DE2235220A1

DE2235220A1 - Elektrostatischer abscheider

Info

Publication number: DE2235220A1
Application number: DE19722235220
Authority: DE
Inventors: James Henry Vincent
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1973-05-10
Also published as: GB1369335A; AU4384272A; AU468672B2; CA984765A; FR2158178A1; JPS4853367A

Description

Elektrostatischer Abscheider

Die Erfindung betrifft elektrostatische Abscheider, die insbesondere zur Abscheidung von Staub, Schmutz oder irgendeinem anderen Material dienen, das in Luft, Gras oder irgendeinem anderen Fluid enthalten sein kann oder in einem solchen Medium suspendiert ist.

In den USA-Patentanmeldungen Nr. 804 050, 869 195 und 65 843 sind verschiedene Ausflihrungsformen elektrostatischer Abscheider dargestellt, die mit mehreren metallischen, Öffnungen aufweisenden Plattenelektroden, sogenannten "Gittern" versehen sind, die Gas oder irgendein anderes Fluid, das mit elektrisch aufgeladenen Teilchen beladen ist, unter Druck durch di,e Öffnungen der verschiedenen Plattenelektroden hindurchbewegen oder -transportieren lassen, da-

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

S MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München Bayer. Vereinibank München, Zweigst. Oskar-van-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. RE I N HO LD SCHMIDT

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mit sich die elektrisch geladenen Teilchen auf den Elektrodenplatten abscheiden. Die Teilchen können in die Wirbel hineingezogen werden, die sich in den Wirbelschleppen der massiven Teile der Gitter bilden, und zwischen den Metallgittern läßt sich eine Spannung anlegen, die so hoch bemessen ist, daß sie ein elektrostatisches Feld erzeugt, das die so eingeschlossenen Teilchen in Richtung auf das eine oder andere der beiden benachbarten Gitter lenkt und auf dem Gitter zur Ablagerung bringt, wodurch sie aus dem Fluidstrom entfernt werden.

Bekanntermaßen sind derartige Metallelektroden, insbesondere solche, die in kommerziellen Einrichtungen, wie beispielsweise Kraftwerken oder ausgedehnten Fabrikanlagen, verwendet werden, groß und schwer. Aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts lassen sich deshalb derartige Elektroden in dem Kraftwerk oder der Fabrik nur mit erheblichen Arbeite— und Kostenaufwand installieren. DarUberhinaus unterliegen Metallelektroden, beispielsweise Stahlelektroden, rasch den verschiedenartigsten chemischen Reaktionen, und zwar insbesondere in chemischen Anlagen, und in vielen Arbeitsatmosphären werden solche Elektroden schnell zerstört und müssen deshalb repariert oder ausgetauscht werden. Es ist daher wichtig, den Aufwand an solchen Metallelektroden auf ein Mindestmaß zu beschränken. Wenn möglich oder durchführbar, ist es am besten, solche Metallelektroden gegen andere Elektrodenformen auszutauschen, die leichter sind und die Tragkonstruktion weniger beanspruohen und nicht so leicht chemischen Reaktionen ausgesetzt sind₀

Ferner werden metallische Elektroden oderMetalleiektroden oftmals Funkenentladungen oder Lichtbogenbildung ausgesetzt, und derartige elektrische Erscheinungen greifen die Metalle an. Deshalb kann die Wahrscheinlichkeit von Lichtbogenbildung und möglicher chemischer Reaktionen in dem Maße erheblich reduziert

oder ganz beseitigt werden, in dem die Metallelektroden durch nichtmetallische oder dielektrische Elektroden ersetzt werden. Der Sicherheitsgrad bei der Benutzung einer solchen Einrichtung steigt dann wie auch ihr Betriebswirkungsgrad.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden nichtmetallische oder aus Plastik bestehende oder andere dielektrische Plattenelektroden den Metallplattenelektroden-Einbauten hinzugefügt. Demnach folgt in einer solchen Anordnung einer Metallelektrode eine oder mehrere nichtmetallische oder dielektrische Elektroden und schließlich wird die Anordnung durch eine zweite Metallelektrode ergänzt. JIn einer solchen Anordnung läßt sich eine verhältnismäßig hohe Spannung zwischen den beiden Metallelektroden erzeugen, um dadurch zwischen diesen Elektroden ein elektrostatisches Feld aufzubauen,, Die mittlere nichtmetallische oder dielektrische Elektrode kann von den beiden metallischen bzw. Metallelektroden gleich weit entfernt sein, und auf ihrer Oberfläche kann ein Potential induziert werden, das etwa der halben Gesamtspannung entspricht, die zwischen den Metallelektroden anliegt. Wenn zwei dielektrische Elektroden zwischen die beiden Metallelektroden eingefügt werden, so sind die beiden mittleren, nichtmetallischen oder dielektrischen Elektroden in einem geeigneten Abstand voneinander getrennt und befinden sich auch in einem geeigneten Abstand zu den Metallelektroden. Auf den beiden mittleren, dielektrischen Elektroden werden mittlere Potentiale induziert, die den Abständen entsprechen, und solche induzierten Potentiale wirken im wesentlichen genauso wie Metallelektroden. Im Grunde genommen besteht also zwischen irgendeinem benachbarten Paar mit Öffnungen versehener Platten, gleich ob sie nun metallische Platten sind oder dielektrische Platten, ein elektrostatisches Feld, das ziemlich ähnlich dem Feld ist, das zwischen den beiden äußeren Metallplatten existiert, wenn die dielektrischen Platten nicht dazwLschengesetzt wären.

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Das Vorhandensein der dielektrischen Platten ruft jedoch eine gewisse Verformung des elektrostatischen Feldes hervor, die, wie im folgenden erläutert wird, ziemlich vorteilhaft genutzt werden kann. Somit dient jede metallische Elektrode und jede nichtmetallische oder dielektrische Elektrode dazu, Teilchen, die durch die Öffnungen irgendeiner der metallischen und nichtmetallischen Elektroden transportiert werden, anzuziehen, und diese Teilchen aus dem Strömungsweg zu entfernen.

Die Erfindung befaßt sich also mit einem elektrischen Abscheider, der sich aus mehreren gleichartigen und mit Öffnungen versehenen Platten, sogenannten Gittern zusammensetzt, die senkrecht so angeordnet sind, daß Teilohen durch die Öffnungen irgendeines oder aller Gitter hindurchgefördert werden, Die Gitter können aus zwei oder mehr mit Öffnungen versehenen Metallplatten bestehen, bei denen zwischen je zwei eine oder mehrere dielektrische Platten angeordnet sind, die ebenfalls mit Öffnungen versehen sind, so daß die Teilchen auch durch diese Öffnungen hindurchgefördert werden können. In diesen dielektrischen Platten werden Potentiale induziert, so daß die Platten auf diese Weise mit in den Abscheidungsprozeß solcher Teilchen eingeschaltet werden. Wenn eine einzelne mit Öffnungen versehene, dielektrische Platte zwischen zwei mit Öffnungen versehenen, metallischen Platten angeordnet wird, so kann sie zwisohen den beiden Metallplatten mit Abstand gleich weit entfernt liegen. Wenn zwei mit Öffnungen versehene, dielektrische Platten zwisohen zwei Öffnungen aufweisenden Metallplatten angeordnet werden, so können die beiden dielektrischen Platten in einem Abstand gleich weit voneinander entfernt liegen, der etwa gleich dem Abstand jeder der beiden dielektrischen Platten von den entsprechenden benachbarten Metallplatten ist_o

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele naher erläutert. In der Zeichnungfzeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Querschnitts einer zylindrischen Paser, die in einem im wesentlichen gleichförmigen, elektrischen Feld zwisohen zwei Metallgitterelektroden angeordnet ist,

Fig. 2 eine schematisohe Darstellung einer Dreielektrodenanordnung, die mit zwei metallischen, mit Öffnungen versehenen Elektroden und einer dielektrischen, mit Öffnungen versehenen Elektrode arbeitet, wobei letztere zwischen den beiden metallischen Elektroden angeordnet ist, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung,

bei der neun metallische, mit Öffnungen versehene Elektroden und acht mit Öffnungen versehene, dielektrische oder nichtmetallische Elektroden verwendet werden, wobei jede der dielektrischen Elektroden zwischen zwei mit Abstand getrennten metallischen Elektroden liegt.

In Fig. 1 ist eine Elementarform des dielektrischen zylindrischen Körpers K dargestellt, der in der Mitte zwischen zwei mit Öffnungen versehene»} metallische&Elektroden P^ und P eingesetzt ist, die aus Stahl oder einem anderen Metall bestehen können. Die Zeichnung soll die grundlegenden physikalischen Mechanismen verdeutlichen, die das Sammeln von Teilchen in der Vorrichtung bewirken. Eine Spannungsquelle V, die entweder eine Wechselstrom— oder eine Gleiehstromspannungsquelle sein kann, ist zwisohen den beiden metallischen Elektroden P^ und P₂ geschaltet. Wenn die Quelle V Gleichspannung liefert, können die Elektroden P^ in bezug auf die Elektroden-

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platte P₂ ein positives Potential aufweisen, wobei dann die Platte P„ ein negatives Potential besitzt, wenn aber die Quelle V Wechselstrom liefert, dann ist die Elektrode P. abwechselnd hintereinander bei jedem halben Zyklus in bezug auf die Elektrode P₂ , die negativ ist, positiv. Der Zylinder K kann beispielsweise als dielektrische Faser betrachtet werden, die in ein gleichmäßiges elektrisches Feld zwischen die metallischen Elektroden P₁ und P~ eingesetzt ist, wie dies durch die waagerechten Pfeile in Fig. 1 ersichtlich ist.

Beide Elektroden P. und P₂ entsprechen, wie bereits erwähnt, dem mit Öffnungen versehenen oder Gittertyp, wie er in den eingangs erwähnten Patentanmeldungen dargestellt ist. Dieser Elektrodentyp weist vorzugsweise kreisrunde Öffnungen auf, die beispielsweise eine Gesamtöffnungsflache von etwa 63 % der gesamten aktiven Fläche jeder diesbeziig— liehen Elektrode einnehmen. Daraus folgt deshalb, daß der dielektrische Zylinder K durch das errichtete elektrische Feld zwischen den Elektroden P₁ und P₂ so polarisiert wird, daß seine linke Seite K., wie aus der Zeichnung ersichtlich, ein negatives Potential erhält, während seine rechte Seite K₂ positiv geladen wird. Das negative Potential auf der Seite K₁ des dielektrischen Zylinders K ist der positiven Elektrode P₁ zugewandt, während die positive Seite K₂ des dielektrischen Zylinders K der negativen Elektrode P₂ gegenüberliegt. Die in dem dielektrischen Zylinder K induzierte Spannung entwickelt sich in dem Zylinder ungeachtet der Tatsache, daß keinerlei Spannung vorhanden ist, die irgendeinem Teil des dielektrischen Zylinders K direkt aufgedrückt wird.

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Auf diese Weise läßt sioh der dielektrische Zylinder K als durch das zwischen den metallischen Elektroden P₁ und P₂ bestehende elektrostatische Feld polarisiert betrachten, so daß das elektrische Feld, das den Zylinder K umgibt, als Summe der beiden getrennten Komponenten betrachtet werden kann. Die eine Komponente ist das gleichförmige elektrische Feld, das zwischen den beiden metallischen Platten mit Hilfe der zwischen ihnen aufgebauten Spannungsdifferenz erzeugt wird, wie dies in F^g. 1 durch die geraden Pfeile dargestellt wird. Aufgrund der entgegengesetzten Polarität, die in den beiden Seiten K₁ und K„ der Zylinders K induziert wird, besteht außerdem ein elektrisches Feld, hervorgerufen, durch die induzierten Potentiale auf den gegenüberliegenden Seiten des Zylinders K, das durch die gekrümmten Pfeile in Fig. 1 dargestellt wird. Demnach wirken zwei Felder gleichzeitig in bezug auf den dielektrischen Zylinder K zusammen, nämlich das einheitliche Feld, dargestellt durch die waagerechten Linien, und das nicht einheitliche Feld, dargestellt durch die gekrümmten Pfeile in Fig. 1,

Es wird angenommen, daß ein negativ geladenes Teilchen oder mehrere solcher T_eilohen beispielsweise durch einen Cottrel—Abscheider oder irgendeinen herkömmlichen Abscheider ausgetragen werden, die sieh, wie in der Zeichnung angedeutet, von links nach rechts bewegen, und daß diese Teilchen von Gas oder Luft oder irgendeinem anderen Fluid in der üblichen Weise getragen oder auf andere Weise transportiert werden. Die negativ geladenen Teilchen wandern unter dem Einfluß eines G_ebläses, von dem sie bewegt werden, durch die Öffnungen der metallischen Gitterelektrode P., und wenn sie nicht daran gehindert werden, dann bewegen sie sich weiter durch den zwischen den Elektroden P₁ imd P₂ befindlichen Raum hindurch und treten durch die Öffnungen der

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zweiten metallischen Gitterelektrode P₂ aus. Auf solche Teilchen wirkt jedoch, wenn sie sich nahe an der Paser oder dem Zylinder K vorbeibewegen, eine elektrische Kraft ein, die bestrebt ist, diese Teilchen auf der abstromseitigen Seite der zylindrischen Faser K abzuscheiden, d.h. auf der rechten Seite K„ der Faseife. Die positive Spannung, die in der Seite K„ der Faser K induziert wird, bewirkt, daß die sich in Bewegung befindlichen negativ geladenen Teilchen angezogen werden. Die Kraft, die auf die polarisierten^>der geladenen Teilchen einwirkt, ist die Gesamtkraft oder resultierende Kraft, die von dem außen aufgedrückten Feld erzeugt wird, das sich zwischen den Elektroden P^ und P„ aufbaut, sowie die Kraft, die aufgrund des induzierten Feldes sich ergibt, das dadurch entsteht, daß die dielektrische zylindrische Faser K zwischen den beiden metallischen Elektroden P. und P₂ angeordnet wird. Venn die Reynoldszahl für die Luftströmung rund um die zylindrische Faser K und in deren Nachbarschaft ausreichend hoch/ist, dann werden Teilchen in die Wirbelbahnen hineingezogen, wenn sie sich nahe an der Faser vorbeibewegen. Dadurch werden die Teilchen verlangsamt und ihre Abscheidung auf der rechten Seite K₂ des mittleren dielektrischen Zylinders K unter der gemeinsamen Wirkung der elektrostatischen Feldkomponenten erleichtert.

Somit dient die dielektrische zylindrische Faser K als Mittel zum Anziehen, Festhalten und zum Entfernen der Teilchen. Die Faser K bildet eine zusätzliche Einrichtung, mit der Teilchen entfernt werden können.

In Fig. 2 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, bei der zwei Gitterelektroden P^ und P₂, die beide aus Metall bestehen können, mit einer in der Mitte zwischen ihnen angeordneten, dielektrischen, Öffnungen aufweisenden Gitter-

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platte K versehen sind. Die dielektrische Gitterplatte K kann im wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen wie die beiden metallischen Elektroden Pl und P₂, so daß ihre Öffnungen den Öffnungen in den metallischen Elektroden P^ und P₂ entsprechen. DarUberhinaus können die in der dielektrischen Gitterplatte K befindliehen Öffnungen mit den entsprechenden Öffnungen in den metallischen Elektroden P. und P₂ fluchtend ausgerichtet sein. Es wird angenommen, daß die dielektrische Gitterplatte K in der Mitte zwischen den beiden metallischen Elektroden P^ und P₂ liegt, so daß die zwischen den Elektroden P₁ und P₂ aufgedrückte Spannung der Spannungsquelle V ein elektrostatisches Feld erzeugt, das durch die waagerechten Linien in Fig. 2 dargestellt wird und das in zwei im wesentlichen gleiche elektrostatische Felder aufgeteilt ist, von denen das eine zwischen der Elektrode P₁ und der linken Seite K₁ der dielektrischen Gitterplatte K und das zweite Feld zwischen der Elektrode P₂ und der rechten Seite K₂ der dielektrischen Gitterplatte K aufgebaut ist. Außerdem besteht ein induziertes elektrostatisches Feld, das durch die Polarisation der dielektrischen Gitterplatte K erzeugt wird, die durch das von außen aufgedrückte elektrostatische Feld zwischen den Elektroden P. und P₂ verursacht wird. Dieses induzierte Feld wird in Fig. 2 durch die gebogenen Pfeile dargestellt. Die beiden Felder, d.h. also das außen aufgedrückte Feld zwischen den Elektroden P₁ und P„ und die durch die Polarisation der dielektrischen Gitterplatte K induzierten Felder, addieren vektoriell in den Öffnungsbereichen der mittleren, dielektrischen Gitterplatte K. Auf diese Weise ist das elektrostatische Feld in der Nähe der Öffnungen intensiver als an anderen Stellen zwischen den Elektroden P₁ und P₃₀ Natürlich wechseln die Felder die Richtung, wenn sich die Polraisierung der Elektroden P. und P₂ umkehrt.

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Daraus folgt deshalb, daß ein Teilchen, das negativ aufgeladen ist und sich von links nach rechts bewegt, in der Wirbelstraße seines Durchgangs durch eine der Öffnungen der metallischen Elektrode P. einer aerodynamischen Wirbel—

bahnbildung unterliegt,» Das auf diese Weise eingefallene Teilchen, wird der elektrischen Kraft ausgesetzt, die von dem elektrostatischen Feld zwischen den Elektroden P₁ und P2 verursacht wird, und diese Kraft wirkt so, daß es das negative Teilchen gegen die rechte Seite der Elektrode Pl treibt. Wenn die Anziehungskraft ausreichend groß ist, dann wird das negativ geladene Teilchen auf der abstromseitigen Oberfläche der Elektrode Pl gesammelt und aus der Bahn des Gases entfernt. Wenn andererseits das negativ geladene Teilchen in Bewegung bleibt und durch eine Öffnung der dielektrischen Gitterplatte K hindurchgeLangt, wird es wieder einer aerodynamischen Wirbel— kraft ausgesetzt, sobald es aus der Öffnung austritt, und wird in ähnlicher Weise einem anderen elektrostatischen Feld ausgesetzt, das diesmal aus der Summe des außen aufgedrückten elektrostatischen Feldes und des elektrostatischen Feldes besteht, das durch die Polarisation des dielektrischen Mediums der dielektrischen Gitterplatte induziert wird. Dieses Feld ist in einer solchen Richtung gepolt, daß das Teilchen wieder so ausgerichtet wird, daß es entgegen dem normalen Luftweg sich stromaufwärts bewegt und von der rechten Seite K2 der dielektrischen Gitterplatte K angezogen wird, die eine positive Polarität hat· Wenn das Feld ausreichend groß ist, so daß das Teilchen gegen die rechte Seite der dielektrischen Gitterplatte K getrieben wird, dann wird es auf der stromabwärts gelegenen Seite der Gitterplatte K gesammelt und aus der Luftstrombahn entfernt. Die gesamte elektrostatische Kraft, die von diesem Feld herrührt, ist erheblich größer als diejenige, die auf das Teilchen in der Wirbelstraße der ersten Metallelektrode einwirkt, wo nur das von außen aufgedrückte elektrostatische Feld herrscht.

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Wenn andererseits das Teilchen in Bewegung bleibt, so bleibt es solange unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes, bis es durch eine Öffnung der zweiten metallischen Elektrode P2 hindurchgetrieben worden ist und demzufolge wieder der aerodynamischen Wirbelbewegung ausgesetzt wird. Ein solches Teilchen kann auf noch einer anderen Elektrode gesammelt werden, wenn eine solche abstromseitig der metallischen Elektrode P2 angeordnet ist.

Somit kann jedes negativ geladene Teilchen auf jeder der beiden Gitterelektroden Pi oder K gesammelt werden, wenn es sichmmit dem Luftstrom von links nach rechts bewegt.

Wenn das von der Spannungsquelle V aufgebaute elektrische Feld sich umkehrt, wie dies der Fall sein würde, wenn die Spannungsquelle V eine Wechselstromspannung liefert, dann würden die aufgedrückten Spannungen den in Fig. 2 gezeigten entgegengesetzt sein. Ein negatives Staubteilchen oder ein Teilchen aus einem anderen Material, könnte dann auf der Zustromseite der mittleren dielektrischen Gitterplatte K oder auf einer der beiden Oberflächen der zweiten metallischen Elektrode P2 gesammelt werden.

Die Anordnung von Fig. 2 stellt eine Zusatzkonstruktion für jede herkömmliche oder andere Vorrichtung zum Aufbau eines Koronafeldes oder eines anderen Feldes zur elektrischen Beladung efatretender Teilchen dar. Ein solcher Koronagenerator oder Koronaerzeuger ist in den eingangs erwähnten USA-Patentanmeldungen beschrieben. Im vorliegenden VaIl weist das zwischen den metallischen Elektroden Pl und P2 herrschende elektrische Feld vorzugsweise eine Spannung auf, die nicht ausreicht, um zwischen den Elektroden Pl und P2 eine Koronaentladung zu erzeugen. Mit anderen Worten, die Elektroden Pl und P2 sowie die dazwischen angeordnete, dielektrische Gitterplatte K liegen in einem elektrostatischen Feld, das gleichmäßig genug ist um zu verhindern, daß eine Koronaentladung eingeleitet wird»

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Ferner drückt die Anordnung von Fig. 2, wenn sie einer Wechselstromquelle ausgesetzt wird, während jedes folgenden halben Zyklus einander entgegengesetzte Felder auf, um dadurch das geladene Teilchen in einen Zustand zu versetzen, in dem es von jeder der drei Elektroden Pl, K und P2 angezogen wird, wenn es sich während des Umkehrens der aufgedrückten Spannung stromabwärts bewegt.

Aus dem obigen ergibt sich, daß der Wirkungsgrad für das Sammeln von Teilchen in dem elektrostatischen Abscheider erheblich dadurch verbessert werden kann, daß die Anzahl der Möglichkeiten, die für ein gegebenes Teilchen bestehen, in dem beschriebenen Sammelmechanismus zu geraten, vergrößert wird. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Gesamtzahl der verwendeten Sammelgitter vergrößert wird, und zwar gleich, ob es sich nun um metallische oder dielektrische Gitter handelt, Dies stellt ein wichtiges Merkmal für elektrostatische Abscheider dieses Typs dar.

In Fig. 3 ist eine andere schematische Anordnung dargestellt, aus der ein Gehäuse Cl ersichtlich ist, das einen Eingangsanschluß darstellt, durch den ein Fluid geschickt wird, das mit Materialteilchen beladen ist, die abgeschieden werden sollen. Des weiteren ist ein Gehäuse G2 vorhanden, das einen Ausgangsanschluß zur Aufnahme des Gases und irgendwelcher Teilchen darstellt, die von dem Abscheider nicht gesammelt worden sind. Der Abscheider weist eine Hochspannungsquelle auf, die einen Anschlußpol Pll besitzt, der negativ sein kann und einen anderen Anschlußpol P12, der dann positiv ist und auch, wie aus der Zeichnung hervorgeht, geerdet ist.

Der Anschlußpol Pll ist an die metallischen Gitter P21, P22, P23 und P24 angeschlossen, die untereinander gleich sind und mit gleichen bzw_o ähnlichen Öffnungen einer Größe versehen sind, wie sie oben erwähnt sind. Der andere

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AnschlußpdL P12 ist an die metallischen Gitter P31, P32, P33, P3^ und P35 in der gezeigten Weise angeschlossen, und alle diese Gitter können sich in ihrem Aufbau gleichen,, Zwischen die metallischen Gitter sind jedoch dielektrische Elektroden KlO bis K 17 eingefügt, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Eine dielektrische Elektrode, beispielsweise die Elektrode KlO befindet sich zwischen den metallischen Gitterelektroden P21 und P31, es können jedoch, falls dies gewünscht wird, auch zwei oder mehrere derartige dielektrische Elektroden zwischen den beiden metallischen Gittern P21 und P3I angeordnet werden. In jedem Falle befindet sich zwischen zwei metallischen Elektroden, so beispielsweise zwischen den Elektroden P21 und P3I» eine einzelne dielektrische Elektrode, beispielsweise die Elektrode KlO, auf der ein Potential induziert ist, das annähernd zwischen den auf die metallischen Elektroden P21 und P3I aufgedrückten Potentialen liegt. Ein ähnliches oder identisches Potential wird in jeder der anderen dielektrischen Elektroden KiI bis K17 induziert.

Demnach dient jede dielektrische Elektrode dazu, jedes zwischen zwei benachbarten metallischen Elektroden vorhandene Feld in zwei elektrostatische Felder aufzubrechen, um dadurch das Teilchenanziehvermögen wirksam zu verdoppeln und auch die Teilchensammeikapazität der Anordnung zu verdoppeln.

Ein Abscheider beispielsweise der in Figo 3 gezeigten Art weist einen höheren Wirkungsgrad auf als ein entsprechender Abscheider ohne dielektrische Gitterelektroden, und zwar aufgrund der zusätzlichen elektrostatischen Feldkomponente, die auf die Polarisation der dielektrischen Gitter zurückzuführen ist. Der Abscheider, wie er beispielsweise in Figo 3 zu sehen ist, kann eine Zusatzkonstruktion für einen herkömmlichen Abscheider bilden, der kein ausreichendes Abscheidevermögen aufweist, wobei dann die

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Zusatzkonstruktion den Gesamtwirkungsgrad auf fast 100 °/₀ erhöht.

Der Einbau der schwebenden, dielektrischen Gitterelektroden bringt eine erhebliche Verringerung der auf die Tragkonstruktion einwirkenden elektrischen Spannungen und Beanspruchungen mit sich_o Die Verwendung von dielektrischen Gitterelektroden mindert die Probleme der Isolierung der Vorrichtungen gegen die erforderlichen hohen Spannungen und Erdungsspannungen der metallischen Elektroden.

Ferner nimmt ein Gitternetz, bei dem dielektrische Gitter verwendet werden, einenlkleineren Gesamtraum für eine gegebene Abscheideleistung ein und behält dennoch denselben Wirkungsgrad in bezug auf die Entfernung der Staubteilchen. Das Material, aus dem die dielektrischen Elektroden besteht, kann eine Glasfaser oder irgendeine Plastikmaterialzusammensetzung haben und wird durch die chemischen Eigenschaften des jeweiligen abzuscheidenden Stoffes und des durch den Abscheider transportierten Gases nicht korridiert und angegriffen. Die dielektrischen Elektroden, die beispielsweise aus Glasfaser bestehen, lassen sich in Atmosphären verwenden, in denen der Einsatz metallischer Elektroden unpraktisch oder unmöglich sein kann. Ein Mittel aus schwefliger Säure oder anderen Säuren kann zwar metallische Elektroden stark angreifen, jedoch nicht die ausgesuchten dielektrischen Materialien, die für die Zwischengitterelektroden verwendet werden.

Die in allen Gitterelektroden Pl, P2, K, etc. unabhängig davon, ob sie nun metallisch oder dielektrisch sind, vorhandenen Öffnungen sollten vorzugsweise etwa zwischen 60 und 70 % der Gesamtfläche der Gitt.erelektroden ausmachen. Die in allen Gitterelektroden vorhandenen Öffnungen sollten vorzugsweise unter 60°~Winkein versetzt angeordnet oder

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gestaffelt sein, wie dies in den eingangs erwähnten Patentanmeldungen beschrieben ist. Des weiteren sollten die Gitter— elektroden einen geeigneten Abstand voneinander aufweisen. Wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen mit d ' bezeichnet wird, dann sollte der Abstand zwischen benachbarten Gitterelektroden vorzugsweise etwa zwischen 3d und 6d liegen. Öffnungen von 2,5^ cm Durchmesser in einer Gitterelektrode werden vorzugsweise einen Abstand d zwischen benachbarten Öffnungen von 4,6 mm in derselben Gitterelektrode erfordern. Der Abstand zwischen benachbarten Gittern würde dann etwa zwischen 13,7 und 27,5 mm betragen. Eine solche Geometrie würde sich für Teilchen eignen, deren maximale Größe etwa 10 Mikrometer beträgt. Diese Proportionen ändern sich mit jeder Änderung der Öffnungsflache_β

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrostatischer Abscheider zur Abscheidung geladener Teilchen, die von einem Fluid transportiert werden, gekennzeichnet durch ein Paar Metallplatten(Pl, P2), von denen jede mit Öffnungen versehen ist, durch die die geladenen Teilchen hindurchtransportiert werden, eine dielektrische, mit Öffnungen versehene Platte (K), die zwischen den Metallplatten (Pl, P2) und mit Abstand von diesen getrennt angeordnet ist, und durch eine Spannungsquelle (v), an die die Metallplatten angeschlossen sind und die eine Spannung liefert, deren Höhe zwischen den Metallplatten ein elektrostatisches Feld erzeugt und auf den gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrisch^ Platte (K) eine elektrische Ladung induziert, wodurch die geladenen Teilchen von allen drei Platten angezogen und gesammelt werden können.

2. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der MatuJLlplatten (Pl, P2) und die Öffnungen der dielektrischen Platte (K) etwa 60 bis 70 % der effektiven Fläche jeder Platte einnehmen, und daß die Platten in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt sind, so daß die Teilchen in der Wirbelstraße ihres Durchgangs durch jede Plattenöffnung verwirbelt werden, wodurch sie verlangsamt werden, so daß sie leichter von den Platten (Pl, P2, K) anziehbar sind.

3. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch drei parallele Platten (Pl, P2, K), die quer zur Bewegungsbahn der geladenen Teilchen angeordnet sind, parallel liegen und einen Abstand voneinander aufweisen und mit im wesentlichen gleichen Öffnungen versehen sind, so daß die Teilchen durch alle Platten hindurchgetragen werden können, und eine an die äußeren Platten (Pl, P2) angeschlossene

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Spannungsquelle (V) zur Erzeugung eines elektrostatischen, nichtionisierenden Feldes zwischen diesen Platten, wobei die mittlere Platte (κ) aus einem dielektrischen Material besteht, um eine induzierte Spannung aufzunehmen, und alle Platten als Sammler für die durch die Öffnungen hindurchgetragenen Teilchen dienen.

k. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen mehr als die Hälfte der aktiven Sammelfläche der entsprechenden Platten (Pl, P2, K) einnehmen und in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt liegen, so daß die Teilchen in der Wirbelstraße ihres Durchgangs durch eine beliebige Öffnung verwirbelt werden, um dadurch an Geschwindigkeit zu verlieren und auf der Oberfläche der Platten gesammelt zu werden.

5. Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis hf mit einer herkömmlichen Abseheiderkonstruktion, an die eine zusätzliche Abseheiderkonstruktion angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Abseheiderkonstruktion zwei parallele, mit Öffnungen versehene Metallplatten (Pl," P2) aufweist, zwischen denen eine Spannung liegt, um zwischen ihnen ein elektrostatisches Feld zu erzeugen, in dem zwischen den Metallplatten keine Koronaentladungen stattfinden, und durch eine mittlere, mit Öffnungen versehene Platte (K), die aus einem dielektrischen Material besteht und mit Abstand von den Metallplatten Pl, P2) getrennt ist, so daß ionisierte Teilchen, die von dem herkömmlichen Abscheider empfangen werden, durch die Öffnungen der Platten hindurchgeschickt und auf den Plattenoberflächen gesammelt werden.

6. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (Pl, P2, P21, P22, P23_S P'31, P32, P33, P34, P35) wenigstens einen Minimalabstand voneinander aufweisen, und daß die Öffnungen wenigstens 60

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der aktiven Plattenoberflächen einnehmen, wodurch die Teilchen verwirbelt und verlangsamt werden, so daß sie von äan Ladungsoberflächen der Platten angezogen und auf ihnen gesammelt werden können.

7. Elektrostatischer Abscheider ^a eh einem der Ansprüche

1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere erste atf.tei&ander verbundene Metallplatten (P21, P22, P23, P24), mehrere zweite miteinander verbundene Metallplatten (P31, P32_S, P33, P3'i, P35) und eine Spannungsquelle, die zwischen die erste und die zweite Plattengruppe geschaltet ist, um zwischen ihnen ein elektrostatisches Feld zu erzeugen, in dem keine Koronaentladungen stattfinden, und durch mehrere dielektrische Platten (KlO, KIl, K12, K13, K14, K15, Kl6), die so angeordnet sind, daß eine dieser Platten zwischen einer der ersten Gruppe Metallplatten und einer der zweiten Gruppe Metallplatten liegt, so daß eine einzelne dielektrische Platte zwischen zwei Metallplatten der genannten beiden Plattengruppen angeordnet ist, um eine induzierte elektrostatische Ladung aufzunehmen, wobei alle Metallplatten und dielektrischen Platten parallel zueinander liegen und mit Öffnungen versehen sind, so daß die geladenen Teilchen durch die Öffnungen der Metallplatten und dielektrischen Platten hindurchwandern, verwirbelt werden und auf diesen Platten gesammelt werden.

8. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle eine Gleichstrom— Spannungsquelle ist.

9. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle eine Wechselstromspannungsquelle ist.

10. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnetj daU die Öffnungen der Metallplatten und dielektrischen Platten miteinander fluchten, so daß die Platten optisch transparent sind, um den freien Durchstrom von Teilchen

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zu ermöglichen, ohne daß ein erheblicher Druckverlust auftritt.

11. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte (KlO, KIl, K12, K13, KiA, K15, Kl6) aus einem Plastikmaterial besteht.

12. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte aus Glasfaser besteht.

13. Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Verbesserung eines vorhandenen Abscheiders, mit dem geladene Teilchen entfernbar sind, gekennzeichnet durch ein Paar mit Öffnungen versehene Metallplatten (Pl, P2; Pll, Pl-2), eine mit Öffnungen versehene dielektrische Platte (κ), die zwischen den Metallplatten angeordnet ist, und durch eine Vorrichtung, mit der eine Spannung zwischen den Metallplatten herstellbar ist, so daß eine Spannung auf der dielektrischen Platte induzierbar ist, wobei die Öffnungen aller Platten im wesentlichen gleich groß sind, und die Abstände zwischen Platten etwa einheitlich sind, so daß die geladenen Teilchen verwirbelt werden, wenn sie aus einer Öffnung austreten und an Geschwindigkeit verlieren, um dadurch das Anziehen der Teilchen durch die Platten zu erleichtern^

±h_o Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Abstand getrennte, Öffnungen aufweisende, dielektrische Platten zwischen den Metallplatten angeordnet sind.

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