DE2329343A1

DE2329343A1 - Elektrostatisches - aerodynamisches aerosol-filterverfahren

Info

Publication number: DE2329343A1
Application number: DE19732329343
Authority: DE
Inventors: Hans O Haupt
Original assignee: Haupt & Pusch GmbH
Current assignee: Haupt & Pusch GmbH
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1975-01-02

Description

haupt+pusch

^GmbH 6903 · Neckargemünd - Diisberg. 18. Mai 1973

• Bannhölzweg 12 .

Elektrostatisches - aerodynamisches Aerosol-Filterverfahren

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Filtersystem zu schaffen, das Schmutzteilchen entfernt, die in einem Medium suspendiert sind. Derartige Filteranlagen sind bekannte Einrichtungen, wie sie zur Luftverschmutzungskontrolle, z,ur Abgasreinigung und zur Gasfilterung bzw.- Trennung von Staubpartikeln Verwendung finden. Im allgemeinen enthalten derartige Filtersysteme neben mechanischen Filtern eine Vielzahl geladener Elektroden, um in einem elektrostatischen Feld die Teilchen durch Anziehung auszufiltern. Der Medienstrom, der das auszufällende Material enthält, fließt im allgemeinen durch über- oder Unterdruck zwischen den Elektroden in einem Hochspannungsfeld. Der Abstand zwischen den Elektroden bzw. die Spannung muß so bemessen sein, daß im Medium kein elektrischer Durchbruch erfolgt, da sonst die Hochspannungsquelle Kurzschluß erfährt.

Die Mindestgröße derartiger elektrostatischer Filter wird bestimmt durch das Medium und seine Verunreinigungen, sowie deren Strömungsgeschwindigkeit. Die Luftstromgeschwindigkeit muß daher verringert werden, bevor der Ausfäller bzw. das elektrostatische Ausscheidungsfeld erreicht wird, um einen brauchbaren Wirkungsgrad zu erhalten.

Daher müssen bei den bekannten Filteranlagen diese Filter zur Aufbereitung der Schmutzteilchen notwendigerweise außergewöhnlich groß ausgelegt werden. Eine Verbesserung brachte ein Ausscheidungsverfahren bei elektrostatischen Gasfilteranlagen ( s.US-Patent 3.OifO.if97) durch die Ver-

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wendung eines pulsierenden Oleichstromes hoher Spannung, Nicht gelöst wird nach den bekannten elektrostatischen Luftfilterverfahren das Problem der Ausscheidung von Feinstaubpartikelchen, wie sie Aerosole oder Geruchspartikel darstellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine wesentlich wirksamere Teilchenausfällung durch eine entsprechende Beeinflussung ihrer Oberflächenladung erzielt werden kann. Auch lässt sich die Durchsatzgeschwindigkeit durch Ausnutzung entsprechender aerodynamischer Erkenntnisse wesentlich erhöhen, wie im folgenden dargelegt wird.

DierErfindung bezieht sich auf ein elektrostatisches aerodynamisches Filterverfahren zur Ausfällung suspendierter Schmutzteilchen bis hinab zur feinsten Verteilung, der sog. Aerosole aus Gasförmigen Medien. Das Verfahren gemäss der ERfindung besteht in der Kombination verschiedener Verfahrensschritte, nämlich einer Teilchen-Voraufladung, einer Umwälzung, einer. Ausfällung und schließlich einer Neutralisierung.

Im einzelnen wird gemäss der Erfindung das zu reinigende Medium durch eine Voraufladungszone einer elektrostatischen Elektrodenanordnung geführt, um die Schmutzteilchen elektrisch entsprechend vorzuladen, dann durch eine Umwälzzone einer Umwälzanlage geschickt, um die Geschwindigkeit des Medienstromes zu verringern, dann durch eine Ausfällungszone einer Ausfällungsanordnung geleitet, welche die geladenen Teilchen anzieht, sammelt und abführt, schließlich durch eine Neutralisierungszone geführt, bevor es in den freien Baum bzw. in die Atmosphäre wiedergelangt.

Das erfindungsgemässe Reinigungsverfahren wird in einem Filtergehäuse realisiert, das eine Voraufladungsanordnung, eine Umwälzanordnung, eine Ausfällungsanordnung und eine Neutralisierungsanordnung enthält, wie im folgenden ausführlicher dargelegt wird.

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Die Voraufladungsanordnung umfasst eine Vielzahl negativer Elektroden, die im vorderen Teil des Gehäuses angeordnet sind, um die Schmutzteilchen vorzuladen· Die Umwälzanordnung ist in der weiteren Flußrichtung des Medienstromes nach der Voraufladungszone angeordnet. Sie umfasst eine Vielzahl positiv geladener Elektroden, die den Fluß des Luftstromes ändern und die laminare Strömung in eine turbulente Überführen, um die Medienstromgeschwindigkeit wesentlich zu verringern, damit die Wirksamkeit der nachfolgenden Ausfällungsanordnung erhöht wird. Die Ausfällanordnung, die eine Vielzahl positiv geladener Elektroden aufweist, ist im hinteren Teil des Gehäuses angebracht und enthält eine Schüttelanordnung und eine Flüssigkeitsstrahlerzeugeranordnung, um die ausgefällten Teilchen zu lösen und abzuführen, sobald sie sich an der positiv geladenen Ausfällungselektrode angehäuft haben. Anschließend ist eine Neutralisierungsanordnung angeordnet, die eine Vielzahl positiv geladener Elektroden enthält und den hinteren Teil des Gehäuses bildet.

Damit ergibt sich folgender Wirkungsablauf:

Die in das Filtersystem gelangenden suspendierten Teilchen werden durch die Voraufladungszone negativ orgeladen.

Diese negativ orgeladenen Teilchen werden durch die positive Anziehung der Elektroden der Umwälzanordnung beschleunigt, in der Turbulenzzone verwirbelz und in der Ausfällungszone gesammelt und abgeführt· Nachdem die negativ geladenen Tielchen in der positiv geladenen Ausfällungszone abgeschieden wurden, werden diese durch eine elektromagnetische oder elektrostriktive Schüttelvorrichtung gelöst und durch eine Vakuum- bzw. Wasserstrahlpumpeneinrichtung entfernt. Wenn schließlich die gereinigte Luft bzw. das Medium an der Neutralisierungsanordnung vorbeiströmt, werden die noch suspendiert, ge-

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ladenen Teilchen in der Elektrodenzone neutralisiert. Durch diese Kombination elektrostatischer und aerodynamischer Verfahrensschritte wird erstmals eine Reinigungswirkung bzw. Abscheidung von Aerosolen erreicht und für die gröberen Schmutzteilchen der Wirkunge grad der Ausscheidung wesentlich erhöht, so daß bei vergleichbarer Leistung die Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Mediums beträchtlich gesteigert werden kann.

Unter den Schutzumfang des vorliegenden Patents fällt nicht nur das vorgehend beschriebene Verfahren, sondern auch die Anordnung der verfahrengemässen Bauelemente und die Anordnung ihrer Bauteile.

Das erfindungßgemässe Verfahren witfd im folgenden zum besseren Veständnis des Gegenstandes der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.

Bild 1 stellt eine Ansicht des Querschnittes durch das Filtersystem dar, Bild 2 ist eine Teilansicht des Filtersystems von oben und Bild 3 eine Gesamtansicht des Filtersystems.

Das erfindungsgemässe Luftfiltersystem umfaßt das Gehäuse (1), das die Vorladuhgsanordnung (2) enthält und weiterhin die Umwälzanordnung (3)t die Ausfällungsanordnung (k) und die Neutralisierungsanordnung (5)» Das Gehäuse (1) enthält die vorderen und hinteren Filterschirme (6). Der Filterchirm (6) ist mit der Masse (1) verbunden. Die Vorauf^ ladungszone (2) enthält eine Anzahl flossenähnlicher Elektroden(7), die mit der negativen Gleichspannungsquelle(8) (mit z.B. 5 KV) verbunden sind. Die Elektroden (7) sind an der Bodenplatte (1) Über die Stützen (9) befestigt. Die negativ geladenen Elektroden (7) und der Filterschira (6), der mit der Masse verbunden ist, bilden zusammen die negative Voraufladungszone.

Wie Bild 1 weiterhin zeigt, enthält die Umwälzanlage (3) eine Vielzahl aerodynamischer Turbulenzglieder. Der vordere

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konvexe Teil (10) in Verbindung mit dem konkaven hinteren Teil (-11) verändert die zunächst laminare Strömung des Mediums in eine turbulente Strömung, so daß eine starke Umwälzung bei gleichzeitiger Geschwindigkeitsverminderung erzielt wird.

Diese aerodynamischen Turbulenzglieder der Umwälzanordnung sind mit der positiven Gleichspannungsquelle(12) verbunden und somit positiv geladene Elektroden, mit z.B. 5 KV Gleichspannung. Diese Elektroden (3) sind durch die Stützen (13) an der Bodenplatte (1) befestigt. In Flußrichtung des Medienstromes folgt dann nach der Umwälzanordnung (3) die Ausfällungsanordnung (4)· Diese umfaßt eine Vielzahl von Elektroden (14), die innerhalb poröser Muffen (15) an eine positive Gleichspannungsquelle (16) angeschlossen sind. Der untere Teil jeder Elektrode ist an eine Absaugvorrichtung (17) über einen Trichter (18) angeschlossen. Diese Aus fäll vorrichtung (/+) enthält ferner eine Elektrodenreinigungsvorrichtung mit einer Schüttelanordnung (19) und einer Flüssigekitsstrahlerzeugeranordnung. Letztere enthält einen Vakuumraum(20) und eine Düse (21) die an eine Wasserquelle angeschlossen ist. Nach dem Prinzip einer Wasserstrahl-Vakuumpumpe wird durch die Düse (21) ein Vakuum erzeugt. Die Schüttelanordnung (19) umfaßt z.B. einen elektromagnetischen Schüttler, der die Magnetspulen (22) enthält, die wiederum an die Spannungsquelle (23) und an Masse (1) angeschlossen sind. Die Schüttelvorrichtung (19) ist von dem Gehäuse (1) durch den Isolator (24) isoliert.

Zwischen der Ausfällungsanordnung (4) und dem Ausgangsfilterschirm (Φ) ist die Neutralisationsanordnung (5) geschaltet. Diese enthält eine Vielzahl flossenähnlicher Elektroden(24). Die Elektroden (21+) sind an die Spannungsquelle (25) angeschlossen; vgl. Bild 3. Die Stromquelle (25) wird z.B. mit 2,5 KV Gleichstrom betrieben, dem eine Wechselspannung mit 5 KV überlagert ist. Die Elektroden (26) sind zwischen

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den Elektroden (2^) angebracht und über den Filterschirm (6) mit der Masse verbunden. Somit bilden die Elektroden (21+) (26) zusammen eine negativ aufgeladene Neutralisätionszone. Alle noch im Luftstrom verbleibenden suspendierten Teilchen erhalten so eine Neutralisation bzw. eine niedrige negative Ladung. Der Luftstrom kehrt dan in den zu reinigenden Raum zurück, wo positive Teilchen von den noch vorgeladenen negativen Teilchen angezogen werden, so daß eine verstärkte Filterwprkung eintritt.

Wenn die Luft in die Atmosphäre entweicht, bzw. entweichen soll, wird keine negative Aufladung angewandt, so daß die Teilchen das Filtersystems neutralisiert verlassen.

Aus vorstehendem ist also ersichtlich, daß unter den Schutzumfang des Patents auch ein Betriebszustand der sog. Neutralisationsvorrichtung fällt, wenn diese nicht neutralisiert, sondern zur negativen Voraufladung bei teilv/eiser Rückführung des gereinigten Medienstromes in den Filterkreislauf betrieben wird. Weiterhin ist ersichtlich, daß im Rahmen des vorliegenden Verfahrens auch noch andere Ausführungsmöglichkeiten realisiert werden können, die dieselbe Wirkungsweise erzeugen.

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Claims

Pat ent ansprüc he

·} Elektrostatisches - aerodynamisches Filterverfahren zur Entfernung suspendierter Schmutzteilchen bzw· Aerosole aus gasförmigen Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Medien zunächst durch eine Voraufladungszone einer elektrostatischen Elektrodenanordnung geführt -wird, um Schmutzteilchen elektrisch vorzuladen, dann durch eine Umwälzzone einer Umwälzanlage geführt wird, um die Geschwindigkeit des Medienstromes zu verringern, dann durch eine Ausfällungszone einer Ausfällungsanordnung geleitet wird, welche die geladenen Teilchen anzieht, sammelt und abführt und schließlich eine Neutralisierungszone durchläuft, bevor sie aus der Anlage in den freien Raum bzw. Atmosphäre austreten·

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Voraufladungszone eine Vielzahl geladener Elektroden enthält, die quer zum Medienstrom angeordnet sind·

3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Voraufladungszone an eine negative Hochspannungsquelle angeschlossen sind·

!*· Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzzone eine Anzahl aerodynamischugestalteter Elektroden enthält, die jeweils in Strömungsrichtung zuerst eine konkave, dann eine konvexe Fläche enthalten, so daß am Obergang der konvexen in die konkave Fläche die laminare Strömung abreißt und in eine turbulente übergeht, wobei die Strömungsgeschwindigkeit stark reduziert wird·

5. Verfahren nach Anepruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Elektroden bzw· Turbulenzelektroden an einopositives Hochspannungspotential angeschlossen sind, am eine Anziehungszone für die Teilchen zu bilden·

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auefällungszone eine Vielzahl geladener Elektroden enthält, die quer zum Medienstrom angeordnet sind,

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausfällungselektroden an einer Absaug-

anoanordnung angeschlossen ist, die die geladenen Teilchen sammelt,

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausfällungszone eine Schüttelvorrichtung enthält, die der Absauganordnung angekoppelt ist, um die geladenen Teilchen, die sieh angesammelt haben, zu entfernen.

9· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absauganordnung eine flüssigkeitsstrahlerzeugende Vorrichtung enthält, die über ein erzeugtes Vakuum die geladenen Teilchen entfernt.

10, Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die flUssigkeitsstrahlerzeugende Vorrichtung nach dem Wasserstrahl-Vakuumpumpprinzip arbeitet,

11, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Ausfällungszone an eine positive Spannungsquelle angeschlossen sind,

12, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die nachgeschaltete Neutralisierungszone durch eine Vielzahl geladener Elektroden und neutraler Elektroden gebildet wird, die so angeordnet sind, daß ein entsprechender , die Neutralisierung bewirkender Spannungsgradient zwischen den Elektroden erzielt wird.

13, Verfahren nach Anspruch 12 oder einem der vorhergehenden It Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Elektroden an eine positive Spannungsquelle angeschlossen sind,

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Verfahren nach Anspruch 13» oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _t daß die geladenen Elektroden a:i eine positive Gleichhochspannung erhalten, denen eune Wechselspannungskomponente überlagert ist.

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