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Die
Erfindung betrifft die Kollektorstufe eines elektrostatischen Abscheiders
und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die Einrichtung besteht aus
einem elektrostatischen Abscheider mit einer Ionisierungsstufe und
einer gasstromabwärts folgenden Kollektorstufe in einem
Abschnitt eines Kanals zur Gasführung.
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Es
werden Rauchgase aus Verbrennungskammern, Holzöfen oder
sonstigen Holzverbrennungseinrichtungen, die für die Erwärmung
eingesetzt werden, behandelt. Im elektrostatischen Abscheider wird
das zu reinigende Rauchgas in die Ionisierungsstufe eingeleitet
und durch das elektrische Feld zwischen einer Hochspannungselektrode
und einer auf einem Bezugspotential, meist Erdpotential, liegenden
Elektrode geströmt, in dem die Partikel über Koronaentladung
an der Hochspannungselektrode elektrisch geladen werden. Beim Weiterströmen in
die Kollektorstufe werden die Partikel dort auf der auf Bezugspotential
liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert,
wobei elektrische Kräfte durch Raumladungsbildung aus geladenen
Partikeln nach Austritt aus der Ionisierungsstufe und im Kollektorbereich
die Ablagerung zusätzlich begünstigen.
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Elektrostatische
Abscheider werden ganz allgemein zur Gasreinigung eingesetzt. Das
Verfahren der Aerosolaufsammlung in einem elektrostatischen Abscheider
mit Raumladungsausbildung beruht auf der Partikelladung in einer
Koronaentladung und der Abscheidung unipolar geladener Partikel
entsprechend dem Feld ihrer eigenen Raumladung. Der Mechanismus
der Abscheidung über Raumladung ist in: „J.
R. Melcher, K. S. Sachar, E. P. Warren, Overview of Electrostatic
Devices for Control of Submicrometric Particles, Proceedings of
the IEEE, vol. 65, No. 12, 1977, p. 1659–1669" beschrieben.
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Die
Entwicklung und Anwendung der Raumladungsabscheider zur Aufsammlung
von Partikeln aus Verbrennungsgasen wird in der
CH 649 645 vorgestellt. In dem elektrostatischen
Abscheider gelan gen die Verbrennungsgase durch den Ionisierer, in dem
die Partikel in einer Koronaentladung geladen werden. Die Koronaentladung
wird an der scharfen Kante der Hochspannungselektrode gebildet.
Der Gaskanal ist geerdet. Die geladenen Partikel werden auf der
inneren Oberfläche des Gasrohrs, dem Kollektorrohr, abgeschieden
und gesammelt, hauptsächlich stromabwärts der
Ionisierungsstufe.
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Die
Gestalt der Hochspannungselektrode, des Hochspannungsisolators und
der Kollektorstufe eines Raumladungsabscheiders werden beispielsweise
in der
DE 10 2004 039 118 beschrieben
und diskutiert:
Partikel werden geladen und im ersten Ladungsfeld abgeschieden;
Der
Rest der Partikel gelangt durch das zweite Ladungsfeld und die geladenen
Partikel werden unter dem Einfluss der Aerosolraumladung auf der
inneren Oberfläche der Wände der Abscheiderkammer, durch
die das Verbrennungsgas gelangt, abgeschieden und gelangt dann aus
dem Abscheider raus.
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Aus
der
US 4,675,029 ist
zu entnehmen, dass ein Schadstoffentfernungsgerät bzw.
ein Wärmetauschergerät aus mehreren ausgerichteten Durchgängen
besteht. Negativ geladene Scheibenelektroden sind in röhrenförmigen
Elektroden positioniert. Teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe
und Feuchtigkeit in den Emissionsprodukten werden negativ geladen,
während sie durch die röhrenförmige Elektrode
gelangen, um auf ihrer Innenoberfläche abgeschieden zu
werden. Umgebungsluft wird durch die Durchgänge zwischen
den röhrenförmigen Elektroden geleitet, um Wärme
von den Emissionskomponenten aufzunehmen, wobei die erwärmte
Luft von dem Gerät entnommen wird. Die elektrostatische
Abscheidung von Material auf den röhrenförmigen
Elektroden entfernt nicht nur ungewünschtes Material von den
Emissionskomponenten, sondern verstärkt auch den Wärmetausch
mit der Umgebungsluft, die durch das Gerät gelangt.
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Die
Analyse der Entwicklung zeigt, dass der Gebrauch nasselektrostatischer
Abscheider zur Abscheidung von Partikel aus Holz öfen kompliziert
ist, hauptsächliche wegen der hohen Abgastemperatur, wegen
der hohen Kosten der elektrostatischen Abscheider und wegen der
Reinigung von Abwasser.
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Das
Problem der trockenelektrostatischen Abscheider besteht in der notwendigen
Reinigung der Abscheideelektroden. Stellt man den Vergleich zwischen
dem konventionellen und dem elektrostatischen Abscheider mit Raumladung
an, gelangt man zu der Ansicht, dass der elektrostatische Abscheider mit
Raumladung Vorteile hat, insbesondere beim Austauschen und Reinigen
des Kollektors, weil letzterer von der Ionisierungsstufe getrennt
ist.
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Der
Kollektor der bekannten elektrostatischen Abscheider braucht Austausch
und Reinigung, d. h. Reinigung des Kanals oder des Kanalrohrs, der Röhrenbündel
und der Kollektorkammer. Deshalb muss der elektrostatische Abscheider
oft abgeschaltet, geöffnet und geschlossen werden. Das
erhöht die Betriebskosten des Abscheiders. Kompliziert
den Aus- und Einbau der Einheit wie auch die Einstellung der Ionisierungsstufe
und der Kollektorstufe.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Reinigung
des Rauchgases von Verbrennungsvorgängen, insbesondere
von Verbrennungsöfen industrieller als auch privathaushaltlicher
Art, die eingebaut, auch nachträglich in eine bestehende
Heizanlage eingebaut werden kann. Die Einrichtung soll zuverlässig
arbeiten und wartungsarm sein und eine Wartung über den
einfachen Zugang leicht ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
und den Verfahrensschritten nach Anspruch 11 gelöst. Nach
Anspruch 1 besteht die Kollektorstufe des elektrostatischen Abscheiders
zur Reinigung von aus Verbrennungsprozessen entstandenem Rauchgas,
wobei der Abscheider aus einer Kollektorstufe mit mindestens einem
Kollektor in Form eines Kollektorrohres mit kreisförmig
lichtem Querschnitt besteht. In ihm sitzt eine wendelförmige
Bürste mit mindestens einem vollen Gang drehbar gelagert.
Die Bürste besteht dabei aus einem zentralen, koaxial zum
Kollektorrohr sitzenden Stab oder Rohr, auf dessen äußerer
Mantelfläche radial zur Wendelachse abstehende Bürstendrähte
büschelartig sitzen, die mit ihrem freien Ende das Kollektorrohr
berühren und die Innenwand bei Drehung der Bürste
abbürsten.
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Zumindest
die Innenwand des Kollektorrohrs und die darin sitzende Bürste
liegen an einem gemeinsamen elektrischen Bezugspotential, meist
Erdpotential.
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Nach
Anspruch 11 besteht das Verfahren zum Betreiben der Kollektorstufe
des elektrostatischen Abscheiders aus folgenden Verfahrensschritten:
Die
in einer Koronaentladung des Ionisierers elektrisch geladenen Partikel
des Rauchgases werden in die Kollektorstufe eingeströmt,
in dem sich teilweise die elektrisch geladenen Partikel an der sich
auf einem elektrischen Bezugspotential befindenden inneren Oberfläche
ablagern und elektrisch neutralisiert werden; und teilweise die
strömenden, elektrisch geladenen Partikel eine Raumladungswolke
im Kollektor bilden, aus der die elektrisch geladenen Partikel auf
die sich auf dem elektrischen Bezugspotential befindende innere
Oberfläche hin elektrisch beschleunigen, bzw. darauf zu
triften. Auch diese werden und beim Auftreffen und Ablagern darauf
elektrisch neutralisiert.
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Die
wendelförmige Bürste wird in jedem Kollektorrohr
während der Gasströmung ständig oder nur
in vorgebbaren Zeitabständen gedreht, damit die auf der
inneren Oberfläche des jeweiligen Kollektorrohrs abgelagerten
und elektrisch neutralisierten Partikel abgebürstet und
zu dem am tiefsten liegenden Bereich eines Kollektors hingebürstet
werden. Die auf der wendelförmigen Bürste selbst
abgelagerten und elektrisch neutralisierten Partikel fallen über
die Reinigung der Bürste an der Schiene zur diesem am tiefsten
liegenden Bereich hin ab.
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Die
Innenwand des Kollektorrohrs wird über die Bürste
frei gebürstet. Durch den dortigen Wärmeübergang
durch das Kollektor rohr und durch die Wand zur Umgebung stellt sich
ein Temperaturgefälle vom Zentrum des Kollektorrohrs her
ein, über das zusätzlich in dieser Zone schwebende
Partikel zur Innenwand des Kollektorrohrs hin thermophoretisch beschleunigt
werden. Diese Trift der Partikel, ob geladen oder neutral, durch
Thermophorese wird letztlich durch den Druckgradienten bewirkt,
der durch den Temperaturgradienten erzeugt wird.
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In
den Unteransprüchen 2 bis 10 sind technische Maßnahmen
beschrieben, die einen Langzeitbetrieb vorteilhaft unterstützen.
So ist nach Anspruch 2 an der Innenwand des Kollektorrohrs über
höchstens den axialen Längenbereich der Bürste
mindestens eine Schiene zur Reinigung der Bürste beim Drüberstreifen
angebracht.
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Nach
Anspruch 3 ragt die Schiene mit höchstens einem Fünftel
des lichten Durchmessers d des Kollektorrohrs in das Innere des
Kollektorrohrs.
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Nach
Anspruch 4, ist der lichte Querschnitt zwischen zwei Gängen
in der wendelförmigen Bürste mindestens gleich
dem lichten Querschnitt des Kollektorrohrs. Dadurch wird ein Gasströmungsabbruch im
Kollektor vermieden und die Kaminwirkung bleibt aufrechterhalten.
Gegebenenfalls müsste ein Gebläse im Gasführungskanal
den Gasstrom unterstützen oder gar erzwingen.
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Nach
Anspruch 5 ist die innere Oberfläche des Kollektorrohrs
und/oder die Oberfläche der Bürste mit einem katalytischen
Material bedeckt sind.
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Nach
Anspruch 6 setzt an mindestens einer Stirn des Stabes oder des Rohres
ein Handantrieb oder ein Motorantrieb an.
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Nach
Anspruch 7 sitzt im Bereich der tiefsten Einbaulage des Kollektors
oder des Kollektorrohres eine zugängliche Auffangwanne,
oder es befindet sich dort eine Zugangsklappe.
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Nach
Anspruch 8 umgibt der Kollektor die Ionisierungsstufe des elektrostatischen
Abscheiders koaxial.
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Nach
Anspruch 9 besteht die Kollektorstufe aus mehreren achsenparallelen
Kollektoren, die die Ionisierungsstufe achsenparallel umgeben.
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Nach
Anspruch 10 ist die Kollektorstufe im Bürstenbereich von
einem Wärmetauscher in Form von die Oberfläche
vergrößernden Mitteln oder von einem mit Kühlmittel
durchströmbaren Wärmetauscher umgeben. Dadurch
wird einerseits Wärme in die Umgebung abgegeben – wie
immer die genutzt werden würde. Andrerseits wäre
eine unterstützte Trift der schwebenden Partikel im Kollektor
durch Thermophorese gegeben, sofern die Innenwand über
die Bürstenrotation gereinigt würde.
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Die
Lage mit der Reinigung des Kollektors kann durch periodisches oder
kontinuierliches Reinigen ohne Ausbau oder Öffnen des Kollektors
verbessert werden. Die Verbesserung betrifft den Kollektor eines
elektrostatischen Abscheiders, in dem eine Bürste im Kollektorrohr
oder -kanal eingebaut ist. Die Bürste kann periodisch oder
kontinuierlich betrieben werden. Die Bürste ist aus elektrisch
leitenden, im Wesentlichen aus Stahldrähten gefertigt.
Der Gebrauch der Bürste lässt die Verstärkung
des Vorgangs der Partikelabscheidung bei gleichzeitiger Reinigung
des Kollektorrohrs, -kanals mit der Bürste und das Abscheiden
auf ihr selbst zu. Das schlägt sich konstruktiv in einer
Verringerung der Baugröße der Kollektorstufe nieder,
ohne die Abscheideeffizienz zu mindern.
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Der
Vorgang der Partikelabscheidung kann durch die Ausnutzung der gasdynamischen,
elektrostatischen und thermophoretischen Verfahren der Gasreinigung
in dem Kollektorrohr/-kanal verbessert werden. Die Reinigung der
inneren Oberfläche des Kollektorrohrs verstärkt
den Wärmeübergang und die thermophoretische Abscheidung
der Partikel im Kollektor.
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Die
innere Oberfläche des Kollektorkanals oder die Oberfläche
der Bürste oder beides, des Kollektorkanals und der Bürste
kann aus elektrisch leitendem Material mit katalytischer Beschichtung
hergestellt sein, was die gasförmige Emission von brennenden
Anteilen beim Durchgang durch den Kollektor mindert. Bei der Auswahl
und Auslegung der Materialien für den elektrostatischen
Abscheider sind von vorne herein Randwerte, wie Rauchgas temperatur,
chemische Rektionslosigkeit bzw. Reaktionsträgheit und
mechanische Festigkeit über den zu berücksichtigenden
Temperaturbereich hinweg, zu respektieren.
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Anhand
der Zeichnung werden verschieden Strukturen der Einrichtung zur
Reinigung von Rauchgas mit einem zur Ausbildung von Raumladung geeigneten
elektrostatischen Abscheider erläutert.
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Die
Figuren zeigen im Einzelnen:
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1a eine
erste Abscheiderstruktur mit stehender Kollektorstufe und manuell
angetrieben;
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1b eine
erste Abscheiderstruktur mit stehender Kollektorstufe und mit Motor
axial angetrieben;
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2a einen
Abscheider mit stehender Kollektorstufe, senkrecht zur Achse manuell
angetrieben;
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2b einen
Abscheider stehender Kollektorstufe, senkrecht zur Achse per Motor
angetrieben;
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3a einen
Abscheider mit stehender Kollektorstufe und Zugang am Boden, manuell
angetrieben;
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3b einen
Abscheider mit stehender Kollektorstufe und Zugang am Boden, axial
per Motor angetrieben;
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4a einen
Abscheider mit liegender Kollektorstufe, manuell angetrieben;
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4b einen
Abscheider mit liegender Kollektorstufe, axial per Motor angetrieben;
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5 einen
umkleideten Abscheider mit senkrecht stehender Kollektorstufe;
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6 einen
Abscheider mit senkrecht stehender Kollektorstufe und wärmetauschender
Ummantelung;
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7a einen
Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe;
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7b einen
Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe und wärmetauschender
Ummantelung;
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8a einen
Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe aus mehreren
Kollektoren;
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8b einen
Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe aus mehreren
Kollektoren und wärmetauschender Ummantelung;
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9a die
Partikelanzahlkonzentration gasstromabwärts ohne Partikelladung;
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9b die
Partikelanzahlkonzentration gasstromabwärts mit Partikelladung.
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1a zeigt
die Einrichtung des elektrostatischen Abscheiders mit Raumladung.
Der Abscheider besteht aus dem hier waagrecht liegenden Ionisierungsstufe 1 und
der gasstromabwärts anschließenden, senkrecht
stehenden Kollektorstufe 2. Die Ionisierungsstufe 1 ist
nicht Erfindungsgegenstand, aber als ein zentraler Bestandteil des
elektrostatischen Abscheiders in seiner Kontur angedeutet. In ihm
wird das links unten im Bild durch den Rauchgaseinlass 3 eintretende,
durch einen Pfeil angedeutete Roh- oder Rauchgas eingeströmt
und die Partikel darin in einer Koronaentladung aufgeladen. Die
Kollektorstufe 2 besteht hier aus dem einen senkrecht stehenden
Kollektorrohr 8, in dem die sich um den Stab oder das Rohr 6 wie
ein senkrecht gewundenes Band windende Bürste 5 koaxial
zur Achse des Kollektorrohrs 8 lagert. Die Bürste 5 ist
herstellungstechnisch etwa ein Büstenband und wird mit
seiner Bürstenwurzel auf der Mantelfläche des
Stabes oder des Rohrs 6 wendelförmig mit hier
beispielsweise 3,5 Windungen verankert. Die Bürstendrähte 7 sind
hier aus Metall, vorzugsweise aus thermisch belastbarem Edelstahl,
deren freie Enden die innere Kollektorwand im Einbau über
die ganze Wendel stets bürstend berühren. Sie sind
aus mindestens bis 500°C wärmebeständigen, für
den Prozess inerten Stahldraht. Das Lupenbild in 1a zeigt
die Situation vergrößert. Das Querschnittsbild
der Bürste öffnet sich radial nach außen zur
Innenwand des Kollektors v-förmig. Für technische
Anwendungen gibt es solche wendelförmigen Bürsten
von spezialisierten Industriebürstenherstellern. An der
oberen Stirn des Stabes oder des Rohrs 6, der durch die
Stirnabdeckung 12 gelagert aus dem Kollektorrohr 8 ragt,
ist ein Handgriff 10 angebracht, über den die
Bürste 5 drehbar ist. In 1b sitzt
auf der Stirnabdeckung 12 der in Kontur angedeutete Motor 11.
Oben, aus der Mantelwand heraus ragt der Flansch 4 für
den Reingasaustritt.
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Zur
Reinigung der Bürste 5 sitzt starr und parallel
zur Achse des Kollektorrohrs 8 auf der Innenwand des Kollektorrohrs 8 die
Schiene 13, die schmalseitig oder kantig radial zur Achse
gerichtet ist. Die Schiene 13 kann ein hochkant stehendes Bandmaterial
mit rechteckigem Querschnitt oder ein spitzes Rohrprofil mit dreieckigem
Querschnitt oder ein v-förmiger Winkel sein. Die Schiene 13 steht
vorzugsweise höchstens mit 0,2-fachem lichtem Innendurchmesser
des Kollektorrohrs 8 zur Achse gerichtet. Die Schiene 13 reicht
mindestens über die gesamte axiale Länge der Bürste 5,
so dass die Reinigungswirkung bei Drüberstreifen bei einer
Volldrehung der Bürste 5 über die gesamte
Bürstenwendel geht. Zweckmäßigerweise
wird hier die Bürste 5 so gedreht, dass die an
der Innenwand abgebürsteten Partikel nach unten gebürstet
werden und schließlich in die an tiefster Kollektorstelle
sitzende Auffangwanne 9 fallen. Das gleiche gilt für
die auf der Bürste 5 bzw. auf den Bürstendrähten 7 abgelagerten
Partikel.
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In 1a und 1b wird
die Bürste 5 axial angetrieben. Gaseintritt und
Gasaustritt erfolgen mantelwandseitig an der Kollektorstufe 2.
In den 2a und 2b wird
die Bürste 5 über ein Winkelgelenk rechtwinkelig
durch die Wand des Kollektorrohrs 8 hindurch gedreht. Hier
kann deshalb der Gasaustritt aus der Kollektorstufe 2 stirnseitig
erfolgen, wie der Pfeil oben andeutet.
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3a und 3b zeigen
Struktur des Abscheiders mit horizontal liegender Ionisierungsstufe 1,
der unten an der Kollektorstufe 2 mantelwandseitig anflanscht.
Die Kollektorstufe 2 aus dem hier einen Kollektorrohr 8 steht
senkrecht. Die Bürste 5 wird durch die Stirnseite
am Boden hindurch über den Handgriff 10 per Hand
oder über den Motor 11 gedreht. Über
die verschließbare Zugangsklapppe 15 ist das Kollektorrohr 8 zugänglich,
und die abgelagerte Partikelanhäufung ist ausräumbar.
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Der
nach den 4a und 4b vorgeschlagene
Abscheider hat die axiale Baustruktur von Ionisierungsstufe 1 und
Kollektorstufe 2 mit einem Kollektorrohr 8. Beide
liegen jetzt horizontal, die Kollektorstufe gasstromabwärts
zur Ionisierungsstufe. Die Auffangwanne 9 für
die abgeschiedenen und über die Bürste 5 heran
gebürsteten Partikel sitzt hier in einer zugänglichen
Vertiefung 16 der Wand im Kollektorrohr 8. Die
Schiene 13 zur Reinigung der Bürste 5 beim
daran Vorbeidrehen ihre Bürstendrähte 7 sitzt jetzt über
die Länge der Bürste 5, durch den Stab oder
das Rohr 6 verdeckt, auf der Innenwand des Kollektorrohrs 8.
Rauchgaseintritt und Reingasaustritt sind jeweils durch die beiden
Pfeile angedeutet.
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In 5 ist
die Einrichtung zur Rauchgasreinigung, der elektrostatische Abscheider
aus zueinander rechtwinkeliger Anordnung von Ionisierungsstufe 1 und
einrohriger Kollektorstufe 2, von einem Gehäuse 17 bis
auf Rauchgaseintritt und Reingasaustritt völlig umgeben.
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In 6 ist
der elektrostatische Abscheider aus der Ionisierungsstufe 1 und
der dazu rechtwinkeligen einrohrigen Kollektorstufe 2 im
Bereich der Bürste 5 von einem kühlmitteldurchströmbaren
Wärmetauscher 18 ummantelt. Hierzu besitzt der
Wärmetauscher 18 den Kühlmitteleingang 19 und
den Kühlmittelausgang 20. Sonst ist die Struktur
entsprechend den vorangegangenen Vorschlägen. Mit dem Wärmetauscher 18 im
Bereich der Bürste 5 wird die Wirkung des trockenelektrostatischen
Abscheiders bei Kühlmitteldurchströmung durch
die Thermophorese verstärkt. Der Temperaturgradient vom
Zentrum zur Wand hin bewirkt diese Trift durch ständige
Unterdruckbildung. Es gibt die drei Triftmechanismen: der gasdynamische,
der elektrostatische und der thermophoretische, wobei der elektrostatische
sich in zwei Triftmechanismen aufspaltet, nämlich Attraktion eines
einzelnen geladenen Partikels auf die Oberfläche mit Bezugspotential
und Attraktion der Raumpartikel aus der Raumladungswolke zur Oberfläche
mit Bezugspotential hin. Um die Trift durch Thermophorese jedoch
deutlich aufrecht zu erhalten, muss die Innenwand des Kollektorrohrs 8 während
des Betriebs mindestens in angemessenen Intervallen oder ständig
durch die Bürste 5 abgebürstet werden,
damit sich keine Wärmeisolationsschicht durch verbleibende
Partikelablagerung aufbauen kann.
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Geeignete
Wärmetauscher mit Zwangskühlung sind aus der Kühler-/Wärmetauschertechnologie
bekannt. An Stelle des zwangsgekühlten Wärmetauschers
kann dort lediglich eine Oberflächenvergrößerung
durch Kühlrippen beispielsweise – und damit eine
natürliche Kühlung – genau so die Thermophorese
provozieren.
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In 7a ist
ein koaxialer und konzentrischer Aufbau des elektrostatischen Abscheiders
dargestellt. Die Ionisierungsstufe 1 sitzt koaxial in der Kollektorstufe 2.
Der Rauchgaseintritt von oben aus der Kammer 23 in die
Ionisierungsstufe 1 geht durch die stirnseitig sitzende
Lochscheibe hindurch. Die Kammer 23 ist eine abdeckende
Verlängerung des äußeren Kollektorrohrs 8.
Der Rauchgaseintritt 3 in die Kammer 23 ist hier
mantelwandseitig gezeichnet. Auf der oberen Stirnwand der Kammer 23 sitzt
zentral der Motor 11, dessen Antriebsachse in der Lochscheibe
zur Ionisierungsstufe 1 endet, an der die Wand der Ionisierungsstufe 1 drehbar
fest sitzt. Technische Details zu der Ionisierungsstufe 1,
wie Hochspannungselektrodenmontage und Hochspannungsanschlüsse
sind nicht eingetragen, da das hier nicht unmittelbar die Erfindung
tangiert. Die auf Bezugspotential sitzende, umgebende Wand der Ionisierungsstufe 1 bildet
hier gleichzeitig gewissermaßen das Rohr 6, auf
dem an der äußeren Wand die wendelförmige
Bürste 5 sitzt, die die Innenwand des Kollektorrohrs 8 über
ihren Längsbereich hinweg bei Drehung bürstet.
Damit, wie eingezeichnet, die Gasströmung in angedeuteter
Weise erzwungen wird, ist das Kollektorrohr 8 stirnseitig
zur Kammer 23 hin über eine Ringscheibe gleitdichtend
zum Rohr der Ionisierungsstufe 1 hin abgedeckt. Der an
diesem Rohr oben sitzende O-Ring deutet das an. Kurz unterhalb der
oberen Stirn des Kollektorrohrs 8 sitzt der Reingasaustritt 4 aus
der Kollektorstufe 2. Der Rauchgasstrom strömt
in die Kammer 23 ein, tritt in die nur als Kontur angedeuteten
Ionisierungsstufe 1 ein und strömt darin nach
unten, wobei die Rauchgaspartikel in der dort bestehenden Koronaentladung
elektrisch geladen werden. Der Rauchgasstrom mit elektrisch geladenen
Partikeln tritt unten aus der Ionisierungsstufe 1 aus,
streift die Auffangwanne 9, legt erste Partikel darin ab,
fächert sich kontinuierlich trichterförmig auf
und strömt in die Kollektorstufe 2 entgegen gesetzt
nach oben. In der Kollektorstufe 2 gehen die weiteren Triften,
gasdynamische, elektrische und thermophoretische, auf die Innenwand
und die wendelförmige Bürste 5 mit elektrischer
Neutralisierung vor sich. Abfallende und abgebürstete Partikel
fallen in die Auffangwanne 9 und werden dort gesammelt. Die
Schiene 13, die die drehende Bürste 5 reinigt,
ist hier nicht mehr hervorgehoben, ist aber auch in dieser Version
Bestandteil. 7b zeigt die selbe Situation
wir in 7a, den Abscheider betreffend,
jedoch ummantelt der zwangsgekühlte Wärmetauscher 18 mit
seinem Kühlmitteleinlass 19 und seinem Kühlmittelauslass 20 den
Kollektor 2.
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8a und 8b zeigen
die von der Kollektorstufe 2 aus mehreren Kollektorrohren 8,
in den beiden Figuren sechs beispielsweise, koaxial umgebene Ionisierungsstufe 1,
die zentral und achsparallel zu den sechs Kollektorrohren 8 sitzt.
Das zu reinigende Rauchgas mit seinen elektrisch noch neutralen Partikeln
tritt von oben in die Ionisierungsstufe 1 ein und strömt
darin nach unten, dabei werden die Partikel des Rauchgasstroms in
der dort bestehenden Koronaentladung elektrisch geladen. Unten tritt
der Rauchgasstrom mit seinen elektrisch geladenen Partikeln aus,
streift die Auffangwanne 9, in die ein Teil Partikel abgeschieden
und elektrisch neutralisiert wird. Der Rauchgastrom kehrt nach dem
Durchgang durch die Ionisierungsstufe 1 seine Richtung zwangsweise
entgegen gesetzt um und fächert sich in diskrete Ströme
durch die sechs Kollektorrohre 8 auf. Aus den Kollektorrohren 8 strömt
die sechs Reingasströme in der abdeckenden, ringförmigen
Kammer 21 wieder zusammen und treten als ein Reingasstrom
am Flansch 4 aus. Die Bürsten 5 in den
einzelnen Kollektorrohren 8 werden über je den
Motor 11 angetrieben. In 8b kann
wegen des ummantelnden, zwangsgekühlten Wärme tauschers 18 mit
seinem Kühlmitteleingang 19 und seinem Kühlmittelausgang 20 die
thermophoretische Trift provoziert werden. In beiden 8a und 8b sind
die wendelförmigen Bürsten nur noch das Bezugszeichen 5 angedeutet.
Zu beiden Axialschnitten steht jeweils rechts dazu der Querschnitt
durch die Kollektorstufe 2 und Ionisierungsstufe 1.
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Die
wendelförmige Bürste 5 ist aus elektrisch leitfähigem
Material, vorzugsweise Metall- bzw. Stahldrähten hergestellt.
Die Bürste 5 kann auch aus halbleitendem Material
hergestellt sein. Die Bürstendrähte können
mit unterschiedlich katalytischen Materialien beschichtet sein.
Die wendelförmige Bürste 5 ist wegen
des Bürstens an der Innenwand des Kollektorrohrs 8 und
wegen des Reinigens beim Streifen der mindestens einen Schiene 13 an
der Innenwand des Kollektorrohrs 8 sowie der doch hohen
Rauchgastemperatur, bis etwa 500°C für einen Langzeitbetrieb
ausgelegt.
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Ein
elektrostatischer Abscheider mit der Struktur gemäß 3a wurde
gebaut, aufgestellt und experimentell untersucht. Das Rauchgas von
einem Haushaltsholzofen wurde mit einer Temperatur von 250–320°C
in den Ionisierer eingeleitet. Zur elektrischen Partikelladung wurde
eine negative Gleichspannung von 14–20 kV an die Hochspannungselektroden
angelegt. Die Koronaentladung zur Partikelladung benötigte
je nach Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur einen Koronastrom
von 0,3 bis 0,6 mA. Im Kollektorrohr 8 mit 120 mm lichtem
Durchmesser war eine wendelförmige Drahtbürste 5 eingebaut.
Das Kollektorrohr war 600 mm lang.
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Gravimetrische
Messungen gemäß VDI 2066 wurden
durchgeführt. Der Messungspunkt lag etwa 1 m gasstromabwärts
des Abscheiders. Die Partikel-Massen-Konzentration im Rauchgas lag
zwischen 50 und 110 mg/Nm3. (Die Dimension
mg/Nm3 heißt hier: Milligramm pro
Normkubikmeter und meint mit Norm bei 0°C und 1 Atm Luftdruck.)
Der Trenngrad oder auch Abscheidegrad des Abscheiders lag zwischen
60 und 80% bei einer Gasgeschwindigkeit von 0,5 bis 0,7 m/s im Kollektorrohr.
Damit wurde im Vergleich mit be kannten Abscheidereinrichtungen die
hervorragende elektrostatische Abscheidung bei reduzierter Kollektorrohrslänge
aufgrund der eingebauten drehbaren Bürste bestätigt.
Die Messungen der Partikel-Anzahl-Konzentration im Gasstrom zeigen
nach 9, dass der elektrostatische
Abscheider mit wendelförmiger Bürste im Kollektorrohr 8 die deutliche
Abnahme der Partikel-Anzahl-Konzentration im Gasstrom bewirkt. Bei
abgeschaltetem Abscheider war die Konzentration der Partikel im
gasstromabwärts des Abscheiders zwischen (1–3,5)·107 #/cm3 (siehe 9a).
Bei dazugeschalteten Abscheider war die Partikel-Anzahl-Konzentration
(1–3)·105 #/cm3 (siehe 9b). Die
Reinigung des Kollektorrohrs mit der wendelförmigen Bürste 5 verstärkt
die Abscheidereffizienz des raumladungsbehafteten Abscheiders. Wurde
das Kollektorrohr 8 mit der wendelförmigen Bürste 5 durch
Drehung gebürstet, verringerte sich die Partikel-Anzahl-Konzentration
in der Reingasströmung von 3,3·105 #/cm3 auf 1,2·105 #/cm3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - CH 649645 [0004]
- - DE 102004039118 [0005]
- - US 4675029 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „J.
R. Melcher, K. S. Sachar, E. P. Warren, Overview of Electrostatic
Devices for Control of Submicrometric Particles, Proceedings of
the IEEE, vol. 65, No. 12, 1977, p. 1659–1669” [0003]
- - VDI 2066 [0058]