DE102020133670A1 - Electrostatic precipitator for cleaning and disinfecting gases - Google Patents
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Abstract
Elektrostatischer Abscheider für die Reinigung und Desinfektion von Gasen, umfassend ein Gehäuse (1) mit Sammelbehälter (8) für abgeschiedene Partikel, mindestens zwei im Gehäuse angeordnete Strömungskanäle mit beidseitigen Öffnungen (23), jeweils eine Koronaentladungsanordnung in jedem Strömungskanal, umfassend mindestens eine Koronaentladungselektrode (9, 10) und Abscheideflächen (11), geeignet für eine Ausbildung eines umlaufenden elektrischen Feldes (12) zwischen der mindestens einen Koronaentladungselektrode und den Abscheideflächen, wobei die Abscheideflächen ganz oder teilweise durch Innenwandungen des Sammelbehälters gebildet sind, wobei jeder der Strömungskanäle jeweils eine Strömungsumlenkung (6) unter den Koronaentladungselektroden im oder über dem Sammelbehälter umfassen, jeweils beidseitig der Strömungsumlenkungen jeweils ein vertikal nach oben ausgerichteter Strömungskanalabschnitt (5, 7) anschließt, der oben im Gehäuse in jeweils eine der Öffnungen ausmündet sowie schaltbare Verbindungmittel mit Schaltstellungen zum seriellen und oder parallelen Verschaltung der Strömungskanäle zwischen mindestens einem Gaseinlass (2) und mindestens einem Gasauslass (3) in bzw. aus dem Gehäuse.Electrostatic separator for cleaning and disinfecting gases, comprising a housing (1) with a collecting container (8) for separated particles, at least two flow channels arranged in the housing with openings (23) on both sides, one corona discharge arrangement in each flow channel, comprising at least one corona discharge electrode ( 9, 10) and separating surfaces (11), suitable for forming a circumferential electric field (12) between the at least one corona discharge electrode and the separating surfaces, the separating surfaces being formed entirely or partially by the inner walls of the collection container, each of the flow channels having a flow deflection (6) below the corona discharge electrodes in or above the collection container, on each side of the flow deflections a vertically upwardly directed flow channel section (5, 7) connects, which opens out into one of the openings at the top of the housing and switches bare connecting means with switching positions for the serial and/or parallel connection of the flow channels between at least one gas inlet (2) and at least one gas outlet (3) in or out of the housing.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider für die Reinigung und Desinfektion von Gasen, vorzugsweise mit Partikeln wie Schadstoffpartikel, Aerosolen und/oder Erregern wie z.B. Viren oder Bakterien kontaminierte Gase weiter bevorzugt aus technischen Prozessen.The invention relates to an electrostatic separator for cleaning and disinfecting gases, preferably gases contaminated with particles such as pollutant particles, aerosols and/or pathogens such as viruses or bacteria, more preferably from technical processes.
Mit Partikeln und/oder Aersolen kontaminierte Gase sind insbesondere Rauchgase mit festen und/oder flüssigen Bestandteilen. Sie weisen eine gasförmige Trägerkomponente auf, in die feste Partikel und/oder Flüssigtropfen suspendiert sind. Sie entstehen vorzugsweise in Verbrennungsprozessen wie z.B. aus Kleinfeuerungsanlagen, Öfen, Verbrennungsmotoren oder sonstige Verbrennungsanlagen.Gases contaminated with particles and/or aerosols are, in particular, flue gases with solid and/or liquid components. They have a gaseous carrier component in which solid particles and/or liquid droplets are suspended. They are primarily produced in combustion processes, e.g. from small furnaces, ovens, combustion engines or other combustion systems.
Mit Erregern wie z.B. ultrafeine Partikel, Viren oder Bakterien kontaminierte Gase sind insbesondere Gase, die direkt oder mittelbar über ein Übertragungsmittel mit den vorgenannten Erregern in Kontakt kamen und diese dabei zumindest teilweise aufgenommen haben, vorzugsweise als feste und/oder flüssige oder molekulare Bestandteilen. Sie entstehen nicht nur in technischen Prozessen wie z.B. in der Lebensmittelindustrie, in Laboren oder Großküchen, sondern auch in sonstigen Prozessen wie z.B. in Kliniken, im Pflegebereich oder bei der Tierhaltung.Gases contaminated with pathogens such as ultrafine particles, viruses or bacteria are, in particular, gases that have come into direct or indirect contact with the aforementioned pathogens via a transmission medium and have at least partially absorbed them, preferably as solid and/or liquid or molecular components. They arise not only in technical processes such as in the food industry, in laboratories or canteen kitchens, but also in other processes such as in clinics, in the care sector or in animal husbandry.
Es ist bekannt, dass sich elektrostatische Abscheider für eine Abscheidung von feinen und ultrafeinen Partikeln aus einem Abgas oder Luft in besonderem Maße eignen, wobei elektrische Feldkräfte und Raumladungsphänomene auf die Verunreinigungen in einem Luftstrom einwirken. Elektrofilter werden insbesondere für die Abreinigung von großen Luftstrommengen mit geringem Druckabfall betrieben.It is known that electrostatic precipitators are particularly suitable for separating fine and ultrafine particles from an exhaust gas or air, with electric field forces and space charge phenomena acting on the impurities in an air flow. Electrostatic filters are operated with a low pressure drop, especially for the cleaning of large air flow volumes.
Elektrostatische Abscheider sind in bereits bestehende Gehäuse oder in nachgeschaltete Abreinigungsstufen einer Verbrennungsanlage integrierbar. Andererseits lassen sich Elektrofilter auch in die vorhandenen Umluft- Abluftlüftungssysteme integrieren.Electrostatic separators can be integrated into existing housings or into downstream cleaning stages of an incineration plant. On the other hand, electrostatic precipitators can also be integrated into the existing circulating air exhaust air ventilation systems.
Aus der
Aus der
Aus der
Bekannte elektrostatische Abscheider weisen jedoch nicht nur Vorteile einer effizienten Abreinigung auf, sondern auch Nachteile. Hierunter fallen eine aufwendige Wartung ebenso wie eine große Baugröße sowie eine ausgeprägte Gefahr eines erneuten Mitreißens von gesammelten Partikeln durch das gereinigte Gas mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit. Ferner schränkt die Kondensation von Gasbestandteile insbesondere von Verbrennungsgasen die Betriebsstabilität ein und erhöht die Schadanfälligkeit.However, known electrostatic precipitators not only have the advantages of efficient cleaning, but also disadvantages. This includes complex maintenance as well as a large size and a pronounced risk of collected particles being entrained again by the cleaned gas with increasing flow rate. Furthermore, the condensation of gas components, in particular combustion gases, limits the operational stability and increases the susceptibility to damage.
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, einen elektrostatischen Abscheider zur Reinigung und/oder Desinfektion von unterschiedlichen Gasen eignet, wobei er flexibel insbesondere im zu bewältigenden Volumenstrom und/oder in der Abreinigungsqualität einsetzbar ist und zugleich für einen Einsatz in beengten Platzverhältnissen oder emissionssensiblen Umgebungen wie z.B. in Gebäuden geeignet ist und sich dabei durch eine besonders sichere Handhabung auszeichnet.Proceeding from this, one object of the invention is to provide an electrostatic precipitator for cleaning and/or disinfecting different gases, whereby it can be used flexibly, in particular in terms of the volume flow to be managed and/or in terms of the cleaning quality, and at the same time for use in confined spaces or emission-sensitive environments such as is suitable in buildings and is characterized by particularly safe handling.
Die Aufgabe wird durch einen elektrostatischen Abscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.The object is achieved by an electrostatic precipitator having the features of
Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung liegt darin, einen elektrostatischen Abscheider mit zumindest zwei mit elektrostatischen Koronaentladungsanordnungen ausgestatteten Strömungskanälen so zu gestalten, dass jene zwischen einen oder mehreren Gaseinlässen und zwischen einen oder mehreren Gasauslässen in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltbar sind. Muss ein großer Gasvolumenstrom gereinigt und/oder desinfiziert werden, wird eine Parallelschaltung vorgeschlagen. Wird dagegen eine hohe Abreinigungsqualität angestrebt, bietet es sich an, mit einer Reihenschaltung von Strömugnskanälen den Gasstrom seriell durch mehrere Koronaentladungsanordnungen hindurchzuleiten. Hierzu werden schaltbare Verbindungmittel vorgeschlagen, die Schaltstellungen zum seriellen und oder parallelen Verschaltung der Strömungskanäle zwischen mindestens einem Gaseinlass und mindestens einem Gasauslass in bzw. aus dem Gehäuse aufweisen. Die Eigenschaft des elektrostatischen Abscheiders als Strömungsweiche zwischen einem oder mehreren ausgewählten Gaseinlässen und einem oder mehreren ausgewählten Gasauslässen liegt somit im Rahmen der Erfindung.An essential basic idea of the invention is to design an electrostatic precipitator with at least two flow channels equipped with electrostatic corona discharge arrangements in such a way that they can be connected to one another in series and/or in parallel between one or more gas inlets and between one or more gas outlets. If a large gas volume flow has to be cleaned and/or disinfected, a parallel connection is suggested. If, on the other hand, a high cleaning quality is required strives, it makes sense to conduct the gas flow in series through a plurality of corona discharge arrangements with a series connection of flow channels. To this end, switchable connecting means are proposed which have switching positions for the serial and/or parallel connection of the flow channels between at least one gas inlet and at least one gas outlet into or out of the housing. The property of the electrostatic precipitator as a flow switch between one or more selected gas inlets and one or more selected gas outlets is therefore within the scope of the invention.
Mit dieser Strömungsweiche lässt sich ein elektrostatischer Abscheider in vorteilhafter Weise nicht nur im Volumenstrom und/oder in der Abreinigungsintensität variieren, sondern auch je nach Freischalten von Gaseinlässen und Gasauslässen individuell auf bestimmte umgebungsspezifische Anforderungen einstellen.With this flow switch, an electrostatic precipitator can advantageously not only be varied in the volume flow and/or in the cleaning intensity, but also individually adjusted to specific environment-specific requirements depending on the activation of gas inlets and gas outlets.
Beim Durchleiten des Rohgases durch die Koronaentladungsanordnungen des Abscheiders werden die Gaszusammensetzung und die chemischen Gasbestandteile des Rohgases vorzugsweise nicht verändert. Insofern umfasst ein den Abscheider verlassendes Reingas auch gereinigte Abgase z.B. aus einem Verbrennungsprozess.When the raw gas is passed through the corona discharge arrangements of the separator, the gas composition and the chemical gas components of the raw gas are preferably not changed. In this respect, a clean gas leaving the separator also includes cleaned exhaust gases, e.g. from a combustion process.
Als ein über die Gaseinlässe eingeleitete Rohgas eignet sich grundsätzlich jedes Gas, das durch die vorgeschlagene Koronaentladeanordung von Partikeln oder Aerosolen abreinigbar und /oder von Keimen wie Viren oder Bakterien elektrostatisch desinfizierbar ist. Ein Rohgas beschränkt sich damit nicht nur auf partikelbeladene Rauchgase beispielweise aus einer Feuerungsanlage oder einem Produktionsprozess. Vielmehr wird im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit vorgeschlagen, als Rohgas auch ein mit Erregern wie Bakterien oder Viren belastetes Gas mit oder ohne Partikeln oder Aerosolen heranzuziehen. Folglich wird auch eine Verwendung des elektrostatischen Abscheiders zur Desinfektion von Gasen vorgeschlagen, beispielsweise zur Desinfektion von Raumluft insbesondere in keimsensiblen Bereichen wie z.B. (nicht abschließend) in klinischen Bereichen, im Pflegebereich, im veterinären Bereich, in Labor- und Reinräumen, im Lebensmittelbereich wie Restaurants, Kantinen oder in Lebensmittelproduktionsketten sowie auch bei allen Menschenansammlungen mit erhöhter Personendichte wie z.B. in öffentlichen Verkehrsmitteln, Aufzügen, Messen und Märkten oder Sportstätten in Gebäuden.In principle, any gas that can be cleaned of particles or aerosols by the proposed corona discharge arrangement and/or can be electrostatically disinfected of germs such as viruses or bacteria is suitable as a raw gas introduced via the gas inlets. A raw gas is therefore not limited to particle-laden flue gases, for example from a combustion plant or a production process. Rather, within the scope of the invention, the possibility is also proposed of using a gas contaminated with pathogens such as bacteria or viruses with or without particles or aerosols as the raw gas. Consequently, a use of the electrostatic precipitator for the disinfection of gases is also proposed, for example for the disinfection of room air, especially in germ-sensitive areas such as (not exhaustively) in clinical areas, in the care sector, in the veterinary sector, in laboratories and clean rooms, in the food sector such as restaurants , canteens or in food production chains as well as in all crowds of people with increased crowds such as in public transport, elevators, trade fairs and markets or sports facilities in buildings.
Das gereinigte und/oder desinfizierte Rohgas verlässt den Abscheider als Reingas über mindestens einen der Gasauslässe in eine Gasnachbehandlung, in ein Abgassystem oder im Falle der Desinfektion einer Umgebungsluft zurück in die Umgebung.The cleaned and/or disinfected raw gas leaves the separator as clean gas via at least one of the gas outlets into a gas post-treatment, into an exhaust gas system or, in the case of disinfection of ambient air, back into the environment.
Die Lösung der Aufgabe basiert auf einen elektrostatischen Abscheider für die Reinigung und Desinfektion von Gasen, umfassend ein Gehäuse mit vorzugsweise nach unten abnehmbarem Sammelbehälter für abgeschiedene Partikel, mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei im Gehäuse angeordnete und am Sammelbehälter vorbeigeleitete Strömungskanäle mit beidseitigen Öffnungen sowie jeweils eine Koronaentladungsanordnung in jedem der Strömungskanäle. Vorzugsweise werden dabei mindestens einer der, vorzugsweise alle Strömungskanäle durch den Sammelbehälter geleitet. Jede Koronaentladungsanordnung umfasst jeweils mindestens eine, vorzugsweise zwei scheibenförmige Koronaentladungselektrode und Abscheideflächen, geeignet für eine Ausbildung eines umlaufenden elektrischen Feldes zwischen der mindestens einen Koronaentladungselektrode und den Abscheideflächen als Gegenelektroden. Im Falle von mehreren Koronaentladungselektroden sind diese im Strömungskanal in Strömungsrichtung seriell angeordnet und vorzugsweise miteinander elektrisch verbunden.The solution to the problem is based on an electrostatic precipitator for cleaning and disinfecting gases, comprising a housing with a collection container for separated particles, which can preferably be removed downwards, at least two, preferably exactly two, flow channels arranged in the housing and guided past the collection container, with openings on both sides, and one each Corona discharge arrangement in each of the flow channels. At least one of the flow channels, preferably all of them, are preferably routed through the collecting container. Each corona discharge arrangement comprises at least one, preferably two, disk-shaped corona discharge electrode and separating surfaces, suitable for forming a circumferential electric field between the at least one corona discharge electrode and the separating surfaces as counter-electrodes. In the case of several corona discharge electrodes, these are arranged in series in the flow channel in the direction of flow and are preferably electrically connected to one another.
Die Abscheideflächen werden durch die Innenwandungsbereiche des Strömungskanals gebildet. Vorzugsweise sind dabei die Abscheideflächen in allen Strömungskanälen geerdet (Nullpotential), während die mindestens eine Koronaentladungselektrode bevorzugt an eine vorzugsweise gemeinsame Hochspannungsquelle angeschlossen ist und durch diese mit einer Potentialdifferenz zum Nullpotential, vorzugsweise mit einem negativen Gleichspannungspotential beaufschlagt ist. Dabei sind das Gehäuse oder zumindest die Innenwandungen der Strömungskanäle oder zumindest die Abscheideflächen elektrisch leitfähig bzw. leitfähig beschichtet. Die Abscheideflächen erstrecken sich in ihrer Gesamtheit grundsätzlich über alle elektrisch leitfähigen oder leitfähig beschichteten Innenwandungen eines jeden Strömungskanals, die vorzugsweise auch elektrisch miteinander verbunden sind und hierdurch mit einem gleichen Potential zueinander beaufschlagt sind.The separation surfaces are formed by the inner wall areas of the flow channel. The separation surfaces in all flow channels are preferably grounded (zero potential), while the at least one corona discharge electrode is preferably connected to a preferably common high-voltage source and is subjected to a potential difference from zero potential, preferably a negative DC voltage potential. In this case, the housing or at least the inner walls of the flow channels or at least the separation surfaces are electrically conductive or have a conductive coating. In their entirety, the separating surfaces basically extend over all electrically conductive or conductively coated inner walls of each flow channel, which are preferably also electrically connected to one another and are thereby subjected to the same potential as one another.
Grundsätzlich bildet die gesamte innere Oberfläche des elektrostatischen Abscheiders die Sammelfläche für Partikel: Partikel werden aus dem Gasstrom nach Durchlauf des Gaseinlasses und vor Erreichen des Koronaentladungsanordnung zunächst aufgrund gasdynamischer Phänomene als gasdynamischer und mechanischer Niederschlag an den Innenwandungen insbesondere des ersten Strömungskanalabschnitts abgeschieden. Mit Erreichen des Gasstroms der ersten Koronaentladungselektrode in einem Strömungskanal erfolgt die Abscheidung zunehmend elektrostatisch im Koronaentladungsfeld, wobei die Abscheidung der Partikel im Wesentlichen als Partikelablagerungen an den geerdeten Innenwandungsbereichen erfolgt. Diese Abscheidung wiederholt sich bei den der ersten Koronaentladungselektrode folgenden zweiten und ggf. weiteren Koronaentladungselektroden. In principle, the entire inner surface of the electrostatic precipitator forms the collection surface for particles: After passing through the gas inlet and before reaching the corona discharge arrangement, particles are initially separated from the gas flow as gas-dynamic and mechanical precipitation on the inner walls, in particular of the first flow channel section, due to gas-dynamic phenomena. When the gas flow reaches the first corona discharge electrode in a flow channel, the deposition takes place increasingly electrostatically in the corona discharge field, with the deposition of the particles in the Essentially takes place as particle deposits on the grounded inner wall areas. This deposition is repeated in the case of the second and possibly further corona discharge electrodes following the first corona discharge electrode.
An den Oberflächen der Koronaentladungselektroden ebenfalls findet Abscheidung statt (gasdynamische Effekte, mechanisches Sammeln und Sammeln unter dem Einfluss von elektrischem Wind). Dabei werden Partikel auch auf der nach oben weisenden Flächen der ersten und zweiten und ggf. folgenden weiteren scheibenförmigen Koronaentladungselektroden abgeschieden (gasdynamische Effekte, mechanische Ausfällung, teilweise elektrostatische Ausscheidung positiv geladener Partikel aus der Gasströmung auf der Oberfläche der Hochspannungselektrode mit negativer Polarität, Niederschlag durch elektrischen Wind). Im ebenfalls geerdeten Sammelbehälter werden Partikel auf der inneren Oberfläche abgeschieden. Diese Abscheidung erfolgt aufgrund von Raumladungseffekten mittels mechanischer Kräfte, thermophoretischer Kräfte, elektrischer Feldkräfte zwischen der inneren Oberfläche des Sammelbehälters und dem starren Träger zwischen den Koronaentladungselektroden. Die Innenwandungen des in Strömungsrichtung den Koronaentladungselektroden nachfolgenden zweiten Strömungskanalabschnitts erfolgt ferner unter dem Einfluss von Raumladungseffekten eine weitere Abscheidung von geladenen Partikeln.Deposition also takes place on the surfaces of the corona discharge electrodes (gas-dynamic effects, mechanical collection and collection under the influence of electric wind). Particles are also deposited on the upward-pointing surfaces of the first and second and possibly following further disc-shaped corona discharge electrodes (gas-dynamic effects, mechanical precipitation, partial electrostatic precipitation of positively charged particles from the gas flow on the surface of the high-voltage electrode with negative polarity, precipitation by electrical Wind). Particles are deposited on the inner surface of the collection container, which is also grounded. This deposition occurs due to space charge effects by means of mechanical forces, thermophoretic forces, electric field forces between the inner surface of the collection container and the rigid support between the corona discharge electrodes. The inner walls of the second flow channel section following the corona discharge electrodes in the direction of flow also result in further deposition of charged particles under the influence of space charge effects.
Neben der Gasreinigung durch elektrostatischen Abscheidung findet im elektrostatischen Feld in der Koronaentladeanordung auch eine Desinfektion des Gasstroms im Strömungskanal statt. Bei einer Koronaentladung bildet sich in einer Sauerstoffatmosphäre Ozon, das in vorteilhafter Weise toxisch auf Bakterien und Viren einwirkt. Das Ozon tötet dabei insbesondere die Bakterien und Viren, d.h. die Erreger, ab, die sich auf der Oberfläche der an den Abscheideflächen abgeschiedenen Partikeln anheften. Dabei ist es grundsätzlich unerheblich, ob eine Koronaentladung mit negativer als auch mit positiver Polarität erfolgt. Vorzugsweise weist die Koronaentladung aber negativer Polarität zu den Abscheideflächen hin auf, da sie dann durch höhere Werte des Entladungsstroms, höhere Volumina an erzeugtem Ozon und Langzeitbetriebsstabilität gekennzeichnet ist. In addition to gas cleaning by electrostatic separation, the gas flow in the flow channel is also disinfected in the electrostatic field in the corona discharge arrangement. In the case of a corona discharge, ozone is formed in an oxygen atmosphere and has an advantageous toxic effect on bacteria and viruses. The ozone kills in particular the bacteria and viruses, i.e. the pathogens that attach themselves to the surface of the particles separated on the separation surfaces. It is fundamentally irrelevant whether a corona discharge occurs with both negative and positive polarity. Preferably, however, the corona discharge is of negative polarity towards the deposition surfaces, since it is then characterized by higher discharge current levels, higher volumes of ozone generated, and long-term operational stability.
Die abgetöteten Erreger werden dann zusammen mit den Partikeln (Trägerpartikeln) in den Sammelbehälter weitergeleitet und aus dem Abscheider ausgeschleust.The killed pathogens are then forwarded to the collection container together with the particles (carrier particles) and discharged from the separator.
Für eine Verwendung des elektrostatischen Abscheiders als Raumluftreiniger oder -desinfektionsstufe als Umluft-, Zuluft- oder Abluftsystem wird insbesondere dann eine Gasförderung durch die Strömungskanäle mittels separater Gasfördermittel wie einem Ventilator erforderlich und damit vorgeschlagen, wenn zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass aus dem Abscheider kein Druckunterschied herrscht.For use of the electrostatic precipitator as a room air cleaner or disinfection stage as a circulating air, supply air or exhaust air system, gas conveyance through the flow channels by means of separate gas conveying means such as a fan is particularly necessary and thus proposed if there is no pressure difference between the gas inlet and the gas outlet from the separator reigns.
Wenn dies Gasfördermittel ausgeschaltet sind und kein Gasstrom durch den Elektrofilter strömt, kann es zu einer Konzentration von Erregern im Abscheider kommen. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, in bevorzugt regelmäßigen Abständen eine Koronaentladung mit einer Bildung von Ozon vorzusehen, das sich im Abscheider sammelt und dann wiederum auf die Erreger einwirkt und diese abtötet. Dabei erzeugt die Koronaentladung wiederum einen elektrischen Wind im Inneren des Abscheiders, der für eine Ozonzirkulation und damit für eine Desinfektion im gesamten Innenraumvolumen des Abscheiders sorgt.If these gas conveying means are switched off and no gas stream flows through the electrostatic precipitator, a concentration of pathogens can occur in the separator. In order to avoid this, it is proposed to provide a corona discharge with a formation of ozone at preferably regular intervals, which collects in the separator and then in turn acts on the pathogens and kills them. The corona discharge in turn generates an electric wind inside the separator, which ensures ozone circulation and thus disinfection in the entire interior volume of the separator.
Grundsätzlich beeinflussen Viren und Bakterien auf Aerosolen oder anderen aufgeladenen Trägerpartikeln nicht die Effizienz einer elektrostatischen Abscheidung. Bei den üblichen Umgebungsbedingungen bei einer Gasdesinfektion (<50°C) spielt die Erzeugung von Ozon bei einer Koronaentladung eine entscheidende Rolle bei der Zerstörung von Bakterien und Viren. Liegt keine Strömung im Strömungskanal vor, reichert sich das gegenüber Sauerstoff oder Stickstoff der Atmosphäre schwerere Ozon im Sammelbehälter an und sorgt dort für eine weitere Desinfektion der dort abgereinigten Partikel.In principle, viruses and bacteria on aerosols or other charged carrier particles do not affect the efficiency of an electrostatic precipitator. In the usual ambient conditions for gas disinfection (<50°C), the generation of ozone during a corona discharge plays a crucial role in destroying bacteria and viruses. If there is no flow in the flow channel, the ozone, which is heavier than the oxygen or nitrogen in the atmosphere, accumulates in the collection container and ensures further disinfection of the particles cleaned there.
Vorzugsweise sind in jedem Strömungskanal die mindestens eine der, vorzugsweise alle scheibenförmigen Koronaentladungselektroden im Sammelbehälter angeordnet, d.h. sie sind nicht im Innern des Gehäuses angeordnet, sondern ragen zumindest zum Teil aus dem Gehäuse heraus und in den Sammelbehälter hinein. Die Innenwandungen des Sammelbehälters dienen dabei zumindest zum Teil als Abscheidungsflächen und weisen, sofern sie vorzugsweise auch als Gegenelektroden zu den Koronaentladungselektroden dienen, eine elektrisch leitfähige und geerdete Oberfläche auf. Dies bedeutet, dass die Strömungskanäle zumindest im Bereich der Koronaentladungsanordnung durch den Sammelbehälter geleitet werden oder diesen tangieren. Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung hierzu kennzeichnet sich dadurch, dass nur die Bereiche auf den Abscheideflächen mit den kürzesten Abstand zu einer der Elektroden ganz oder teilweise, vorzugsweise zum überwiegenden Anteil durch Innenwandungen des Sammelbehälters gebildet werden. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung hierzu kennzeichnet sich dadurch, dass nur die Bereiche auf den Abscheideflächen mit den kürzesten Abstand zuzüglich maximal 50%, weiter bevorzugt 20%, weiter bevorzugt 10% des kürzesten Abstands zu einer der Elektroden aufweisen, ganz oder teilweise, vorzugsweise zum überwiegenden Anteil durch Innenwandungen des Sammelbehälters gebildet werden.Preferably, at least one of the, preferably all, disc-shaped corona discharge electrodes are arranged in the collection container in each flow channel, ie they are not arranged inside the housing, but protrude at least partially out of the housing and into the collection container. The inner walls of the collecting container serve at least in part as separation surfaces and, if they preferably also serve as counter-electrodes for the corona discharge electrodes, have an electrically conductive and grounded surface. This means that the flow channels are routed through the collection container or touch it, at least in the area of the corona discharge arrangement. A further preferred embodiment of this is characterized in that only the areas on the separation surfaces with the shortest distance to one of the electrodes are formed entirely or partially, preferably predominantly, by the inner walls of the collection container. A further preferred embodiment of this is characterized in that only the areas on the separation surfaces with the shortest distance plus a maximum of 50%, more preferably 20%, more preferably 10% of the shortest distance to a have the electrodes, are formed entirely or partially, preferably for the most part, by inner walls of the collection container.
Jeder der Strömungskanäle umfasst jeweils eine Strömungsumlenkung unter den Koronaentladungselektroden im oder über dem Sammelbehälter. Jeweils beidseitig der Strömungsumlenkungen schließt sich jeweils ein vertikal nach oben ausgerichteter Strömungskanalabschnitt, der oben im Gehäuse in jeweils eine der Öffnungen ausmündet, an. Die Strömungskanäle folgen nach einem Gaseintritt durch eine der Öffnungen jeweils stromabwärts zunächst einem nach unten gerichteten ersten Strömungskanalabschnitt und mündet von da aus in eine Strömungsumlenkung, von da aus in einen nach oben gerichteten zweiten Strömungskanalabschnitt des Strömungskanals und anschließend aus einer zweiten als Gasaustritt dienenden der Öffnungen.Each of the flow channels includes a flow deflection under the corona discharge electrodes in or above the collection container. On either side of the flow deflections, there is a flow channel section which is aligned vertically upwards and which opens out into one of the openings at the top of the housing. After gas enters through one of the openings, the flow channels first follow a downward-pointing first flow channel section downstream and opens from there into a flow deflection, from there into an upward-pointing second flow channel section of the flow channel and then out of a second of the openings serving as a gas outlet .
Vorzugsweise sind die scheibenförmigen Koronaentladungselektroden orthogonal zu der Durchströmungsrichtung im Strömungskanal angeordnet, womit eine Umlenkung der Rauchgasdurchströmung im Strömungskanal durch das elektrische Feld hindurch möglichst im gesamten Feld gleichmäßig homogen erfolgt. Zur Erzeugung einer gleichmassigen elektrischen Feldstärke über das gesamte Feld wird vorgeschlagen, dass der kürzeste Abstand des umlaufenden Rands der Koronaentladungselektrode vorzugsweise zu jeweils der nächstliegenden Innenwandung jeweils gleich ist. Entsprechend ist das elektrische Feld zwischen dem umlaufenden Rand einer Koronaentladungselektrode und dem jeweils kürzesten Abstand zur Innenwandung maximal. Die Koronaentladungselektroden sind vorzugsweise scheibenförmig.The disk-shaped corona discharge electrodes are preferably arranged orthogonally to the direction of flow in the flow channel, so that the flow of smoke gas in the flow channel is deflected by the electric field as uniformly as possible over the entire field. In order to generate a uniform electric field strength over the entire field, it is proposed that the shortest distance between the peripheral edge of the corona discharge electrode and the nearest inner wall is preferably the same in each case. Accordingly, the electric field between the peripheral edge of a corona discharge electrode and the respective shortest distance to the inner wall is at its maximum. The corona discharge electrodes are preferably disc-shaped.
Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrostatischen Abscheiders zeichnet sich dadurch, dass die jeweils beiden Strömungskanalabschnitte der Strömungskanäle parallel zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise die jeweils beiden Strömungskanalabschnitte der Strömungskanäle vertikal und/oder die mindestens eine Koronaentladungselektrode horizontal ausgerichtet sind.A preferred embodiment of the electrostatic precipitator is characterized in that the two flow channel sections of the flow channels are arranged parallel to one another, the two flow channel sections of the flow channels preferably being aligned vertically and/or the at least one corona discharge electrode being aligned horizontally.
Der Sammelbehälter ist vorzugsweise in Verlängerung zum Gehäuse topfförmig gestaltet über ist einen mechanischen Verschluss, vorzugsweise einen Bajonettverschluss mit dem Gehäuse dichtend verbindbar. Der Sammelbehälter weist ein Innenvolumen auf, das vorzugsweise das Volumen für alle Strömungsumlenkungen umfasst. Die Strömungsumlenkungen sind vorzugsweise durch Trennwände voneinander getrennt. Im Bereich des Sammelbehälters sind die Trennwände vorzugsweise auch Teil des Sammelbehälters, wobei diese weiter bevorzugt bündig und dichtend an die Trennwände im Innenvolumen des Gehäuses anschließen.The collection container is preferably pot-shaped in extension to the housing and can be connected to the housing in a sealing manner via a mechanical lock, preferably a bayonet lock. The collection container has an internal volume that preferably includes the volume for all flow deflections. The flow deflections are preferably separated from one another by partition walls. In the area of the collection container, the partitions are preferably also part of the collection container, with these more preferably flush and sealingly adjoining the partitions in the interior volume of the housing.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der mindestens einen scheibenförmige Koronaentladungselektrode je Strömungskanal kennzeichnet sich dadurch aus, dass diese umlaufend radial vorstehenden Elektrodenspitzen aufweist, wobei dann der Abstand der Elektrodenspitzen als kürzester Abstand maßgeblich und zu jeweils der nächstliegenden Abscheidefläche vorzugsweise einheitlich gleich groß ist.A preferred embodiment of the at least one disk-shaped corona discharge electrode per flow channel is characterized in that it has electrode tips that protrude radially all the way around, the distance between the electrode tips being the shortest distance and preferably being the same size in each case from the closest separation surface.
Die Koronaentladungsanordnungen umfassen im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwei Koronaentladungselektroden, die jeweils seriell in zumindest einem Strömungskanal, weiter bevorzugt in allen Strömungskanälen angeordnet sind. Die beiden Koronaentladungselektroden sind im jeweiligen Strömungskanal seriell angeordnet. Weiter bevorzugt ist dabei jeweils eine Koronaentladungselektrode vor und nach der jeweiligen Strömungsumlenkung über dem Sammelbehälter angeordnet. Weiter bevorzugt sind die jeweils beiden Koronaentladungselektroden eines Strömungskanals dabei durch einen elektrisch leitfähigen starren Träger entlang der Strömungsumlenkung miteinander verbunden. Die Koronaentladungsanordnungen sind als Teil einer seriellen Anordnung grundsätzlich mit weiteren Koronaentladungselektroden kombinierbar.Within the scope of a preferred embodiment, the corona discharge arrangements each comprise two corona discharge electrodes which are each arranged in series in at least one flow channel, more preferably in all flow channels. The two corona discharge electrodes are arranged in series in the respective flow channel. More preferably, a corona discharge electrode is arranged before and after the respective flow deflection above the collection container. More preferably, the respective two corona discharge electrodes of a flow channel are connected to one another by an electrically conductive, rigid carrier along the flow deflection. In principle, the corona discharge arrangements can be combined with further corona discharge electrodes as part of a serial arrangement.
Jeder Strömungskanal weist zwei Öffnungen auf, die jeweils einen Gaseintritt und einen Gasaustritt dienen, und vorzugsweise in ein Vorkammervolumen für den mindestens einen Gaseinlass oder mindestens einen Gasauslass münden. Eine Durchströmungsrichtung ist grundsätzlich nicht vorgegeben; sie bestimmt sich mit einer jeweiligen seriellen und/oder parallelen Verschaltungen der Strömungskanäle und damit der Öffnungen miteinander. Hierzu sind schaltbare Verbindungmittel mit Schaltstellungen zum seriellen und oder parallelen Verschaltung der Strömungskanäle zwischen mindestens einem Gaseinlass und mindestens einem Gasauslass in bzw. aus dem Gehäuse vorgesehen. Zwischen einem, vorzugsweise jedem des mindestens einem Gaseinlass und einem, vorzugsweise jedem des mindestens einem Gasauslass besteht einerseits die Möglichkeit einer schaltbaren fluidischen Verbindung mittels der vorgenannte Verschaltung der Strömungskanäle und andererseits die Möglichkeit eines selektiven Verschlusses der Gaseinlässe und der Gasauslässe, wobei jeweils mindestens ein, vorzugsweise genau ein Gaseinlass und mindestens ein Gasauslass geöffnet bleiben muss. Eine bevorzugte Ausgestaltung der schaltbare Verbindungsmittel sieht Verschlussklappen an den Öffnungen Gaseinlässen und Gasauslässen, vorzugsweise jeder Öffnung, jedem Gaseinlass und jedem Gasauslass vor, die jeweils unabhängig zwischen zwei Schaltstellungen, einer Durchlassstellung und einer Sperrstellung, hin und her schaltbar sind.Each flow channel has two openings, each serving for a gas inlet and a gas outlet, and preferably opening into an antechamber volume for the at least one gas inlet or at least one gas outlet. A direction of flow is not specified in principle; it is determined by a respective serial and/or parallel interconnection of the flow channels and thus of the openings with one another. For this purpose, switchable connecting means with switching positions for the serial and/or parallel connection of the flow channels between at least one gas inlet and at least one gas outlet in or out of the housing are provided. Between one, preferably each of the at least one gas inlet and one, preferably each of the at least one gas outlet, there is on the one hand the possibility of a switchable fluidic connection by means of the aforementioned connection of the flow channels and on the other hand the possibility of a selective closure of the gas inlets and the gas outlets, with at least one preferably exactly one gas inlet and at least one gas outlet must remain open. A preferred embodiment of the switchable connecting means provides closure flaps on the openings, gas inlets and gas outlets, preferably each opening, each gas inlet and each gas outlet, which can be switched back and forth independently between two switching positions, an open position and a blocked position.
Die Gaseinlässe und Gasauslässe bilden die Schnittstellen des elektrostatischen Abscheiders zur Umgebung, vorzugsweise eines Abluftkanalsystems oder eines anderen Abluft- oder Ansaugvolumens, beispielsweise in einem Gebäude. Sie sind in ihrer Funktion, d.h. in der Strömungsrichtung grundsätzlich umkehrbar, d.h. Gaseinlässe sind zu Gasauslässen und umgekehrt umschaltbar und nutzbar. Ebenso lassen sich einzelne Gaseinlässe und Gasauslässe verschließen, sodass ein Strömungskanal zwar in das Vorkammervolumen einmündet, aber die Gasströmung aus diesem in einen anderen Strömungskanal weitergeleitet wird.The gas inlets and gas outlets form the interfaces between the electrostatic precipitator and the environment, preferably an exhaust air duct system or another exhaust air or intake volume, for example in a building. Their function, ie the direction of flow, is fundamentally reversible, ie gas inlets can be switched to gas outlets and vice versa and can be used. Likewise, individual gas inlets and gas outlets can be closed, so that although a flow channel opens into the antechamber volume, the gas flow from it is passed on to another flow channel.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht folglich einen elektrostatischen Abscheider vor, an dem an jedem Gaseinlass und an jedem Gasauslass je ein schaltbares Verbindungmittel der vorgenannten Art vorgesehen ist. Damit ist jeder Gaseinlass und - auslass individuell zuschaltbar oder auch verschließbar. Der elektrostatische Abscheider ist hierbei auch als Strömungsweiche zwischen den mindestens einem Gaseinlass und mindestens einem Gasauslass einsetzbar.A preferred embodiment consequently provides an electrostatic precipitator on which a switchable connecting means of the aforementioned type is provided at each gas inlet and at each gas outlet. This means that each gas inlet and outlet can be switched on or closed individually. The electrostatic precipitator can also be used as a flow switch between the at least one gas inlet and at least one gas outlet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass je ein schaltbares Verbindungsmittel an mindestens eine Öffnung eines, vorzugweise aller Strömungskanäle angeschlossen ist.A further preferred embodiment provides that one switchable connecting means is connected to at least one opening of one, preferably all, of the flow channels.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Schaltstellung vor, bei der ein, vorzugsweise nur ein Gaseinlass nur über eine Parallelschaltung von mindestens zwei Strömungskanälen mit einem, bevorzugt nur einem Gasauslass verbunden ist. Die Durchströmungsquerschnitte der Strömungskanalquerschnitte addieren sich, womit sich die Volumenstromkapazität des elektrostatischen Abscheiders entsprechend erhöht.A further preferred embodiment provides a switching position in which one, preferably only one, gas inlet is connected to one, preferably only one, gas outlet only via a parallel connection of at least two flow channels. The flow cross sections of the flow channel cross sections add up, which increases the volume flow capacity of the electrostatic precipitator accordingly.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Schaltstellung vor, bei dem ein, vorzugsweise nur ein Gaseinlass nur über eine Reihenschaltung von mindestens zwei Strömungskanälen mit einem, vorzugsweise nur einem Gasauslass verbunden ist. Eine Reihenschaltung bewirkt in vorteilhafter Weise eine Abreinigung und/oder Desinfektion in mehreren Stufen hintereinander. Ein mit der Anzahl der seriell durchströmten Strömungskanale erhöhter Gesamtdurchströmungswiderstand lässt sich durch eine optionale kombinierte Parallel- und Reihenschaltung von Strömungskanälen insgesamt reduzieren. Ebenso lässt sich im Rahmen einer weiteren optionalen Ausgestaltung die für eine Abreinigung oder Desinfektion zur Verfügung stehende Verweilzeit in einem ausgewählten Strömungskanal einer Strömungskanalreihe durch eine Parallelschaltung dieses mit einem weiteren Strömungskanal erhöhen, die Durchströmungsgeschwindigkeit reduzieren.A further preferred embodiment provides a switching position in which one, preferably only one, gas inlet is connected to one, preferably only one, gas outlet only via a series connection of at least two flow channels. A series connection advantageously effects cleaning and/or disinfection in several stages in succession. A total flow resistance that increases with the number of flow channels through which flow occurs in series can be reduced overall by an optional combined parallel and series connection of flow channels. Likewise, within the scope of a further optional embodiment, the dwell time available for cleaning or disinfection in a selected flow channel of a flow channel row can be increased by connecting this in parallel with another flow channel, and the flow rate can be reduced.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht ein zylinderförmiges Innenvolumen des Gehäuses vor.A further preferred embodiment provides for a cylindrical inner volume of the housing.
Für die Realisierung mehrerer bevorzugt parallel angeordneter Strömungskanäle ist vorzugsweise mindestens eine axial orientierte Trennwand im Gehäuse vorgesehen, die die Strömungskanäle im Innenvolumen voneinander trennt. Die Trennwände bilden dabei einen Teil der Wandung der Strömungskanäle. Zumindest im Bereich einer Koronaentladungsanordnung sind die Trennwände vorzugsweise mit elektrisch leitfähigen und geerdeten Oberfläche (Nullpotential) als ein Teil der Abscheideflächen ausgestaltet.For the realization of several preferably parallel flow channels, at least one axially oriented partition is preferably provided in the housing, which separates the flow channels in the inner volume from one another. The partition walls form part of the wall of the flow channels. At least in the area of a corona discharge arrangement, the partitions are preferably designed with electrically conductive and grounded surfaces (zero potential) as part of the separation surfaces.
Vorzugsweise sind die Koronaentladungselektroden in den jeweiligen Strömungskanälen durch jeweils eine starre Hochspannungsleitung fixiert und über diese an eine Hochspannungsquelle außerhalb des Gehäuses angeschlossen. In jedem Strömungskanal befindet sich mindestens eine Koronaentladungselektrode, vorzugsweise zwei Koronaentladungselektroden weiter bevorzugt jeweils beidseitig der Strömungsumlenkung angeordnet und jeweils über einer starren Hochspannungsleitung mechanisch im Strömungskanal positionierbar und elektrisch angeschlossen. Die Hochspannungsleitungen sind vorzugsweise koaxial in jeweils einem Strömungskanalquerschnitt angeordnet, vorzugsweise zwischen Ausleitung und der nächstliegenden Elektrode vertikal. Weiter bevorzugt sind die starren Hochspannungsleitungen jeweils axial in einem der vertikal nach oben ausgerichteten Strömungskanalabschnitte eingesetzt und ausgerichtet.The corona discharge electrodes are preferably fixed in the respective flow channels by a rigid high-voltage line in each case and connected to a high-voltage source outside the housing via this line. In each flow channel there is at least one corona discharge electrode, preferably two corona discharge electrodes, more preferably arranged on both sides of the flow deflection and each mechanically positionable and electrically connected in the flow channel via a rigid high-voltage line. The high-voltage lines are preferably arranged coaxially in each flow channel cross-section, preferably vertically between the outlet line and the nearest electrode. More preferably, the rigid high-voltage lines are each inserted and aligned axially in one of the flow channel sections aligned vertically upwards.
Die starre Hochspannungsleitung endet an einer ersten Koronaentladungselektrode. Im Falle von mehreren Koronaentladungselektroden, die vorzugsweise in Strömungsrichtung im Strömungskanal hintereinander angeordnet sind, sind die Koronaentladungselektroden untereinander durch eine elektrisch leitfähige starre Verbindung, wie z.B. ein starrer Träger aus Metall miteinander verbunden.The rigid high voltage line terminates at a first corona discharge electrode. In the case of several corona discharge electrodes, which are preferably arranged one behind the other in the flow direction in the flow channel, the corona discharge electrodes are connected to one another by an electrically conductive rigid connection, such as a rigid metal support.
Die starre Hochspannungsleitung ist vorzugsweise axial in einem der beiden Strömungskanalabschnitte, d.h. mit ihrem freien Ende nach unten ausgerichtet und weist dabei keinen elektrischen Kontakt zur Innenwandung auf. Weiter bevorzugt ist der Abstand von der Hochspannungsleitung zur Innenwandung abseits der mindestens Koronaentladungselektrode zur Vermeidung von Ablagerungen stets größer als der vorgenannte kürzeste Abstand des umlaufenden Rands der Koronaentladungselektrode zu jeweils der nächstliegenden Innenwandung.The rigid high-voltage line is preferably aligned axially in one of the two flow channel sections, i.e. with its free end facing downwards, and has no electrical contact with the inner wall. More preferably, the distance from the high-voltage line to the inner wall apart from at least the corona discharge electrode is always greater than the aforementioned shortest distance from the peripheral edge of the corona discharge electrode to the nearest inner wall in order to avoid deposits.
Es versteht sich von selbst, dass die Hochspannungsleitung und die elektrisch leitfähigen Innenwandungen des Strömungskanals elektrisch gegeneinander isoliert sind, ein vorgenannter Potentialunterschied zwischen Koronaentladungselektrode und Innenwandung als Abscheideflächen überhaupt möglich ist.It goes without saying that the high-voltage line and the electrically conductive Inner walls of the flow channel are electrically isolated from each other, an aforementioned potential difference between the corona discharge electrode and the inner wall as a separation surface is possible at all.
Die Ausleitung der Hochspannungsleitungen aus den Strömungskanälen erfolgt vorzugsweise über eine gasundurchlässige Hochspannungsleitungsdurchführung abseits, vorzugsweise oberhalb der Öffnungen. Zur Reduzierung einer Verschmutzungsgefahr durch Ablagerungen aus dem zu reinigenden Rauchgas auf den Innenwandungen und den Hochspannungsleitungen der und damit einer grundsätzlich möglichen Kurzschlussgefahr ist die gasundurchlässige Hochspannungsleitungsdurchführung abseits dem Gaseintritt durch eine Öffnung in einen Strömungskanalabschnitt vorgesehen.The high-voltage lines are preferably routed out of the flow channels via a gas-impermeable high-voltage line bushing away from, preferably above, the openings. To reduce the risk of contamination from deposits from the flue gas to be cleaned on the inner walls and the high-voltage lines and thus a fundamentally possible risk of short circuits, the gas-impermeable high-voltage line bushing is provided away from the gas inlet through an opening in a flow channel section.
Vorzugsweise wird auch auf den Hochspannungsleitungen im Strömungskanal selbst jeweils ein rohrförmiger elektrischer Isolator um die Hochspannungsleitung angeordnet. Vorzugsweise erstrecken sich diese Isolatoren von den gasundurchlässigen Hochspannungsleitungsdurchführungen jeweils bis kurz vor oder bis zur nächstliegenden Elektrode und isolieren dabei die Hochspannungsleitungen von dem jeweils umgebenden Strömungskanalabschnitt elektrisch. Die rohrförmigen elektrischen Isolatoren dienen dabei auch der Verbesserung der Betriebsstabilität des Abscheiders, der Verlängerung der Längen der Isolierflächen zwischen den vorgenannten Abscheidungsflächen und den Hochspannungsleitungen sowie der Verringerung von elektrischen Leckströmen.A tubular electrical insulator is preferably also arranged around the high-voltage line on the high-voltage line in the flow channel itself. Preferably, these insulators extend from the gas-impermeable high-voltage line bushings to just before or to the nearest electrode, thereby electrically isolating the high-voltage lines from the respective surrounding flow channel section. The tubular electrical insulators also serve to improve the operational stability of the separator, to lengthen the lengths of the insulating surfaces between the aforementioned separation surfaces and the high-voltage lines, and to reduce electrical leakage currents.
Um jeweils einer Kurzschlussgefahr am Ende des Isolators vorzubeugen, wird im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, den rohrförmigen elektrische Isolator so zu gestalten, dass dieser einen Innendurchmesser größer dem Außendurchmesser der starren Hochspannungsleitung aufweist. Zwischen Hochspannungsleitung und rohrförmigen Isolator entstehen so ein Spielmaß und damit ein umlaufender Spalt, wobei der rohrförmige elektrische Isolator dabei in vorteilhafter Weise an der gasundurchlässigen Hochspannungsleitungsdurchführung aufgehängt ist und der Spalt somit nur nach unten offen ist. Dieser Spalt, insbesondere dann, wenn dieser sich im laufenden Betrieb in der Spaltbreite verändert, erschwert grundsätzlich eine durchgehende Ablagerungsbeschichtung über den Übergang zwischen Isolator und Hochspannungsleitung über das offene Ende des Spalts hinweg. Vorzugsweise besteht der rohrförmige Isolator aus einen Schlauch aus einem elastischen oder biegeschlaffen Material, vorzugsweise einem Silikon, einem silikonhaltigen Material oder einem anderen temperaturbeständigen elastischen Werkstoff. Alternativ ist der rohrförmige Isolator in der vorgenannten Aufhängung elastisch fixierbar. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass der Isolator durch Anströmung mit Rauchgas relativ zur Hochspannungsleitung bewegt wird, dadurch sich der vorgenannte Spalt mit der Anströmung dynamisch ändert und sich mögliche Ablagerungen im und am Spalt sich lösen. Da die Hochspannungsleitung mit dem Isolator im umgebenden Strömungskanalabschnitt von oben an der Hochspannungsleitungsdurchführung nach unten zum Spalt angeordnet ist, werden die gelösten Ablagerungen im Spalt allein schon durch die Schwerkraft aus dem Spalt nach unten herausbefördert und der Spalt dadurch stabilisiert.In order to prevent the risk of a short circuit at the end of the insulator, another embodiment proposes designing the tubular electrical insulator in such a way that it has an inner diameter larger than the outer diameter of the rigid high-voltage line. There is play between the high-voltage line and the tubular insulator and thus a circumferential gap, with the tubular electrical insulator advantageously being suspended from the gas-impermeable high-voltage line bushing and the gap thus only being open at the bottom. This gap, particularly when the width of the gap changes during operation, fundamentally makes it more difficult to obtain a continuous coating of deposits across the transition between the insulator and the high-voltage line across the open end of the gap. The tubular insulator preferably consists of a tube made of an elastic or flexible material, preferably a silicone, a material containing silicone or another temperature-resistant elastic material. Alternatively, the tubular insulator can be fixed elastically in the aforementioned suspension. This has the advantageous effect that the insulator is moved relative to the high-voltage line by the inflow of smoke gas, as a result of which the aforementioned gap changes dynamically with the inflow and possible deposits in and on the gap are loosened. Since the high-voltage line with the insulator in the surrounding flow channel section is arranged from above on the high-voltage line bushing down to the gap, the loosened deposits in the gap are transported out of the gap down by gravity alone and the gap is thereby stabilized.
Der rohrförmige elektrische Isolator endet vorzugsweise mit einem vorgebbaren fixen Abstand vor Erreichen, d.h. über einer nächstliegenden ersten der mindestens einen Koronaentladungselektrode. Dies verhindert, dass die auf der ersten der mindestens einen Koronaentladungselektrode abgeschiedenen Partikel als Schüttung nicht das untere Ende des Isolators erreichen und womöglich einen Kurzschluss oder einen Kriechstromweg verursachen. Diese Schüttung entsteht auf der nach oben weisenden Fläche der Koronaentladungselektrode, indem sich dort insbesondere aus dem Spalt oder direkt aus dem Rauchgas abgeführte Partikelmassen anlagern. Der genannte fixe Abstand entspricht vorzugsweise zwischen 10%, 20% oder 30% bis 50%, 70% oder 80% der maximalen Abmessung der ersten der mindestens einen scheibenförmigen Koronaentladungselektrode. Für elektrostatische Abscheider für Kleinfeuerungsanlagen, Öfen, Verbrennungsmotoren mit Abgasströmungsvolumina im Bereich zwischen 20 bis 300 m3/h liegt der fixe Abstand typischerweise zwischen 2 und 15 cm.The tubular electrical insulator preferably ends at a predefinable, fixed distance before it is reached, ie above a closest first of the at least one corona discharge electrodes. This prevents the particles deposited as bulk material on the first of the at least one corona discharge electrodes from reaching the lower end of the insulator and possibly causing a short circuit or a leakage current path. This bed is formed on the surface of the corona discharge electrode pointing upwards, in that particle masses discharged from the gap or directly from the flue gas accumulate there. Said fixed distance preferably corresponds to between 10%, 20% or 30% to 50%, 70% or 80% of the maximum dimension of the first of the at least one disc-shaped corona discharge electrode. For electrostatic precipitators for small furnaces, ovens, internal combustion engines with exhaust gas flow volumes in the range between 20 and 300 m 3 /h, the fixed distance is typically between 2 and 15 cm.
Für den Betrieb des elektrostatischen Abscheiders insbesondere für eine Rauchgasreinigung von Verbrennungsprozessen ist ein optionaler Temperatursensor für den Strömungskanal vorteilhaft. Je nach Rauchgastemperatur lässt sich die Rauchgasreinigung durch Beaufschlagen der mindestens einen Koronaentladungselektrode mit einer HV-Spannung aktivieren oder deaktivieren. Vorzugsweise erfolgt die Temperaturerfassung durch mindestens einen Temperaturerfassungssensor im ersten Strömungskanalabschnitt oder am Gehäuse nahe des ersten Strömungskanalabschnitts.An optional temperature sensor for the flow channel is advantageous for the operation of the electrostatic precipitator, in particular for flue gas cleaning from combustion processes. Depending on the flue gas temperature, the flue gas cleaning can be activated or deactivated by applying an HV voltage to the at least one corona discharge electrode. The temperature is preferably detected by at least one temperature detection sensor in the first flow channel section or on the housing near the first flow channel section.
Während des Betriebs des elektrostatischen Abscheiders zur Rauchgasreinigung besteht die Gefahr, dass sich an den Innenwänden der Strömungskanäle insbesondere in der Anlaufphase vor Erreichen einer Betriebstemperatur zusätzlich kleinere Kondensatmengen insbesondere an noch kälteren Bereichen der Innenwandung bilden, die jedoch im laufenden stationären Betrieb durch das heiße Gas wieder verdampft werden und so die Prozessstabilität der elektrostatischen Abscheidung allenfalls nur unwesentlich beeinträchtigen. Lassen die Temperaturverhältnisse in den beiden Strömungskanalabschnitten eine Verdampfung nicht zu, fließen die Kondensate schwerkraftgetrieben nach vorzugsweise stufenlos und vertikal nach unten direkt in den Sammelbehälter. Es wird optional vorgeschlagen, die Hochspannung erst oberhalb von 50°C bis 70°C, vorzugsweise oberhalb von 60°C, gemessen mit dem Temperaturerfassungssensor im ersten Strömungskanalquerschnitt, auf die mindestens eine Koronaentladungselektrode durchzuschalten und so die elektrostatische Abscheidung zu aktivieren.During the operation of the electrostatic precipitator for flue gas cleaning, there is a risk that additional small amounts of condensate will form on the inner walls of the flow channels, especially in the start-up phase before an operating temperature is reached, especially on even colder areas of the inner wall, which, however, will be caused by the hot gas again during ongoing stationary operation be evaporated and so the process stability of the electrostatic deposition affect it only insignificantly. If the temperature conditions in the two flow channel sections do not permit evaporation, the condensates flow, driven by gravity, preferably steplessly and vertically downwards directly into the collection container. It is optionally proposed to switch the high voltage through to the at least one corona discharge electrode only above 50° C. to 70° C., preferably above 60° C., measured with the temperature detection sensor in the first flow channel cross section, and thus to activate the electrostatic separation.
Die Erfindung wird anhand von weiteren Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen
-
1 in einer prinzipiellen Schnittansicht durch einen elektrostatischen Abscheider entlang eines von zwei Strömungskanälen (Prinzipskizze), -
2 eine schematische Schnitt-Draufsicht einer Ausgestaltung eines elektrostatischen Abscheiders mit vier Strömungskanalabschnitten (gemäß1 ), die durch Trennwänden voneinander abgetrennt sind, -
3a bisc drei Ansichten einer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels eines elektrostatischen Abscheiders mit vier Strömungskanälen und zwei Koronaentladungsanordungen gemäß1 und 2 , -
4a bis g prinzipielle Verschaltungs- und Einbauvarianten des Ausführungsbeispiels gemäß1 , -
5a bis e mögliche Ausgestaltungsvarianten für einen elektrostatischen Abscheider mit zwei in Reihe geschalteten Strömungskanälen mit einer gemeinsamen Öffnung, die durch einen Durchbruch in der Trennwand zwischen den Strömungskanälen gebildet wird sowie -
6a bisd eine optionale Ausgestaltung des Abscheiders, wobei jeweils zwei Koronaentladungselektroden aus benachbarten Strömungskanälen mittels einer Vergabelung elektrisch miteinander verbunden.
-
1 in a basic sectional view through an electrostatic precipitator along one of two flow channels (schematic sketch), -
2 a schematic sectional top view of an embodiment of an electrostatic precipitator with four flow channel sections (according to1 ), which are separated from each other by partitions, -
3a untilc 1 and2 , -
4a to g basic wiring and installation variants of the embodiment according to1 , -
5a to e possible design variants for an electrostatic precipitator with two flow channels connected in series with a common opening which is formed by an opening in the partition wall between the flow channels and -
6a untili.e an optional refinement of the separator, in each case two corona discharge electrodes from adjacent flow channels being electrically connected to one another by means of a bifurcation.
Zugunsten eine kompakten Aufbaus sind die beiden Strömungskanalabschnitte 22 parallel zueinander, weiter bevorzugt vertikal parallel zueinander angeordnet. Zwischen den beiden Strömungskanalabschnitten befindet sich eine Trennwand 14. Diese endet unten vor Erreichen der Strömungsumlenkung 6.In favor of a compact structure, the two
Das Gehäuse 1, die Trennwand 14 und/oder der Sammelbehälter 8 sind im Ausführungsbeispiel die vorzugsweise aus Metall gefertigt. Sie sind vorzugsweise geerdet oder zumindest an ein gemeinsames elektrisches Potential angeschlossen. In der Darstellung sind die Umlauflinien oder Trennungen den einzelnen Komponenten zur Hervorhebung des durchgehenden Strömungskanals nicht eingezeichnet.The
Ferner in jedem Strömungskanal der in
Die Koronaentladungselektroden 9 und 10 sind wie dargestellt vorzugsweise nicht im Gehäuse 1 selbst angeordnet, sondern ragen nach unten aus dem Gehäuse 1 heraus, d.h. sie sind im Innern des Sammelbehälters 8 angeordnet. Ebenso werden die Bereiche auf den Abscheideflächen mit den kürzesten Abstand zu einer der Elektroden zumindest teilweise durch Innenwandungen des Sammelbehälters gebildet.The
Die beiden Koronaentladungselektroden 9 und 10 weisen vorzugsweise umlaufend radial in Richtung der Abscheideflächen vorstehenden Elektrodenspitzen auf, um die die Feldstärken des elektrischen Feldes 12 maximal sind. Vorzugsweise weisen diese Elektrodenspitzen jeweils einen gleichen Abstand zu der jeweilig nächstliegenden Abscheidefläche auf, sodass die elektrischen Felder über den gesamten Umfang der Koronaentladungselektroden eine ungefähr gleiche Feldstärke aufweisen.The two
Die beiden Koronaentladungselektroden 9 und 10 sind zudem, wie in
Ferner ist in
Die Beaufschlagung der Koronaentladungelektroden durch die Hochspannungsquelle 16 erfolgt vorzugsweise temperaturgesteuert, wobei ein Potentialunterschied nur ab einer einstellbaren Betriebstemperatur eingespeist wird. Es wird vorgeschlagen, mindestens eine Temperaturerfassung im einem Strömungskanalabschnitt, im dargestellten Beispiel dem Strömungskanalabschnitt 5 oberhalb der dazugehörigen Öffnung (im Beispiel des Gaseintritts 2) vorzunehmen. Dies erfolgt mittels eines Temperaturerfassungssensor 21 entweder punktuell, wie in
Eine Umströmung der elastischen oder biegeschlaffen rohrförmigen elektrischen Isolierung, vorzugweise des Silikonschlauches mit Rauchgas bewirkt in vorteilhafter Weise eine andauernde oder wiederkehrende Bewegung des Schlauchendes um die Hochspannungsleitung. Die damit einhergehenden ständigen Änderungen der Breite des Spaltes im Bereich des Schlauchendes 20 führt zu einem Ablösen von Partikel von auf dem Schlauch und/ oder Hochspannungsleitung abgeschiedenen Partikeln insbesondere im Spalt. Die abgelösten Partikel oder Partikelagglomerate fallen dann der Schwerkraft folgend auf die Oberseite der ersten Koronaentladungselektrode 9.Flowing around the elastic or pliable tubular electrical insulation, preferably the silicone hose, with smoke gas advantageously causes a continuous or recurring movement of the hose end around the high-voltage line. The associated constant changes in the width of the gap in the area of the
Eine bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten kompakten Aufbaus zeigt
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß
In den in
Eine bevorzugte Ausgestaltung hierzu zeigen
Es bleibt aber ein genereller Vorteil einer Unterteilung mehrere parallele Strömungskanäle (gegenüber einem Einzelkanal mit gleichem Gesamtströmungsquerschnitt) der größeren für eine Abscheidung zur Verfügung stehenden Abscheideflächen sowie der größeren für eine Koronaentladung zur Verfügung stehenden elektrischen Feldbereiche.However, there remains a general advantage of subdividing several parallel flow channels (compared to a single channel with the same total flow cross section) of the larger separation surfaces available for a separation and the larger electric field areas available for a corona discharge.
Eine alternative optionale Ausgestaltung mit je einer Hochspannungsleitungsdurchführung für jede der Hochspannungsleitungen/Elektroden erfordert dagegen keine der vorgenannten Durchbrüche.In contrast, an alternative, optional configuration with one high-voltage line bushing for each of the high-voltage lines/electrodes does not require any of the aforementioned openings.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- GehäuseHousing
- 22
- Gaseinlassgas inlet
- 33
- Gasauslassgas outlet
- 44
- Strömungsrichtungflow direction
- 55
- erster Strömungskanalabschnittfirst flow channel section
- 66
- Strömungsumlenkungflow deflection
- 77
- zweiter Strömungskanalabschnittsecond flow channel section
- 88th
- Sammelbehältercollection container
- 99
- erste Koronaentladungselektrodefirst corona discharge electrode
- 1010
- zweite Koronaentladungselektrodesecond corona discharge electrode
- 1111
- Abscheideflächenseparation surfaces
- 1212
- umlaufendes elektrisches Feldrotating electric field
- 1313
- starrer Trägerrigid carrier
- 1414
- Trennwandpartition wall
- 1515
- Hochspannungsleitunghigh voltage line
- 1616
- Hochspannungsquellehigh voltage source
- 1717
- Hochspannungsleitungsdurchführunghigh-voltage line bushing
- 1818
- keramisches Elementceramic element
- 1919
- Silikonschlauchsilicone hose
- 2020
- Schlauchendehose end
- 2121
- Temperaturerfassungssensortemperature detection sensor
- 2222
- Strömungskanalabschnitteflow channel sections
- 2323
- Öffnungopening
- 2424
- Trennwand zwischen zwei StrömungskanälenPartition wall between two flow channels
- 2525
- Trennwand zwischen zwei StrömungskanalabschnittenPartition wall between two flow channel sections
- 2626
- Abdeckungcover
- 2727
- Strömungskanalflow channel
- 2828
- Vorkammervolumenantechamber volume
- 2929
- Anschlussgehäusejunction box
- 3030
- Teilvolumen im VorkammervolumenPartial volume in the antechamber volume
- 3131
- Verschlossener GasauslassSealed gas outlet
- 3232
- Verschlossener GaseinlassSealed gas inlet
- 3333
- Zweiter GasstromSecond gas stream
- 3434
- Mischgasstrommixed gas flow
- 3535
-
Durchbruch durch die Trennwand 24breakthrough through the
partition wall 24 - 3636
- Unterteilungsubdivision
- 3737
- Bajonettverschlussbayonet lock
- 3838
- Elektrodeelectrode
- 3939
- Deckellid
- 4040
- Vergabelungallocation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- CH 695113 A5 [0006]CH 695113 A5 [0006]
- DE 102019105776 A1 [0007]DE 102019105776 A1 [0007]
- EP 0600101 B1 [0008]EP 0600101 B1 [0008]
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R016 | Response to examination communication |