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Die
Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider, insbesondere
für eine Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiter betrifft die Erfindung ein
Heizungssystem zur Erzeugung von Energie mittels Verbrennen von
einem Energieträger mit einem elektrostatischen Abscheider
nach Anspruch 10.
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Aufgrund
der Emissionen von Heizungsanlagen und globaler Bemühungen,
derartige Emissionen zu reduzieren, wie zum Beispiel das Kyoto-Abkommen,
werden bei Heizungsanlagen entsprechende Abgasreinigungsanlagen
verwendet. Diese sollen insbesondere die schädlichen Stoffe
und Partikel aus Abgasen herausfiltern, sodass das verbleibende,
gereinigte Abgas bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann.
Insbesondere werden derartige Abgasreinigungsanlagen bei Biomasse-Heizanlagen eingesetzt,
bei denen neben ansonsten ökonomischen und ökologischen
Vorteilen eine erhöhte Emission an Schadstoffen in den
Abgasen auftreten kann. Gerade die relativ hohe Emission an Feinstaub
als ein Schadstoffanteil kann bei Biomasse-Heizungsanlagen problematisch
sein.
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Aus
der
EP 1 193 445 A2 ist
eine Abgasreinigungsanlage bekannt, welche für Biomasse-Heizungsanlagen
zur Verringerung von Feinstaubemission verwendet wird. Die dort
beschriebene Vorrichtung ist in einen Rauchgaskanal einbaubar und
weist hierzu einen Deckel auf, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung
an einem Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite des Deckels
ist über eine isolierende Halterung eine Sprühelektrode,
zum Beispiel in Form eines gespannten Stabes, gehalten. Ein Hochspannungs-Transformator
mit Gleichrichterfunktion erlaubt den Aufbau einer hohen Gleichspannung
zwischen dem Draht und dem Deckel, welcher elektrisch leitend mit
dem Ofenrohr verbunden ist, sodass dieses als Kollektorelektrode
wirkt.
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Ein
derartiger Elektrofilter mit Sprühelektrode und Kollektorelektrode
ist auch als elektrostatischer Abscheider bekannt. Dieser wird zur
Abgasreinigung in einer Abgasleitung einer Heizungsanlage eingesetzt.
Dabei wird durch die Sprühelektrode, welche etwa mittig
durch die Abgasleitung verläuft und deshalb auch als Mittelelektrode
bezeichnet wird, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung
ein Kondensator gebildet, der bei einer zylinderrohrförmigen
Ausbildung der Abgasleitung auch als Zylinderkondensator bezeichnet wird.
Die Sprüh- oder Mittelelektrode weist in der Regel einen
kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung
des Abgases auf, wobei der Durchmesser des Querschnitts oder auch
der Krümmungsradius im Allgemeinen relativ klein ausgebildet
ist, zum Beispiel kleiner als 0,4 mm. Um nun die Schadstoffe, genauer
die nicht an die Umwelt abzugebenden Partikel, des Abgases aus dem
Abgasstrom abzuscheiden, wird durch die Mittelelektrode und die
durch die Mantelfläche gebildete Kollektorelektrode ein
quer zur Strömungsrichtung verlaufendes Feld mit Feldlinien
von der Mittelelektrode zur Kollektorelektrode gebildet. Hierzu
wird an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, zum Beispiel
in dem Bereich von 15 kV. Dadurch bildet sich eine Corona-Entladung
aus, durch welche die in dem Abgas durch das Feld strömenden
Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern
die meisten der Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte
zur Innenwand der Abgasleitung, welche als Kollektorelektrode dient.
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Wie
oben bereits erwähnt, werden die Partikel durch die entlang
der Oberfläche der Elektrode sich ausbildende Corona-Entladung
elektrostatisch aufgeladen. Dies geschieht auf molekularer Ebene durch
folgenden Prozess: Liegt die Elektrode zum Beispiel gegenüber
dem Abgasrohr auf negativer Hochspannung, so wird eine große
Anzahl von Gasmolekülen negativ aufgeladen. Sie bewegen
sich im von der Elektrode sowie dem Abgasrohr aufgespannten elektrischen
Feld in Richtung des Abgasrohres. Treffen diese auf ihrem Weg durch
das Abgasrohr auf elektrisch neutrale Partikel, so bleiben sie an
diesen haften und laden die bis dahin neutralen Partikel ebenfalls
negativ auf. Die geladenen Partikel strömen getrieben durch
elektrostatische Ablenkungskräfte zur Innenwand des Abgasrohres.
Hier bleiben die Teilchen haften, verlieren ihre Ladung und werden
sicher aus dem Abgasstrom entfernt. Dies ist der Kernprozess eines
elektrostatischen Abscheiders und führt je nach Geometrie,
Höhe des Corona-Stroms, Elektrodenform etc. zu Abscheideraten bis
etwa über 90%.
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Dieser
Kernprozess kann durch folgende Effekte gestört werden:
Bei der Verbrennung entstehen bipolar geladene Partikel. Mittels
Boltzmann-Verteilung kann der Anteil einfach bzw. mehrfach geladener
Partikel abgeschätzt werden. Die Verteilung ist symmetrisch,
d. h., es entstehen gleich viele positive wie negativ geladene Partikel.
Für Bedingungen, wie sie im Abgas von Biomasse-Heizungen
vorliegen, tragen zwischen 15 und 20% der Partikel eine elektrische
Elementarladung. Die Anzahl geladener Partikel wird durch Koagulation
zwar um ca. 10% pro Sekunde reduziert, dennoch liegen am Ort des
elektrostatischen Abscheiders noch über 10% geladener Partikel
vor. Dies entspricht etwa ein bis zwei Sekunden Flugzeit der Partikel
vom Ort der Verbrennung. Gelangen die geladenen Partikel nun in
die Nähe der auf negativer Hochspannung liegenden Elektrode der
Aufladeeinheit, insbesondere einer Einheit aus Abgasrohr und Elektrode,
so werden die negativen Partikel von der Elektrode weg in Richtung
Abgasrohrinnenseite strömen. Die positiven Partikel strömen
dagegen auf die Elektrode zu. Hiervon wird ein Teil beim Durchströmen
der Aufladeeinheit neutralisiert bzw. negativ umgeladen, der Rest
der Partikel gelangt jedoch zur Elektrode und lagert sich dort ab. Über
die Betriebsdauer kommt es deshalb zu Funktionseinschränkungen
des elektrostatischen Abweisers. Denn der auf der Elektrode abgelagerte
Feinstaub verhindert lokal die Ausbildung der Corona. Dadurch verschlechtert
sich die elektrische Aufladung der Partikel. Die Abscheideeffizienz
des Systems wird degradiert. Zudem existiert in unmittelbarer Nähe
der Corona, in einem Radius wenige Millimeter um die Elektrode,
ein bipolares Ladungsgebiet. Elektrisch neutrale Partikel, welche
dieses Gebiet durchströmen, können auch von einer
negativen Elektrode positiv aufgeladen werden. Sie strömen
dann auf die Elektrode zu. Ein Teil wird durch die Corona neutralisiert
bzw. negativ umgeladen, ein kleiner Rest gelangt jedoch zur Elektrode
und lagert sich ebenfalls dort ab.
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Nachteilig
an den elektrostatischen Abscheidern gemäß dem
Stand der Technik ist, dass es nach einer längeren Betriebszeit
zu einer kontinuierlichen Degradation des Corona-Stroms bei konstanter Hochspannung
kommt. Dadurch sinkt die Aufladeeffizienz der Elektrode, was wiederum
die Abscheideleistung des gesamten Systems verringert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Abscheider
zu schaffen, der diesen Nachteil überwindet und der insbesondere eine
Ablagerung von Partikeln auf der Elektrode verhindert oder reduziert,
um die Funktionsdauer des elektrostatischen Abscheiders zu erhöhen.
Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heizungssystem
mit einem erfindungsgemäßen Abscheider zu schaffen,
das eine zuverlässige Abgasreinigung garantiert.
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Erfindungsgemäß wird
dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 und des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der
erfindungsgemäße elektrostatische Abscheider ist
dadurch gekennzeichnet, dass bei dem elektrostatischen Abscheider,
insbesondere für eine Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage,
mit einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung und einem
Kanalinneren, durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer
Strömungsrichtung strömt, und einer sich in dem
Kanalinneren im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden
Elektrode, zur Bildung eines elektrischen Feldes zwischen Elektrode
und der Kanalwandung, vorgesehen ist, dass weiter mindestens ein
Partikelabweisemittel umfasst ist, welches verhindert oder, dass
sich Partikel des Abgases an der Elektrode ablagern, insbesondere
dauerhaft ablagern. Das Partikelabweisemittel verhindert oder reduziert
wirksam zumindest ein Ablagern von Partikeln an der Elektrode. Darüber
hinaus kann das Partikelabweisemittel das Ablagern von Partikeln
an weiteren Komponenten des elektrostatischen Abscheiders wirksam
reduzieren.
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In
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektrostatischen Abscheiders ist vorgesehen, dass mindestens ein
Partikelabweisemittel als insbesondere zu der Elektrode separates
thermisch induziertes Bewegungselement ausgebildet ist, welches
durch Wärme bewegt wird und so eine Ablagerung verhindert.
Das Partikelabweisemittel ist in der Ausführungsform eine
separate Einheit, welche eine Bewegung relativ zu der Elektrode
ausführt und bevorzugt die Elektrode bei einer Bewegung
kontaktiert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das
Bewegungselement ein geformtes Bimetall als Antriebselement umfasst,
an welches mindestens ein durch das Bimetall angetriebenes Element
oder ein weiterer Mechanismus gekoppelt ist. Somit ist eine Bewegung
weiterer Elemente oder Mechanismen durch das Bimetall bei Zu- bzw.
Abfuhr von Wärme initiiert.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass das Bewegungselement als mindestens ein beabstandet
zu der Elektrode angeordnetes Anschlagelement ausgebildet ist, welches
thermisch induziert bei Aktivierung gegen die Elektrode anschlägt,
wodurch eine Ablagerung von Partikeln an der Elektrode verhindert wird.
Vorzugsweise weist das Partikelabweisemittel eine Art Hammer auf,
welcher angetrieben durch das Bimetall gegen die Elektrode anschlägt.
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Ein
Ausführungsbeispiel des elektrostatischen Abscheiders sieht
vor, dass das Bewegungselement zumindest teilweise integriert an
der Elektrode ausgebildet ist. Auf diese Weise muss das Bewegungselement
nicht an der Elektrode befestigt werden, sondern ist zumindest teilweise
mit der Elektrode gemeinsam ausgebildet. Das Bewegungselement kann
insbesondere mehrteilig ausgebildet sein; insbesondere ist ein Bimetall
integriert mit der Elektrode ausgebildet. An das Bimetall können
weitere Elemente oder Mechanismen gekoppelt sein, beispielsweise
ein Anschlagelement, welches gegen die Elektrode anschlägt.
Die Elektrode kann beispielsweise auch nichtlinear, das heißt
nicht als gerade Linie, sondern vielmehr gekrümmt, gebogen,
gewendelt, geknickt oder dergleichen ausgebildet sein.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Elektrode
zumindest teilweise als vorgeprägtes Bimetall ausgebildet
ist, um bei einer vorbestimmbaren Erwärmung eine Bewegung
der Elektrode zu induzieren. Das Bimetall ist zumindest teilweise als
Bestandteil der Elektrode ausgebildet. Bevorzugt ist das gesamte
Bimetall in die Elektrode integriert, sodass zumindest ein Abschnitt
der Elektrode als Bimetall ausgebildet ist. Es können mehrere
Abschnitte der Elektrode als Bimetall ausgebildet sein. Das Bimetall
kann in verschiedenen Formen vorgeprägt sein, beispielsweise
serpentinenartig, wellenförmig, sägezahnwellenförmig
etc., um entsprechende Deformationen zu realisieren.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Bimetall
mindestens eine, bevorzugt mehrere Vorprägungen aufweist.
Entsprechend kann die Elektrode in den entsprechenden Abschnitten
unterschiedlich geformt ausgebildet sein. Die Elektrode kann so
zumindest abschnittsweise stromdurchfließbare Ansätze
wie Vorsprünge aufweisen, um eine größere
aktive Wirkungsfläche bereitzustellen. Die Elektrode kann
beispielweise stacheldrahtförmig oder mit Noppen ausgebildet
sein, wobei diese Anformungen aus dem Bimetall bestehen können.
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Weiter
sieht ein anderes Ausführungsbeispiel vor, dass die Elektrode
ein bistabiles Schnappelement aufweist, welches bei Aktivierung
durch Wärme eine Bewegung der Elektrode induziert und so
eine Ablagerung verhindert. Das bistabile Schnappelement kann bevorzugt
mit einem Bimetall realisiert werden. Andere Bauformen sind möglich.
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Auch
kann das Bewegungselement in einer zusätzlichen Ausführungsform
zumindest teilweise integriert an der Elektrodenzuführung
ausgebildet sein, so dass sich dadurch sowohl die Elektrodenzuführung
selbst als auch die Elektrode bewegen lassen. Dabei kann die Elektrodenzuführung
ein bistabiles Schnappelement aufweisen, welches bei Aktivierung
durch Wärme eine Bewegung der Elektrodenzuführung
und/oder der Elektrode induziert und so eine Ablagerung an beiden
Bauteilen verhindert. Vorzugsweise ist das Bewegungselement zwischen
Sprühelektrode und Hochspannungs-Keramik-Isolation angebracht.
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In
einer anderen Ausführungsform dient das Bewegungselement,
insbesondere ein bistabiles Schnappelement, welches an der Elektrodenzuführung
befestigt ist, als Aufnahme bzw. als Verbindungsstück für
die Elektrode. Auch hierbei induziert die Erwärmung bzw.
Abkühlung des Bimetalls sowohl die Bewegung der Elektrode
als auch einen mechanischen Impuls auf die Hochspannungs-Keramik-Isolation.
Auf diese Weise können beide Komponenten frei von Partikeln
gehalten werden
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In
einer weiteren Ausführungsform kann mindestens ein Bewegungselement,
insbesondere ein bistabiles Schnappelement, auf der Oberfläche
eines Isolators, also der Hochspan nungs-Keramik-Isolation an der
Elektrodenzuführung, befestigt sein. Die Bewegungselemente
werden durch Wärmezufuhr bzw. -abfuhr aktiviert und erzeugen
damit einen mechanischen Impuls auf die Hochspannungs-Keramik-Isolation.
Der Impuls wird an die Elektrode weitergeleitet und versetzt diese
in Schwingung, so dass die daran anhaftenden Partikel abgeschüttelt
werden. Auf diese Weise können beide Komponenten abgereinigt werden.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Bewegungselement,
insbesondere ein bistabiles Schnappelement, im Bereich der Hochspannungszuführung
und/oder der Kanalwandung befestigt ist und dass das Bewegungselement
ein geformtes Bimetall als Antriebselement umfasst. Mit diesem ist
mindestens ein durch das Bimetall angetriebenes, weiteres Anschlagelement
gekoppelt. Dabei ist das Anschlagelement beabstandet zur Oberfläche
des Isolators an der Elektrodenzuführung befestigt, schlägt
thermisch induziert bei Aktivierung gegen den Isolator an und löst
einen mechanischen Impuls zum Entfernen abgelagerter Partikel auf
die Elektrodenzuführung und die Elektrode aus. Der Impuls
wird über die Hochspannungsdurchführung auf die
Sprühelektrode übertragen und versetzt diese in Schwingungen.
Vorteilhafterweise besitzen das Bewegungselement, das dieses umfassende
geformte Bimetall als Antriebselement und/oder das Anschlagelement
mindestens etwa die Breite und etwa die Länge des Isolators
an der Elektrodenzuführung. Sie erstrecken sich somit dachartig
auf der der Elektrode zugewandten Seite der Elektrodenzuführung
so über den Isolator, dass dieser vor herab fallenden Partikeln,
welche sich insbesondere von der Abgasrohr-Innenseite lösen,
abgeschirmt wird.
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Bei
allen vorstehend beschriebenen Ausführungen ist die Höhe
des durch das Schnappelement übertragenen Impulses, beispielsweise
in Bezug auf Materialeigenschaften, Geometrie und Verprägung, so
zu dimensionieren, dass der mechanische Impuls die erwärmte
Hochspannungs-Keramik-Isolation nicht beschädigen kann.
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Wiederum
ein anderes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass mindestens
ein Partikelabweisemittel als mechanisches Partikelabweisemittel
umfassend eine Partikelantihaftbeschichtung ausgebildet, welche
ein dauerhaftes Anhaften von Partikeln an der Elektrode durch Verminderung
von Haftparametern verhindert. Auch können mehrere beheizbare
Partikelabweisemittel vorgesehen sein.
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Das
erfindungsgemäße Heizungssystem zur Erzeugung
von Energie mittels Verbrennen von einem Energieträger
wie Biomasse ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Feinstaub
emittierende Heizungsanlage wie eine Biomasse-Heizungsanlage zum
Verbrennen des Energieträgers aufweist, wobei partikelbeinhaltende
Abgase entstehen, und ein erfindungsgemäßer elektrostatischer
Abscheider vorgesehen ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider
und dem erfindungsgemäßen Heizungssystem wird
insbesondere eine Vermeidung bzw. Reduzierung von Feinstaubablagerungen
auf der Elektrode realisiert. Durch die nichtlineare Ausbildung
der Elektrode, die auch Mittel- oder Sprühelektrode genannt
wird, ggf. auch mit Anformungen, ist die aktive Oberfläche
oder die Wirkungsfläche der Elektrode vergrößert.
Das System kann zuverlässig durch Bewegen der Elektrode,
und/oder in einer speziellen Ausführung auch der Elektrodenzuführung, von
Feinstaubablagerungen befreit werden.
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Durch
die thermisch induzierte Bewegung des Bimetalls wird eine schnappende
bzw. schlagende Bewegung realisiert, die insbesondere durch eine entsprechende
Vorprägung des Bimetalls oder des Bimetallstreifens erzielt
wird. Durch die Vorprägung bleibt bei Erwärmung
zuerst die Form des Bimetalls konstant bis die Wärmeenergie
ausreicht, um die durch Vorprägung gehemmte Verformung
nach Art eines sogenannten Knackfrosch-Effektes einzuleiten. Die
anschließende Bewegung weist dann eine hohe Beschleunigung
auf, welche zum Entfernen von Partikeln genutzt wird. Umgekehrt
wird auch bei Abkühlung nach Abschalten der Heizanlage
durch Überspringen der Vorprägung eine schnappende
Bewegung ausgelöst. Dies kann beispielsweise durch eine
konvexe/konkave Prägung einer Bimetallscheibe erreicht
werden.
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Es
sind nun mehrere Formen zum Ausnutzen dieser schnappenden Bewegung
für das passive Abreinigen der Hochspannungselektrode denkbar. Einmal
ist die Elektrode selber zumindest teilweise als Elektrode aus vorgeprägtem
Bimetall ausgebildet. Hierzu kann ein bistabiles Schnappelement
integriert sein. Beim Anheizen bzw. Ausschalten des Ofens durchläuft
das Bimetall den Temperaturbereich der schnappenden Verformung.
Es ist auch eine Serie von Vorprägungen entlang der Elektrode vorstellbar,
welche diese dann zum Beispiel zickzackförmig deformiert.
Bei jedem Start und Stopp des Ofens wird der leicht anhaftende Feinstaub
von der Elektrode und/oder der Elektrodenzuführung abgeschüttelt.
Die Vorprägung ist so zu dimensionieren, dass immer ein
genügend großer Abstand der Elektrode zum umgebenden
Ofenrohr eingehalten und ein elektrischer Überschlag zuverlässig
verhindert wird. Weiter kann die Verformung des Bimetalls vorteilhaft
eine Art Hammerwerk betätigen, welches die Elektrode bei
Einschalten bzw. Ausschalten des Ofens einmalig anschlägt
und von Staubablagerungen befreit. Zum leichteren Entfernen anhaftender Verschmutzungen
kann die Elektrode und/oder die Elektrodenzuführung auch
mit einer Antihaftschicht versehen werden, wobei beispielsweise
Polyorganosiloxane Verwendung finden. Eine entsprechende Dotierung
der Silizium-Sauerstoffverbindung gewährleistet eine für
den Einsatz als Sprühelektrode ausreichend hohe elektrische
Leitfähigkeit bzw. Plasmabeständigkeit. Durch
die mechanische Abreinigung durch mindestens ein Bimetall können
die Staubanlagerungen an der Elektrode periodisch abgeschüttelt
werden. Diese Option verbraucht keine zusätzliche Energie,
da das Bimetall durch die beim Einschalten bzw. Ausschalten des
Ofens erzeugte Temperaturänderung aktiviert wird.
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Generell
ist der gleichzeitige Einsatz mehrerer Partikelabweisemittel bzw.
Maßnahmen zum Abweisen von Partikeln vorstellbar, wobei
beispielsweise eine oder mehrere für die Hochspannungs-Keramik-Isolation,
andere für die Sprühelektrode eingesetzt werden.
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Die
Zeichnungen stellen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dar. Jeweils schematisch zeigt:
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1 teilweise
einen Längsquerschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders,
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2 teilweise
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders,
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3 eine
Ausführungsform eines Bewegungselements,
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4 eine
andere Ausführungsform des Bewegungselements in zwei unterschiedlichen
Zuständen.
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5 teilweise
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders,
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6 teilweise
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders,
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7 teilweise
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders,
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8 teilweise
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders
und
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9 die
Ausführungsform gemäß 8 in der
Seitenansicht.
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1 zeigt
schematisch einen Längsquerschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders 1,
wobei der Schnitt nur eine Hälfte des elektrostatischen Abscheiders 1 darstellt.
Der elektrostatische Abscheider 1 ist in einer nur teilweise
dargestellten Abgasleitung 2 einer hier nicht dargestellten
Abgasreinigungsanlage angeordnet und umfasst einen Strömungskanal 3.
Der Strömungskanal 3 ist als rohrförmiger
Abschnitt der Abgasleitung 2 ausgebildet und umfasst eine
Kanalwandung 4 und ein Kanalinneres 5. Durch den
Strömungskanal 3 strömt ein hier durch einen
Pfeil P dargestelltes, partikelbeinhaltendes Abgas in die ebenfalls
durch den Pfeil P dargestellte Strömungsrichtung. Im Inneren
des Strömungskanals 3 erstreckt sich in Strömungsrichtung
P eine Elektrode 6, die auch als Mittelelektrode, Sprühelektrode
oder Coronaelektrode bezeichnet wird. Der Strömungskanal 3 ist
bevorzugt im Querschnitt in Strömungsrichtung P rotationssymmetrisch
um eine hier nicht dargestellte Mittelachse ausgebildet. Die Elektrode 6 erstreckt
sich im Wesentlichen entlang dieser Mittelachse. Gespeist wird die
Elektrode 6 über eine Elektrodenzuführung 7,
welche mit einem Isolator 8 ummantelt ist. Zusammen mit
der Kanalwandung 4 bildet die Elektrode 6 eine
Aufladeeinheit, in welcher Partikel elektrisch aufgeladen werden
können. Hierzu bildet die Elektrode 6 mit der
Kanalwandung 4 unter Anlegen einer Hochspannung ein elektrisches
Feld aus, dessen Feldlininen im Wesentlichen radial zu der Elektrode 6 bzw.
der Kanalwandung 4 verlaufen, im Wesentlichen quer, genauer rechtwinklig,
zur Strömungsrichtung P.
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Der
elektrostatische Abscheider 1 umfasst in der dargestellten
Ausführungsform in 1 ein Partikelabweisemittel 9.
Das Partikelabweisemittel 9 ist in der Elektrode 6 integriert.
Vorliegend ist das Partikelabweisemittel 9 als Bewegungselement 9a ausgebildet,
welches als thermisch induziertes Bewegungselement in Form eines
Bimetalls 10 ausgebildet ist. Das Bimetall 10 ist
in 1 ein integrierter Bestandteil der Elektrode 6,
das heißt, ein Teil der Elektrode 6 ist als Bimetall 10 ausgebildet.
Bei einer entsprechenden Wärmezu- oder -abfuhr bewegt sich das
Bimetall 10 entsprechend von einer bistabilen Position
in eine andere bistabile Position. Entsprechend bewegt sich der
nicht als Bimetall ausgebildete Teil der Elektrode 6 mit,
wie durch die gestrichelte Linie dargestellt. Durch die Bewegung
und die damit verbundene Schwingung der Elektrode 6 werden
an der Elektrode 6 anhaftende Partikel mechanisch entfernt
oder ein Anhaften verhindert oder reduziert.
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In
einer anderen Ausführungsform, wie sie 2 zeigt,
kann das Partikelabweisemittel 9 unterschiedlich ausgeführt
sein. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt
durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
elektrostatischen Abscheiders 1'. Gleiche oder ähnliche
Teile werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine detaillierte
Beschreibung bereits beschriebener Bauteile entfällt.
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Der
elektrostatische Abscheider 1' nach 2 ist vom
Prinzip gleich aufgebaut wie der elektrostatische Abscheider 1 nach 1,
unterscheidet sich lediglich durch die Ausführung des Partikelabweisemittels 9.
Der elektrostatische Abscheider 1 ist in einer nur teilweise
dargestellten Abgasleitung 2 einer hier nicht weiter dargestellten
Abgasreinigungsanlage angeordnet und umfasst den Strömungskanal 3.
Der Strömungskanal 3 ist als rohrförmiger
Abschnitt der Abgasleitung 2 ausgebildet und umfasst die
Kanalwandung 4 und das Kanalinnere 5. Durch den
Strömungskanal 3 strömt das partikelbeinhaltende
Abgas P in die entsprechende Strömungsrichtung. Im Inneren
des Strömungskanals 3 erstreckt sich in Strömungsrichtung
die Elektrode 6. Gespeist wird die Elektrode 6 über
die Elektrodenzuführung 7, welche mit dem Isolator 8 ummantelt
ist.
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Das
Partikelabweisemittel 9' ist ebenfalls als thermisch induziertes
Bewegungselement 9a' ausgebildet, jedoch nicht integriert
in die Elektrode 6, sondern als separate Einheit, nämlich
als separates Anschlagelement. Das Bewegungselement 9a' umfasst ein
geeignet geformtes Bimetall 10, an welches mindestens ein
weiteres Element gekoppelt ist, um von dem Bimetall 10 angetrieben
zu werden. Das weitere Element umfasst in diesem Ausführungsbeispiel
ein Anschlagelement oder Hammer 11, der so in dem beabstandet
zu der Elektrode 6 angeordneten Bewegungselement 9a' ausgebildet
ist, dass dieser in einer Position die Elektrode 6 nicht
kontaktiert und in einer anderen Position gegen die Elektrode 6 schlägt, wie
durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die Bewegung des Hammers
wird durch das Bimetall 10 bewirkt. Auf diese Weise ist
eine Art Hammerwerk realisiert, welches die Elektrode 6 durch
Anschlagen in Schwingung versetzt. Um ein Anhaften von Partikeln an
der Elektrode 6 zu verringern, kann die Elektrode 6 mit
einer Partikelantihaftbeschichtung beschichtet sein, die hier nicht
dargestellt ist. Hierdurch fallen anhaftende Partikel von dem impulsbeaufschlagtem Teil
ab oder haften erst gar nicht an.
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3 zeigt
schematisch eine Ausführungsform eines Bewegungselements 9a.
Das Bewegungselement 9a ist als Bimetall 10 ausgebildet,
genauer als vorgeprägtes Stanz-Biege-Teil mit einer geeigneten
Form. Die geeignete Form ist hier etwa in Form eines Blitzes, also
etwa dreieckswellenförmig ausgebildet. Durch die vorgeprägte
Form wird bei Aktivierung eine schnappende Bewegung realisiert,
entweder des Hammerwerks oder der Elektrode 6, je nach
Ausbildung als integriertes oder separates Bauteil. Die Formen können
beliebig ausgewählt sein.
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4 zeigt
schematisch eine andere Ausführungsform des Bewegungselements 9a in
zwei unterschiedlichen, bistabilen Zuständen. Das Bewegungselement 9a ist
als Bimetallstreifen 10 ausgebildet und in etwa in einer
konkaven bzw. konvexen Form vorgeprägt. Die dargestellten
Pfeile sollen auftretende Kräfte und Bewegungen, insbesondere
die Vibration, und somit letztendlich die schnappende Bewegung des
Bimetalls 10 bei Erwärmung bzw. Abkühlung
darstellen. Das Bimetall 10 kann als separates Bauteil
oder integriert in die Elektrode 6 ausgebildet sein.
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Der
elektrostatische Abscheider 1' nach 5 ist vom
Prinzip gleich aufgebaut wie der elektrostatische Abscheider 1 nach
den 1 und 2, unterscheidet sich lediglich
durch die Ausführung des Partikelabweisemittels 9,
denn dabei ist das Bewegungselement 9a zumindest teilweise
integriert an der Elektrodenzuführung 7 ausgebildet.
Die Elektrodenzuführung 7 weist ein bistabiles
Schnappelement auf, welches bei Aktivierung durch Wärme
eine Bewegung der Elektrodenzuführung 7 und/oder
der Elektrode 6 induziert und so eine Ablagerung an beiden
Bauteilen verhindert.
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Die
gleiche Wirkung wird mit der Ausführungsform gemäß 6 angestrebt,
indem das Bewegungselement 9a, insbesondere ein bistabiles Schnappelement,
an der Elektrodenzuführung 7 befestigt ist und
als Aufnahme für die Elektrode 6 dient.
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7 zeigt
schematisch eine Ausführungsform, bei der mehrere Bewegungselemente 9a,
auf der Oberfläche des Isolators 8 an der Elektrodenzuführung 7 befestigt
sind, so dass bei Aktivierung durch Wärme ebenfalls eine
Bewegung der Elektrodenzuführung 7 und/oder der
Elektrode 6 induziert wird.
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Gemäß den 8 und 9 ist
das Bewegungselement 9a, insbesondere ein bistabiles Schnappelement,
im Bereich der Hochspannungszuführung und/oder der Kanalwandung 4 befestigt.
Das Bewegungselement 9a umfasst ein geformtes Bimetall
als Antriebselement, an welches mindestens ein durch das Bimetall 10 angetriebenes,
weiteres Anschlagelement 11 gekoppelt ist. Dieses Anschlagelement 11 ist
beabstandet zur Oberfläche des Isolators 8 an
der Elektrodenzuführung 7 befestigt. Es schlägt thermisch
induziert bei Aktivierung gegen den Isolator 8 an der Elektrodenzuführung 7 an
und löst dadurch einen mechanischen Impuls zum Entfernen abgelagerter
Partikel auf die Elektrodenzuführung 7 und die
Elektrode 6 aus. Das Anschlagelement 11 besitzt
mindestens etwa die Breite und etwa die Länge des Isolators 8 an
der Elektrodenzuführung 7 und ist dachartig auf
der der Elektrode 6 zugewandten Seite der Elektrodenzuführung 7 angebracht,
um den Isolator 8 vor herab fallenden Partikeln abzuschirmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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