DE2516217A1

DE2516217A1 - Elektrodynamisches aufladesystem fuer gasstroeme

Info

Publication number: DE2516217A1
Application number: DE19752516217
Authority: DE
Inventors: Kenward Seymour Oliphant
Original assignee: Crs Industries Inc
Current assignee: Crs Industries Inc
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1975-04-14
Publication date: 1975-10-23
Also published as: CA1056446A; JPS5928679Y2; JPS58161652U; JPS50136776A; US3977848A; GB1501978A

Description

DR. MÜLLERBORE · DIPL.-ING. GKOEJVING

DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL · DIPL.-CIIEM. DR. SCHÖN

DIPL.-PHYS. HERTEL

PATENTANWÄLTE

C 44-4

CRS Industries, Inc. Tampa, Florida / USA

Elektrodynamisches Aufladesystem für Gasströme

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Reinigung und Reinhaltung von Gasen und bezieht sich insbesondere auf ein elektrodynamisch arbeitendes Aufladesystem für Gasströme, durch das verbundene Partikel einander nicht ähnlicher Substanzen getrennt und Partikel einander ähnlicher Substanzen miteinander durch Verdichtung verbunden werden.

In den vergangenen Jahren hat sich die Wissenschaft und Technik über die Überwachung von Verunreinigungen im weitesten Sinn rasch entwickelt. Insbesondere auf dem Gebiet der Luftverschmutzung ließ sich beispielsweise feststellen, daß über 98,5 % des Staubs und der Verunreinigungen in der Atmosphäre aus feinsten Partikeln in einer Größe von 3/4 Mikron und kleiner bestehen. Diese feinen Partikel setzen sich nicht ab, sondern bleiben in der Atmosphäre suspendiert und unterliegen den verschiedensten Umwelteinflüssen. Vor kurzem wurde entdeckt, daß sich diese Partikel

MOKCHKH β.. S₁SBSRTSTH. 4. POSTMCH S₈O₇₂O. KABKl₁: HHKIHPATBHT. TKI.: (089, «Τ,.7β*. TEUX: .-„„.

509843/0717

elektrostatisch aufladen, wodurch eine elektrostatische Kraft von normalerweise positivem Potential entsteht. Die positiv geladenen Feinstpartikel treiben dann auf Oberflächen von Massen geringeren elektrischen Potentials zu und werden durch diese angezogen. Auf diese Weise entsteht auf Oberflächen ein Niederschlag solcher Partikel. Oberflächen und/oder Massen niedrigeren elektrischen Potentials sind beispielsweise Wände und Decken von Räumen, Möbel, Kleider, Produkte im weitesten Sinn, Maschinen und auch Menschen.

Vor kurzem wurde ein vollwandiges Filtersystem entwickelt, das den gesamten Decken- oder Wandbereich eines Raums oder eines umschlossenen Bereichs einnimmt. Durch dieses System wird die Luft einmal pro Minute ausgetauscht, und jede sogenannte sekundäre Luftmischung in dem Raum wird beseitigt. Tatsächlich ist der Raum dabei lediglich eine Erweiterung etwa der Luftkammer eines Luftaufbereitungssystems. Die Überwachung der Verunreinigung erfolgt durch Ausscheidung der primären und sekundären LuftVerdünnung, die auch die Grundlage bei vielen üblichen Aircondition-Systemen bildet. Leider ist dies für die meisten Anwendungsfälle von Einrichtungen zur Luftreinhaltung und-aufbereitung weder ein praktisches noch ein wirtschaftliches Verfahren, und zwar insbesondere wegen der Größe des Filtersystems. Außerdem kann die Primärluft selbst eine Verunreinigungsquelle darstellen.

Bei den üblichen Systemen wird ein primärer und ein sekundärer Luftverdünnungsprozeß vorgesehen. Zur Entfernung des größten Teils der suspendierten Partikel aus dem primären Luftstrom und zur Verkleinerung der primären Quelle für die Verschmutzung wird dabei eine Filterung mit hohem Wirkungsgrad vorgesehen. Dieses Filtersystem hat jedoch nur eine minimale Wirkung auf die interne Verschmutzung _% die durch Infiltration und durch interne Erzeugung der feinen Partikel entsteht. Ein begrenzter Überwachungsgrad kann dadurch erzielt werden, daß Sekundärluft durch Filter oder andere Absorptionsvorrichtungen rezirkuliert wird. Auf Grund des Anteils von Sekundär- zu

509843/0717

_3_ 251621?

Primärluft jedoch ist die dabei erzielbare Wirkung begrenzt. Ein jüngster Fortschritt bei der Verschmutzungsüberwachung wurde durch Agglomeration der Feinstpartikel zu größeren Ansammlungen oder Massen erzielt, die sich aus dem zu reinigenden und überwachten Raum herausfiltern lassen. Dies wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß die Feinstpartikel der Wirkung einer Mehrzahl von Spannungsquellen ausgesetzt werden, die Felder mit unterschiedlichen Potentialgradienten erzeugen. Da sich jedoch die Umweltbedingungen häufig während des Betriebs des Systems ändern können, schwankt auch die Wirksamkeit auf Grund der elektrischen Betriebskennwerte.

Selbst wenn Spannungsquellen für unterschiedliche Potentialgradienten eingesetzt werden, entstehen bei zu hohen Spannungen (Energiepegeln) Ozon und Korona-Effekte. Da bereits kleinste Mengen von Ozon extrem toxisch wirken, unterliegen solche Systeme hinsichtlich ihres Arbeitsbereichs starken Einschränkungen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Aufladesystem für Gase, insbesondere Gasströme, zu schaffen, mit dem sich auf wirksame Wexse eine Agglomerierung von Verunreinigungen des Gases erzielen läßt und bei dem sich die Betriebskennwerte auf die sich ändernden Umgebungsbedingungen anpassen lassen, um Schadstoffe in Gasen bzw.schädliche Gasanteile zu vermindern oder zu beseitigen.

Die Lösung dieser technischen Aufgabe ergibt sich bei einem elektrodynamischen Gasaufladesystem erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen, deren vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Als wesentliche Elemente enthält das erfindungsgemäße Gasaufladesystem eine Mehrzahl von elektrisch aufladbaren Elementen, von Schirmelementen sowie eine Einrichtung zur Änderung des Spannungs- bzw. Potentialgradienten zwischen den elektrisch aufladbaren Elementen und dem oder den Schirmelement(en).

509843/0717

251621?

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfassen die elektrisch aufladbaren Elemente eine Anzahl von ersten und zweiten Elektroden, die parallel und in einem festgelegten gegenseitigen Abstand zueinander und zu dem Schirmelement angeordnet sind, das ein elektrisch neutrales und dazwischen angeordnetes Gitter sein kann.

Die zur Änderung des Potentialgradienten zwischen den elektrisch aufzuladenden Elementen und dem Gitter bestimmten Einrichtungen können eine mechanische Einrichtung einschließlich einer Abtastvorrichtung und mechanischer Einstellmittel umfassen, die in Wirkverbindung mit der Abtastvorrichtung und den ersten bzw. zweiten elektrisch aufzuladenden Elementen angeschlossen sind. Die Abtastvorrichtung kann eine oder mehrere Sensoren umfassen, die stromab von den elektrisch zu ladenden Elementen angeordnet sind, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu messen und gegenüber einem vorwählbaren Standard ein Signal zu liefern, das proportional ist zu den Änderungen des Ausgangsprodukts bzw. den Betriebsschwankungen des Systems. Dieses Ausgangssignal kann eine mechanische Einstellvorrichtung speisen, die entweder eine oder beide der ersten und zweiten Elektroden relativ zum Gitter verschiebt, um den dazwischen auftretenden Potentialgradienten zu verändern. Durch Einstellung des Potentialgradienten läßt sich der Ionisationsprozeß steuern bzw. einregulieren.

Alternativ dazu können die zur Änderung des Potentialgradienten bestimmten Mittel einen Impulsgenerator umfassen, der in Wirkverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Signalgenerator steht. Der erste Signalgenerator kann einen Gleichspannungs-Impulsgenerator umfassen, der ein getastetes Gleichspannungs-Ausgangs signal mit einem hohen"Spannungswert (PDC-Signal) liefert. Dieses PDC-Signal beaufschlagt die ersten Elektroden, die im Zusammenwirken mit dem neutralen Gitter ein erstes variables Potentialfeld hervorrufen. Der erste Ausgangssignalgenerator kann weiterhin Mittel umfassen, um die Impulsbreite, die maximale Spitzenspannung und das Verhältnis der Anteile von Gleich- und Wechselspannungsspitzen

509843/0717

zu verändern.

Der zweite Ausgangssignalgenerator kann einen Frequenzgenerator enthalten, um in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Impulsgenerators ein Hochfrequenz-moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses HF-modulierte Signal beaufschlagt die zweiten Elektroden, um ein zweites veränderbares Potentialgradientenfeld zu erzeugen.

Wird das neuartige elektrodynamische Gasaufladesystem in einem umschlossenen Bereich eingesetzt, so ersetzt es nicht bereits vorhandene Filter; es ermöglicht jedoch zusätzlich zu bereits vorhandenen Filtern eine wesentlich effektivere Arbeitsweise durch Agglomerierung der suspendierten Partikel zu größeren Partikeln. Das System kann auch in eine Gasabsaugleitung bzw. in einen Abgasschlot eingesetzt werden, um Verunreinigungen in schädlichen Abgasen zu vermindern.

Das elektrodynamische Gasladesystem kann insbesondere in gasführende Leitungen eingebaut werden. Im allgemeinen wird ein Filter oder eine von einer elektrostatischen Vorrichtung getrennte Sammelvorrichtung stromauf des Systems angeordnet, um mechanisch Verunreinigungspartikel aufzufangen und zu entfernen, die eine bestimmte Größe überschreiten. Wegen der wirksamen Filtergröße jedoch lassen sich viele Kleinstpartikel unter 1 Mikron Größe nicht mehr einfangen. Das erfindungsgemäße System agglomeriert diese kleineren Partikel zu größeren Partikeln, so daß bei erneutem Umlauf des Gases durch die Leitung die agglomerierten Partikel durch die Sammelvorrichtung erfaßt werden können. Die Sammelvorrichtung kann natürlich auch stromab des erfindungsgemäßen Systems angeordnet sein, so daß die Agglomerierung vor dem Sammelvorgang erfolgt. Dazu alternativ kann eine Sammelvorrichtung auch an beiden Enden des Systems vorgesehen sein.

Wie bereits erwähnt, kann der Potentialgradient zwischen den ersten und zweiten Elektroden und dem neutralen Gitter sowohl mechanisch als auch elektrisch verändert werden. Da die elek-

509843/0717

trischen Potentiale und die Massen der Partikel in einem weiten Bereich schwanken, läßt sich mit dem variablen Potentialfeld die Wahrscheinlichkeit zur Agglomerierung der Partikel wesentlich erhöhen. Im Ergebnis werden miteinander verbundene Partikel ungleicher Substanzen getrennt und bei wesentlich höherem Wirkungsgrad mit Partikeln ähnlicher Substanzen verbunden. Die vereinigten Partikel werden dann elektrisch geladen, wenn sie von dem System abfließen. Da die Spannungsgradienten verändert werden können, läßt sich eine größere Ionisation und ein wesentlich größerer Betriebswirkungsgrad erzielen.

Das System vergrößert also die Partikelfiltration und arbeitet so, daß der Niederschlag feiner Partikel innerhalb des zu überwachenden Raums geregelt werden kann, wobei diese feinen suspendierten Partikel in suspendierte Agglomerate überführt werden, die durch ein Filterelement gesammelt werden können. Zusätzlich kann eine Überwachung von Gerüchen durch Verminderung der geruchsbehaftete Parasiten enthaltenden, fein suspendierten Partikel erreicht werden.

Wird das System in einem Abgasschlot oder in einem anderen Gasabflußsystem eingesetzt, so lassen sich die schädlichen Gaspartikel trennen und mit Partikeln ähnlicher Substanzen wieder vereinigen und ionisieren, wenn die Partikel durch den Schlot oder das Gasabführsystem hindurchgehen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf ein elektrodynamisches Gasladesystem ;

Fig. 2 die Seitenansicht des elektrodynamischen Gasladesystems;

Fig. 3 die teilweise schematische Darstellung einer Teilansicht der mechanischen Einstellmittel;

509843/071 7

Fig. 4 die Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines elektrodynamischen Gasladesystems;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Signalgenerators;

Fig. 6 das teilweise schematische Schaltbild eines Impulsgenerators und

Fig. 7 eine zeitliche Zuordnung von Signalverläufen in einem elektrodynamischen Gasladesystem erfindungsgemäßer Bauart.

Einander entsprechende Teile sind in den einzelnen Figuren mit dem gleichen Bezugshinweis gekennzeichnet.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 10 allgemein ein elektrodynamisches Gasladesystem bezeichnet. Dieses System 10 umfaßt ein erstes und ein zweites elektrisch aufzuladendes Element, in diesem Fall Elektroden 12 bzw. 14, die mit einem elektrodynamischen Signalgenerator verbunden sind, wie weiter unten in Einzelheiten erläutert wird.

Dieses elektrodynamische Gasladesystem 10 ist vor allem für den Einbau in eine Gasleitung oder einen Abgasschlot oder auch in andere Systeme bestimmt, die von Gasen durchströmt werden, die Verunreinigungen enthalten. Wird das Gasladesystem in eine Gasleitung eingebaut, so ist zur mechanischen Entfernung von Verunreinigungspartikeln guer zum Gasstrom ein nicht gezeigtes Filter oder eine entsprechende Sammelvorrichtung vorgesehen. Von dieser Filtereinrichtung jedoch werden viele Submlniatur-Partikel nicht erfaßt. Wie weiter unten noch weiter erläutert wird, trennt das System 10 die Partikel aus einander unähnlichen Substanzen und vereinigt Partikel entsprechender Substanzen. Diese Partikel werden daraufhin elektrisch mit einem negativen Potential beaufschlagt, so daß sie bei erneuter Rückführung durch den umschlossenen Bereich zu größeren Partikeln agglomeriert werden, die dann durch das Filter eingefangen werden können. Das System ist jedoch nicht auf negative Ladepotentiale beschränkt.

509843/0717

Wird die Gasaufladung in Verbindung mit einem Abgasschlot oder einem anderen Gasströmungssystem eingesetzt, so werden schädliche Gaspartikel unähnlicher Substanzen getrennt und zu Partikeln ähnlicher Substanz rekombiniert. Diese Partikel werden dann elektrisch aufgeladen und durchströmen dann den Schlot bzw. die Gasführungsleitung und gelangen beispielsweise in die Atmosphäre.

Für Systeme zur Überwachung von Gasverunreinigungen, die mit Ionisation arbeiten, werden im allgemeinen verschiedene starre Potentialgradientenfelder vorgesehen. Für einen besten Wirkungsgrad ist bei solchen Systemen eine maximale Ionisation erwünscht, jedoch ohne dabei gleichzeitig Ozon oder Korona-Effekte zu erzeugen. Die Ionisationswirkung oder der Ionisationsanteil kann sich jedoch mit den Umgebungsbedingungen des Gases erheblich verändern, so etwa auf Grund der Temperatur, des Drucks, der Feuchtigkeit als auch auf Grund des Verschmutzungsanteils in dem Gas.

Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Wirksamkeit des Systems abzutasten und die Potentialgradientenfelder so einzuregulieren, daß stets eine maximale Ionisation erreicht wird, ohne daß dabei gleichzeitig Ozon und Korona-Effekte entstehen.

Die erste Elektrodeneinrichtung 12 gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt eine Mehrzahl von im wesentlichen vertikal angeordneten Elektroden 16, die durch ein oberes bzw. unteres Verbindungsglied 18 bzw. 20 ^vin parallel zueinander stehender Anordnung auf gegenseitigen Abstand voneinander gehalten werden. Die Elektrodeneinrichtung 12 ist über einen Zuleiter 22 mit einer PDC-Signalspannung beaufschlagt, wie weiter unten noch erläutert wird. Das untere Verbindungsglied 20 ist verschiebbar auf einen Isolationsblock oder ein Stützglied 24 aufgesetzt.

Die zweite Elektrodeneinrichtung 14 umfaßt ebenfalls eine Mehrzahl von im wesentlichen vertikal angeordneten Elektroden 26, die ebenfalls durch ein im wesentlichen horizontales oberes

509843/071 7

und unteres Verbindungsglied 28 bzw. 30 in ihrer Relativposition zueinander festgelegt sind. Die Elektrodenvorrichtung ist über einen Zuleiter 32 mit einem HF-Spannungssignal beaufschlagt, was ebenfalls weiter unten noch erläutert wird. Das untere Verbindungsglied 30 ist auf einen isolierenden Block oder eine Stützvorrichtung 34 verschiebbar aufgesetzt.

Das bereits erwähnte Schirmelement 36 besteht aus einer Mehrzahl von im wesentlichen vertikalen Elementen 38, die in Parallelanordnung und auf Abstand zueinander durch ein oberes bzw. unteres Verbindungsglied 40 bzw. 42 gehalten werden. Das untere Verbindungsglied 42 liegt über einen Leiter 43 auf Massepotential oder einem unter dem Potential der Elektrodenvorrichtungen 12 und 14 liegenden Potential und bildet ein neutrales Gitter.

Wie die Fig. 3 am besten erkennen läßt, sind die erste und zweite Elektrodenvorrichtung 12 bzw. 14 mit dem Abschirmelement 36 über eine erste und eine vierte Servoeinrichtung 44 bzw. 46 verbunden. Unterhalb oder stromab der ersten bzw. zweiten Elektrodenvorrichtung 12 bzw. 14 ist eine Abtastvorrichtung 48 angeordnet. Diese Abtastvorrichtung 48 kann einen Sensor zur Erfassung der Raumaufladung, für Ozon, für Korona-Entladung, für bestimmte Geruchsstoffe enthalten oder ein Sensor sein, der die Partikeldichte oder Lichtdurchlässigkeit erfaßt. Statt des einen Sensors 48 können auch mehrere eingesetzt sein, beispielsweise,um eine Mehrzahl von Parametern zu erfassen. Die Abtasteinrichtung 48 enthält eine übliche Logik, um die erfaßten Parameter gegen bestimmte Vergleichswerte zu vergleichen und in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die erste Servoeinrichtung 44 umfaßt Anschlußelemente 50 bzw. 52, die mit der ersten Elektrodenvorrichtung 12 bzw. der Schirmvorrichtung 36 verbunden sind. Die Verbindungselemente 50 und 52 sind durch ein Verbindungsglied 54 miteinander verbunden, das seinerseits in Wirkverbindung mit einem Motor 56 steht. Die erste Servoeinrichtung 44 umfaßt mit der zweiten Elektrodenvorrichtung 14 bzw. der Schirmvorrichtung 36 verbundene Verbindungselemente 58 und 60, die

509843/0717

251621?

über ein Verbindungsglied 64 miteinander verbunden sind, das seinerseits in Wirkverbindung mit einem Motor 66 steht. Die Abtastvorrichtung 48 ist über Leiter 6 8 bzw. 70 mit den Motoren 56 und 66 verbunden. Die Abtastvorrichtung 48 wird auf vorwählbaren Bezugswert eingestellt, so daß der erfaßte und von dem Bezugs- oder Standardwert abweichende Parameter ein Ausgangssignal auslöst, das der Änderung des abgetasteten Parameters proportional ist. Dieses Signal speist die Motoren 56 und 66, die ihrerseits die Elektrodenvorrichtungen 12 bzw. 14 relativ zu der Schirmvorrichtung 36 verschieben, um das dazwischenliegende Potentialgradientenfeld zu verändern. Die Abtastvorrichtung 48 liefert solange ein Korrektur- oder Nachstell-Signal, bis der vorgewählte Bezugswert erreicht ist. Auf diese Weise bewirken sich ändernde Umweltbedingungen eine Änderung des Potentialgradienten derart, daß der negative Ionisationsprozeß jeweils auf maximale Wirksamkeit hin verändert wird.

Die Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung für die PDC- und HF-Elektrodenvorrichtungen und die Schirmvorrichtung. Wie dargestellt, umfassen die erste Elektrodenvorrichtung 12a, die zweite Elektrodenvorrichtung 14a und die Schirmvorrichtung 16a jeweils eine Mehrzahl von in bezug auf die Gasströmung in bestimmter Winkelanordnung stehenden Elementen, um den wirksamen Kontaktbereich zwischen der Gasströmung und dem Gasaufladesystem zu erhöhen. Insbesondere umfaßt die erste Elektrodenvorrichtung 12a eine kontinuierlich durchgehende Elektrode 16a, die zweite Elektrodenvorrichtung 14a eine kontinuierliche Elektrode 26a, während die Schirmvorrichtung 36a aus einer Mehrzahl von Elementen 38a besteht. Die Position der Elemente 38a relativ zu den Elektroden 16a und 26a bewirkt zwischen diesen Einheiten einen konvergierenden Potentialgradienten.

Das Blockschaltbild der Fig. 5 zeigt einen Signalgenerator 71, der eine Stromversorgung 72, einen Impulsgenerator 74 sowie einen ersten und einen zweiten Ausgangssignalgenerator 76 bzw. 78 umfaßt.

509843/0717

Die Stromversorgung 72 ist über einen Zuleiter 80 an eine übliche 120 Volt-Wechselstromquelle angeschlossen und liefert die notwendigen Gleich-Versorgungsspannungen. Der Gleichspannungsausgang der Stromversorgung 72 ist über einen Leiter 82 mit dem Impulsgenerator 74 verbunden, der ein getastetes Gleich-Ausgangssignal (Fig. 7a) liefert. Diese Signale werden über Leiter 84 bzw. 86 gleichzeitig auf den ersten bzw. zweiten Signalgenerator 76 bzw. 78 gegeben. Das Ausgangssignal des Impulsgenerators 74 kann über einen Leiter 88 auf zusätzliche (nicht gezeigte) Systeme gegeben werden.

Wie die Fig. 5 zeigt, umfaßt der Ausgangssignalgenerator 76 einen Leistungsverstärker 90 und einen tastbaren Gleichspannungsgenerator 92. Der Ausgang des Impulsgenerators 74 wird durch den Leistungsverstärker 90 (Fig. 7b) verstärkt und speist den PDC-Spannungsgenerator 92 über den Leiter 94.

Der zweite Ausgangssignalgenerator 78 umfaßt einen Wellenformer 96, einen HF-Signalgenerator 98 sowie einen Leistungsverstärker 100. Der Ausgang des Impulsgenerators 74 wird über den Wellenformer 96 in ein Sägezahn-Signal umgesetzt (Fig. 7e), Selbstverständlich kann auch jede andere Wellenform verwendet werden, beispielsweise eine Sinus- oder Rechteck-Welle. Das Sägezahn-Signal gelangt über einen Leiter 102 auf den HF-Generator 98, der ein HF-Ausgangssignal liefert (Fig. 7f). Das HF-Ausgangssignal des Generators 98 speist über einen Leiter 101 einen Leistungsverstärker 100, der seinerseits über den Leiter 32 an die Elektroden 26 angeschlossen ist. Eine Anzahl abhängiger oder nachfolgender Elektrodenvorrichtungen 12 bzw. 14 kann gegebenenfalls von einer Elektroden-Hauptvorrichtung 10 aus gleichzeitig vom ersten bzw. zweiten Signalgenerator 76 bzw. 78 aus versorgt werden.

In dem Zeitkorrelationsschaubild der Fig. 7 sind verschiedene Signalverläufe an einzelnen Punkten des Systems veranschaulicht. Die dargestellten Werte dienen nur zur Illustration und sind nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen.

509843/0717

251621?

Fig. 6 zeigt in einem schematisehen Schaltbild einen tastbaren Gleichspannungsgenerator, der einen Hochspannungstransformator 102, eine zweite Servoeinrichtung 104, eine dritte Servoeinrichtung 105 und einen Signalverstärker 106 umfaßt. Der Transformator 102 weist eine Primär- und eine Sekundärwicklung 108 bzw. 110 auf. Die zweite Servoeinrichtung 104 enthält einen Gleichrichter 112, eine Steuerwicklung 114, einen veränderbaren Kondensator 116 sowie einen Motor 118. Die dritte Servoeinrichtung 105 umfaßt einen Kontaktarm 107, zugeordnete Anzapfpunkte 109 sowie einen Motor 111. Die Motoren 118 und 111 sind mit dem Kondensator 116 und dem Kontaktarm 107 über Verbindungen 113 bzw. 115 verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 90 ist über Leiter 120 und 122 mit der Primärwicklung 108 verbunden. Der Kondensator 116 und der Gleichrichter 112 sind über Leiter 120 und 122 miteinander verbunden. Die zweite und dritte Servoeinrichtung 104 bzw. 105 sind über Leiter 124 bzw. 126 an die Abtasteinrichtung 48 angeschlossen. Durch Einstellung des Kondensators 116 mittels des Motors 118 läßt sich die Signaleigenschaft verändern, wodurch sich unter anderem beispielsweise die Signalfolge, d.h. die Freguenz und die Spannungsspitze, einregulieren läßt. In ähnlicher Weise können die der Sekundärwicklung 110 zugeordneten Anzapfungen mittels des Motors eingestellt werden, um das Verhältnis des Wechselstrom- zum Gleichstrom-Ausgangssignal einzustellen. Durch Messung vorbestimmter Parameter und Vergleich derselben gegen bestimmte Bezugswerte über die Abtasteinrichtung 48 lassen sich also die Spannungsspitzen, die Signalfolge oder Frequenz sowie das Verhältnis von Wechsel- zu Gleichspannungsanteil des getasteten Gleichspannungssignals, das auf die erste Elektrodenvorrichtung 12 gelangt, automatisch so einstellen, daß sich ein maximaler Wirkungsgrad ergibt.

Im Betrieb des Gasaufladungssystems strömt das Gas außer durch eine elektrostatische Vorrichtung auch noch durch ein Filter oder eine (nicht gezeigte) Sammelvorrichtung, in der die suspendierten Partikel eingefangen werden. Die feinsten

509843/0717

Partikel jedoch werden mit dem Gasstrom bis zu dem System 10 weiterbefördert. Gelangen diese Partikel durch die erste Elektrodenvorrichtung 12 hindurch, so werden aus unähnlichen Substanzen zusammengesetzte Partikel getrennt und zu Partikeln gleichartiger Substanz unter der Wirkung des getasteten GleichSpannungssignals rekombiniert.

Durchströmt das Gas die zweite Elektrodenvorrichtung 14, so werden die rekombinierten Partikel elektrisch negativ aufgeladen. Das System dient also zur Agglomerierung kleinerer Partikel zu größeren Partikeln, die dann - bei nochmaliger Rückführung des Gases durch den umschlossenen Bereich - eingefangen und aus dem Gas entfernt werden können. Zusätzlich werden auch Gerüche verursachende parasitäre Partikel elektrisch zu diesen Partikeln hingezogen.

Alternativ dazu kann das elektrodynamische Gasaufladesystem gemäß der Erfindung auch in Abgasschlote oder Gasabflußsysteme eingebaut werden. Die Betriebsweise ist dann ähnlich wie beschrieben, außer daß schädliche Gase getrennt und zu Partikeln einander entsprechender Substanzen rekombiniert werden. Diese Partikel werden elektrisch geladen und gelangen in die Atmosphäre.

Mit dem erfindungsgemäßen System läßt sich also das Ausfiltern von Partikeln, beispielsweise aus Gasströmen, verbessern und der Niederschlag feiner Partikel innerhalb eines bestimmten Raums steuern und überwachen. Zusätzlich läßt sich eine Geruch süberwachung durch Reduzierung der geruchsbildende parasitäre Stoffe mit sich führender suspendierter Partikel erreichen. Diese parasitären geruchsbildenden Stoffe werden durch die suspendierten aufgeladenen Partikel angezogen und im System rezirkuliert und werden dabei zusammen mit den vorerwähnten Partikeln aus dem Gas entfernt, so daß die dadurch bewirkte Störung und unerwünschte Gerüche aus dem Anteil der suspendierten Partikel entfernt werden.

509843/0717

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung ein elektrodynamisches Gasaufladesystem geschaffen wurde, das wenigstens ein elektrisch aufladbares Element und ein Schirmelement umfaßt, die in ihrer relativen Stellung zueinander so angeordnet sind, daß sich zwischen beiden Elementen ein Potentialgradient erzeugen läßt. Das System umfaßt außerdem eine Einrichtung, durch die sich der Potentialgradient zwischen den beiden Elementen ändern läßt. Diese Elemente werden quer zu einem Gasstrom angeordnet, so daß Partikel aus einander unähnlichen Substanzen durch die Kraft des Feldes voneiander getrennt und mit einander entsprechenden Partikeln rekombiniert werden.

509843/0 717

Claims

C 44-4 - 15 -

CRS Industries, Inc.

Patentansprüche

Elektrodynamisches Gasaufladesystem für Gasströme, gekennzeichnet durch ein erstes elektrisch aufladbares, mit dem Ausgangssignal eines ersten Signalgenerators (76) zu beaufschlagendes Element (12), ein Schirmelement (36), das in einem solchen Abstand vom aufzuladenden Element angeordnet ist, daß der zwischen beiden Elementen auftretende Potentialgradient eine Ionisierung der in dem Gasstrom enthaltenden Partikel bewirkt, und durch eine Regeleinrichtung, die über eine Meßfühlereinrichtung (48) die tatsächliche Ionisation der Partikel erfaßt und eine Einrichtung zur Erzeugung eines der Differenz der gemessenen Ionisation zu einem wählbaren Bezugswert proportionalen Ausgangssignals enthält, um den Potentialgradienten in Übereinstimmung damit zu bringen.
2. Gasaufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinrichtung eine erste
zwischen die beiden Elemente einzuschaltende Servoeinrichtung (44) aufweist, die vom Ausgangssignal der Meßfühlereinrichtung (48) gesteuert ist und in Abhängigkeit von
diesem Ausgangssignal zur Anpassung des Potentialgradienten an den Meßwert eine Relativverschiebung der beiden' Elemente (12, 36) gegeneinander bewirkt.
3. Gasaufladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal
ein getastetes Gleichspannungssignal enthält.
4. Gasaufladesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das getastete Gleichspannungssignal eine Gleichspannungskomponente und eine überlagerte Wechsel spannung skomponen te enthält.
5. Gasaufladesystem nach. Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

509843/0717

zei chnet , daß die Regeleinrichtung eine mit dem Signalgenerator verbundene zweite Servoeinrichtung (124) aufweist, die eine Vorrichtung zur Änderung der Dauer des ersten Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Signal der Meßfühlereinrichtung (48) enthält, um das Potentialgradientenfeld zu ändern.
6. Gasaufladesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Servoeinrichtung eine Vorrichtung zur Änderung des Spitzenwerts des Ausgangssignals aufweist.
7. Gasaufladesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine dritte Servoeinrichtung (126) umfaßt, mittels der sich das Verhältnis von Gleich- zu Wechselspannungskomponente im ersten Ausgangssignal zur Änderung des Potentialgradientenfelds ändern läßt.
8. Gasaufladesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites elektrisch aufladbares,mit dem Ausgangssignal eines zweiten Signalgenerators zu beaufschlagendes Element (14), das in einem solchen Abstand von dem Schirmelement (36) angeordnet ist, daß zwischen dem zweiten Element und dem Schirmelement ein Potentialgradientenfeld auftritt.
9. Gasaufladesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinrichtung eine vierte, zwischen das zweite Element und das Schirmelement eingeschaltete Servoeinrichtung (66) umfaßt, die vom Ausgangssignal der Meßfühlereinrichtung (48) beaufschlagt ist und zur Anpassung des Potentialgradientenfelds auf das Meßfühlersignal eine Relativverschiebung zwischen den beiden genannten Elementen (14, 36) bewirkt.
10. Gasaufladesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,

509843/0717

dadurch gekennzeichnet , daß das erste elektrisch aufzuladende Element (12) eine erste Anzahl von
quer zum Gasstrom anzuordnenden Ladeelektroden (16) umfaßt und daß das Schirmelement (36) wenigstens ein den Ladeelektroden benachbart angeordnetes neutrales Element (38) enthält und daß der Potentialfeldaufbau zwischen den Ladeelektroden und dem neutralen Element erfolgt.
11. Gasaufladesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Ladeelektroden durch Verbindungsmittel (18, 20) in Parallelausrichtung zueinander und in festem gegenseitigen Abstandsverhältnis gehaltert
sind und daß das Schirmelement (36) ebenfalls aus einer
Anzahl von Elementen (38) besteht, die durch Verbindungsmittel (40, 42) in Parallelausrichtung zueinander in festem gegenseitigen Abstandsverhältnis angeordnet sind.
12. Gasaufladesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, elektrisch aufzuladende Element (14) eine zweite Anzahl von quer zum Gasstrom anzuordnenden Ladeelektroden (26) umfaßt, daß das Schirmelement wenigstens ein den zweiten Ladeelektroden benachbart angeordnetes neutrales Element (38) aufweist, und
daß ein Potentialfeldaufbau zwischen diesem Element und
den Ladeelektroden erfolgt.
13. Gasaufladesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das neutrale Element aus einer Mehrzahl von Elementen besteht und daß diese Elemente und die zweiten Ladeelektroden durch Verbindungsmittel jeweils in Parallelausrichtung zueinander und in festem gegenseitigen Abstandsverhältnis gehaltert sind.
14. Gasaufladesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator zur Erzeugung
des ersten und zweiten Ausgangssignals mit einem Impulsgenerator (74) gekoppelt ist.

509843/0717
15. Gasaufladesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Signalgenerator (78) einen Signalmodulator (98) enthält, der die Anpassung des Ausgangssignals des zweiten Signalgenerators auf den Ausgang des Impulsgenerators bewirkt.
16. Gasaufladesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß im zweiten Ausgangssignal ein moduliertes Spannungssignal enthalten ist.
17. Gasaufladesystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Signalgenerator zur Modulation seines Ausgangssignals einen zwischen den Impulsgenerator und den Signalmodulator eingeschalteten Wellenformer (96) enthält.
18. Gasaufladesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und/oder zweiten Ladeelektroden relativ zueinander und zu dem Schirmelement in einem bestimmten Winkelmuster angeordnet sind.
19. Gasaufladesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Folge der Verbindungslinien zwischen den Schirmelementen einer Zickzacklinie entspricht.

509843/0717

, 4

Leerseite