DE2264036B2 - Elektrostatischer teilchenabscheider fuer gase - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Teilchenabscheider für Gase der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, wie aus der US-PS 49 667 bekannt.

Eine solche Vorrichtung dient z. B. zur Abtrennung der in der atmosphärischen Luft enthaltenen verunreinigenden Teilchen aus einer Probe dieser Luft oder auch zun; Entstauben und damit Reinigen eines Gases. Durch diese Abtrennung der in der Atmosphäre oder einem anderen Gas enthaltenen Verunreinigungen können diese gleichzeitig qualitativ und quantitativ analysiert werden, das heißt der Gehalt an Verunreinigungen festgestellt und eine chemische Analyse derselben durchgeführt werden.

Die Überwachung der Luftverschmutzung besonders im Bereich von Großstädten, Industriezentren usw. stellt eine sehr wichtige Aufgabe dar, so daß bereits zahlreiche Typen von Vorrichtungen für derartige Probenahmen bekannt sind. Davon seien erwähnt:

Filtriersysteme, die mit Filtertüchern arbeiten. Bei solchen Systemen verstopfen sich die Poren der Filtertücher sehr rasch, so daß die Vorrichtung unwirksam wird;

Systeme zur Abscheidung durch Massenträgheit, die mit Absetzen, Stoß- oder Zentrifugalkräften arbeiten. Solche Systeme haben den Nachteil, daß sie zur Abtrennung von Teilchen geringer Masse, z. B. Teilchen mit einem Durchmesser unter einem Mikron, wenig wirksam sind;

Systeme, die mit thermischer Fällung (Photonenbeschuß) arbeiten und im Gegensatz zu den vorgenannten nur die Abtrennung von Teilchen geringer Masse gestatten;

Vorrichtungen zur elektrostatischen Abscheidung, die im allgemeinen aus einer Spitze oder einem Draht als Korona-(Ionisierungs)elektrode bestehen, die in der Achse eines geraden Zylinders angeordnet ist, an dessen Wänden die Teilchen abgeschieden werden (US-PS 34 49 667). Die Rückgewinnung der so erhaltenen Abscheidungen ist schwierig, und die Leistung solcher Vorrichtungen nimmt mit der Bildung von Abscheidungen der Teilchen auf dem Draht zeitlich sehr rasch ab. Außerdem lassen sich solche Vorrichtungen prinzipiell nicht zur automatischen Messung des Teilchengehaltes eines Gases einrichten. Diese Schwierigkeiten lassen sich auch nicht beheben durch Aufteilung des Gasstromes nach Durchströmen des Korona-Entladungsfeldes, wie aus DT-PS 3 14 171 bekannt.

Durch die Erfindung soll nun eine Vorrichtung zur elektrostatischen Abscheidung von in einem Gas enthaltenen Teilchen geschaffen werden, welche die Nachteile der oben angegebenen bekannten Methoden und Vorrichtungen vermeidet und eine quantitative Teilchenabscheidung und Analyse und kontinuierliche Messung des Teilchengehaltes ermöglicht, wobei die Ionisierungselektrode praktisch frei von Abscheidungen bleibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrostatischen Teilchenabscheider der eingangs angegebenen Art, der erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Merkmale aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Mit dem erfindungsgemäßen Abscheider werden also die im verunreinigten Untersuchungsgas enthaltenen Teilchen gleichzeitig aufgeladen und abgeschieden. Die Aufladung d>sr Teilchen wird durch die Gasmoleküle erreicht, die durch die bei Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden auftretende Koronaentladung ionisiert weiden.

Die so ionisierten Teilchen gelamgen unter der Wirkung des zwischen der Plattenelektrode und der den Koronaeffekt liefernden Ionisierungselektrode angelegten elektrostatischen Feldes zur Plattenelektrode und

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werden von dieser aufgefangen. Wirbelbildungen infolge des elektrischen Windes werden ausgeschaltet durch einen Strom von Reingas zwischen den Elektroden, wodurch der Verlust von Aerosolen an den Kammerwänden vermieden wird. Dieses Ergebnis wird unter sehr günstigen Bedingungen erhalten, indem die Ionisierungselektrode in der Achse der Reingaszuleitung ödet an der Grenze zwischen der Reingaszuleitung und Untersuchungsgaszuleitung im Reingasstrom angeordnet wird.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die Figur, die im Längsschnitt diesen erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider zeigt.

Der in der Figur gezeigte elektrostatische Abscheider weist im wesentlichen eine längliche dichte Kammer 2 von beispielsweise prismatischer Form auf, die an einem ihrer Er.den mit den Gaszuleitungen 4 und 6 und am anderen Ende mit der Gasableitung 8 verbunden ist. In der Kammer 2 ist eine an deren Innenwand befestigte und dieser gegenüber elektrisch isolierte leitende Metallplatte 10 angebracht. Ferner ist in der Kammer eine parallel zu ihrer Achse und in der Verlängerung der Zuleitung 6 angeordnete Drahtelektrode 12 angeordnet, die durch zwei Isolatoren 14 und 14' gehalten ist. Durch einen Gleichstromgenerator 16 kann zwischen der Drahtelektrode 12 und der Plattenelektrode 10 ein konstantes oder gegebenenfalls moduliertes Gleichspannungspotential Vi angelegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gasableitung 8 mit einer Ansaugvorrichtung 17 bekannten Typs verbunden. Im Inneren der Kammer 2 sind die den Zuleitungen 4 und 6 entsprechenden Gasströme teilweise durch die Leitkörper 18 und 18 getrennt. Die Kammer 2 weist hier eine in der Verlängerung der Zuleitung 6 angeordnete Leitung 20 auf. Bei einer Abwandlung ist die Leitung 20 durch ein regelbares Ventil 22 verschließbar.

In der Figur ist ein Staubabscheider gezeigt, in dem der elektrische Leiter, der mit der leitenden Platte den Koronaeffekt erzeugt, eine zur Achse der Kammer 2 parallele Drahtelektrode 12 ist, jedoch kann der elektrische Leiter, wie oben angegeben, auch aus einer zur leitenden Platte 10 senkrechten ltitenden Spitze bestehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich unmittelbar aus der vorangehenden Beschreibung. Das durch die Untersuchungsgasleitung 4 in die Kammer 2 eintretende verunreinigte zu untersuchende Gas wird durch das Zusammenwirken von Drahtelektrode 12 und Plattenelektrode 10 ionisiert. Die Drahtelektrode 12 verhält sich wie ein Ladung abgebendes Element, da sie bei Anlegung einer Potentialdifferenz Vi zwischen ihr und der Plattenelektrode 10 der Koronawirkung unterworfen ist. Das Gas wird also ionisiert, und die ionische Raumladung sorgt für die Aufladung der im Gas suspendierten Teilchen. Diese geladenen Teilchen werden dann von der Plattenelektrode 10 angezogen, die sich wie eine Sammlerplatte verhält und so die im

verunreinigten Gas enthaltenen Teilchen auffängt Das durch die Reingaszuleitung 6 zugeführte Gas kann entweder ein »reines« Gas oder aus der Ableitung 8 abgeleitetes Gas sein und kompensiert den durch die Koronaentladung erzeugten elektrischen Wind. Es wird so die Bildung von Wirbeln und damit die Abscheidung von Teilchen an den Wänden der Kammer 2 außerhalb der Plattenelektrode 10 vermieden. Die durch die Reingaszuleitung 6 zugeführte Gasmenge kann vorteilhafterweise 5 bis 30% des Durchsatzes an verunreinigtem Gas betragen.

Beispielsweise kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Kammer 2 unter der Wirkung der Saugvorrichtung 17 vorteilhafterweise zwischen 10 und 400 cm/Sek-, die Gleichstrompotentialdifferenz Vi zwischen der Plattenelektrode 10 und der Drahtelektrode 12 zwischen 2 und 20 kV und bei einer bevorzugten Ausführungsform die Länge der Kammer 2 je nach der angelegten Spannung, der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und seinem Gehalt an Verunreinigungen zwischen 3 und 30 cm liegen.

Um den Gehalt des verunreinigten Gases an Staubteilchen automatisch zu messen, kann an die Auffangelektrode 10 eine automatische Meßvorrichtung angeschlossen werden, die aus einem Elektrometer, einem piezoelektrischen Blatt oder einem beweglichen Film bestehen kann, während die Menge des in das Gerät eingeführten verunreinigten Gases mittels eines Durchflußmessers gemessen wird.

Falls ein Gas entstaubt werden soll, kann eine Einrichtung zum Reinigen der Plattenelektrode 10 beispielsweise durch Abstreifen oder Abspülen vorgesehen sein.

Untersuchungen, die mit einem solchen Gerät an einem verunreinigten und undurchsichtigen Rauchgas durchgeführt wurden, zeigten, daß die verunreinigte Luft vollkommen durchsichtig austrat. Alle in ihr enthaltenen Teilchen wurden ausschließlich an der Plattenelektrode 10 abgeschieden.

Andere Untersuchungen an einem Gas, das mit Latexkügelchen von 0,1 Mikron Durchmesser verunreinigt war, zeigten, daß 90% dieser Teilchen bei einer mittleren Durchgangszeit des verunreinigten Gases durch die Abscheidungskammer von 0,05 Sek. von der Plattenelektrode 10 aufgefangen wurden und daß bei Teilchen von 0,8 Mikron die Abscheidung (Leistung) über 99% lag.

Der erfindungsgemäße Staubabscheider zeigt also im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen des gleichen Typs zahlreiche Vorteile. Er ist sehr einfach aufgebaut und daher billig und einfach zu warten und sehr betriebssicher. Da die Teilchen auf einer einzigen ebenen Platte aufgefangen werden, können sie für eine chemische Analyse sehr einfach abgenommen werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das im einzelnen beschriebene und dargestellte Beispiel beschränkt, sondern umfaßt auch Abwandlungen. Besonders kann die Platte 10 mindestens einen Teil der Innenwand der Kammer 2 ersetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

64 Patentansprüche:

1. Elektrostatischer Teilchenabscheider für Gase, der eine längliche dichte Kammer aufweist, an deren einem Ende eine Gaszuleitung mündet und an deren anderem Ende eine Gasableitung vorgesehen ist, wobei im Inneren der Kammer mindestens zwei zusammenwirkende, verschiedene Aufgaben erfüllende Elektroden vorgesehen sind, von denen die eine in der Nähe der Kammerwand angeordnet und die andere geometrisch als Ionisierungselektrode ausgebildet ist, und die Elektroden mit einem Gleichstromgenerator verbunden sind, der zwischen ihnen eine Potentialdifferenz aufrechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Untersuchungsgaszuleitung (4) eine Reingaszuleitung (6) in die Kammer (2) mündet, daß am Gaseinlaß und am Gasauslaß Strömungsleitelemente (18, 18') vorgesehen sind, welche den durch die Untersuchungsgaszuleitung eintretenden und durch die Gasableitung (8) austretenden Strom von verunreinigtem Gas verhältnismäßig unabhängig von dem durch die Reingaszuleitung eintretenden Reingasstrom halten, daß die Ionisierungselektrode (12) im Reingasstrom angeordnet ist und die in der Nähe der Kammerwand angeordnete Elektrode eine in der Nachbarschaft der Untersuchungsgaszuleitung und Gasableitung angeordnete Plattenelektrode (10) ist, und daß der Gleichstromgenerator (16) ^₀ gegebenenfalls mit einer Einrichtung zum Modulieren der Potentialdifferenz ausgerüstet ist

2. Teilchenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode (12) in der Verlängerung der Reingaszuleitung (6) angeordnet ist.

3. Teilchenabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode (12) ein zur Plattenelektrode (10) im wesentlichen paralleler Leitungsdraht ist.

4. Teilchenabscheider nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode (12) eine zur Plattenelektrode (10) senkrechte Leiterspitze ist.

5. Teilchenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasableitung (8) mit einer Ansaugvorrichtung (17) ausgerüstet ist.

6. Teilchenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis, 5, gekennzeichnet durch eine gegenüber der Reingaszuleitung angeordnete Leitung (20), die mit einem Regelventil (22) versehen ist.

7. Teilchenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelektrode (10) aus Metall mit einem Meßgerät verbunden ist. _S5

8. Teilchenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelektrode (10) mit einer Reinigungsvorrichtung versehen ist.