DE202023101768U1 - Particle filter arrangement with at least one approximately point-shaped spray electrode as a pre-ionizer - Google Patents
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Abstract
Partikelfilteranordnung (20), die von einem von Partikeln zu reinigenden Gasstrom, insbesondere einem zu reinigenden Luftstrom, durchströmt wird, mit:
i) einer lonisatoreinheit als Vorionisator, die ein oder mehrere innerhalb des Luftstroms angeordnete, mit einem oder mit mehreren unterschiedlichen elektrischen lonisatorpotentialen beaufschlagte, näherungsweise punktförmige Sprühionisationsquellen (10) aufweist, wobei wenigstens eine der Sprühionisationsquellen (10) im Wesentlichen aus einem Bündel elektrisch leitfähiger Fasern (14) gebildet ist, wobei die elektrisch leitfähigen Fasern (14) der Sprühionisationsquelle (10) wenigstens teilweise mit einer metallischen Beschichtung (16) versehen sind,
ii) wenigstens einer von der oder den Sprühionisationsquellen (10) der lonisatoreinheit beabstandeten Gegenelektrode (24, 24'), die jeweils mit einem oder mit mehreren unterschiedlichen, von dem lonisatorpotential oder den lonisatorpotentialen abweichenden Gegenpotential beaufschlagt ist, sowie mit
ii) einer stromabwärts der lonisatoreinheit angeordneten faserhaltigen oder schwammartigen Partikelabscheideeinheit (26), die auch aktivkohlehaltiges Material enthalten kann.
Particle filter arrangement (20), through which a gas stream to be cleaned of particles, in particular an air stream to be cleaned, flows, with:
i) an ionizer unit as a pre-ionizer, which has one or more approximately point-shaped spray ionization sources (10) arranged within the air flow and acted upon by one or more different electrical ionizer potentials, wherein at least one of the spray ionization sources (10) consists essentially of a bundle of electrically conductive fibers (14) is formed, the electrically conductive fibers (14) of the spray ionization source (10) being at least partially provided with a metallic coating (16),
ii) at least one counter electrode (24, 24 ') spaced from the spray ionization source or sources (10) of the ionizer unit, each of which is subjected to one or more different counter potentials that deviate from the ionizer potential or potentials, and with
ii) a fiber-containing or sponge-like particle separation unit (26) arranged downstream of the ionizer unit, which can also contain activated carbon-containing material.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelfilteranordnung mit wenigstens einer näherungsweise punktförmigen Sprühelektrode als Vorionisator. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Partikelfilteranordnung zur Reinigung eines Gasstroms, insbesondere eines Luftstroms, mit Sprüh- oder sog. Vorionisationselektroden mit hoher Effizienz und verlängerter Standzeit.The present invention relates to a particle filter arrangement with at least one approximately point-shaped spray electrode as a pre-ionizer. In particular, the invention relates to a particle filter arrangement for cleaning a gas stream, in particular an air stream, with spray or so-called pre-ionization electrodes with high efficiency and extended service life.
Partikelfilter mit konventionellen Filtermedien (d.h. z.B. faserhaltige Filtermedien oder Aktivkohlefilter, d.h. keine ausschließlichen Elektrofilter) werden für vielfältige Applikationen im Bereich der Luftreinigung und im Bereich der Reinigung anderer Gase eingesetzt, z.B. im Bereich der Luftreinigung für Wohn- und Gewerberäume, in Zusammenhang mit der Reinigung von Abluft wie bei Küchendunstabzugshauben, bei Staubsaugern, für Rauchgasreinigungen im industriellen oder privaten Bereich sowie für Automotive-Anwendungen, z.B. für HVAC-Systeme für Fahrzeuginnenräume.Particle filters with conventional filter media (i.e. e.g. fiber-containing filter media or activated carbon filters, i.e. not exclusive electrostatic filters) are used for a wide range of applications in the area of air purification and in the area of purification of other gases, e.g. in the area of air purification for residential and commercial spaces, in connection with the cleaning of Exhaust air such as kitchen extractor hoods, vacuum cleaners, for flue gas cleaning in the industrial or private sector as well as for automotive applications, e.g. for HVAC systems for vehicle interiors.
In den vergangenen Jahren wurde erkannt, welche gravierenden Auswirkungen in der Luft befindliche Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 10 µm oder weniger - der sog. Feinstaub - oder auch Aerosole - insbesondere Bioaerosole, man denke an die Verbreitung des Coronavirus durch Aerosole, auf die menschliche Gesundheit haben können, was die Bedeutung hocheffizienter und kompakter Partikelfilter noch einmal erhöht hat.In recent years it has been recognized what serious effects airborne particles with an aerodynamic diameter of 10 µm or less - the so-called fine dust - or aerosols - especially bioaerosols, think of the spread of the coronavirus through aerosols, have on humans health, which has further increased the importance of highly efficient and compact particle filters.
Für Partikelfilter werden bekanntermaßen je nach Anwendungsprofil verschiedene Filtermedien eingesetzt, so z.B. Faserfilter, insbesondere Elektretfilter, Schwebstofffilter bzw. HEPA-Filter, Aktivkohlefilter, Metallfilter etc.It is known that different filter media are used for particle filters depending on the application profile, such as fiber filters, in particular electret filters, suspended matter filters or HEPA filters, activated carbon filters, metal filters, etc.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass durch Vorionisation der abzuscheidenden Partikel die Abscheiderate in den Filtermedien grundsätzlich verbessert werden kann.It is known in the prior art that the separation rate in the filter media can fundamentally be improved by pre-ionization of the particles to be separated.
Für eine derartige Vorionisation werden beispielsweise im Luftweg vor dem Filtermedium angeordnete leitfähige nadelförmige Sprühionisationsquellen mit einer Hochspannung von etlichen kV (typischerweise in der Größenordnung von ca. 8 kV) beaufschlagt, so dass sich zwischen diesen und auf einem Massepotential befindlichen leitfähigen Bauteilen (z.B. dem Gehäuse) ein elektrisches Feld ausbildet, wobei sich durch die Spitzenwirkung der nadelförmigen Sprühionisationsquellen eine hohe Feldstärke und dementsprechend durch lokale Feldionisation eine kontinuierliche (Korona)Entladung einstellt.For such pre-ionization, for example, conductive needle-shaped spray ionization sources arranged in the air path in front of the filter medium are subjected to a high voltage of several kV (typically in the order of approx. 8 kV), so that there are conductive components (e.g. the housing) located at ground potential between them ) forms an electric field, whereby the peak effect of the needle-shaped spray ionization sources results in a high field strength and, accordingly, a continuous (corona) discharge due to local field ionization.
Diese Koronaentladung erzeugt zunächst in einer räumlich eng begrenzten Zone um den Ionisator herum (sog. Koronaplasmaregion) positiv (oder auch negativ) ionisierte Gasmoleküle, die sich zu dem Gegenpotential hinbewegen und dabei auf ihrem weiteren Weg außerhalb der Koronazone mit den abzuscheidenden (Feinstaub-)-Partikeln oder Aerosolen zusammenstoßen bzw. kollidieren und diese ebenfalls aufladen.This corona discharge initially generates positively (or negatively) ionized gas molecules in a spatially limited zone around the ionizer (so-called corona plasma region), which move towards the counterpotential and, on their further path outside the corona zone, interact with the (fine dust) to be separated. - Particles or aerosols collide or collide and also charge them.
Die aufgeladenen Partikel lassen sich dann auch auf konventionellen Filtern besser und stabiler abscheiden, ganz besonders auf geladenen faserhaltigen Filtermaterialien, wie Elektretfiltern.The charged particles can then be separated better and more stably on conventional filters, especially on charged, fiber-containing filter materials, such as electret filters.
Insgesamt kann durch Vorionisation die Filtereffizienz signifikant erhöht werden, so dass beispielsweise die Leistungsfähigkeit einer bestehenden Filterbaugruppe erhöht oder das Bauvolumen einer Filterbaugruppe bei gleichbleibender Leistungsanforderung verringert werden kann.Overall, the filter efficiency can be significantly increased through pre-ionization, so that, for example, the performance of an existing filter assembly can be increased or the construction volume of a filter assembly can be reduced while maintaining the same performance requirement.
Eine Vorionisation hat weiterhin den Vorteil, dass biologisch aktive Substanzen (wie etwa manche Viren, insbesondere das Coronavirus) bei hohen elektrischen Feldstärken unmittelbar biologisch inaktiviert werden.Pre-ionization also has the advantage that biologically active substances (such as some viruses, especially the coronavirus) are immediately biologically inactivated at high electric field strengths.
Neben positivem lonisatorpotentialen (analog dem sog. Penney-Prinzip bei Elektroabscheidern) ist im Stand der Technik und im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch die Verwendung negativer lonisatorpotentiale denkbar.In addition to positive ionizer potentials (analogous to the so-called Penney principle in electrical precipitators), the use of negative ionizer potentials is also conceivable in the prior art and within the scope of the present disclosure.
Positive lonisatorpotentiale führen aufgrund des auftretenden Elektronenbeschusses der Sprühionisationsquelle zu einem erhöhten Ionisatorverschleiß, allerdings ist die Ozongenerierungsrate bei positiven Ionisationspotentialen geringer.Positive ionizer potentials lead to increased ionizer wear due to the electron bombardment of the spray ionization source, although the ozone generation rate is lower with positive ionization potentials.
Negative lonisatorpotentiale führen - trotz tendenziell etwas verbesserter lonisationseffizienz - zu erheblich höheren Ozongenerierungsraten, der lonisatorverschleiß ist andererseits aber nur gering. Allerdings bildet sich bei negativen lonisatorpotentialen mit der Zeit - zumindest auf nadelförmigen Ionisatoren - eine unerwünschte Abscheidung aus Siliziumdioxid, die aufgrund ihrer abschirmenden Wirkung die lonisatoreigenschaften längerfristig negativ beeinflusst.Negative ionizer potentials lead to significantly higher ozone generation rates - despite a tendency to slightly improve ionization efficiency - but on the other hand, ionizer wear is only low. However, with negative ionizer potentials, an undesirable deposit of silicon dioxide forms over time - at least on needle-shaped ionizers - which, due to its shielding effect, negatively influences the ionizer properties in the long term.
Anstelle von Nadelspitzen ist bei Elektroabscheidern auch der Einsatz von Sprühionisationsquellen auf Basis leitfähiger Faserbündel, insbesondere graphithaltiger Faserfilamente enthaltend, bekannt, vgl. die
Durch die Spitzenwirkung der dünnen Filament-Enden werden hohe lokale Feldstärken erreicht bei gleichzeitig kleinen Krümmungsradien, was günstig im Hinblick auf das Verhältnis Abscheidungsrate / Ozonerzeugungsrate ist, da kleine Krümmungsradien zu hohen lokalen Feldstärken und diese wiederum zu einer kleinen Koronaplasmaregion führen, was wie erwähnt eine geringere Ozonproduktion zur Folge hat.The peak effect of the thin filament ends results in high local field strengths achieved with simultaneously small radii of curvature, which is favorable with regard to the ratio of deposition rate / ozone production rate, since small radii of curvature lead to high local field strengths and these in turn lead to a small corona plasma region, which, as mentioned, results in lower ozone production.
Die leitfähigen Faserbündel auf Graphitbasis weisen jedoch für viele Anwendungen nicht die gewünschte Haltbarkeit und Standzeit auf, insbesondere, wenn diese mit höheren Spannungen als im Stand der Technik gebräuchlich beaufschlagt werden, d.h. mit Spannungen ≥ 8 kV, typischerweise sogar mit mehr als 10 kV, oder gar mit ca. 12 kV oder mehr (z.B. ≥ 15 kV oder ≥ 20 kV), aber teilweise auch aufgrund der mechanischen und allgemeinen Werkstofftechnischen Anforderungen (z.B. Materialalterung mit Versprödung und einem Abbrechen der Fasern).However, the graphite-based conductive fiber bundles do not have the desired durability and service life for many applications, especially when they are subjected to higher voltages than those commonly used in the prior art, i.e. with voltages ≥ 8 kV, typically even with more than 10 kV, or even with approx. 12 kV or more (e.g. ≥ 15 kV or ≥ 20 kV), but partly also due to the mechanical and general material requirements (e.g. aging of the material with embrittlement and breaking of the fibers).
Zeitweise - insbesondere bei hohen Spannungen und Feldstärken, wobei selbstverständlich die Parameter so gewählt werden, dass elektrische Überschläge vermieden werden - wird ein überraschend schneller und starker Verschleiß der Faserbündel beobachtet, der zu schnell nachlassender Abscheideleistung, erhöhter Ozonproduktion und zu unerwünschter Geräuschbildung führt.At times - especially at high voltages and field strengths, whereby the parameters are of course chosen so that electrical flashovers are avoided - a surprisingly rapid and severe wear of the fiber bundles is observed, which leads to a rapid decrease in separation performance, increased ozone production and undesirable noise.
Dieser Verschleiß wird primär sog. Streaming-Effekten zugerechnet. Die besagten Streamingeffekte werden darauf zurückgeführt, dass hohe lokale Feldstärken dazu führen, dass Elektronen und negative Gasionen, die nicht schnell genug abtransportiert werden können, auf die Oberfläche der Sprühelektrode (Anode) mit hoher kinetischer Energie prallen, dort Material herausreißen und somit mikroskopische „Krater“ mit scharfen Kanten entstehen.This wear and tear is primarily attributed to so-called streaming effects. The streaming effects in question are attributed to the fact that high local field strengths cause electrons and negative gas ions, which cannot be transported away quickly enough, to impact the surface of the spray electrode (anode) with high kinetic energy, tearing out material there and thus forming microscopic “craters”. with sharp edges.
Diese scharfen Kanten können wiederum so hohe elektrische Feldstärken erzeugen, dass die genannten „Streamer“ auftreten.These sharp edges can in turn generate such high electric field strengths that the so-called “streamers” occur.
Ferner wird vermutet, dass die bei einer Corona-Entladung emittierten reaktiven Spezies, wie O+, O2+, NO+, die Elektrodenerosion zusätzlich aufgrund ihrer Reaktivität begünstigen.Furthermore, it is assumed that the reactive species emitted during a corona discharge, such as O + , O 2+ , NO + , also promote electrode erosion due to their reactivity.
Derartige Streamingeffekte verursachen unerwünschte Geräusche, führen zu vermehrter Ozon Produktion, zu elektromagnetischen Störungen und einem stark beschleunigten Ionisatorverschleiß. Ohne spezifische Maßnahmen können derartige Sprühionisationsquellen schon nach wenigen Wochen Dauerbetrieb verschlissen sein, normalerweise gewünschte Standzeiten von typischerweise mehreren Jahren sind nicht zuverlässig erreichbar.Such streaming effects cause unwanted noise, lead to increased ozone production, electromagnetic interference and greatly accelerated ionizer wear. Without specific measures, such spray ionization sources can be worn out after just a few weeks of continuous operation; normally desired service lives of typically several years cannot be reliably achieved.
Diese Streaming-Effekte sind unerwünscht und es besteht das Bedürfnis, diese zu eliminieren bzw. wenigstens zu minimieren, um einen vorzeitigen Verschleiß der Sprühionisationsquellen zu verhindern.These streaming effects are undesirable and there is a need to eliminate or at least minimize them in order to prevent premature wear of the spray ionization sources.
Ferner ist wie schon erwähnt auch die generelle mechanische Haltbarkeit graphithaltiger Faserfilamentbüschel als Vorionisatoren unter rauen Umgebungsbedingungen, wie z.B. bei Automotive-Anwendungen mit ihren spezifischen NVH-Eigenschaften (Noise Vibration Harshness) oder bei Vorhandensein abrasiver Partikel in dem zu reinigenden Gasstrom nicht immer sicher zu gewährleisten.Furthermore, as already mentioned, the general mechanical durability of graphite-containing fiber filament tufts as pre-ionizers cannot always be reliably guaranteed under harsh environmental conditions, such as in automotive applications with their specific NVH properties (noise vibration harshness) or in the presence of abrasive particles in the gas stream to be cleaned .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Partikelfilteranordnung der eingangs genannten Art mit hocheffizienter und robuster Vorionisation bereitzustellen.One object of the present invention is to provide a particle filter arrangement of the type mentioned at the outset with highly efficient and robust pre-ionization.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels einer Partikelfilteranordnung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The aforementioned problem is solved by means of a particle filter arrangement according to the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen erläutert.Advantageous embodiments of the invention are explained in the dependent claims.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe weist eine Partikelfilteranordnung, die von einem von Partikeln zu reinigenden Gasstrom, insbesondere einem zu reinigenden Luftstrom, durchströmt wird, folgendes auf:
- i) eine lonisatoreinheit als Vorionisator, die ein oder mehrere innerhalb des Luftstroms angeordnete, mit einem oder mit mehreren unterschiedlichen elektrischen lonisatorpotentialen beaufschlagte, näherungsweise punktförmige Sprühionisationsquellen aufweist, wobei wenigstens eine der Sprühionisationsquellen im Wesentlichen aus einem Bündel elektrisch leitfähiger Fasern gebildet ist, wobei die elektrisch leitfähigen Fasern der Sprühionisationsquelle wenigstens teilweise mit einer metallischen Beschichtung versehen sind,
- ii) wenigstens eine von der oder den Sprühionisationsquellen der lonisatoreinheit beabstandete Gegenelektrode, die jeweils mit einem oder mit mehreren unterschiedlichen, von dem lonisatorpotential oder den lonisatorpotentialen abweichenden Gegenpotential beaufschlagt ist, sowie
- ii) eine stromabwärts der lonisatoreinheit angeordnete faserhaltige oder schwammartige Partikelabscheideeinheit, die auch aktivkohlehaltiges Material enthalten kann.
- i) an ionizer unit as a pre-ionizer, which has one or more approximately point-shaped spray ionization sources arranged within the air flow and acted upon by one or more different electrical ionizer potentials, wherein at least one of the spray ionization sources is essentially formed from a bundle of electrically conductive fibers, wherein the electrically conductive fibers of the spray ionization source are at least partially provided with a metallic coating,
- ii) at least one counter electrode spaced from the spray ionization source or sources of the ionizer unit, each of which is subjected to one or more different counter potentials that deviate from the ionizer potential or potentials, and
- ii) a fiber-containing or sponge-like particle separation unit arranged downstream of the ionizer unit, which can also contain activated carbon-containing material.
Bei der faserhaltigen oder schwammartigen Partikelabscheideeinheit kann es sich bevorzugt um eine der folgenden Einheiten oder um eine Kombination entsprechender Einheiten - soweit technisch möglich - handeln:
- - Gewebefilter aus Kunststofffasern, Glasfasern, Textilfasern, alle ggf. mit zusätzlich eingewirkten Metallfasern und/oder Metallfasern, und/oder
- - Elektretfilter, ggf. mit zusätzlich eingewirkten Metallfasern, und/oder
- - Aktivkohlefilter, und/oder
- - schwammartige Filter.
- - Fabric filters made of plastic fibers, glass fibers, textile fibers, all possibly with additional metal fibers and/or metal fibers, and/or
- - Electret filter, possibly with additional metal fibers, and/or
- - activated carbon filter, and/or
- - sponge-like filters.
Somit lassen sich die erfindungsgemäßen Vorionisatoren mit den metallbeschichteten leitfähigen Fasern mit einer Vielzahl gebräuchlicher Filtertechnologien kombinieren, einschließlich typischer HEPA-Filter oder sog. Composite-Filter, also plissierter Faserfilter, deren Filtermaterial mit einer aktivkohlehaltigen Lösung getränkt wurde.Thus, the pre-ionizers according to the invention with the metal-coated conductive fibers can be combined with a variety of common filter technologies, including typical HEPA filters or so-called composite filters, i.e. pleated fiber filters, the filter material of which has been soaked with a solution containing activated carbon.
In diesem Zusammenhang kann die faserhaltige und/oder aktivkohlehaltige Partikelabscheideeinheit beispielsweise als Mattenfilter, ggf. mit plissiertem Filtermaterial, oder als Taschenfilter ausgebildet sein.In this context, the fiber-containing and/or activated carbon-containing particle separation unit can be designed, for example, as a mat filter, possibly with pleated filter material, or as a pocket filter.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Gegenelektrode oder wenigstens eine von mehreren Gegenelektroden wie folgt angeordnet sein:
- - in Strömungsrichtung vor der lonisatoreinheit, und/oder
- - zwischen lonisatoreinheit und Partikelabscheideeinheit, und/oder
- - in die Partikelabscheideeinheit integriert, und/oder
- - in Strömungsrichtung hinter der Partikelabscheideeinheit.
- - in the direction of flow in front of the ionizer unit, and/or
- - between ionizer unit and particle separation unit, and/or
- - integrated into the particle separation unit, and/or
- - in the direction of flow behind the particle separation unit.
Ferner kann die wenigstens eine Gegenelektrode durch wenigstens einen Teil eines den Strömungsweg bildenden Gehäuses ausgebildet werden.Furthermore, the at least one counter electrode can be formed by at least part of a housing forming the flow path.
Hinsichtlich möglicher Einzelheiten der Gegenelektrodengestaltung wird auf die
Die dort für einen Elektroabscheider beschriebenen Randgegenelektroden oder die beschriebenen Stromaufwärts-Kollektorelemente, können auch für die vorliegenden Partikelfilteranordnung vorteilhaft eingesetzt werden, einschließlich der dort beschriebenen bogenförmigen Ausgestaltungen der Elektroden.The edge counter electrodes described there for an electrical separator or the upstream collector elements described can also be used advantageously for the present particle filter arrangement, including the arcuate configurations of the electrodes described there.
Die Gegenelektrode kann - wie vorstehend erwähnt - auch ganz oder teilweise integral mit der Partikelabscheideeinheit ausgeführt werden, z.B. durch Integration leitfähiger Fasern in das Filtermaterial, die dann auf ein entsprechendes Gegenpotential zum Sprühionisationspotential gelegt werden. Bei der Ausführungsform, bei der eine Gegenelektrode erst hinter der Partikelabscheideeinheit angeordnet ist, durchsetzt das von den Ionisationsquelle aufgespannte elektrische Feld die Partikelabscheideeinheit selbst, was ggf. aufgrund elektrostatischer Ladungseffekte die Filterwirkung zusätzlich verbessern kann.The counter electrode can - as mentioned above - also be made completely or partially integral with the particle separation unit, for example by integrating conductive fibers into the filter material, which are then placed at a corresponding counter potential to the spray ionization potential. In the embodiment in which a counter electrode is arranged only behind the particle separation unit, the electric field created by the ionization source passes through the particle separation unit itself, which may additionally improve the filter effect due to electrostatic charge effects.
Durch die (wenigstens teilweise) metallische Beschichtung der leitfähigen Fasern in dem Vorionisator soll eine deutliche Verschleißminderung und Standzeitverlängerung der als Vorionisator eingesetzten Sprühionisationsquellen aufgrund von Streamingeffekten erreicht werden, was bedeuten kann, dass aufgrund der wenigstens teilweisen metallischen Beschichtung der elektrisch leitfähigen Fasern eine typische Standzeit einer Sprühionisationsquelle in einem Abscheider, der mit relativ hohen Ionisationsspannungen von ≥ 8 kV betrieben wird, von wenigstens einem Jahr erreicht wird (vorzugsweise wenigstens ca. 3 Jahre), wohingegen die Sprühionisationsquelle ohne die metallische Beschichtung aufgrund von Streaming-Effekten in einem derartigen Abscheider bereits nach wenigen Wochen Dauerbetrieb verschlissen sein würde.The (at least partial) metallic coating of the conductive fibers in the pre-ionizer is intended to achieve a significant reduction in wear and extension of the service life of the spray ionization sources used as a pre-ionizer due to streaming effects, which can mean that due to the at least partial metallic coating of the electrically conductive fibers, a typical service life of a Spray ionization source in a separator that is operated with relatively high ionization voltages of ≥ 8 kV is achieved by at least one year (preferably at least approx. 3 years), whereas the spray ionization source without the metallic coating already expires in such a separator due to streaming effects would be worn out after just a few weeks of continuous operation.
Ferner wird die mechanische Stabilität und chemische Resilienz de Fasern erhöht.Furthermore, the mechanical stability and chemical resilience of the fibers is increased.
Bevorzugt besteht die metallische Beschichtung im Wesentlichen aus Nickel oder wenigstens aus einer Nickellegierung, vorzugsweise mit mehr als 50% Nickelgehalt. Als Nickellegierung kann beispielsweise eine Nickel-/Chromlegierung eingesetzt werden, mit Nickel als Hauptbestandteil.The metallic coating preferably consists essentially of nickel or at least a nickel alloy, preferably with more than 50% nickel content. For example, a nickel/chrome alloy can be used as the nickel alloy, with nickel as the main component.
Chrom kann in einer derartigen Nickel-/Chromlegierung entweder mit einem relativ hohen Anteil enthalten sein (zwischen 10% bis unter 50%) oder auch mit einem niedrigeren Anteil als 10%. Ein derartiger Chromzusatz erhöht tendenziell die Oxidationsbeständigkeit.Chromium can be contained in such a nickel/chrome alloy either in a relatively high proportion (between 10% to less than 50%) or in a proportion lower than 10%. Such chromium addition tends to increase oxidation resistance.
Eine Nickel-/Chromlegierung kann, wie in der Metallurgie bekannt, auch noch weitere Bestandteile, wie Aluminium, Silizium, Mangan, Kobalt, Hafnium, Rhenium oder andere Seltenerdmetalle wie Yttrium können in geringen Anteilen zur Verbesserung der Festigkeits-, Oxidations- und Korrosionseigenschaften zugesetzt werden, wobei vorzugsweise Nickel- und - mit geringerem Anteil - Chrom die Hauptbestandteile bleiben. Der Begriff „Nickel-/Chromlegierung“ soll weitere Legierungszuschläge nicht ausschließen, wenngleich auch reine Nickel-/Chromlegierungen verwendet werden können.As is known in metallurgy, a nickel/chrome alloy can also contain other components such as aluminum, silicon, manganese, cobalt, hafnium, rhenium or other rare earth metals such as yttrium, which can be added in small proportions to improve the strength, oxidation and corrosion properties are preferably nickel and - to a lesser extent - chromium remain the main components. The term “nickel/chrome alloy” is not intended to exclude additional alloy additions, although pure nickel/chrome alloys can also be used.
Es ist aber auch denkbar, dass andere leitende Metalle oder Metalllegierungen für eine derartige Beschichtung eingesetzt werden, z.B. Edelmetalle, wie Gold, Silber, Platin, Iridium, Palladium, oder Halbedelmetalle wie Kupfer oder Nebengruppenelemente wie Chrom, Molybdän oder Wolfram oder Legierungen dieser Elemente oder weiterer Elemente.However, it is also conceivable that other conductive metals or metal alloys are used for such a coating, for example precious metals such as gold, silver, platinum, iridium, palladium, or semi-precious metals such as copper or subgroup elements such as chromium, molybdenum or tungsten or alloys of these elements or other elements.
Bevorzugt besteht die Beschichtung jedoch aus reinem Nickel, welches bevorzugt mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf die Fasern aufgebracht ist.However, the coating preferably consists of pure nickel, which is preferably applied to the fibers by means of chemical vapor deposition.
Bei den elektrisch leitenden Fasern handelt es sich bevorzugt um Carbon- oder Graphitfilamente oder ggf. auch um als aus derartigen Filamenten gesponnene Fasern, wobei bevorzugt Bündel bzw. Büschel von Einzelfilamenten (im Gegensatz zu Multifilamentfasern) eingesetzt werden.The electrically conductive fibers are preferably carbon or graphite filaments or possibly fibers spun from such filaments, with bundles or tufts of individual filaments (as opposed to multifilament fibers) preferably being used.
Bei Carbon- oder Graphitfilamenten - diese Begriffe sollen hier synonym verstanden werden - handelt es sich um Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die über chemische Prozesse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff in Faserform umgewandelt werden, wodurch bei den vorliegend bevorzugten sog. anisotropen Typen bekanntermaßen sehr günstige mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig sehr guter Leitfähigkeit erzielt werden.Carbon or graphite filaments - these terms should be understood synonymously here - are fibers made from carbon-containing starting materials that are converted into fiber form via chemical processes into graphite-like carbon, which is known to have very favorable mechanical properties in the so-called anisotropic types preferred here can be achieved with very good conductivity at the same time.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Bündel elektrisch leitender Fasern der Sprühionisationsquelle außerdem ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:
- - die elektrisch leitenden Fasern des Faserbündels sind als Graphit- oder Carbonfilamente oder als aus derartigen Filamenten gesponnene Fasern ausgebildet; und/oder
- - die elektrisch leitenden Fasern sind als synthetische Fasern aus einem leitfähigen Polymer oder aus einem Polymer mit leitfähigkeitserhöhenden Zuschlägen ausgebildet; und/oder
- - die einzelnen Fasern weisen einen Faserdicke von jeweils weniger
als 20 µm auf; und/oder - - das Faserbündel besteht aus 16 Einzelfasern oder mehr, bevorzugt bis zu 96.000 Fasern, ganz besonders bevorzugt zwischen 3.000 und 48.000 Fasern; und/oder
- - die freie Faserlänge zwischen dem Austritt aus einer das Bündel zusammenhaltenden Fassung und dem Stirnende der Fasern liegt für die Mehrzahl der Fasern des Faserbündels jeweils zwischen 2 mm bis 25 mm, bevorzugt jeweils zwischen 5
mm bis 12 mm; und/oder - - die Bündel sind in Strömungsrichtung oder entgegen der Strömungsrichtung orientiert.
- - the electrically conductive fibers of the fiber bundle are designed as graphite or carbon filaments or as fibers spun from such filaments; and or
- - the electrically conductive fibers are designed as synthetic fibers made of a conductive polymer or of a polymer with conductivity-increasing additives; and or
- - the individual fibers each have a fiber thickness of less than 20 µm; and or
- - the fiber bundle consists of 16 individual fibers or more, preferably up to 96,000 fibers, very particularly preferably between 3,000 and 48,000 fibers; and or
- - the free fiber length between the exit from a socket holding the bundle together and the front end of the fibers is between 2 mm and 25 mm, preferably between 5 mm and 12 mm, for the majority of the fibers of the fiber bundle; and or
- - the bundles are oriented in the direction of flow or against the direction of flow.
Somit können auch zusätzlich oder anstelle von reinen Karbonfilamenten oder -fasern auch grundsätzlich andere leitfähige Fasern eingesetzt werden, z.B. elektrisch sog. selbstleitende Polymere oder beispielsweise graphitverstärkte Kunststoffe (Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP).In addition to or instead of pure carbon filaments or fibers, other conductive fibers can also be used, for example electrically so-called self-conducting polymers or, for example, graphite-reinforced plastics (Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP).
Insgesamt sind die Fasern der Faserbündel aufgrund eines bevorzugten Durchmessers von weniger als 20 µm und der gegenüber dem Durchmesser relativ gro-ßen freien Faserlänge von etlichen Millimetern bevorzugt recht filigran.Overall, the fibers of the fiber bundles are preferably quite delicate due to a preferred diameter of less than 20 μm and the relatively large free fiber length of several millimeters compared to the diameter.
Der Begriff „Faserbündel“ bzw. „Faserbüschel“ impliziert ferner, dass die einzelnen Fasern des Bündels - ausgehend von einer gemeinsamen Fassung - büschelartig mit zunehmender Entfernung von der Fassung divergieren, so dass die Faserenden keine zusammenhängende Oberfläche bilden.The term “fiber bundle” or “fiber tuft” further implies that the individual fibers of the bundle - starting from a common socket - diverge like tufts as the distance from the socket increases, so that the fiber ends do not form a coherent surface.
Dabei muss die intrinsische Leitfähigkeit der Fasern nicht unbedingt zwingend sehr hoch sein - wenngleich diese bei den bevorzugt verwendeten Kohlefasern tatsächlich recht hoch ist -, weil die metallische Beschichtung ggf. ebenfalls zur Leitfähigkeit der Fasern beitragen kann.The intrinsic conductivity of the fibers does not necessarily have to be very high - although this is actually quite high for the preferred carbon fibers - because the metallic coating can also contribute to the conductivity of the fibers.
Besonders bevorzugt weisen die Fasern des Faserbündels einen Durchmesser von 5 µm bis 20 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 10 µm, auf.The fibers of the fiber bundle particularly preferably have a diameter of 5 μm to 20 μm, preferably between 5 μm and 10 μm.
Die (mittlere) Metallbeschichtungsdicke kann bevorzugt zwischen 0,05 µm und 1,0 µm, vorzugsweise zwischen 0,2 µm und 0,5 µm, liegen.The (average) metal coating thickness can preferably be between 0.05 µm and 1.0 µm, preferably between 0.2 µm and 0.5 µm.
Besonders bevorzugt sind die Fasern des Faserbündels im Wesentlichen entlang der Faserumfangsseiten, wenigstens in räumlicher Nähe der freien Stirnenden, metallisch beschichtet, wobei die Stirnseiten der freien Stirnenden dagegen bevorzugt unbeschichtet sind, so dass die Beschichtung vor Konfektionierung der Fasern erfolgen kann.Particularly preferably, the fibers of the fiber bundle are coated with metal essentially along the fiber circumferential sides, at least in the spatial proximity of the free ends, whereas the end faces of the free ends are preferably uncoated, so that the coating can take place before the fibers are assembled.
In einer Ausführungsform können wenigstens eine Sprühionisationsquelle bzw. werden bevorzugt alle der Sprühionisationsquellen mit einem relativ hohen Ionisatorpotential von jeweils wenigstens 8 kV, vorzugsweise von mehr als 10 kV, und ganz besonders bevorzugt mehr als 12 kV, beaufschlagt.In one embodiment, at least one spray ionization source or preferably all of the spray ionization sources can be supplied with a relatively high ionizer potential of at least 8 kV, preferably more than 10 kV, and most preferably more than 12 kV.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Ionisationsstrom pro Sprühionisationsquelle auf weniger als 100 µA begrenzt werden.In one embodiment of the invention, the ionization current per spray ionization source can be limited to less than 100 µA.
Ferner beträgt der räumliche Abstand jeder Sprühionisationsquelle von der entsprechenden Gegenelektrode oder von einer sonstigen, auf dem gegensätzlichstem Potential befindlichen Elektrode (z.B. den auf Massepotential befindlichen leitenden Außenwandungen des Strömungskanals) bevorzugt wenigstens ca. 75mm, wobei dieser Wert beispielhaft zu verstehen ist und von vielen konstruktiven Parametern abhängt.Furthermore, the spatial distance of each spray ionization source from the corresponding counter electrode or from another on which The electrode located at the most opposite potential (eg the conductive outer walls of the flow channel located at ground potential) is preferably at least approximately 75 mm, whereby this value is to be understood as an example and depends on many design parameters.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung eine Sprühionisationsquelle aus einem Bündel elektrisch leitfähiger Fasern mit einer metallischen Beschichtung wie vorstehend beschrieben vorgeschlagen, die dementsprechend - ggf. als auswechselbares Teil - für den Einsatz bzw. die Verwendung in einer vorbeschriebenen Partikelfilteranordnung vorgesehen ist.Furthermore, within the scope of the invention, a spray ionization source made of a bundle of electrically conductive fibers with a metallic coating as described above is proposed, which is accordingly intended - if necessary as a replaceable part - for use in a particle filter arrangement as described above.
Neben dem Bündel der beschichteten leitfähigen Fasern kann diese Sprühionisationsquelle selbstverständlich auch weitere Elemente, wie eine elektrisch leitfähige Fassung zum Halten des Faserbündels bzw. Faserbüschels sowie eine ggf. isolierte elektrische Zuleitung aufweisen.In addition to the bundle of coated conductive fibers, this spray ionization source can of course also have other elements, such as an electrically conductive socket for holding the fiber bundle or fiber tuft and, if necessary, an insulated electrical supply line.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1a,b eine schematische isometrische Ansicht sowie eine Draufsicht auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Sprühionisationsquelle bzw. eines Vorionisators; -
2a,b schematische Darstellungen zum Abnutzungsverhalten (vorher - nachher) bei einem unbeschichteten Karbonfilament; -
3a,b schematische Darstellungen zum Abnutzungsverhalten (vorher - nachher) bei einem nickelbeschichteten Karbonfilament; -
4a,b schematische Schnittansichten einer Partikelfilteranordnung mit in (4a) bzw. gegen die Strömungsrichtung (4b) orientierten Vorionisatoren sowie mit einer zwischen Vorionisatoren und Partikelabscheideeinheit angeordneten Gegenelektrode; -
5a,b schematische Schnittansichten einer Partikelfilteranordnung mit in (5a) bzw. gegen die Strömungsrichtung (5b) orientierten Vorionisatoren sowie mit einer in Strömungsrichtung vor den Vorionisatoren angeordneten Gegenelektrode; -
6 eine schematische Schnittansicht einer Partikelfilteranordnung mit in Strömungsrichtung orientierten Vorionisatoren sowie mit einer zwischen Vorionisatoren und Partikelabscheideeinheit angeordneten Gegenelektrode mit bogenförmigen Elementen; -
7 eine schematische Schnittansicht einer Partikelfilteranordnung mit in Strömungsrichtung orientierten Vorionisatoren sowie mit einer in Strömungsrichtung hinter der Partikelabscheideeinheit angeordneten Gegenelektrode; -
8 einen Elektroabscheider mit Sprühionisationsquellen und Rand-Gegenelektroden sowie Stromaufwärts-Kollektorelementen; -
9a,b mikroskopische Aufnahmen zum Abnutzungsverhalten (vorher - nachher) bei einem unbeschichteten Karbonfilamentbündel; und -
10a,b mikroskopische Aufnahmen zum Abnutzungsverhalten (vorher - nachher) bei einem nickelbeschichteten Karbonfilamentbündel.
-
1a,b a schematic isometric view and a top view of an example of a spray ionization source or a pre-ionizer according to the invention; -
2a,b schematic representations of the wear behavior (before - after) of an uncoated carbon filament; -
3a,b schematic representations of the wear behavior (before - after) of a nickel-coated carbon filament; -
4a,b schematic sectional views of a particle filter arrangement with in (4a) or against the direction of flow (4b) oriented pre-ionizers and with a counter electrode arranged between the pre-ionizers and the particle separation unit; -
5a,b schematic sectional views of a particle filter arrangement with in (5a) or against the direction of flow (5b) oriented pre-ionizers and with a counter electrode arranged in the direction of flow in front of the pre-ionizers; -
6 a schematic sectional view of a particle filter arrangement with pre-ionizers oriented in the flow direction and with a counter electrode with arcuate elements arranged between the pre-ionizers and the particle separation unit; -
7 a schematic sectional view of a particle filter arrangement with pre-ionizers oriented in the flow direction and with a counter electrode arranged behind the particle separation unit in the flow direction; -
8th an electrostatic precipitator with spray ionization sources and edge counter electrodes as well as upstream collector elements; -
9a,b microscopic images of the wear behavior (before - after) of an uncoated carbon filament bundle; and -
10a,b Microscopic images of the wear behavior (before - after) of a nickel-coated carbon filament bundle.
Ein wesentliches Element der erfindungsgemäßen Partikelfilteranordnung sind die in den nachfolgenden Beispielen mit einem positiven Hochspannungspotential beaufschlagten (die Hochspannungsquelle sowie Versorgungsleitungen sind jeweils nicht dargestellt), näherungsweise punktförmige Sprühelektrode bzw. Vorionisatoren 10, bei der es sich um die Enden eines Bündels dünner leitfähiger Fasern, in der Regel Graphitfilamente, die auch als Kohlefasern oder Karbonfasern bezeichnet werden, handelt, wie in den
Eine positive Hochspannungsbeaufschlagung wird gegenüber einer negativen Ionisation im Rahmen der Erfindung tendenziell bevorzugt (wenngleich die negative Ionisation auch eingesetzt werden kann), weil hierdurch - wie eingangs erwähnt - die Ozongenerierungsrate minimiert und die langfristige Bildung von Siliziumoxid-Ablagerungen, wie sie bei negativer Ionisation auftreten würden, vermieden wird.A positive high voltage application tends to be preferred over negative ionization in the context of the invention (although negative ionization can also be used) because - as mentioned at the beginning - this minimizes the ozone generation rate and the long-term formation of silicon oxide deposits, such as those that occur with negative ionization would be avoided.
Gleichzeitig schützt die erfindungsgemäße metallische Beschichtung der Fasern wirksam vor vorzeitigem Verschleiß der Elektroden, auch bei höheren Betriebsspannungen.At the same time, the metallic coating of the fibers according to the invention effectively protects against premature wear of the electrodes, even at higher operating voltages.
Weiter bezugnehmend auf die
Der Begriff „näherungsweise punktförmig“ soll zum Ausdruck bringen, dass die Sprühionisation von einer Spitze eines faserartigen Elements mit einem (gegenüber den sonstigen Dimensionen der Einrichtung) sehr kleinem Krümmungsradius ausgeht, so dass aufgrund der elektrischen Spitzenwirkung das entsprechende elektrische Feld und die Ionisationswirkung als näherungsweise primär als von einem Punkt (bzw. vielen Punkten bei mehreren divergierenden Faserspitzen) ausgehend angesehen werden kann, wenngleich der Punkt hier selbstverständlich eine mathematische Idealisierung darstellt.The term “approximately point-like” is intended to express that the spray ionization originates from a tip of a fiber-like element with a very small radius of curvature (compared to the other dimensions of the device), so that due to the electrical tip effect, the corresponding electric field and the ionization effect are approximate primarily as can be viewed as starting from one point (or many points in the case of several diverging fiber tips), although the point here obviously represents a mathematical idealization.
Die Sprühionisationsquelle 10 wird dabei von einem Halter bzw. einer Fassung 12, gehalten, der auch elektrisch leitend ausgebildet ist und die einzelnen Fasern 14 über eine hier nicht dargestellte Hochspannungsquelle mit dem lonisatorpotential beaufschlagt.The
Bei relativ hohen lonisatorpotentialen ab ca. 8 kV, bevorzugt aber ca. 10 kV oder ca. 12 kV oder mehr, treten bei der Verwendung unbeschichteter Graphitfilamente mit der Zeit die eingangs erwähnten Streaming- oder Streamereffekte auf, so dass die Standzeit der Sprühionisationsquellen unbefriedigend ist.At relatively high ionizer potentials from about 8 kV, but preferably about 10 kV or about 12 kV or more, the streaming or streamer effects mentioned above occur over time when using uncoated graphite filaments, so that the service life of the spray ionization sources is unsatisfactory .
Anhand der Mikroskopaufnahmen in den
Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen der Erfindung eine metallische Beschichtung der Fasern, bevorzugt mit einer Nickelschicht, oder mit einer Nickellegierungsschicht, vorgeschlagen, wobei im Beispiel der mikroskopischen Darstellungen (gemäß den
Der entsprechende Vorher-Nachher-Vergleich ist in den
Die Erfinder vermuten, dass das bessere Standverhalten maßgeblich auf dem in den
- Bei dem in den
2a (vorher) und 2b (nachher) dargestellten unbeschichteten Faserende 14 setzt der Verschleiß durch die Entladungsprozesse an der schwarz markierten oberen Kante ein und führt zu einer „Zuspitzung“ der Geometrie, die hier symmetrisch ist, aber in der Praxis, wie aus9b ersichtlich, auch asymmetrisch verlaufen kann und zu den erwähnten Streamer-Effekten führt.
- With the one in the
2a (before) and 2b (after) shownuncoated fiber end 14, the wear caused by the discharge processes begins on the black marked upper edge and leads to a “pointing out” of the geometry, which is symmetrical here, but in practice, as shown9b As can be seen, it can also be asymmetrical and lead to the streamer effects mentioned.
Bei einem nickelbeschichteten Faserende 14 gemäß den
Ferner ist es denkbar, dass die verschleißschützende Wirkung einer Nickelbeschichtung (oder einer Beschichtung mit einer Nickellegierung) mit der Bildung einer schützenden Oxidschicht auf dem Metall („Passivierung“) zusammenhängt.Furthermore, it is conceivable that the wear-protective effect of a nickel coating (or a coating with a nickel alloy) is related to the formation of a protective oxide layer on the metal (“passivation”).
Die Bildung eines Metalloxides findet gemäß der gängigen Theorien entweder an der inneren (dem Metall zugewandten) oder an der äußeren (der Umgebungsluft zugewandten) Grenzfläche der Oxidschicht statt. Falls die Beweglichkeit der Metallkationen in dem Metalloxid sehr viel größer als die Beweglichkeit der Sauerstoffanionen ist - was im Falle von Nickel bei Raumtemperaturbedingungen und natürlichen Sauerstoffpartialdrücken der Fall ist -, so findet die Oxidation gemäß den Theorien im Wesentlichen an der äußeren Grenzfläche statt.According to current theories, the formation of a metal oxide takes place either at the inner (facing the metal) or at the outer (facing the ambient air) interface of the oxide layer. If the mobility of the metal cations in the metal oxide is much greater than the mobility of the oxygen anions - which is the case in the case of nickel at room temperature conditions and natural oxygen partial pressures - then the oxidation is theorized to take place essentially at the outer interface.
Unter Wohn- und Innenraumbedingungen stellt sich daher eine stabile, passive und nach außen wachsende Oxidschicht an einer nickelbeschichteten Elektrodenoberfläche ein.Under living and indoor conditions, a stable, passive and outwardly growing oxide layer forms on a nickel-coated electrode surface.
Es wird angenommen, dass diese für den Strom eine dielektrische Barriere (eine Isolation) und einen Schutz vor weiterer Oxidation darstellt.This is believed to provide a dielectric barrier (insulation) to the current and protection against further oxidation.
Für die Erosion von metallbeschichteten Fasern, wie sie bei den vorliegenden Vorionisatoren verwendet werden, werden zwei wesentliche Mechanismen angenommen:
- Zum einen Erosion durch sog. ionen- und elektroneninduziertes Sputtern, also Stoß der Elektronen oder der Ionen mit der Oberfläche, wobei dieser Vorgang aufgrund der erforderlichen Aktivierungsenergien eine deutliche Temperaturabhängigkeit aufweist.
- On the one hand, erosion caused by so-called ion- and electron-induced sputtering, i.e. collision of electrons or ions with the surface, whereby this process has a clear temperature dependence due to the required activation energies.
Zum anderen Erosionseffekte durch bei einer Corona-Entladung emittierte reaktive Spezies, wie O+, O2+ oder NO+. Letzterer Effekt weist eine nur geringe Temperaturabhängigkeit auf und ist tendenziell eher von der Generierungsrate der reaktiven Spezies abhängig, also primär vom Ionisationsstrom.On the other hand, erosion effects caused by reactive species emitted during a corona discharge, such as O + , O 2+ or NO + . The latter effect is only slightly dependent on temperature and tends to depend more on the generation rate of the reactive species, i.e. primarily on the ionization current.
Daher lassen sich beide Effekte durch Temperatur- und Ionisationsstromvariation experimentell grundsätzlich voneinander differenzieren.Therefore, both effects can be fundamentally differentiated from one another experimentally by varying the temperature and ionization current.
Derartige Versuche legen den Schluss nahe, dass die Nickel-Passivierung besonders wirksam die Erosionseffekte durch die einer Corona-Entladung emittierte reaktive Spezies abschwächt oder verhindert.Such experiments suggest that nickel passivation is particularly effective at attenuating or preventing the erosion effects caused by the reactive species emitted by a corona discharge.
Ferner haben Versuche die Vermutung nahegelegt, dass bei oxidschichtbildenden Materialien wie Nickel diejenigen Legierungen - beispielsweise Nickel-/Chrom-Legierungen - eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit bewirken, deren Oxidschichten im Anfangsstadium langsam wachsen, schnell passivieren und die eine gute Haftung mit der Metalloberfläche eingehen.Furthermore, experiments have suggested that in the case of oxide layer-forming materials such as nickel, those alloys - for example nickel/chrome alloys - provide particularly high wear resistance whose oxide layers grow slowly in the initial stage, passivate quickly and which form good adhesion to the metal surface.
Im Gegensatz zu Nickel bilden Edelmetalle - wie z.B. Platin - bei technisch relevanten Temperaturen nur sehr dünne oder gar keine Oxidschichten und sind daher möglicherweise im Rahmen der Erfindung weniger effektiv als unedle Metalle oder deren Legierungen, die eine passivierende Oxidschicht ausbilden, insbesondere eine nach außen wachsende passivierende Oxidschicht. Dessen ungeachtet können edlere Metalle oder deren Legierungen durchaus auch im Rahmen der Erfindung verwendet werden.In contrast to nickel, noble metals - such as platinum - form only very thin or no oxide layers at technically relevant temperatures and are therefore possibly less effective in the context of the invention than base metals or their alloys, which form a passivating oxide layer, in particular one that grows outwards passivating oxide layer. Nevertheless, more noble metals or their alloys can also be used within the scope of the invention.
Ein für die Zwecke der Erfindung einsetzbares Beispiel für eine derartiges beschichtetes Karbonfaserfilament wäre eine Karbonfaser mit einem Filamentdurchmesser von ca. 7 µm, die an den Außenflächen, aber nicht an den Stirnflächen mit einer Nickelbeschichtung in einer Dicke von ca. 0,25 µm beschichtet ist. Diese Beschichtung kann insbesondere mittels chemischer Gasphasenabscheidung erfolgen.An example of such a coated carbon fiber filament that can be used for the purposes of the invention would be a carbon fiber with a filament diameter of approximately 7 μm, which is coated on the outer surfaces, but not on the end surfaces, with a nickel coating with a thickness of approximately 0.25 μm . This coating can be carried out in particular by means of chemical vapor deposition.
Die
In den
Die Partikelfilteranordnungen 20 gemäß den
Mittels nicht dargestellter Lüftereinheiten (die sich - elektromagnetische Verträglichkeit vorausgesetzt - auch zwischen den dargestellten Elementen befinden können) wird in der Regel eine zwangsweise Durchströmung der Partikelfilteranordnung 20 in Richtung des Strömungsrichtungs-Pfeils 22, d.h. in den Figuren von links nach rechts, bewirkt.By means of fan units, not shown (which - assuming electromagnetic compatibility - can also be located between the elements shown) a forced flow through the
Die Hauptfilterwirkung der Partikelfilteranordnungen 20 wird jeweils durch ein plissiertes Filterelement 26 erreicht, bei dem es sich mit Vorteil um einen Elektretfilter (Faserfilter mit permanenter elektrischer Polarisation) handeln kann; es können jedoch auch vielfältige andere Filter eingesetzt werden.The main filter effect of the
Die Sprühionisationsquellen bzw. Vorionisatoren 10 sind über eine Stützkonstruktion 32 mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden, die typischerweise eine näherungsweise konstante positive Gleichspannung von ca. 8 kV oder mehr liefert.The spray ionization sources or pre-ionizers 10 are connected via a
In Zusammenwirkung mit einer Gegenelektrode 24, bei der es sich in den Beispielen um eine weitmaschiges metallisches Gitter handelt, das auf Massepotential liegt, wird ein elektrisches Feld für die Sprühionisation aufgespannt, das in den
Die einzelnen Ausführungsformen der
Bei der Ausführungsform gemäß den
Bei der Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Selbstverständlich können auch mehrere unterschiedlich positionierte Gegenelektroden kombiniert eingesetzt werden, sofern sich diese nicht vollständig abschirmen.Of course, several differently positioned counter electrodes can also be used in combination, provided they do not completely shield each other.
In
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Sprühionisationsquelle bzw. VorionisatorSpray ionization source or pre-ionizer
- 1212
- Halterung VorionisatorPre-ionizer holder
- 1414
- leitfähige Fasernconductive fibers
- 1616
- MetallbeschichtungMetal coating
- 2020
- PartikelfilteranordnungParticulate filter arrangement
- 2222
- StrömungsrichtungDirection of flow
- 24,24'24.24'
- Gegenelektrodencounter electrodes
- 2626
- Partikelabscheideeinheit / plissierter FilterParticle separation unit / pleated filter
- 2828
- Strömungskanalflow channel
- 3030
- IonenfeldIon field
- 3232
- Halterung und Spannungszuführung VorionisatorenHolder and power supply for pre-ionizers
- 4040
- Kollektoreinheit ElektroabscheiderCollector unit electrostatic separator
- 4242
- Stromaufwärts-GegenelektrodenUpstream counter electrodes
- 4444
- RandgegenelektrodenEdge counter electrodes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2021185418 A1 [0014, 0033, 0091, 0093, 0095]WO 2021185418 A1 [0014, 0033, 0091, 0093, 0095]
- US 10384517 B2 [0014]US 10384517 B2 [0014]
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Citations (2)
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US10384517B2 (en) | 2015-02-17 | 2019-08-20 | Hanon Systems | Electrification apparatus for electrostatic dust collector |
WO2021185418A1 (en) | 2020-03-18 | 2021-09-23 | Oliver Schmitz | Electrostatic separator |
-
2023
- 2023-04-05 DE DE202023101768.1U patent/DE202023101768U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |