode und ein zweites Magnetelement beinhaltend einen oder mehrere einzelne Magnete, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete sich kranzartig bzw. ringartig anordnen lassen, wobei das Filterset dadurch charakterisiert ist, dass es einen Gurt oder eine Manschette zur Aufnahme des zweiten Magnetelements beinhaltet. Das zweite Magnetelement kann mit Hilfe des Gurts oder der Manschette bevorzugt an der Aussenwand eines Abgaskanals angebracht bzw. fixiert werden. Das zweite Magnetelement kann aus einem Ring oder einer Vielzahl von Magneten, z.B. einem Magnetkranz mehrerer einzelner aufgereihter Magnete, bestehen. Die Anordnung der einzelnen Magnete ist bevorzugt durch den Gurt oder die Manschette vorgegeben. Die spätere Position an einem Kamin wird vorteilhafterweise durch die Anordnung auf Gurt oder Manschette vorgegeben.

[0042] Bestehende Abgaskamine können mit den Elementen dieses Sets aus- und aufgerüstet werden. Eine bestehende Abgasanlage kann somit z.B. zum Kaminelektrofilter ausgerüstet werden.

[0043] Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Merkmalen.

[0044] Zweckmässigerweise ist der Gurt oder die Manschette ausgerüstet mit Aufnahmen für den oder die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements, insbesondere mit Aufnahmen, worin der eine Magnet oder die einzelnen Magnete kraftschlüssig fixierbar sind. Gegebenenfalls ist der Gurt oder die Manschette ausgerüstet mit Spannmitteln, welche eine kraftschlüssige Fixierung des Gurts oder der Manschette um den äusseren Umfang eines Abgaskanals bzw. eines Kamins erlauben.

[0045] Mit dem Set können weiter eine geeignete Hochspannungsversorgung, ein Isolator und/oder ein Halterarm für die Sprühelektrode zur Montage bereitgestellt werden.

[0046] Weiter kann ein Streckgewicht zur Fixierung an der Sprühelektrode bereitgestellt werden.

[0047] Zur Aufrüstung einer Abgasanlage zu einem elektrostatischen Filter (auch elektrostatischer Abscheider genannt) kann eine einzelne Sprühelektrode genügen. Gegebenenfalls kann die Länge der Sprühelektrode den Anforderungen angepasst werden.

[0048] Je ein erstes Magnetelement (z.B. bestehend aus einem oder mehreren zentralen Magneten) und ein zweites Magnetelement (z.B. bestehend aus einem oder mehreren peripheren Magneten) bilden eine Magnetgruppe, welche zur Stabilisierung einer Sprühelektrode verwendet werden kann. Bei sehr langen oder flexiblen Sprühelektroden kann es sinnvoll sein zur Stabilisierung mehrere Magnetgruppen auf verschiedenen Höhenniveaus eines Abgaskanals einzusetzen. Filtersets mit zumindest zwei ersten Magnetelementen und zumindest zwei zweiten Magnetelementen bereit zu stellen, sodass sich zumindest eine erste Magnetgruppe und eine zweite Magnetgruppe aus den Magnetelementen zusammenstellen lassen. Hierzu könne zweckmässigerweise zumindest zwei Gurte oder Manschetten zur Aufnahme der zumindest zwei zweiten Magnetelemente bereitgestellt werden.

[0049] Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Montage eines genannten Filtersets umfasst die folgenden Schritte: - Anordnen der länglichen Sprühelektrode im Abgaskanal isoliert und beabstandet von der Innenwand des Abgaskanals, - Fixieren des ersten Magnetelements an der Sprühelektrode, insbesondere am unteren Ende der Sprühelektrode, und - Anbringen des zweiten Magnetelements an einer Wand (Innenwand und/oder Aussenwand) eines Abgaskanals, so dass das zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt und magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt.

[0050] Vorteilhafterweise wird das zweite Magnetelement derart an einer Wand (insbesondere einer Aussenwand) eines Abgaskanals angebracht, dass das zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt und zumindest unter Betrieb der Anlage magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt, sodass das erste Magnetelement und damit die Sprühelektrode im Abgaskanal auf zentrierter Position von den Abgaskanalwänden beabstandet gehalten wird. Das zweite Magnetelement ist also seitlich vom ersten Magnetelement dieses erste Magnetelement umgebend angebracht.

[0051] Bevorzugt wird das zweite Magnetelement auf ungefähr gleicher bzw. gleicher Höhe wie das erste Magnetelement angebracht. Abhängig von der Stärke der Magnetfelder kann das zweite Magnetelement - gegenüber dem ersten Magnetelement in Achsrichtung der Sprühelektrode versetzt - über dem ersten Magnetelement angeordnet sein. Der Versatz in der Höhenanordnung kann jedoch nur so gross sein, dass das erste Magnetelement noch in einer mittigen Position im Abgaskanal gehalten werden kann; d.h. der mögliche Versatz hängt von der Stärke der Magnetkräfte und der räumlichen Ausbreitung der Magnetfeldlinien ab.

[0052] Vorteilhafterweise wird eine Hochspannungsversorgung beinhaltend einen isolierenden Halterarm für die Sprühelektrode ausserhalb des Abgaskanals, bevorzugt an der Aussenwand eines Abgasrohrs, befestigt, und zwar so, dass der Halterarm gegen die Innenwand des Abgaskanals elektrisch isoliert in den Abgaskanal hineinreicht.

[0053] Das genannte Filterset eignet sich für verschiedenste Abgasanlagen, Beispiele hierfür sind Industrieanlagen, (kommunale) Verbrennungsanlagen, Kleinfeueranlagen etc.

[0054] Zudem eignet sich das erfindungsgemässe Filterset besonders zur Nachrüstung von bestehenden Abgasanlagen.

[0055] Vorteilhafterweise wird das genannte Filterset zur Montage an einem Abgaskanal verwendet. Insbesondere kann die Montage von aussen erfolgen. Zudem sind alle Bauteile entweder aussen am Kamin befestigt oder werden mit der Sprühelektrode an einem Halterarm, welcher ebenfalls aussen am Kamin befestigt sein kann, entnehmbar eingehängt.

KURZBESCHREIBUNG PER FIGUREN

[0056] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es zeigen schematisch, in nicht massstabsgetreuen Darstellung: Fig. 1:<sep>einen Längsschnitt mit eingezeichneten Kraftkomponenten einer vereinfachten Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode; Fig. 2:<sep>einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung; Fig. 3<sep>einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung, (a) Querschnitt mit drei peripheren Magneten, (b) Querschnitt gemäss Fig. 2; Fig. 4:<sep>einen Längsschnitt mit eingezeichneten Kraftkomponenten einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung; Fig. 5:<sep>einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung; Fig. 6:<sep>einen Teil eines Längsschnitts und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung; Fig. 7:<sep>einen Teil eines Längsschnitts und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung; Fig. 8<sep>Zwei Meter lange Elektrode, ohne Magnetzentrierung; Fig. 9<sep>Zehn Meter lange Elektrode, ohne Magnetzentrierung; Fig. 10<sep>Zwei Meter lange Elektrode, mit Magnetzentrierung; Fig. 11<sep>Zehn Meter lange Elektrode, mit Magnetzentrierung.

BESCHREIBUNG

[0057] In Fig. 1 ist eine vereinfachte Elektrostatische Filteranlage aufgezeigt, welche im Wesentlichen ein Abgasrohr oder einen Kamin 9 und eine Sprühelektrode 11 beinhaltet. Die Begriffe Abgasrohr, Kamin und Kaminrohr sind in der vorliegenden Anmeldung austauschbar. Der Kamin kann optional mit einer thermischen Isolation bestückt sein. Die Sprühelektrode ist vorteilhafterweise als Stabelektrode 11 ausgebildet, kann jedoch z.B. auch als Draht-, Seil- oder Kettenelektrode ausgebildet sein. Die Stabelektrode 11 ist vorteilhafterweise im Zentrum des Abgaskanals 13 des Kamins 9 möglichst achsparallel angeordnet. Die Stabelektrode 11 hängt gelenkig oder gegebenenfalls steif an einer Aufhängung 15 eines Halterarm 17. Zur elektrisch isolierenden Befestigung der Stabelektrode 11 ist der Halterarm 17 in einem Isolator 19 gegebenenfalls flexibel befestigt. Insbesondere kann der Halterarm 17 über eine Steck- und/oder Schraubverbindung 21 am Isolator 19 befestigt sein. Der Isolator wiederum ist zweckmässigerweise z.B. aussen am Kamin 9 befestigt. Der Halterarm 17 reicht mit der Aufhängung 15 in den Abgaskanal 13 hinein, insbesondere derart, dass die Aufhängung 15 möglichst mittig im Abgaskanal 13 von dessen Innenwänden 29 beabstandet positioniert ist. Die angehängte Stabelektrode 11 richtet sich aufgrund ihres Eigengewichts entlang der Längsachse 25 des Abgaskanals 13 aus. Gegebenenfalls kann ein Streckgewicht 27 befestigt an der Sprühelektrode 11 die optimale Ausrichtung sicherstellen. Ein elektrische Hochspannungsversorgung 23 liefert die elektrische Spannung für die Stabelektrode 11. Vorteilhafterweise ist zumindest die Innenwand 29 des Kamins 9 geerdet. Das geerdete Kaminrohr dient innenseitig als Niederschlagselektrode.

[0058] Im Betrieb wird eine Sprühelektrode 11, wie sie z.B. in einer Anordnung nach Fig. 1gegeben ist, unter Hochspannung gesetzt, wodurch eine elektrostatische Spannung zwischen Sprühelektrode 11 und der Innenwand 29 des Kamins 9 erzeugt wird. Im aufsteigenden Abgas mitgeführte Partikel werden elektrostatisch aufgeladen und auf der Innenwand 29 des Kamins 9 niedergeschlagen. Derart herausgefilterte Abfallprodukte können danach gesammelt und deponiert oder wiederverwertet werden. Die Abfallprodukte können zum Beispiel durch Abklopfen oder Abbürsten von der Innenwand entfernt werden.

[0059] Als nachteiliger Nebeneffekt der Elektrostatischen Filtertechnik, wie sie z.B. oben aufgezeigt wurde, kann - aufgrund der starken elektrostatischen Kräfte - die Sprühelektrode 11 eine Auslenkung α mit entsprechender Schwingung erfahren. Bei starker Auslenkung kann gegebenenfalls Kurzschluss zwischen der Sprühelektrode 11 und der Niederschlagselektrode (d.h. der Innenwand 29) entstehen. Um auftretende Schwingungen zu unterbinden oder wenigstens zu reduzieren, kann bei Röhrenabscheidern die Sprühelektrode 11 in der Regel mit einem Streckgewicht 27 zentriert sein. Durch ein Gewicht G wird die Elektrode 11 gestreckt und im Lot gehalten. Sobald die Elektrode 11 ausgelenkt wird, z.B. um den Auslenkwinkel α, ergibt sich ein Rückstelldrehmoment Mgr, welches durch die Gewichtskraft Fg verursacht wird. Die Rückstellkraft Fgr und die Elektrodenlänge sind für das Rückstellmoment verantwortlich: Mgr = Fgr · Le Wobei sich die Rückstellkraft wie folgt verhält: Fgr = Fg· sin(α) Bei gleichbleibender Auslenkstrecke S1 bleibt das Rückstellmoment Mgr über verschiedene Elektrodenlängen in der hier aufgezeigten Anlage ungefähr konstant. Da mit zunehmender Elektrodenlänge zwar der Winkel α und somit die Kraft Fgr kleiner, aber zugleich der Hebel mit der Elektrodenlänge Le grösser wird.

[0060] Durch das unterschiedliche Potential (Spannung) zwischen der Sprühelektrode 11 und der Kollektorelektrode (d.h. z.B. der Kamininnenwand 29) kommt es zu einer anziehenden Wirkung. Die Sprühelektrode 11 hat die Tendenz gegen die Rohrinnenwand 29 gezogen zu werden. Befindet sich die Elektrode 11 exakt in der Mitte so heben sich alle elektrostatischen Kräfte auf. Bei einer Auslenkung S1 bzw. um den Winkel a ergibt sich somit der Abstand S2 zu der einen und S3 zu der anderen Kaminwand 29. Je kleiner der Abstand S2 bzw. S3 ist, umso stärker wirken die Anziehungskräfte zwischen den Potentialen. Die Kräfte hängen von der aktiven Fläche sowie dem Spannungspotential ab. Je grösser die Länge der Elektrode 11 und je höher die Spannung, umso grösser sind die elektrostatischen Kräfte. Die anziehenden Kräfte verhalten sich wie folgt

wobei in k1 verschiedene Konstanten zusammengefasst sind.

[0061] Die Gesamtkraft der elektrostatischen Kräfte erfolgt durch die Summation Fes = Fes1 – Fes2

[0062] Mit der Verlängerung der Elektrode 11 steigt zum einen die Konstante k1 (Fläche), zum anderen wird der Hebel, welcher zum Auslenkmoment Mes führt grösser: Mes= Fes · Le.

[0063] Das Gesamtdrehmoment Mtot ergibt sich aus der Summe der einzelnen auftretenden Drehmomente: Mtot= Mgr + Mes

[0064] Ab einer gewissen Auslenkung der Elektrode wird das Moment Mesder elektrostatischen Kräfte grösser, als die der rückstellenden Gewichtskräfte Mgr. Ab diesem Punkt wird die Elektrode 11 an die Kamininnenwand 29 angezogen und verursacht einen Kurzschluss, welcher die Filterwirkung beeinträchtigt.

[0065] In den beiden Fig. 8und 9 sind die die resultierenden Drehmomente ohne Magnetzentrierung aufgeführt. Die X-Achse zeigt hierbei die Auslenkung S1 (in Meter [m]) und die Y-Achse die Drehmomente (in Newton × Meter [Nm]). Entscheidend ist, dass über den gesamten Auslenkbereich (in diesem Fall +/- 10 cm) eine rückstellendes Gesamtdrehmoment wirkt. Im Vergleich zwischen einer 2 Meter langen und einer 10 Meter langen Elektrode kommt zum Vorschein, dass die 2 m Elektrode über den gesamten Bereich stabil bleibt. Dies zeigt sich dadurch, dass das Gesamtdrehmoment bei einer Auslenkung auf eine Seite immer die gleiche Richtung (Vorzeichen) aufweist. Bei der 10 m Elektrode wechselt das Vorzeichen bei einer Auslenkung von etwas mehr als 7 cm. Dies Bedeutet, dass das Drehmoment der elektrostatischen Kräfte grösser ist, als das der Gewichtskraft. Bewegt sich somit die Elektrode über diesen Punkt hinaus kommt es unweigerlich zu einer Anziehung und zu einem Kurzschluss.

[0066] Es wurde festgestellt, dass abstossende Magnetkräfte zur Stabilisierung und Zentrierung eingesetzt werden können. Die zusätzliche Ausnutzung von rückstellenden Magnetkräften wird in Fig. 2 aufgezeigt. Die erfindungsgemässe elektrostatische Filteranlage nach Fig. 2 beinhaltet im Wesentlichen einen Kamin 9 und eine Sprühelektrode 11. Die Sprühelektrode ist vorteilhafterweise als Stabelektrode 11 ausgebildet, kann jedoch z.B. auch als Kettenelektrode ausgebildet sein. Die Stabelektrode 11 ist vorteilhafterweise im Zentrum des Abgaskanals 13 des Kamins 9 möglichst parallel zur Längsachse 25 des Abgaskanals 13 angeordnet. Die Stabelektrode 11 hängt gelenkig oder gegebenenfalls steif an einer Aufhängung 15 eines Halterarms 17. Zur elektrisch isolierenden Befestigung der Stabelektrode 11 ist der Halterarm 17 in einem Isolator 19 gegebenenfalls flexibel befestigt. Insbesondere kann der Halterarm 17 über eine Steck- und/oder Schraubverbindung 21 am Isolator 19 befestigt sein. Der Isolator wiederum ist zweckmässigerweise z.B. aussen am Kamin 9 befestigt. Der Halterarm 17 reicht mit der Aufhängung 15 in den Abgaskanal 13 hinein, insbesondere derart, dass die Aufhängung 15 möglichst mittig im Abgaskanal 13 von dessen Wänden 29 beabstandet positioniert ist. Die angehängte Stabelektrode 11 richtet sich aufgrund ihres Eigengewichts entlang der Längsachse 25 des Abgaskanals 13 aus. Wie oben aufgezeigt genügt das Eigengewicht der Elektrode 11 jedoch nicht unbedingt, um die Sprühelektrode 11 unter Betriebsspannung stabil und mittig im Abgaskanal 13 zu halten.

[0067] In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Stabilisierung durch eine an der Sprühelektrode 11 und dem Kamin 9 angebrachte Magnetanordnung erzielt. Hierzu ist ein erster, zentraler Magnet 31 (welcher aus einem einzelnen Magneten oder mehreren Teilmagneten zusammengesetzt sein kann) an der Sprühelektrode 11 befestigt. Eine Mehrzahl von peripheren Magneten 33, welche den ersten, zentralen Magneten 31 umgeben, ist an einer Kaminwandung befestigt (jeder periphere Magnet kann ebenfalls aus einem einzelnen Magneten oder mehreren Teilmagneten zusammengesetzt sein). Vorteilhaft ist insbesondere eine Mehrzahl von zumindest drei peripheren Magneten 33. Hier aufgezeigt ist eine bevorzugte Mehrzahl von 12 peripheren Magneten 33. Zweckmässigerweise sind die peripheren Magnete 33 über den Umfang des Kamins 9 an dessen Wandung, z.B. an dessen Innenwand 29 oder bevorzugt dessen Aussenwand 35, verteilt angeordnet. Alle Magnete, sowohl alle peripheren Magnete 33 als auch der zentrale Magnet 31, sind so angeordnet, dass sie sich gegenseitig abstossen. Bevorzugt werden hierzu Stabmagneten verwendet, deren Nord-Süd-Achsen parallel und gleichgerichtet ausgerichtet sind. Die Verteilung der peripheren Magnete 33 ist derart, dass eine geschlossene imaginäre Verbindungslinie 37 (siehe Fig. 3aund Fig. 3b), welche die Magnete 33 der genannten Mehrzahl kranzartig verbindet, um den ersten Magneten 31 und somit um die eingehängte Sprühelektrode 11 (insbesondere auch wenn diese nicht unter Hochspannung steht) herumführt. Die imaginären Verbindungslinien bilden die kürzesten Verbindungen zwischen zwei sich abstossenden Magneten 33. Ein dritter Magnet wird bezüglich einer derartigen imaginären Linie abgestossen, da die abstossenden Kräfte auf einem Schnittpunkt mit dieser Linie grösser sind als auf jedem anderen Punkt einer Linie (bzw. Fläche), welche die imaginäre Linie senkrecht schneidet. Vorteilhafterweise verläuft die gesamte imaginäre Verbindungslinie 37 ausserhalb des Abgaskanals 13, wie in Fig. 3b gezeigt. Dies hat den Vorteil, dass im Abgaskanal 13, welcher durch die Innenwand 29 begrenzt ist, keine imaginären Taschen 38 mit radial nach aussen abnehmender Magnetkraft zwischen Innenwand 29 und imaginärer Verbindungslinie 37 bestehen können. Denn es bestünde die Möglichkeit, dass der zentrale Magnete 31 mit der Sprühelektrode 11 in eine solche imaginäre Tasche 38 und dadurch gegebenenfalls gegen die Innenwand 29 des Kamins 9 gedrückt werden könnte, was höchstwahrscheinlich zu einem Kurzschluss führen würde.

[0068] Vorzugsweise sind die Magnete 31, 33 kraftschlüssig mit ihrem jeweiligen Träger, d.h. dem Sprühmagneten 11 oder dem Kamin 9 verbunden. Zweckmässigerweise sind die peripheren Magnete 33 regelmässig verteilt, d.h. alle Magnete 33 sind gleichweit beabstandet vom zentralen Magneten 31 und alle peripheren Magnete 33 weisen annähernd gleichen Abständen untereinander auf. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die peripheren Magnete 33 ungefähr gleich starke Magnetfelder erzeugen.

[0069] Gegebenenfalls kann ein Streckgewicht 27 zusätzlich zum zentralen Magneten, an der Sprühelektrode 11 befestigt sein. Dieses Streckgewicht 27 kann aufgrund seines Gewichts die Streckung und Ausrichtung der Sprühelektrode 11 weiter verbessern. Ein derartiges Streckgewicht 27 ist vorteilhafterweise unterhalb des zentralen Magneten 31 angeordnet.

[0070] Die peripheren Magnete 33 und gegebenenfalls der zentraler Magnet 31 können aus der Gruppe der Permanentmagnete ausgewählt sein. Als Streckgewicht kann gegebenenfalls ein Hochtemperaturmagnet eingesetzt werden. Dies ist besonders zweckdienlich bei hohen Betriebstemperaturen im Abgaskanal 13. Zum Schutz kann jeder Magnet 31,33 in eine Schutzhülle, insbesondere in eine hermetisch geschlossene Schutzhülle, eingesetzt sein. Schutzhüllen können direkt am Kamin oder der Stabelektrode angebracht sein, z.B. durch verschrauben oder verschweissen. Schutzhüllen können alternativ an einem Gurt oder einer Manschette befestigt sein. Wobei dann der Gurt oder die Manschette am Kamins 9, bevorzugt an der Aussenwand 35 des Kamins 9 befestigt werden. Der Magnetkranz oder Magnetring (Magnete 33), welcher bevorzugt ausserhalb am Kaminrohr montiert ist, wirkt abstossend auf den zentralen Magneten 31, somit wird über abstossende Kräfte der zentrale Magnet 31 mittig im Magnetkranz und somit mittig im Abgaskanal 13 gehalten und gegebenenfalls positioniert.

[0071] Ein elektrische Hochspannungsversorgung 23 liefert die elektrische Spannung für die Stabelektrode 11. Vorteilhafterweise ist zumindest die Innenwand 29 des Kamins 9 geerdet.

[0072] Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist an sich nicht stabil, denn der zentrale Magnet 31 hat die Tendenz seitlich auszulenken, gegebenenfalls sich um eine Drehachse (insbesondere um die Aufhängung 15) zu drehen. Der Magnet kann - falls nötig - über ein zusätzliches Gewicht, d.h. das oben genannte Streckgewicht 27, stabil gehalten werden.

[0073] In Fig. 4 ist der Abgaskanals von Fig. 2mit ausgelenkter Elektrode gezeigt. Eingezeichnet sind näherungsweise die Kräfte die aufgrund von Gewicht, magnetischer Abstossung und Auslenkung wirken. Das Eigengewicht der Sprühelektrode 11 und das zusätzlichen Streckgewicht 27 bedingen die Gravitationskraft Fg. Aufgrund von Gewicht und Auslenkung ergibt sich ein erster Anteil einer Rückstellkraft Fgr (wobei hier auch das Gewicht der Magnete berücksichtigt werden sollte). Zusätzlich wirken hier magnetische Kräfte. In einem System mit geringem Auslenkungswinkel kann zur Vereinfachung angenommen werden, dass die magnetischen Kräfte näherungsweise in horizontaler Richtung wirken. Im gegebenen Ausführungsbeispiel sind, wie oben ausgeführt, die Magnete gegeneinander abstossend angebracht. Sobald der mittige Magnet 31, welcher an der Sprühelektrode 11 angebracht ist, zusammen mit dieser aus seiner Gleichgewichtsposition ausgelenkt wird, wirken zusätzlich magnetische Kräfte Fm, wobei diese ebenfalls rückstellend wirken. Im dargestellten Fall setzen sich die magnetischen Rückstellkräfte Fm näherungsweise aus der Summe von Fm1und Fm2 zusammen. Die gesamte Rückstellkraft Fr ergibt sich somit aus der Summe von Fgr und Fm. Der mittig platzierte Magnet 31 wird vom äusseren Magnetring (Magnete 33) abgestossen. Die Kraft wird grösser, je näher sich der Magnet aus der Mitte bewegt.

[0074] Durch die magnetische Anordnung, wie bereits vorgängig beschrieben, wird also eine weitere Kraftkomponente beigefügt. Die Magnete sind so positioniert, dass die Feldlinien gleichgerichtet sind und sich somit abstossen.

[0075] Die magnetischen Kräfte hängen sehr stark vom Abstand der Magnetpaare ab. Befindet sich die Elektrode 11 zentriert in der Mitte so heben sich alle magnetischen Kräfte auf. Sobald jedoch die Elektrode 11 über einen Winkel α ausgelenkt wird ergibt sich der Abstand S2 zu einer und S3 zu anderen Seite. Die Kraftwirkung lässt sich vereinfacht wie folgt Beschreiben:

wobei in k2 verschiedene Konstanten zusammengefasst sind. Die Summe dieser Kräfte unter Einbezug des Vorzeichens ergibt: Fm= Fm1 – Fm2

[0076] Wichtig zu erkennen ist, dass die magnetischen Kräfte den elektrostatischen Kräften entgegenwirken (Vorzeichen). Je kleiner der Abstand zwischen zwei Magnetpaaren ist, umso stärker stossen sich diese ab. Die Summe aller magnetischen Kräfte führt wiederum zu einem Drehmoment Mm, welches mit dem Drehmoment Mgr des Streckgewichtes 27 gleich gerichtet.

[0077] Mit diesem magnetischen Drehmoment Mm, kann somit dem elektrostatischen Drehmoment Mes entgegengewirkt werden. Das Gesamtdrehmoment ergibt sich aus der Summe der einzelnen Drehmomente: Mtot = Mgr+ Mes + Mm

[0078] Die Elektrodenzentrierung bei einer 2 m Elektrode ist auch ohne Magnetzentrierung möglich. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, kann eine lange Elektrode (z.B. 10 m) ab einer bestimmten Auslenkung zu einem instabilen Zustand gelangen, was wiederum zu einem Kurschluss führt. Gemäss der simulierten Situation in Fig. 9 ist ab einer Auslenkung von ca. 6.5 cm das System unstabil (dies ist daran zu erkennen, dass das Vorzeichen des total berechneten Drehmoments bei der genannten Auslenkung von ca. 6.5 cm ändert). Die Fig. 10 und 11zeigen nun die auftretenden Drehmomente unter Berücksichtigung der Magnetzentrierung. Als zusätzliches Drehmoment wurde das magnetische Drehmoment eingefügt. Das Vorzeichen ist hierbei gleichläufig zum Drehmoment der Gewichtskraft (Streckgewicht 27) und gegenläufig zur elektrostatischen Kraft. Durch die Summation aller Drehmomente gibt es bei einer Auslenkung auf eine Seite über den gesamten möglichen Auslenkungsbereich kein Vorzeichenwechsel. Dies Bedeutet, dass die Elektrode 11 über den gesamten Auslenkungsbereich eine zentrierende Kraft bzw. zentrierendes Drehmoment zur Mitte erfährt.

[0079] Die magnetischen Rückstellkräfte Fm können bei entsprechender Auswahl der Stärke der Magnete die Wirkung der auf dem Gewicht begründeten Rückstellkräfte Fgr bei relativ geringer Auslenkung deutlich übertreffen. Somit kann die Positionierung einer langen Sprühelektrode 11 durch die zusätzliche Verwendung von einander abstossenden Magneten deutlich verbessert werden. Schwingungen und Kurzschluss können somit wirksam unterdrückt bzw. verhindert werden.

[0080] In Fig. 5 ist eine elektrostatische Filteranlage mit einer alternativen Magnetanordnung beinhaltend eine erste Magnetgruppe 39 und eine zweite Magnetgruppe 40 aufgezeigt. Hier sind nicht alleine am Endbereich der Stabelektrode 11 und auf etwa gleicher Höhe an der äusseren Kaminwand 35 zentrale und periphere Magnete 31, 33 einer ersten Magnetgruppe 39 angebracht, wie dies schon in Fig. 2 aufgezeigt wurde, sondern es sind auch zentrale und periphere Magnete 41, 43 einer zweiten Magnetgruppe 40 an zumindest einem Zwischenbereich der Stabelektrode 11 und auf etwa gleicher Höhe an der äusseren Kaminwand 35 fixiert. Eine zweite Magnetgruppe 40 oder weitere über die Länge der Sprühelektrode 11 verteilte Magnetgruppen können weiter zur Stabilisierung der Sprühelektrode 11 beitragen. Jede dieser Magnetgruppen 39 und 40 setzt sich also aus ersten und zweiten Magnetelementen zusammen und jedes erste und zweite Magnetelement einer Gruppe ist auf ungefähr gleicher Höhe am Kamin 9 angeordnet.

[0081] Zentrale und periphere Magnete, können als Stabmagnete ausgeführt sein, siehe Fig. 2, 5 oder vergrössert Fig. 6. Optional ist es jedoch auch möglich Magnete anderer Bauart zu verwenden. Wie in Fig. 7 demonstriert könne zum Beispiel Hufeisenmagnete 45 an der Peripherie verwendet werden. Wie beim zentralen Stabmagneten 31 sind die wirksamen Pole des Hufeisenmagnet 45 in einer vertikalen Achse ausgerichtet, und zwar mit demselben Richtungssinn wie beim zentrale Stabmagneten. Hufeisenmagnete 45 haben den Vorteil, dass deren magnetische Feldlinien (insbesondere wenn in peripherer Position verwendet) vorwiegend in den Abgasinnenraum gerichtet werden können.

[0082] Die Zentrierung der Elektrode kann alternativ über einen oder mehrere Magnetringe erfolgen. Hierzu werden ein oder mehrere Magnetringe vorteilhafterweise um den Kamin gelegt, insbesondere auf der Höhe eines zentralen Magneten bzw. mehrerer zentraler Magnete, welcher bzw. welche an der Sprühelektrode befestigt sind.

[0083] Im Allgemeinen ist nicht entscheidend, welche Polarität oben ist. Wichtig ist jedoch, dass die Magnete gegeneinander abstossend wirken (vgl. Fig. 2und Fig. 6).

BEZUGSZEICHENLISTE:

[0084] 9<sep>Abgasrohr oder Kamin 11<sep>Sprühelektrode, insbesondere ausgebildet als Stabelektrode 13<sep>Abgaskanal 15<sep>Aufhängung 17<sep>Halterarm 19<sep>Isolator 21<sep>Steckverbindung, Schraubverbindung oder Steckschraubverbindung 23<sep>Hochspannungsversorgung 25<sep>Längsachse des Abgaskanals 27<sep>Streckgewicht 29<sep>Innenwand des Abgaskanals bzw. Kamins 31<sep>erster Magnet, zentraler Magnet, d.h. Magnet der Sprühelektrode 33<sep>weitere Magnete, periphere Magnete 35<sep>Aussenwand des Abgaskanals bzw. Kamins 37<sep>Imaginäre Verbindungslinie 38<sep>Imaginäre Tasche 39<sep>Erste Magnetgruppe 40<sep>Zweite Magnetgruppe 41<sep>Erster, zentraler Magnet der zweiten Magnetgruppe 43<sep>Weitere, periphere Magnete der zweiten Magnetgruppe 45<sep>Hufeisenmagnet

Claims (28)

1. Elektrostatische Filterartlage beinhaltend - einen Abgaskanal (13), - eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen die Innenwand (29) des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist, - ein erstes Magnetelement (31, 41) fixiert an der Sprühelektrode, und - ein zweites Magnetelement (33, 43) fixiert an der Wand (29, 35) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt, charakterisiert dadurch, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement gegenseitig abstossend angeordnet sind.

2. Elektrostatische Filteranlage nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) einen oder mehrere einzelne Magnete beinhaltet, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete ringförmig oder kranzartig angeordnet sind.

3. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) mehrere einzelne Magnete, insbesondere mindestens drei Magnete, umfasst.

4. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) mehrere Stabmagnete, mehrere Hufeisenmagnete oder mehrere Magnete mit Eisenrückschluss, insbesondere mehrere Magnete gleicher Stärke, beinhaltet.

5. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetelement (31, 41) ein Stabmagnet beinhaltet.

6. Elektrostatische Filter anläge nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements (33, 43) eine imaginäre Verbindungslinie (37) aufspannen, welche den Abgaskanal (13) umringt.

7. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements (33, 43) eine imaginäre Verbindungslinie (37) aufspannen, welche das erste Magnetelement (31, 41) umringt.

8. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) gleich hoch wie das erste Magnetelement (31, 41) angeordnet ist.

9. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) an der Aussenwand (35) des Abgaskanals fixiert ist.

10. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) mit einem Gurt oder einer Manschette am Umfang des Abgaskanals angebracht ist, wobei die Fixierkraft des Gurtes oder der Manschette grösser ist als die Abstossungskräfte.

11. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine einzelne Sprühelektrode (11) beinhaltet.

12. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Hochspannungsversorgung (23) zur Speisung der Sprühelektrode (11) beinhaltet.

13. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Isolator (19) mit Halterarm (17) für die Sprühelektrode (11) beinhaltet.

14. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Streckgewicht (27) zur Fixierung an der Sprühelektrode (11) beinhaltet.

15. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb oder unterhalb einer ersten Magnetgruppe (39) von dieser beabstandet zumindest eine zweite Magnetgruppen (40) angeordnet ist, wobei jede Magnetgruppe (39, 40) sich aus einem genannten ersten Magnetelement (31, 41) und einem genannten zweiten Magnetelement (33, 43) zusammensetzt.

16. Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage, die elektrostatische Filteranlage beinhaltend - einen Abgaskanal (13), eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen die Innenwand (29) des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist, - ein erstes Magnetelement (31, 41) fixiert an der Sprühelektrode, und - ein zweites Magnetelement (33, 43) fixiert an der Wand (29, 35) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt, charakterisiert dadurch, dass das erste Magnetelement (31, 41) und das zweite Magnetelement (33, 43) zueinander derart angeordnet werden, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken.

17. Filterset für elektrostatische Filteranlage beinhaltend eine längliche Sprühelektrode (11), ein erstes Magnetelement (31, 41) zur Fixierung an der Sprühelektrode und ein zweites Magnetelement (33, 43) beinhaltend einen Magnet oder mehrere einzelne Magnete, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete sich kranzartig anordnen lassen, dadurch charakterisiert, dass das Set einen Gurt oder eine Manschette zur Aufnahme des zweiten Magnetelements beinhaltet.

18. Filterset nach dem vorangehenden Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurt oder die Manschette ausgerüstet ist mit Aufnahmen für den oder die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements (33, 43), insbesondere mit Aufnahmen worin der eine Magnet oder die einzelne Magnete kraftschlüssig fixierbar sind, und gegebenenfalls dass der Gurt oder die Manschette ausgerüstet ist mit Spannmitteln, welche eine kraftschlüssige Fixierung des Gurts oder der Manschette um den äusseren Umfang eines Abgaskanals erlauben.

19. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Hochspannungsversorgung (23) beinhaltet.

20. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Isolator (19) mit Halterarm (17) für die Sprühelektrode (11) beinhaltet.

21. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Streckgewicht (27) zur Fixierung an der Sprühelektrode (11) beinhaltet.

22. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine einzelne Sprühelektrode (11) beinhaltet.

23. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Magnetelemente (31 und 41) und zumindest zwei zweite Magnetelemente (33 und 43) vorliegen, sodass sich eine erste Magnetgruppen (39) und eine zweite Magnetgruppe (40) aus je einem ersten Magnetelement (31, 41) und einem zweiten Magnetelement (33, 43) zusammenstellen lassen, wobei gegebenenfalls zumindest zwei Gurte oder Manschetten zur Aufnahme der zumindest zwei zweiten Magnetelemente vorliegen.

24. Verfahren zur Montage eines Filtersets nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass - die langgestreckte Sprühelektrode (11) im Abgaskanal (13) isoliert und beabstandet von der Innenwand (29) des Abgaskanals angeordnet wird, - das erste Magnetelement (31, 41) zur Fixierung an der Sprühelektrode am unteren Ende der Sprühelektrode angebracht wird, und - das zweite Magnetelement (33, 43) an einer Wand (29, 35) des Abgaskanals derart angebracht wird, dass dieses das erste Magnetelement umgibt und magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt.

25. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) derart an einer Wand (29, 35) eines Abgaskanals (13) angebracht wird, dass dieses das erste Magnetelement umgibt und zumindest unter Betrieb der Anlage magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt, sodass das erste Magnetelement und damit die Sprühelektrode im Abgaskanal auf zentrierter Position von der Innenwand (29) des Abgaskanals beabstandet gehalten wird.

26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) auf gleicher Höhe wie das erste Magnetelement (31, 41) oder leicht höher als das erste Magnetelement angebracht wird.

27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochspannungsversorgung (23) mit einem isolierenden Halterarm (17) für die Sprühelektrode ausserhalb des Abgaskanals (13) befestigt wird, sodass der Halterarm gegen den Abgaskanal elektrisch isoliert in diesen hineinreicht.

28. Verwendung des Filtersets nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 23 zur Ausrüstung oder Nachrüstung von Abgasanlagen.