DE1457325A1

DE1457325A1 - Physikalisches Elektro-Zyklo-Filter

Info

Publication number: DE1457325A1
Application number: DE19651457325
Authority: DE
Inventors: Hauser Dipl-Ing Guenther
Original assignee: HAUSER DIPL ING GUENTHER
Current assignee: HAUSER DIPL ING GUENTHER
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1969-08-07

Description

Bezeichnung: Physikalisches Elektro-Zyklo-Filter ι / rnooi: I 4 O 7 O L O

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Gasreinigungsfilter, das nach dem bekannten Vorschlag arbeitet, die Abscheidung durch die Zusammenwirkung von elektrostatischen und Zentrifugalkräften zu erzielen. Die bisherigen Filtergeräte dieses Verfahrens haben den Mangel, daß sie den Gasstrom nur in radialer Richtung führen und die andere Bewegungskomponente senkrecht dazu nicht gestalten. Dadurch entsteht eine unkontrollierte Abscheidung, die nur bei sehr geräumiger Ausführung der Spiralwindungen gelingt, die nur in einer Ebene liegen.

Bei einer anderen Idee wird die Innenelektrode mit Wendeln lediglich zur Gasverwirbelung versehen und die Außenelektrode glatt gelassen. Da aber das Druckgefälle in radialer Richtung zur Außenwand hin zunimmt, wird der Gasstrom axial ausweichen und sich der gewünschte Effekt der zentrifugalen Abscheidung nur ungenügend einstellen.

Diese Erfindung hat die Aufgabe gelöst, nach genauer Erforschung der Abscheidungsvorgänge ein Filter zu konstruieren, bei dem die elektrischen und mechanischen Effekte optimal ausgenützt werden. Dadurch wird das Volumen des Innenraumes auf ein Kleinstmaß herabgesetzt, so daß es sich ausgezeichnet eignet als chemisch und physikalisch neutrales Filter für Gasanalysenanlagen. Diese Bauweise ermöglicht besonders die Abscheidung von elektrisch leitenden Schwebeteilchen wir Ruß, Metallstaub usw. Im Unterschied zu bisherigen Filtern arbeitet dieses im Bereich des statischen, elektrischen Feldes weit unterhalb der Korona- und Sprühentladung. Der besondere Vorzug liegt darin, daß in dem statischen, elektrischen Feld keine chemischen und physikalischen Veränderungen des Gases stattfinden, wie sie bei Koronaentladung durch die Bildung von Ozon und Stickoxyden sowie durch Ionisation verursacht werden. Die kleinen Abmessungen wie z.B., 35 ^ . 80 mm für eine Gasmenge von 100 /h erlauben einen leichten, unkomplizierten Einbau in entsprechende Meßgeräte. " Durch maßstäbliche Vergrößerung eignet es sich auch zur Reinigung und Entrußung von Abgasen von Dieselmotoren, Heizungsanlagen usw.

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Ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung gegenüber anderen besteht darin, daß erreicht wurde, die Schwebeteilchen fast ausschließlich in einen Abscheideraum am Boden auszufällen, und daß es gelungen ist, mit einer besonders geformten Blechplatte elektrische und mechanische Kräfte zu erzeugen, die jegliche Abscheidung von Teilchen auf dem Isolator zu vermeiden.

Besonders hervorzuheben ist die Rentabilität des Filters im Betrieb, da wegen des statischen, elektrischen Feldes nur ein ganz geringer Verschiebungsstrom durch das Entladen der Teilchen fließt. Die Stromversorgung.kann daher über einen Transistor-Oszillator mit anschließender Gleichrichtung aus einer 6 Volt Batterie bezogen werden. Volltransistorisierte Steuergeräte zur Füllungsanzeige und Spannungsregelung sind eine wertvolle Ergänzung, so daß diese Erfindung ausbaufähig ist und einen großen Fortschritt gegenüber bisherigen Filteranlagen darstellt.

Mechanischer Aufbaut

Ein senkrecht stehender Metallzylinder 5 wird oben von dem Isolator 6 und unten durch den Metallboden 1 abgeschlossen, die zu Reinigungszwecken abnehmbar sind. Eine Drahtspirale 8, die in ihrer Steigung dem Volumenstrom angepaßt ist, lenkt den tangential ein- und abströmenden Gasstrom an der Innenwand entlang schraubenförmig nach oben. Die Drahtspirale 8 ist von einem Isolator mit glatter Oberfläche 9 umhüllt. Der untere Teil des Filters ist der Sammelraum 2, der durch Anbringen eines Rohres oder Beutels beliebig vergrößert werden kann. Es ist auch vorgesehen, die Abscheidung von Zeit zu Zeit automatisch abzusaugen, so daß das Gerät für den Dauerbetrieb geeignet ist. Isoliert ist in der Mittelachse des Zylinders die Gegenelektrode angebracht. Sie ist als Zylinder und Kegel 4 ausgebildet, dessen abgerundetes, spitzes Ende nach unten zeigt. Auf dieser Elektrode ist eine Blechspirale angebracht, die 12 sich in ihrem Außendurchmesser nach unten verjüngt. Diese Maßnahme mußte getroffen werden, um trotz geringfügiger Abscheidung von Ruß auf den untersten Wendeln noch genügend Sicherheitsabstand gegen FunkenÜberschlag zu haben. Die Oberseite der Spirale ist zwecks Selbstreinigung mit einer Isolatorschicht 11 überzogen. Die Spirale ist dachförmig

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nach unten geneigt und an ihrem Außenrand leicht nach unten gebördelt. Zwischen Isolator und Elektrodenkörper ist eine an ihren Rändern schwach nach unten gebördelte Blechplatte 7 befestigt.

Wirkungsweise des Gerätes:

Zwischen beiden Elektroden liegt ein Potential von 3ooo bis 4000 Volt Gleichspannung, die mit Hilfe eines Oszillators, der auf 2o khz schwingt, mit anschließender Gleichrichtung erzeugt wird. Ein Steuergerät, daß von einer Sonde gesteuert wird, kontrolliert den Füllungsgrad und bestätigt die Rußabsaugevorrichtung. Die Hochspannung baut ein statisches, elektrisches Feld auf, dessen Ladungs- oder Verschiebungsdichte nach den geo- g metrischen Abmessungen der Elektrodenteile verschiedene Werte annimmt. Gemäß der Gleichung: Verschiebungsdichte D = VF (Ladung/Fläche) mit Q = CU = const, entstehen an den gebördelten, scharfkantigen Rändern der Blechspirale auf der Innenelektrode und dem Isolatorschutzblech eine hohe Ladungsdichte und an der Zylinderwand eine im Verhältnis dazu sehr kleine Dichte. An der vorstehenden Drahtspirale im Zylinder herrscht eine mittlere Dichte. Versuche bestätigen, daß die Rußteilchen von hoher Feldkonzentration in Richtung schwächerer wandern. Da die Rußteilchen sich wie geladene Metallkugeln verhalten, tauschen sie bei Berührung der Elektroden ihre Ladung aus und polen sich um, so daß sie ständig hin- und herpendeln. Sie würden sich auch, wenn auch weniger stark, an der inneren Elektrode ί festsetzen und bald zu einem Kurzschluß führen, wenn dieser Vorgang nicht durch eine geeignete Gasströmung vermieden würde. Durch die tangentiale Einströmung und Führung in den Gärigen der Innen- und Außenelektrode erhalten die Teilchen eine Zentrifugalkraft, die sie an die Außenwand drückt. Zur Selbstreinigung der Innenwendel 12 und der Spirale 9 dient eine Isolatorschicht mit glatter Oberfläche. Die Rußteilchen, kleine Partikel mit kleinem inneren ohmschen Widerstand, setzen sich auf den Isolator und behalten dort ihre Ladung. (Der Isolator verhält sich als Dielektrium und bildet Dipole entgegengesetzter Ladung). Die sich weiterhin dort ablagernden TeOölien. setzen sich immer an die feldschwächste Stelle der Oberfläche ab, weil sich gleichsinnige Pole abstoßen. Bei genügender Ablagerungsdichte wird ihre

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Haftung immer labiler, bis sie sich plötzlich alle explosionsartig von dem Isolator lösen und wieder in den Abscheidungsprozeß eingehen, bis sie sich endlich an der Außenelektrode engehäuft haben, dann infolge ihres- Gewichtes abbröckeln und in den Abscheideraum fallen. Dabei lassen die Feldverdichtungen zwischen Spirale 8 und Wendel 12 die groben Flocken passieren, während sie den mikroskopischen kleinen Partikeln den Weg sperren.

Bas stark inhomogene Feld und die gleichzeitige Verwirbelung im Abscheideraum bewirken eine Grobabscheidung, bei der etwa 95 ia des gesamten Rußanteils im Gas ausgefällt werden. Die darüberliegenden Räume sorgen nur für die Feinstreinigung.

Der Abscheideraum ist durch einen trichterförmigen Boden ab- ^ geschlossen, dessen Ausgang mit einer Membranpumpe verbunden ist, deren Hubvolumen gleich dem Abscheidevolumen ist. Die einzelnen Leerungshübe werden durch einen Elektromagneten 14 betätigt, dessen Auslösung automatisch von dem Füllungsanzeigegerät erfolgt. Durch diese Einrichtung ist das Gerät im Dauerbetrieb für Überwachungsanlagen einsetzbar.

Das Filter ist für die Meßtechnik elektrisch bis auf 3oo°C aufzuheizen. Die Temperatur wird durch einen regelbaren geeichten Bimetallschalter auf jedem beliebigen Zwischenwert konstant gehalten.

Weiterhin kann die Geometrie des Filters den Einsatzbedingungen angepaßt werden. Z.B. besondere kleines Totvolumen für schnelle Änderungen der Meßgaszusammensetzung oder robuste Ausführungen fc für Industrie- oder Motorabgasreinigung.

Das geschilderte Arbeitsprinzip wird bei allen Abwandlungen immer zu Grunde gelegt werden.

Ein Filter wurde als Muster gebaut und funktioniert einwandfrei in der beschriebenen Weise.

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Claims

1. 3in aur Absiheiduag von. Staub und anderen Schwebeteilchen geeignetes Serätf dae daazu reini.-iendo Sas duroft tigee Zusammenwirken von elektrostatischen und kräf ten wie bekannt reinigt , dadurch gekettnsθioimet

daü es ganz speziell zur Äbsehsidung von RuS und arideren leitenden Sohwebeteilohen konstruiert ist.

2. Qet'At naoti 1. dadurch ^elcennteiännet, daß die Abscheidung ausschließlich ißä AbscheidoraUtfi Über dem Boden Stattfindet auoh ffiigösäugt «erden Kaiin*

rtaph Xa ₁2» äaduroh ^Q}it|iii2eiOiinet,daß der zur führung des aaöstroMes und zur Konzentrierung u«ä elfte sahiäutstnföraiige Spirale

lefät ftaöh 1,2,5» dadurch gs'isnriaeiounet, daß die sitttfal aft{;#öMnete Elektrode iyiiadfisch und ke^elfüraig ist sdlt eiaet sloh Mur liegdispitMi vef jungenden, aüxi gen il#äügf£raie fsrsehen ist·Me Spirale ist acn Rande fiäOh unten uaigabdrdalt und

iörät fiäöh i>2j5»4, dadurch ,^kennzeichnet, daß die de? iiinene le strode auf ihrer Oberseite und dii WiMiI itfl Auieftaylinddr tflit eineni Isolator ojit glatter Oberiläahe vorsehen äifld, der zur Selbstreinigung dieser Bäutäilö

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11. Gerät nach l,2,3»4»5f6,7»8,9,1O, dadurch gekennzeichnet,daß ea fur Heizzwecke in Gasanalysenanlagen salt einem Steuergerät ausgestattet ist, das die Betriebsspannung so einstell daß der Bereich der Koronaentladung nicht erreicht wird« so daß die Analyse durch die Entstehung von Ozon und Stickoxyden nicht vorfälscht werden Kann.

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