DE1295491B - Vorrichtung zur Verringerung elektrostatischer Ladungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ver- fahren für die wirksame Entfernung dieser Ladungen ringerung elektrostatischer Ladungen in einer elek- nicht ausreichend. Der wichtigste unter diesen trisch geladenen Flüssigkeit mittels mindestens einer Gründen ist, daß dieses Verfahren zur Beseitigung in die Flüssigkeit ragenden Elektrode. hoher Ladungen nicht ausreicht. Beispielsweise ist

Die Schwierigkeit der Reduzierung von elektro- 5 ein Verfahren, das eine Ladungsverringerung in der statischen Ladungen in feuergefährlichen Flüssig- Größenordnung von 40 bis 70% ermöglicht, in den keiten ist groß. Diese Schwierigkeit besteht insbe- meisten Fällen nicht ausreichend. Zum Beispiel ist sondere bei fließfähigen Medien mit geringer Leit- eine Ladungsdichte von etwa 30 Mikrocoulomb pro fähigkeit, da Medien mit hoher oder mittlerer elek- Kubikmeter in einem Tankwagen üblicher Größe trischer Leitfähigkeit im allgemeinen einen schnellen io gefährlich. Die Ladungsdichten in Behältern von der Abfluß der Ladungen oder eine schnelle »Entspan- Größe von Tankwagen können wesentlich größer nung« ermöglichen. Wenn jedoch fließfähige Medien sein, so daß ζ. B. die Verringerung einer Ladungsmit einer niederen Leitfähigkeit durch ein Leitungs- dichte von etwa 250 Mikrocoulomb pro Kubiksystem bewegt werden, können die erzeugten elek- meter um etwa 70% zu einer Dichte in der Größentrischen Ladungen hohe Potentialunterschiede zwi- 15 Ordnung von 75 Mikrocoulomb pro Kubikmeter führt sehen verschiedenen Abschnitten des Leitungssystems und deshalb weiter ein gefährlicher Zustand be- und zwischen dem Medium und seiner Umgebung steht.

erzeugen. Solche großen Potentialunterschiede kön- Das Versagen dieses Verfahrens kann ganz oder

nen elektrische Entladungen zur Folge haben, die teilweise durch einen oder mehrere verschiedene hinreichend Energie frei machen, um eine Zündung 20 Faktoren bedingt sein. Zum Beispiel lehrt der Stand eines feuergefährlichen oder entflammbaren Gas- der Technik die Verwendung von nur einer Elekgemisches zu verursachen. trode. Die Verwendung von einer Spitze erfordert

Man hat versucht, diese Schwierigkeiten zu besei- entweder die Einstellung des Widerstandes gegenüber tigen, indem man öl mit kleinen Pumpgeschwindig- Erde oder die Einstellung der Lage der Spitze in der keiten fördert, indem eine lange Entspannungszeit 25 Flüssigkeit, um eine wesentliche Neutralisation zu oder Ausgleichszeit in der Förderleitung ermöglicht erhalten. Der Stand der Technik lehrt weiter, daß wird oder indem dem öl antistatische Zusätze zu- die Zusammensetzung der Elektrode und die Schärfe gesetzt werden. Diese Maßnahmen führen nicht der Spitze nicht besonders kritisch sind. Wie jedoch immer zu einem zufriedenstellenden Erfolg und unter Bezugnahme auf eine der Zeichnungen erläutert tragen unter Umständen zu einer wesentlichen 30 werden wird, führt die Verwendung eines Materials, Kostenvergrößerung bei. Eine weitere Möglichkeit das keinen genügend hohen Schmelzpunkt hat, zu besteht darin, die Gasdämpfe aus einem Tankwagen einem Verbrennen der Spitze der Elektrode. Die herauszuleiten und sie durch Luft zu ersetzen. Dies Wirksamkeit der Elektrode wird wesentlich verist ein zeitaufwendiges Verfahren, und das Ent- ringert, wenn die Spitze rund oder weniger scharf weichen nutzt nichts, wenn ein Material mit anderen 35 wird. Außerdem ist die Verwendung eines Kunststoffmittleren Dampfdrücken abgefüllt wird. Das Spülen oder Glasrohres nicht für Raffineriezwecke geeignet, des Kessels oder Behälters mit inertem Gas ist wirk- Diese Art von Leitung oder Rohren ist nicht feuersam, jedoch sehr kostspielig. fest, und es hat natürlich auch keine hinreichende Es sind bereits viele Verfahren und Vorrichtungen mechanische Festigkeit für Raffinerie und andere zum Entfernen von elektrostatischen Ladungen aus 40 industrielle Verwendungszwecke, feuergefährlichen Flüssigkeiten bekannt. Ein bekann- Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile, die den tes Verfahren verwendet eine geerdete spitze Elek- bekannten Verfahren der Ladungsinjektion zu Neutratrode in einem Rohr oder Zylinder aus nicht leit- lisation von elektrostatischen Ladungen in feuergef ährfähigem Material. Es wurde zwar bisher nicht aus- liehen Flüssigkeiten anhaften, beseitigt oder wesentdrücklich erwähnt, jedoch ist es augenscheinlich, 45 lieh verringert werden können, wenn gemäß der Erdaß dieses Verfahren auf der Basis des Ladungs- findung ein Kondensator mit einer rohrförmigen, injektionsprinzips arbeitet. Es werden dabei Ladungen metallischen, geerdeten äußeren Kondensatorplatte über die spitze Elektrode aus der Erde in die ge- und einem Dielektrikum aus dickem, nichtleitendem ladene Flüssigkeit injiziert, während die Flüssigkeit Material mit einem hohen spezifischen Widerstand von dem Rohr aus nicht leitfähigem Material begrenzt 50 und einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, welches ist. Die injizierte Ladung hat ein entgegengesetztes in der äußeren Kondensatorplatte fest angeordnet ist, Vorzeichen wie die Ladung in der Flüssigkeit, so vorgesehen ist, wobei das Dielektrikum eine von der daß ein Neutralisierungseffekt auf die Flüssigkeits- Flüssigkeit durchflossene Kammer aufweist, deren ladung ausgeübt wird. Es ist bekannt, daß ein Fluß Oberfläche die andere Platte des Kondensators bildet, eines geladenen Öls durch ein Rohr aus nicht leit- 55 und durch mehrere geerdete Elektroden, die am Umfähigem Material eine sehr hohe Spannung in dem Öl fang im Winkelabstand voneinander in wenigstens im Vergleich zu einem ähnlichen Strom durch ein drei Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe einen Metallrohr entwickelt. In Abhängigkeit von der Abstand längs der Achse des Kondensators von den Ladungsdichte in dem einströmenden öl können anderen Reihen aufweist und scharfe Spitzen der diese Spannungen gut im Bereich von mehreren 60 Elektroden etwas in der Kammer des Dielektrikums tausend Volt bis zu über 50 000 Volt betragen. Die vorstehen.

Wirksamkeit dieser Methode wird stark vergrößert, Mit der Vorrichtung nach dieser Erfindung ist es

indem diese sehr hohe Spannung entwickelt wird. möglich, eine so starke Verringerung der Ladungs-Die Spannung hängt ebenfalls von dem Radius des dichte zu erreichen, daß die resultierende Ladungs-Rohres ab, und ein Rohr mit kleiner als 7,62 cm 65 dichte in der Größenordnung von 10 Mikrocoulomb Innendurchmesser wird wahrscheinlich als Ladungs- pro Kubikmeter oder darunter beträgt, neutralisationsgerät unwirksam sein. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Aus verschiedenen Gründen ist jedoch dieses Ver- Zeichnung dargestellt. Es zeigt

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F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im einen solchen Innendurchmesser haben, daß der

Aufriß, Innendurchmesser der Kammer an das Rohrsystem,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, in dem sie verwendet wird, angepaßt ist.

F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Die Länge der äußeren Platte 10 und des Dielek-Fig. 1. 5 trikums 12 und deshalb die Länge des Kondensators

Der erfindungsgemäße Kondensator besteht aus ist hauptsächlich von der Anordnung der Elektroden, einer äußeren Platte 10, an deren Umfang Elek- d. h. des Abstandes derselben voneinander und der troden 14 in Reihen angeordnet sind. Innerhalb der Anzahl der Reihen abhängig. Es wurde gefunden, äußeren Platte 10 ist das Dielektrikum 12 angeordnet, daß zur Erleichterung der Injektion die bevorzugte das eine hohlzylindrische Form aufweist. Es ist aus io Anordnung für eine Reihe drei Elektroden an dereinem dicken, den elektrischen Strom nichtleitenden selben Umfangsstelle sind, die im gleichen Abstand Material hergestellt. Vorzugsweise besteht das Di- voneinander, also etwa in einem Winkelabstand von elektrikum 12 aus einem Material, das eine so kleine 120° voneinander angeordnet sind. Weniger Elek-Dielektrizitätskonstante wie möglich und einen troden injizieren weniger Ladung an dieser Stelle, Widerstand in der Größenordnung von etwa 15 und mehr Elektroden injizieren nicht mehr Ladung 10¹⁵ Ohm · cm oder größer aufweist. Der Innen- als drei. Wenn die Stellen der Elektroden zu nahe durchmesser der Kammer, die durch das Dielektrikum beieinander angeordnet sind, findet eine Interferenz 12 gebildet wird, soll so gut wie möglich dem Innen- zwischen den Feldgradienten statt, und die Injektion durchmesser der Leitung in dem System, in dem der wird verschlechtert. Diese Anordnung kann deutlicher Kondensator installiert wird, angepaßt sein. Dadurch 20 aus F i g. 3 ersehen werden. Um das Mischen der werden Drucksprünge oder Druckabfälle beim Ladung in der Flüssigkeit und der injizierten Ladung Durchströmen des Kondensators vermieden. Darüber zu erleichtern, werden vorzugsweise die Dorne oder hinaus soll an der Verbindung des Kondensators mit Spitzen der nächstfolgenden Reihe um etwa 60° dem Leitungssystem eine glatte Innenfläche vor- gegenüber den Spitzen der vorhergehenden Reihe handen sein, um die Turbulenz in der Kammer soweit 35 versetzt oder verdreht. Es wurde gefunden, daß die wie möglich zu vermindern. Wenn die Turbulenz ein Anzahl der Reihen und der Abstand zwischen den Minimum beträgt, erhöht sich die Wirksamkeit der Reihen wichtig ist, um eine wirksame Ladungsver-Ladungsverringerung. Es wurde gefunden, daß ein ringerung zu erreichen. Die Reihen sollen einen hin-Material, wie z. B. Polyäthylen, Tetrafluoräthylen, reichenden Abstand voneinander haben, so daß ein Polystyrol, Polyvinylchlorid u. dgl., sehr geeignet ist, 30 Mischen zwischen der Ladung in der Flüssigkeit und um die Forderung nach einem hohen elektrischen der injizierten Ladung stattfindet, bevor weitere La-Widerstand zu erfüllen. dung injiziert wird. Dieser Abstand ist gewöhnlich

Die Stärke des Dielektrikums 12 ist aus zwei weniger als ein Durchmesser der Innenplatte, jedoch Gründen ein wesentlicher Faktor: erstens aus Grün- kann er bis zu fünf Durchmessern oder darüber hinden der Isolation und zweitens aus Gründen der 35 aus betragen. Die Anzahl der Reihen von Elektroden Steuerung der Übergangszeit am Beginn. Wenn der soll zwischen etwa drei und fünf betragen. Es wurde Innendurchmesser des Dielektrikums 12 zwischen gefunden, daß die erste Reihe zu einer unvollständigen etwa 10 und 15 cm beträgt, wird eine Stärke dieses Reduzierung der Ladung führt und daß zwei Reihen Dielektrikums 12 von etwa 3,2 bis 5,1 cm bevorzugt. zur Überneutralisation tendieren. Die erste und die Wenn der Innendurchmesser des Dielektrikums 12 40 letzte Reihe sollen einen Abstand von wenigstens zunimmt, soll die Wandstärke ebenfalls zunehmen, einem Innendurchmesser von den Enden des Konum die Kapazität zu verringern, wenn die Größe des densators und vorzugsweise einen Abstand von zwei Kondensators erhöht wird. Wenn z. B. das Dielektri- Innendurchmessern haben. Bei der Angabe des Innenkum 12 einen Innendurchmesser von 10 oder 15 cm durchmessers wird wiederum auf den Innendurchaufweist, würde ein Dielektrikum wesentlich schwä- 45 messer des Dielektrikums Bezug genommen. Dieser eher als 5 cm für die Isolation ausreichen, jedoch Abstand von einem oder zwei Innendurchmessern nicht für eine hinreichend kurze Übergangszeit am hat eine genügende Trennung von dem geerdeten Beginn. Wenn die Flüssigkeit in der Kammer steht Metallrohr des Systems, in dem der Kondensator und ungeladen ist, sind alle Spannungen Null. Wenn verwendet wird, zur Folge, so daß sich eine Hochgeladene Flüssigkeit zu fließen beginnt, arbeitet das 50 spannung auf der Innenfläche des Dielektrikums 12 Dielektrikum 12 als Dielektrikum des zylindrischen ausbilden kann.

Kondensators, wobei die äußere Platte 10 und die Fig.2 zeigt die Konstruktionseinzelheiten einer

Oberfläche des hohlen Kerns als die zwei »Konden- Elektrode, wie sie gemäß dieser Erfindung verwendet

satorplatten« dienen. Dieser Kondensator wird ge- wird. Ein scharf gespitzter Dorn 16 ist auf einem

laden, wenn die Spannung in der Flüssigkeit zunimmt. 55 Schraubbolzen 18 befestigt. Bolzen mit einem Durch-

Mit etwa einem 5 cm dicken Dielektrikum benötigt messer von 12,7 mm haben sich als ausreichend

das Laden nur etwa 15 bis 20 Sekunden, bevor die erwiesen. Der Bolzen 18 wird in eine Ringfassung 24

Vorrichtung wirksam wird. Mit einem Dielektrikum, eingeschraubt, die auf die Außenseite der äußeren

das 2,5 cm dick ist, würde eine Zeit von etwa 30 Platte 10 aufgeschweißt ist. Der Dorn 16 steht etwas

bis 40 Sekunden erforderlich sein. 60 durch das Dielektrikum 12 in den hohlen Kern des

Für die äußere Platte 10 kann zweckmäßigerweise Kondensators hinein vor. Dadurch, daß das Gewinde ein gewöhnliches Stahlrohr verwendet werden. Bei des Bolzens 18 sich in das Dielektrikum 12 hinein der Auslegung dieses Stahlrohres muß hauptsächlich erstreckt, wird eine gute mechanische Verbindung der Druck berücksichtigt werden, der in dem jewei- erhalten. Da die thermische Ausdehnung des Kunstligen System herrscht. In Abhängigkeit von dem je- 65 Stoffs weitgehend von der des Metalls verschieden weiligen System kann die äußere Platte 10 mit ist, neigt das Dielektrikum 12 dazu, sich von der üblichen Flanschen 22 und 22 a ausgerüstet sein. Die äußeren Platte 10 abzuheben, wenn es nicht hinäußere Platte 10 soll natürlich so bemessen sein und reichend mit dieser äußeren Platte verbunden ist.

Eine Dichtung 20 verhindert das Ausfließen von Flüssigkeit aus dem Inneren des Rohres um das Gewinde des Bolzens 18 herum.

Es ist wesentlich, daß der Dorn 16 aus einem nichtkorrodierenden, leitfähigen Material besteht, dessen Spitze einen hinreichend hohen Schmelzpunkt hat, so daß die Ladungsinjektion kein Schmelzen oder Abbrennen der Spitze bewirkt. Ein hartes, nichtkorrodierendes Edelmetall, wie z. B. Osmium, hat sich als ausreichend erwiesen. Spitzen, die aus Zündkerzenelektrodenmaterial gefertigt sind, haben sich ebenfalls als zufriedenstellend erwiesen. Die Schärfe der Spitze des Domes 16 ist ebenfalls wichtig. Sie soll einen Radius von 0,05 bis 0,076 mm haben. Eine Spitze mit einem Radius von weniger als 0,05 mm neigt zum Abbrennen, während eine Spitze mit einem Radius über 0,075 mm die Wirksamkeit der Ladungsverringerung reduziert.

Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, kann das Dielektrikum 12 als einstückiges Rohr aufgebaut sein. Wenn man eine kontinuierliche Spiralrille in die Rückseite des Dielektrikums 12 einfräst, wird eine Eingriffsfläche erhalten, so daß ein Epoxy-Bindemittel verwendet werden kann, um das Dielektrikum in der äußeren Platte oder dem äußeren Rohr 10 zu befestigen. Normalerweise hält z. B. ein Epoxyharz eine glatte Polyäthylenoberfläche nicht, jedoch eine gerillte Rückseite ergibt eine dreidimensionale Fläche, an der das Epoxyharz mechanisch befestigt werden kann.

An Hand der Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel I

Dieses Beispiel erläutert die Wirksamkeit der Ladungsverringerung gemäß der Erfindung. Die Flüssigkeit wurde geladen, indem sie durch eine Filtereinrichtung strömte. Die nachfolgende Tabelle gibt die Strömungsgeschwindigkeit in einer Kammer mit einem Innendurchmesser von 10,16 cm, die Ladungsdichte in der Flüssigkeit, die in den Kondensator eintritt, und die Ladungsdichte in der Flüssigkeit nach der Neutralisation wieder. Der Kondensator, der für dieses Beispiel verwendet wurde, hatte fünf Reihen von Dornen. Jede Reihe bestand aus drei Dornen, die im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet waren, wobei die Dorne aufeinanderfolgender Reihen um 60° gegenüber den Dornen der vorangegangenen Reihe versetzt waren. Die erste und letzte Reihe hatten einen Abstand von etwa Innendurchmesser von jedem Kondensatorende. Das Dielektrikum des Kondensators war etwa 5,0 cm dick und bestand aus Polyäthylen.

55

60

Strömungs	Ladungsdichte	Ladungsdichte
geschwindigkeit	(in Mikrocoulomb	(in Mikrocoulomb
in der 4-Zoll-	pro Kubikmeter)	pro Kubikmeter)
Leitung	des in den Konden	des den Konden
(in Gallonen	sator eintretenden	sator verlassenden
pro Minute)	Öls	Öls
108	-99,5	-2,6
155	-156	-3,1
278	-262	-6,3
410	-286	-3,8

Beispiel II

In einer Leitung mit einem Innendurchmesser von 15,3 cm derselben Konstruktion wie im Beispiel I betrug die Ladungsdichte der Flüssigkeit, die in einer Menge von 400 bis 1200 Gallonen pro Minute strömte, von 50 bis über 400 Mikrocoulomb pro Kubikmeter. Nach dem Durchfluß durch einen Kondensator mit einem lichten Durchmesser von 15,3 cm und einer Wandstärke des Dielektrikums von 5,0 cm war die resultierende Ladungsdichte auf 3 Mikrocoulomb pro Kubikmeter oder darunter reduziert.

Gemäß dieser Erfindung wird ein System geschaffen, in dem die Ladungsneutralisation sehr wirksam ist, wodurch gewährleistet wird, daß ein feuergefährlicher Zustand nach der Neutralisation nicht mehr vorliegt. Es wird zwar vorteilhafterweise angenommen, daß alle Pumpenfilter, Leitungen u. dgl. geerdet sein sollen, da sie mögliche Funkengefahren bilden, wenn sie nicht geerdet sind, es ist jedoch nicht notwendig, die Elektroden zu diesen Gegenständen direkt zu erden. Die Elektroden sind vielmehr direkt mit der äußeren Platte des Kondensators verbunden. Das System nach dieser Erfindung erfordert weiter keinen Widerstand von den Elektroden zur Erde, wie das in bestimmten anderen Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik obligatorisch ist. Es ist daher keine Einstellung des Widerstandes erforderlich. Mit diesem erfindungsgemäßen System kann eine wirksame Neutralisation ohne Einstellung des Ortes der Elektrode, ihrer Tiefe oder anderer Parameter des Systems erfolgen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verringerung elektrostatischer Ladungen in einer elektrisch geladenen Flüssigkeit mittels mindestens einer in die Flüssigkeit ragenden Elektrode, gekennzeichnet durch einen Kondensator mit einer rohrförmigen, metallischen, geerdeten äußeren Kondensatorplatte (10) und einem Dielektrikum (12) aus dickem, nichtleitendem Material mit einem hohen spezifischen Widerstand und einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, welches in der äußeren Kondensatorplatte (10) fest angeordnet ist, wobei das Dielektrikum eine von der Flüssigkeit durchflossene Kammer aufweist, deren Oberfläche die andere Platte des Kondensators bildet, und durch mehrere geerdete Elektroden (14), die am Umfang im Winkelabstand voneinander in wenigstens drei Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe einen Abstand längs der Achse des Kondensators von den anderen Reihen aufweist und scharfe Spitzen (16) der Elektroden etwas in die Kammer des Dielektrikums vorstehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (14) in wenigstens drei in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen mit wenigstens einer Elektrode pro Reihe auf der äußeren Kondensatorplatte (10) so angeordnet sind, daß die Elektrode jeder Reihe in Umfangsrichtung gesehen gegenüber der Elektrode der nächstfolgenden Reihe versetzt angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (14) wenigstens in drei in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen mit wenigstens einer Elektrode pro Reihe so angeordnet sind, daß die erste und die letzte dieser Reihen von dem entsprechenden Ende des Kondensators einen Abstand von wenigstens einem Innendurchmesser der Kammer aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-

kennzeichnet, daß jede Reihe von der nächstfolgenden einen Abstand von wenigsten drei Viertel des Innendurchmessers der Kammer aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Dielektrikums (12) wenigstens 10¹⁵ Ohm · cm beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (16) der Elektroden (14) aus Osmium bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Spitze

(16) jeder der Elektroden (14) etwa 0,05 mm beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Reihe drei Elektroden (14) vorgesehen sind, die in einem Winkelabstand von 120° voneinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (14) einer dieser Reihen in Umfangsrichtung gegenüber den Elektroden (14) der nächstfolgenden Reihe um etwa 60° versetzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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