DE202007018888U1

DE202007018888U1 - Elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung

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Publication number: DE202007018888U1
Application number: DE202007018888U
Authority: DE
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: ES2301415B1; WO2008071630A1; ES2301415A1

Abstract

Elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung zum Reinigen eines mit Partikeln verunreinigten gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, umfassend:
– einen Strömungskanal (2);
– zwei sich über einen Zwischenraum (B) hinweg gegenüber liegende plattenförmige Kollektorelektroden (4), die zwei gegenüberliegende Wände des Strömungskanals (2) bilden;
– eine Ionisierungseinrichtung mit einer in einem vorbestimmten Abstand (d; d1, d2) zu einer jeweiligen Kollektorelektrode (4) angeordneten Entladungselektrode (6) zum Erzeugen freier elektrischer Ladungen in dem Medium und zum elektrischen Aufladen der Partikel in dem Medium mittels dieser freien Ladungen,
wobei
die Entladungselektrode (6) im Strömungskanal (2) einen Ionisierungsbereich (Z_i) definiert, und
der vorbestimmte Abstand (d; d1, d2) für die freien elektrischen Ladungen einen wegabhängigen elektrischen Widerstand (R1; R1_T1, R1_T2) darstellt; und
– einen zumindest innerhalb des Ionisierungsbereichs (Z_i) zwischen der Entladungselektrode (6) und einer jeweiligen Kollektorelektrode (4) angeordneten weg-unabhängigen elektrischen Widerstand (R2; R2_T1, R2_T2) für die freien Ladungen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtungen zum Reinigen eines mit Partikeln verunreinigten gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, umfassen üblicher Weise einen Strömungskanal sowie zwei sich über einen Zwischenraum hinweg gegenüber liegende plattenförmige Kollektorelektroden, die zwei gegenüberliegende Wände des Strömungskanals bilden. Ferner weisen derartige Partikel-Abscheidevorrichtungen eine Ionisierungseinrichtung mit einer in einem vorbestimmten Abstand zu einer jeweiligen Kollektorelektrode angeordneten Entladungselektrode auf, die zum Erzeugen freier elektrischer Ladungen in dem Medium und zum elektrischen Aufladen der Partikel in dem Medium mittels dieser freien Ladungen dient. Die aufgeladenen Partikel werden an den Kollektorelektroden abgeschieden.
Die Ionisierungseinrichtung bzw. deren Entladungselektrode erzeugt ein sehr starkes elektrisches Feld. Handelt sich bei dem zu reinigenden gasförmigen Medium um Luft bzw. andere Sauerstoff enthaltende Gase, so neigt der Sauerstoff dazu, sich in dem elektrischen Feld zu dreiatomigen Ozon (O₃) zu verbinden. Ozon ist ein Gas, welches in Konzentrationen von großer 200 μg/m³ (ca. > 0,1 ppm) gesundheitsschädlich bzw. toxisch ist. Das Ozon ist beim Abscheidungs- bzw. Reinigungsprozess des gasförmigen Mediums daher in der Regel ein unerwünschtes Nebenprodukt, welches zur Vermeidung von Gesundheitsrisiken wieder aus dem Medium entfernt werden sollte. Hierzu sind bei konventionellen elektrostatischen Partikel-Abscheidevorrichtungen relativ aufwendige Ozonfilter erforderlich.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, eine verbesserte elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung zu schaffen, die über eine hohe Partikel-Abscheideleistung bei gleichzeitig reduzierter Ozonerzeugung verfügt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Diese elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung zum Reinigen eines mit Partikeln verunreinigten gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, umfasst:
einen Strömungskanal;
zwei sich über einen Zwischenraum hinweg gegenüber liegende plattenförmige Kollektorelektroden, die zwei gegenüberliegende Wände des Strömungskanals bilden;
eine Ionisierungseinrichtung mit einer in einem vorbestimmten Abstand zu einer jeweiligen Kollektorelektrode angeordneten Entladungselektrode zum Erzeugen freier elektrischer Ladungen (Ionen bzw. ionisierte Luft/Gasmoleküle) in dem Medium und zum elektrischen Aufladen der Partikel in dem Medium mittels dieser freien Ladungen,
wobei
die Entladungselektrode im Strömungskanal einen Ionisierungsbereich definiert, und
der vorbestimmte Abstand für die freien elektrischen Ladungen einen wegabhängigen elektrischen Widerstand darstellt; und
einen (bzw. wenigstens einen) zumindest innerhalb des Ionisierungsbereichs zwischen der Entladungselektrode und einer jeweiligen Kollektorelektrode angeordneten weg-unabhängigen elektrischen Widerstand für die freien Ladungen.
Die Entladungselektrode ist zweckmäßiger Weise an eine Hochspannungsquelle anschließbar, so dass sie um sich herum eine Aufladungszone bzw. einen Koronaeffekt-Bereich mit einem starken elektrischen Feld ausbildet. In dieser Aufladungszone werden Ionen bzw. freie elektrische Ladungen erzeugt, welche in der Lage sind, die im Medium bzw. in der Luft befindlichen Partikel aufzuladen. Das ionisierte gasförmige Medium bzw. die ionisierte Luft wird elektrisch leitend. Zwischen der Entladungselektrode und einer benachbarten Kollektorelektrode fließt daher ein geringer elektrischer Strom I. Von einem mikroskopischen Standpunkt gesehen folgt dieser Effekt annähernd dem Ohm'schen Gesetz: U = R1·I bzw. R1 = U/I bzw. I = U/R1.

U: ist hierbei die Größe der an die Entladungselektrode angelegten Hochspannung;
I: ist die Größe des elektrischen Stroms, der in der Aufladungszone bzw. im Ionisierungsbereich durch das ionisierte gasförmige Medium zwischen der Entladungselektrode und einer jeweiligen Kollektorelektrode fließt; und
R1: ist der wegabhängige elektrische Widerstand für die freien elektrischen Ladungen; dieser Widerstand R1 ergibt sich durch den vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungselektrode und einer benachbarten Kollektorelektrode.

Die Energie der freien elektrischen Ladungen in der Aufladungszone hängt von der Größe der Hochspannung U und den konstruktiven, geometrischen Verhältnissen der elektrostatischen Partikel-Abscheidevorrichtung ab. Je größer die Hochspannung U ist, umso größer ist der Ionisierungseffekt und damit letztendlich die Partikel-Abscheidungsleistung der Vorrichtung. Eine Erhöhung der Spannung U wird bei konventionellen Vorrichtungen zwar die Partikel-Abscheidungsleistung verbessern, gleichzeitig jedoch auch die Erzeugung von Ozon (O₃) erhöhen.
Die geometrischen Verhältnisse in einer elektrostatischen Partikel-Abscheidevorrichtung sind in der Regel fest vorgegeben. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen der Entladungselektrode und einer benachbarten Kollektorelektrode fix ist. Auch die Hochspannung U wird in der Regel konstant gehalten. Die Erfinder haben nun erkannt, dass unter diesen Umständen die Ozonerzeugung und damit der im Strömungskanal generierte Ozongehalt proportional zu dem elektrischen Strom I ist, der durch das ionisierte gasförmige Medium zwischen der Entladungselektrode und einer benachbarten Kollektorelektrode fliest. Die Ozon-Produktion kann daher annähernd durch die Formel O3-Produktion = k·Iausgedrückt werden. Hierbei ist k eine Konstante, und für I gilt: I = U/R1.
Durch den weg-unabhängigen elektrischen Widerstand, der erfindungsgemäß zumindest im Ionisierungsbereich zwischen der Entladungselektrode und einer jeweiligen benachbarten Kollektorelektroden angeordnet wird, wird den freien elektrischen Ladungen nun ein zusätzlicher Widerstand geboten, so dass sich für diese ein erhöhter elektrischer Gesamtwiderstand R_GES ergibt. Der besagte webabhängige elektrische Widerstand R1 und der weg-unabhängige elektrische Widerstand R2 bilden in der erfindungsgemäßen Konfiguration eine Art Serienschaltung von Widerständen, wobei für den Gesamtwiderstand R_GES annährend folgende Formel angesetzt werden kann: RGES = R1 + R2
Für den elektrischen Strom I gilt damit I = U/(R1 + R2) bzw. I = U/RGES
Es ist ersichtlich, dass bei einer konstanten Hochspannung U folglich der elektrische Strom I, der durch das gasförmige Medium von der Entladungselektrode zu einer benachbarten Kollektorelektrode fließt, erheblich reduziert wird. Folglich reduziert sich auch die Ozonproduktion in annährend proportionalem Umfang.
Wichtig ist natürlich, dass der weg-unabhängige elektrischen Widerstand R2 nicht so groß gewählt wird, dass der in Verbindung mit dem weg-abhängigen Widerstand R1 entstehende Gesamtwiderstand R_GES den elektrischen Stromfluss über das ionisierte gasförmige Medium zwischen der Entladungselektrode und einer benachbarten Kollektorelektrode verhindert.
Die Erfinder haben des Weiteren herausgefunden, dass trotz des erhöhten elektrischen Gesamtwiderstandes R_GES, was (bezogen auf eine gleiche Hochspannung U und gleiche geometrische Parameter) auf vorteilhafte Weise zu einer erheblichen Ozonreduzierung im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen führt, die Ionisierungsleistung der Entladungselektrode und damit das elektrische Aufladen der in dem gasförmigen Medium enthaltenen Partikeln nicht beeinträchtigt wird. Die Partikel-Abscheidungsleistung der Vorrichtung bleibt daher weiterhin erhalten. Mit anderen Worten: die elektrostatische Filterleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die erfindungsgemäße Reduzierung der Stromstärke I nicht negativ beeinflusst. Somit ist es möglich, eine elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung zu schaffen, die bei einer hohen Partikel-Abscheideleistung gleichzeitig über eine erheblich reduzierte Ozon Erzeugung verfügt. Je nach Konstruktion sind daher keine speziellen Ozonfilter oder nur sehr kleine Ozonfilter mit einer geringen Ozon-Filterleistung erforderlich.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen elektrostatischen Partikel-Abscheidevorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, die ihre Stütze in der nachstehenden Beschreibung finden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
4 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich ist.
In der 1 ist eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Diese Vorrichtung zum Reinigen eines mit Partikeln verunreinigten gasförmigen Mediums (hier: Luft) umfasst einen Strömungskanal 2 und zwei sich über einen Zwischenraum B hinweg gegenüber liegenden plattenförmige Kollektorelektroden 4. Diese Kollektorelektroden 4 bilden zwei gegenüber liegende Wände des Strömungskanals 2. Die Vorrichtung ist ferner mit einer Ionisierungseinrichtung ausgestattet, die über eine dünne, drahtförmige Entladungselektrode 6 verfügt. Wie in der 1 zu erkennen ist, ist die Entladungselektrode 6 innerhalb der Strömungskanals 2 und in einem Abstand zum Eingang des Strömungskanals 2 zwischen den Kollektorelektroden 4 angeordnet. Der Abstand d der Entladungselektrode 6 zu einer jeweiligen Kollektorelektrode 4 ist hierbei konstruktiv fest vorgegeben. Die Entladungselektrode 6 dient zum Erzeugen freier elektrischer Ladungen in der Luft, dass heißt zum Erzeugen von Ionen bzw. ionisierten Luftmolekülen und zum elektrischen Aufladen der Partikel in der Luft mittels dieser freien Ladungen.
Zu diesem Zweck, ist die Entladungselektrode 6 an eine Hochspannungsquelle 8 angeschlossen, die eine Hochspannung U an die Entladungselektrode 6 anlegt. Die Entladungselektrode 6 bildet um sich herum ein starkes elektrisches Feld E und einen Koronaeffekt-Bereich K aus und definiert damit im Strömungskanal einen Ionisierungsbereich Z_i, der bezogen auf die Strömungsrichtung S im Strömungskanal 2 eine vorbestimmte Länge besitzt. Die Größe der Hochspannung U bestimmt die Größe des Koronaeffekt-Bereichs K um die Entladungselektrode 6 herum und damit insbesondere auch die Breite des Ionisierungsbereichs Z_i in Breitenrichtung (siehe entsprechend Bezugszeichen B) des Strömungskanals 2. Die Hochspannung U ist so eingestellt, dass sich der Koronaeffekt-Bereich K bzw. der Ionisierungsbereich Z_i über die gesamte freie Querschnittsfläche des Strömungskanals 2 hinweg streckt. Alle mit der Luftströmung S in den Strömungskanal 2 eintretenden Partikel müssen daher zwangsläufig durch den Koronaeffekt-Bereich K bzw. den Ionisierungsbereich Z_i hindurch treten und werden elektrisch aufgeladen.
Der vorbestimmte Abstand d zwischen der Entladungselektrode 6 und einer benachbarten Kollektorelektrode 4 stellt für die im Ionisierungsbereich Z_i erzeugten freien elektrischen Ladungen einen wegabhängigen elektrischen Widerstand R1 dar.
Die Kollektorelektroden 4 sind ebenfalls an die Hochspannungsquelle 8 angeschlossen und werden in diesem Beispiel mit einer zur Kollektorelektrode 6 entgegengesetzten Polarität aufgeladen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt des Weiteren einen innerhalb des Ionisierungsbereichs Z_i zwischen der Entladungselektrode 6 und einer jeweiligen Kollektorelektrode 4 angeordneten weg-unabhängigen elektrischen Widerstand R2 für die erzeugten freien Ladungen. Dieser weg-unabhängige elektrische Widerstand R2 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein dünnes, plattenförmiges elektrisches Isolierungselement 10 ausgestaltet. Dieses Isolierungselement 10 kann umgangsprachlich auch als Dielektrikum bezeichnet werden. Das Isolierungselement 10 besitzt eine Permittivität (d. h. eine Durchlässigkeit für das um die Entladungselektrode 6 herum ausgebildete elektrische Feld E), welche geringer oder weitaus geringer als die Permittivität der Luft im Strömungskanal 2 ist. Im vorliegenden Fall ist das Isolierungselement 10 aus einer Kunststoffplatte gefertigt. Grundsätzlich können jedoch auch andere geeigneten Materialen bzw. Werkstoffe mit einer geeigneten Permittivität oder Durchschlagsfestigkeit verwendet werden. Wichtig ist, dass die mittlere Durchschlagsfestigkeit des Isolierungselementes 10 höher oder wesentlich höher als die mittlere Durchschlagsfestigkeit von Luft (ca. 3,3 KV/mm) ist. Geeignet als Material für das Isolierungselement 10 sind insbesondere Kunststoffe (z. B. PVC mit ca. 50 KV/mm, Polystyrol mit ca. 100 KV/mm, ABS mit ca. 120 KV/mm, usw.), Faserverbundwerkstoffe, Gummi, Papier (ca. 10 KV/mm) Glas, Keramik, Porzellan (20 KV/mm), und dergleichen.
Das Isolierungselement 10 ist im vorliegenden Beispiel einteilig und einschichtig. Es kann grundsätzlich jedoch auch mehrteilig und/oder mehrschichtig aufgebaut sein. Falls das Isolierungselement 10 mehrschichtig aufgebaut ist, so können die Schichten direkt aufeinander liegen oder aber in einem Abstand zueinander angeordnet sein. Dieser Abstand kann auch durch Abstandshalter aufrechterhalten werden. Das Isolierungselement 10 kann zudem aus einem oder mehreren Materialen hergestellt sein. In vorliegendem Fall ist es aus einem einzelnen Kunststoffmaterial, nämlich ABS, hergestellt. Das Isolierungselement 10 der Ausführungsform nach 1 besitzt eine in sich geschlossene Oberfläche. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen Vertiefungen, Ausbuchtungen oder sogar Durchgangsöffnungen oder Poren in dem Isolierungselement 10 vorgesehen sind. Diese Öffnungen können den Gesamtwiderstand bzw. den lokalen Widerstand an einem Flächenelement des Isolierungselementes 10 entsprechend beeinflussen.
Wie aus der 1 des Weiteren hervorgeht, ist das Isolierungselement 10 an der Innenseite des Strömungskanals 2 flächig auf der Kollektorelektrode 4 angebracht. Diese Anbringung erfolgte im vorliegenden Fall mittels eines geeigneten Haftmittels. Grundsätzlich kann das Isolierungselement 10 jedoch auch rein mechanisch fixiert sein.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel besitzt das Isolierungselement 10 in Breiten- und Höhenrichtung des Strömungskanals 2 gesehen eine konstante Plattendicke. Diese Plattendicke kann je nach Anwendungsfall erheblich variieren. So kann die Plattendicke im Mikrometerbereich (folienartiges Isolierungselement) oder auch im Millimeterbereich liegen. In vorliegenden Fall beträgt die Plattendicke ca. 0,5 Millimeter. Die Vorder- und Hinterkanten des Isolierungselementes 10 sind angeschrägt, so dass das Isolierungselement 10 strömungsgünstig in den Strömungskanal 2 integriert ist.
Das Isolierungselement 10 erstreckt sich über die gesamte Höhe der jeweils zugeordneten plattenförmigen Kollektorelektrode 4 in Strömungskanal 2. Die Erfindung ist jedoch selbstverständlich nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt. Die Höhe des Isolierungselementes 10 kann in bestimmten Fällen auch geringer sein und somit in Höhenrichtung einen Teilbereich der jeweiligen Kollektorelektrode 4 unbedeckt lassen.
Wie in der 1 des Weiteren angedeutet ist, erstreckt sich das Isolierungselement 10 bezogen auf die Strömungsrichtung S in Strömungskanal 2 über den gesamten Ionisierungsbereich Z_i. Je nach Aufführungsform kann die Länge L des Isolierungselementes 10 jedoch auch geringer oder größer sein. Die Länge L des Isolierungselementes 10 setzt sich in der Variante nach 1 im Wesentlichen aus zwei Teillängen zusammen, nämlich die bezogen auf die Strömungsrichtung S und die Entladungselektrode 6 stromabwärts befindliche Teillänge L_B und die stromabwärts befindliche Teillänge L_C, d. h. L = L_B + L_C. Die Teillängen L_B und L_C können hierbei gleich oder auch unterschiedlich sein.
Ein jeweiliges Isolierungselement 10 bedeckt die zugeordnete Kollektorelektrode 4 also über den gesamten Ionisierungsbereich Z_i hinweg vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig.
Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement 10 in Strömungsrichtung S gesehen über den Ionisierungsbereich Z_i hinausragt. Dies ist in der 1 durch gestrichelte Linien und die zusätzliche Teillänge L_D angedeutet. Ferner kann das Isolierungselement 10 entgegen der Strömungsrichtung S über den Ionisierungsbereich Z_i hinaus ragen. Dies ist in der 1 durch gestrichelte Linien und die zusätzliche Teillänge L_A angedeutet. Das Isolierungselement 10 kann demnach bezogen auf die Strömungsrichtung S nach vorne oder hinten über die Ionisierungsbereich Z_i hinausragen. Die Teillängen L_A und L_D können hierbei gleich oder aber unterschiedlich sein. Die Gesamtlänge L des Isolierungselement 10 ist in diesem Fall dann L = L_A + L_B + L_C + L_D.
Die jeweiligen Isolierungselemente 10 sind geerdet. Dies verhindert, dass sich das betreffende Isolierungselement 10 mit der Zeit elektrostatisch auflädt, was den elektrostatischen Partikel-Filtereffekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung beeinträchtigen würde.
Es ist zu beachten, dass sich ein Teilbereich einer jeweiligen Kollektorelektrode 4, der sich bezogen auf die Strömungsrichtung S vor dem Ionisierungsbereich Z_i (d. h. auf Seiten des Eingangs des Strömungskanals 2) befindet, vorzugsweise von dem Isolierungselement 10 unbedeckt bleiben sollte. Dies hat sich für die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere für die Partikel-Abscheidungsleistung bei gleichzeitiger Ozon-Reduzierung, als vorteilhaft erweisen.
Die Kollektorelektroden 4 sind im vorliegenden Fall herausnehmbar bzw. demontierbar ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Kollektorelektroden 4 zum Reinigen oder für Wartungszwecke herauszunehmen. Gleichzeitig mit der Reinigung oder Wartung der Kollektorelektroden 4 kann dann auch eine Reinigung des Isolierungselementes 10 erfolgen.
2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese Variante gleicht im Wesentlichen der gemäß 1. Anders als bei der 1 ist das plattenförmige elektrische Isolierungselement 10 jedoch flächig in eine Ausnehmung oder Ausbuchtung 4a der Kollektorelektrode 4 eingelassen. Dies ist eine besonders strömungsgünstige Anordnung. Das Isolierungselement 10 ist wiederum aus einem Kunststoff-Material hergestellt, welches in einem Spritzgussverfahren direkt in die Ausbuchtung 4a hinein gespritzt wurde. Dies ist herstellungstechnisch besonders einfach und kostengünstig zu realisieren.
In der 3 ist eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß eine dritten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Variante besitzt das plattenförmige elektrische Isolierungselement 10 eine Plattendicke, die örtlich unterschiedlich ist. Hierbei besitzt ein Teilelement T1 des Isolierungselementes 10, welches in Bezug zu Entladungselektrode 6 einen geringen Abstand d1 besitzt, eine große Plattendicke. Ein Teilelement T2 hingegen, welches in Bezug zu Entladungselektrode 6 einen größeren Abstand d2 besitzt, weist dem gegenüber nur eine geringe Plattendicke auf. Somit kann über die gesamte Länge L des Isolierungselementes 10 hinweg ein im Wesentlichen konstanter elektrischer Teilelemente-Gesamtwiderstand R_GES-T am Isolierungselement 10 bereitgestellt werden. Dies ist dadurch bedingt, dass das Teilelement T1 aufgrund des geringen Abstands d1 zur Entladungselektrode 6 auch nur einen geringen weg-abhängigen Teilwiderstand R1_T1 aufweist. Für einen gewünschten konstanten Teilelemente-Gesamtwiderstand R_GES-T muss der weg-unabhängige Teilwiderstand R2_T1 also groß sein. Bei dem Teilelement T2 wiederum ist der Abstand d2 groß und damit auch der weg-abhängige Teilwiderstand R1_T2. Deshalb kann der weg-unabhängige Teilwiderstand R2_T2 im Vergleich zu dem Teilelement T2 geringer sein. Für R_GES-T gilt damit: RGES-T = konstant = R1T1 + R2T1 = + R1T2 + R2T2
Das zuvor in Bezug auf die Längenrichtung des Isolierungselements 10 beschriebene Prinzip ist entsprechend auch in Höhenrichtung anwendbar, wobei die Anordnung der Entladungselektrode 6, die Geometrie des elektrischen Feldes und die lokalen Feldstärken zu beachten sind.
Je nach Dickenverteilung des Isolierungselements 10 können bei Bedarf in einer anderen Ausführungsform natürlich auch unterschiedliche Teilwiderstands-Verteilung erreicht werden.
In 4 ist eine schematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Variante ist das plattenförmige elektrische Isolierungselement 10 im Strömungskanal 2 frei zwischen der Entladungselektrode 6 und einer zugeordneten Kollektorelektrode 4 und im Wesentlichen parallel zu dieser angeordnet. Hierbei ist es auch möglich das Isolierungselement 10 als Strömungsgitter oder als ein Teil eines solchen auszubilden.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den Merkmalen der beschriebenen Ausführungsformen darstellt.
Die Entladungselektrode muss nicht zwingend ein Draht sein. Die Entladungselektrode kann vielmehr auch in Form mehrerer Drähte ausgebildet sein, oder auch in Form eines länglichen, mit Nadeln, Stacheln, Zacken oder anderen scharfen oder spitzen Kanten oder dergleichen versehenen Elementes, oder auch in Form eines Netzes oder eines Gitters. Ferner ist es in möglich, dass die Entladungselektrode bezogen auf die Strömungsrichtung stromabwärts der plattenförmigen Kollektorelektroden und vor denselben angeordnet ist. Falls in diesem Fall freie Ränder der Kollektorelektroden eine Eintrittskante des Strömungskanals bilden, so kann ein Teil des Isolierungselementes von der Innenseite des Strömungskanals her auch nach außen um diese freien Rand herum geformt sein oder diesen zumindest teilweise bedecken. Eine solche Ausführungsform ist zwar weniger effektiv als die weiter oben erläuterten Ausführungsbeispiele, sie ist jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung realisierbar.
Überdies kann das Isolierungselement auch eine dreidimensionale Struktur besitzen. Hierbei können in mindestens einer Ausführungsvariante Teilbereiche dieser dreidimensionalen Struktur auch direkt oder indirekt an der Kollektorelektrode anliegen oder an dieser befestigt sein, und andere Bereiche wiederum nicht.
Eine Kollektorplatte mit dem plattenförmigen elektrischen Isolierungselement kann als separate Bauteileinheit vorgefertigt werden. Ebenso ist es möglich, den Strömungskanal oder denjenigen Teil des Strömungskanals, welcher den weg-unabhängigen elektrischen Widerstand bzw. das plattenförmige elektrische Isolierungselement aufweist, als Modul vorzufertigen. Mehrere solche Strömungskanale können in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel und/oder in Serie angeordnet sein.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Strömungskanal
4: Kollektorelektroden
4a: Ausbuchtung in 4
6: Entladungselektrode
8: Hochspannungsquelle
10: Plattenförmiges elektrisches Isolierungselement
B: Abstand zwischen Kollektorelektroden 4
d: Abstand
d1: Kleinerer Abstand
d2: Größerer Abstand
E: Elektrisches Feld
K: Koronaeffekt-Bereich
L: Gesamtlänge von 10
L_A: Teillänge von L
L_B: Teillänge von L
L_C: Teillänge von L
L_D: Teillänge von L
R1: Wegabhängiger Widerstand
R1_T1: Wegabhängiger Teilwiderstand von T1
R1_T2: Wegabhängiger Teilwiderstand von T2
R2: Weg-unabhängiger Widerstand
R2_T1: Weg-unabhängiger Teilwiderstand von T1
R2_T2: Weg-unabhängiger Teilwiderstand von T2
S: Luftströmung
T1: Teilelement von 10
T2: Teilelement von 10
U: Hochspannung
Z_i: Ionisierungsbereich

Claims

Elektrostatische Partikel-Abscheidevorrichtung zum Reinigen eines mit Partikeln verunreinigten gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, umfassend: – einen Strömungskanal (2); – zwei sich über einen Zwischenraum (B) hinweg gegenüber liegende plattenförmige Kollektorelektroden (4), die zwei gegenüberliegende Wände des Strömungskanals (2) bilden; – eine Ionisierungseinrichtung mit einer in einem vorbestimmten Abstand (d; d1, d2) zu einer jeweiligen Kollektorelektrode (4) angeordneten Entladungselektrode (6) zum Erzeugen freier elektrischer Ladungen in dem Medium und zum elektrischen Aufladen der Partikel in dem Medium mittels dieser freien Ladungen, wobei die Entladungselektrode (6) im Strömungskanal (2) einen Ionisierungsbereich (Z_i) definiert, und der vorbestimmte Abstand (d; d1, d2) für die freien elektrischen Ladungen einen wegabhängigen elektrischen Widerstand (R1; R1_T1, R1_T2) darstellt; und – einen zumindest innerhalb des Ionisierungsbereichs (Z_i) zwischen der Entladungselektrode (6) und einer jeweiligen Kollektorelektrode (4) angeordneten weg-unabhängigen elektrischen Widerstand (R2; R2_T1, R2_T2) für die freien Ladungen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weg-unabhängige elektrische Widerstand (R2) durch ein plattenförmiges elektrisches Isolierungselement (10) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) flächig auf der Kollektorelektrode (4) angebracht ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) flächig in eine Ausbuchtung (4a) der Kollektorelektrode (4) eingelassen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) im Strömungskanal (2) frei zwischen der Entladungselektrode (6) und einer zugeordneten Kollektorelektrode (4) und im Wesentlichen parallel zu dieser angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) über die gesamte Höhe der plattenförmigen Kollektorelektrode (4) im Strömungskanal (2) erstreckt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) eine konstante Plattendicke besitzt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) eine Plattendicke besitzt, die örtlich unterschiedlich ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilelement (T1) des plattenförmigen elektrischen Isolierungselementes (10), welches in Bezug zur Entladungselektrode (6) einen geringen Abstand (d1) besitzt, eine große Plattendicke aufweist, während ein Teilelement (T2), welches in Bezug zur Entladungselektrode (6) einen größeren Abstand (d2) besitzt, dem gegenüber eine geringere Dicke aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) bezogen auf die Strömungsrichtung (S) im Strömungskanal (2) über den gesamten Ionisierungsbereich (Z_i) oder im Wesentlichen über den gesamten Ionisierungsbereich (Z_i) erstreckt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) in Strömungsrichtung (S) gesehen über den Ionisierungsbereich (Z_i) hinaus ragt (L_D).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) entgegen der Strömungsrichtung (S) über den Ionisierungsbereich (Z_i) hinaus ragt (L_A).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige elektrische Isolierungselement (10) geerdet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich einer jeweiligen Kollektorelektrode (4), der sich bezogen auf die Strömungsrichtung (S) vor dem Ionisierungsbereich (Z_i) befindet, von dem plattenförmigen elektrischen Isolierungselement (10) unbedeckt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektrode (6) innerhalb des Strömungskanals (2) zwischen den plattenförmigen Kollektorelektroden (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektrode bezogen auf die Strömungsrichtung stromabwärts der plattenförmigen Kollektorelektroden und vor denselben angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ionisierungsbereich (Z_i) der Entladungselektrode (6) über die gesamte Querschnittsfläche des Strömungskanals (2) erstreckt.