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Hochleistungs-Ionisiergerät
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(Zusatz zur Patentanmeldung P 25 04 945.6) Die Erfindung betrifft
Ionlsierungs-Geräte und insbesondere eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines
hochintensiven, in radialer sowie in Umfangsrichtung gleichförmigen elektrostatischen
Feldes, durch welches ein Gas strömt, welches zum lonisieren von Gas zwecks Aufladung
von in dem Gas enthaltenen Teilchen dient.
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Bei vielen Industrieprozessen werden beachtliche Mengen von Schmutzteilchenin
einer Größe von weniger als 1 Fm in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Ausstoß dieser
Teilchen ist sehr schwierig zu überwachen. Die Luftverschmutzung durch kleine Schmutzteilchen
ist von erheblicher Bedeutung, da es im Gegensatz zu größeren Schmutzteilchen bei
diesen kleinen Teilchen nicht möglich ist, sie durch entsprechende Maßnahmen unter
Kontrolle zu bringen.
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Gegenwärtig gibt es drei prinzipiell voneinander verschiedene
zur
@@sung des Problems der in Gasen enthaltenen Schmutzteilchen nit eIner Teilchengröße
von weniger als 1 pm.
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Gemäß einem ersten Ansatz wird zur Entfernung dieser Teilchen eine
herksmmliche elektrostatische Abscheideeinrichtung verwendet. Die Anwendung elektrostatischer
Abscheider auf die in Rede stehenden Feintelichen beinhaltet jedoch eine Vielzahl
von Problemen.
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Gemäß dem zweiten Ansatz wird ein Reinigungssystem verwendet, welches
einen Naßreiniger aufweist. Der zur Entfernung von Feinteilchen verwendete Naßreiniger
ist ein energiereiches Venturi-Gerät. Um die eine Teilchengröße von weniger als
1 um aufweisenden Teilchen in Wassertropfen auffangen zu können, müssen erhebliche
Wassermengen in das Naßreinigungsge rät eingespritzt werden, wobei hohe Relativgeschwindigkeiten
auftreten. Durch diese beiden Faktoren wird der Druckabfall im Systen erhöht, was
einen unmittelbaren Anstieg der Betriebskosten zur Folge hat.
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Der dritte Ansatz bezieht sich auf die Verwendung eines Trockenfiltersystems.
Ein Nachteil bei Einrichtungen dieser Art ist jedoch in den Temperaturbeschränkungen
der Filterelemente zu sehen, wozu das Problem der hohen Kosten bei der Verringerung
dieser Temperaturen und die Schwierigkeit bei der Handhabe bestimmter Arten dieser
feinen Stäube, wie der sogenannten Klebestäube, kommen.
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Es sind bereits Versuche unternommen worden, den Wirkungsgrad der
verschiedenen Einrichtungen dadurch zu verbessern, daß die Verunreinigungen strömungsmäßig
vor dem Rauptauffängsystem elektrostatisch aufgeladen werden. Diese Versuche sind
hauptsächlich deswegen gescheitert, weil keine geeignete Einrichtung zum Erzeugen
eines genügend starken Feldes zum ausreichenden Aufladen der Feinteilchen mit einer
Teilchengröße von weniger als 1 ym vorhanden war.
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bisher verwendeten Ionisierungsvorrichtungen zum Aufladen von Teilchen
oder zum lonisieren von Gasen gehören zum Drahtzylindertyp, zum Drahtplattentyp
oder zum Nadelspitzentyp, wobei die Feldstärke im Zwischenelektrodenbereich etwa
10 kV cm3 betrug. Das hatte zur Folge, daß der Nutzen und der Wirkungsgrad derartiger
Ionisierungsgeräte nur begrenzt war.
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Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum gründlichen Entfernen von Verunreinigungen mit einer Teilchengröße von weniger
als 1 @um zusammen mit größeren Schmutzteilchen aus verunreinigten Gasen zu schaffen,
so daß diese Gase ohne zur Umweltverschmutzung beizuQragzn In di Atmosphäre entlassen
werden können.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Entfernung der
Schmutzteilchen mit einer Einrichtung auszuführen, die ettbe'erbsmäßig gesehen vorteilafte
Gestehungskosten aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Entfernung
der VerunreiniOzungen mit einer Einrichtung durchzuführen, die sich durch niedere
Installationskosten auszeichnet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe fe die Betriebskosten
sowohl hinsichtlich des Energiebedarfs sowie hinsichtlich der Wartungskosten wesentlich
gesenkt werden, während dennoch die angestrebte Entfernung der kleinen Schmutzteilchen
gewährleistet bleibt.
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Diese und andere Ziele der Erfindung werden erzielt durch ein Hochleistungs-Ionisierungsgerät,
welches eine oder mehrere planare Entladungselektroden besitzt, die konzentrisch
in einer rohrförmigen Außenelektrode angeordnet und jeweils voneinander oder von
einer beliebigen anderen Korona-Erzeugungseinrichtung in einem vorbestimmten Abstand
entfernt angeordnet sind. An die Entladungs- sowie Außenelektroden wird eine hohe
Spannung
DeeDt, um einen Koronastrom zu erzeugt, der innerhalb
des Elektrodenspaltes zwischen den tladungselktroden und den äußeren Elektroden
ein elektrostatlsches Feld erzeugt. Das elektrostatische Feld expandiert sich in
radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung von der Entladungselektrode fort, wodurch
das Feld radial und umfangsmäßig gleichförmig ist, was eine extreme Höhe der mittleren
Felddichte gestattet.
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Das Ionisierungsgerät kann zum Aufladen von Schmutzteilchen verwendet
werden, die in Gasen verwendet werden. Das Gerät kann auch zum lonisieren von Gasen
verwendet werden, die axial innerhalb der Außenelektrode durch das elektrostatische
Feld in jeden Elektrodenspalt strömen. Die mittlere Intensität des elektrDJtatischsn
Feldes im Hochleistungs-ionisierungsgerät sowie in herkömmlichen Drahtplatten- und
Draht-Zylinder-Ionisiergeräten kann gesteigert werden, indem die Geschwindigkeit
des durch das Feld strömenden Gases gesteigert wird.
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Ein bevorzugt er Gedanke liegt in einen iiochleistungs-Ionisiergerät,
welches eine oder mehrere planare Entladungssl~kWroden besitzt, die konzentrisch
in einer rohrförmigen Außenelektrode angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform
bildet die rohrförmige Elektrode eine Venturi-Einrichtung und besitzt die planare
Entladungselektrode die Gestalt einer Scheibe, die auf einem isolierten Fúhlkopf
(Sonde oder dergleichen) in der Drossel der Venturi-Einrichtung befestigt ist. Die
Wände der Venturi-Einichtung werden mit Hilfe entweder einer dünnen Wasserschicht
oder mit Hilfe einer Luftströmung längs der Wandung der Venturi-Einrichtung frei
von Schmutzteilchen gehalten.
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Schmutzteilchen werden am Ausbilden von Ansätzen auf der Oberfläche
der Sonde mit Hilfe einer Belüftungseinrichtung gehindert, welche sich strömungsmäßig
oberhalb der Entladungselektrode rings um die Sonde erstreckt. Eine an die Entla.dungselektro
de sowie an die Außenelektrode angelegte hohe Spannung erzeugt ein hochintensives
elektrostatisches Feld innerhalb des Elektrodenspaltes zwischen der Entladungselektrode
und der Venturi-Einrichtung, wobei das elektrostatische Feld einen
?&oronastro::i
erzeugt. Das elestrort3tisehe Feld e-xDalSier; sich in radialer Richtung und in
Unfangsrichteng, weshalb es radial und umfangsmäßig gleichförmig Ist. Bei einer
anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Planarelektroden an
einer Halteelektrode befestigt. Die Entladungselektroden sind voneinander wenigstens
um das 1,2-fache des Abstandes zwischen den Entladungselektroden und der äußeren
Elektrode entfernt, so daß die elektrostatischen Felder, die sich von benachbarten
Entladungselektroden her erstrecken, nicht miteinander kollidieren. Die planaren
Entladungselektroden können unterschiedliche Durchmesser haben, so daß die Intensität
der elektrostatischen Felder, durch welche ein die rohrförmige Elektrode anschließend
durchströmendes Gas hindurchgelangt, verschieden ist. Verunreinigungen, die in den
durch die Außenelektrode strömenden Gasen enthalten sind, strömen somit aufeinanderfolgend
durch eine Vielzahl unterschiedlicher elektratatischer Ladllngsfelder sowie elektrischer
Sammelfelder.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig.1a schematische
Darstellungen der Strömungebahnen u.1b von Schmutzteilchen in einem herkömmlichen
NaR-reiniger bzw. in einem stark aufgeladenen System gemäß der Erfindung, Fig. 2
einen vergrößerten Teiichnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Geräteabschnitt,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,
ri''.
4 einen Quarschnitt entlang dar Linie 4-4 in Fig. 2, Fig. 5 einen Querschnitt längs
der Linie 5-5 in Fig. 2, Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Drossel einer modifizierten
Venturi-Wandung, Fig. 7 ein Schaubild, welches das elektrostatische Feld zwischen
den Elektroden erläutert, Fig. 8 einen Axialschnitt durch ein Ionisierungs-Gerät
gemäß einer zweiten blsführungsform der Erfindung, Fig. 9 einen Querschnitt durch
die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform, Fig.10a unterschiedlico'e Kantenradlusformen,
bis 10d Fig. 11 elne weitere Ausführllngsform eines ionisierungs-Gerätes, Fig. 12
eine isometrische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher eine Vielzahl von axial im Abstand zueinander angeordneten Entladungselektroden
vorgesehen ist, die in einer ringförmigen Außenelektrode eingeschlossen sind, Fig.
13 einen Schnitt durch eine einzelne Abscheidungseinheit, Fig. 14 einen Schnitt
durch eine alternative Ausführungsform einer Abscheidungseinheit, bei welcher Entladungselektroden
mit unterschiedlichen Querdimensionen Verwendung finden.
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sie Fig. 1 zu entnehmen, wird das die Schmutzteilchen e lnaltende-
Gas mit Hilfe eines Gebläses 1a über einen winlaßkanal dem Eingang zur Aufladung
der Schmutzteilchen dienenden Venturi-Abschnitts 2 geleitet. Die Gase und die Schmutzteilchen
werden auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt, welche in der Drossel des
Venturi-Abschnittes ihren höchsten Wert besitzt. Die Lehre der Erfindung läßt sich
jedoch auch auf Gasströme mit konstanter Geschwindigkeit anwenden, die keine Venturi-Einrichtung
verwenden. Im Drossel abschnitt der Venturi-Einrichtung wird mit Hilfe einer Hochspannungsgleichstromquelle
3 eine sehr starke Koronaentladung aufrechterhalten. Die Entladung D geht von einer
in der Mitte der Drossel der Venturi-Einrichtung angeordneten hochbeanspruchten
planaren Entladun6'selektrode, wie einer Scheibe 4 aus und erstreckt: sich in radialer
Richtung bis zur Außenwandung 5 des Venturi-Abschnittes. Die Korona-Entladung ist
in Richtung der Gasströmung extrem dünn und beträgt weniger als 1 Durchmesser der
Aulaenelektrode, was zur Folge hat, daß die Verweilzaus der Schmutzteilchen im elektrostatischen
Feld nur kurz ist. Aus verschiedenen erigartigen Gründen wird jedoch eine hohe elektrostatische
Ladung der Schmutzteilchen erreicht.
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In Ubereinstimmung mit der herkömmlichen Definition bezeichnet im
folgenden der Ausdruck elektrisches Feld" ein nicht zur Koronaentladung befähigtes
Feld (non-corona field), während im folgenden der Begriff elektrostatisches Peld
zur Bezeichnung eines zur Koronaentladung befähigten Feldes (corona field) verwendet
wird.
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Wenngleich im folgenden eine Elektrode mit kreisscheibenförmiger Gestalt
im einzelnen beschrieben wird, versteht sich, daß auch ringförmig, elliptisch, polygonal,
wie rechteckig oder dgl. gestaltete Elektroden verwendet werden können, solange
die Gestalt der Außenelektrode in etwa der Gestalt der Entladungselektrode entspricht.
So ist es auch nicht nötig, daß
clie äußere -jnte der Elektrode
gleich gekrümmt ist, wie in Fig. 2 darestellt. Es können auc andere Gestaltungsformen
verwendet werden, wie z.B. stumpfe Kanten, scharfe Kanten oder gar Kanten mit einer
Vielzahl von in dichten Abständen voneinander angeordneten Vorsprüngen. Es ist auch
möglich, Elektroden mit säCörmig gestalteten Rändern oder Kanten zu verwenden. Die
im folgenden verwendeten Ausdrücke "Entladungselektrode" oder "Innenelektrode" sollen
alle derartigen Ausgestaltungen beinhalten.
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Wenngleich eine optimale Leistung dann erzielt wird, wenn die Entladungselektrode
4 konzentrisch innerhalb der Venturi-Diese 5 (Au2enel&ictrode) angeordnet ist,
so versteht es sich für den Fachmann, daß die Vorrichtung auch bei exzentrisch angeordneter
Entladungselektrode zufriedenstellend funktioniert.
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Die Außenelektrode 5 besitzt einen Radius Ro (der Radius der Außenelektrode
ist als axialer Querschnitt durch die Außenelektrode darcestellt), welcher den uebergang
zwischen dem Einlaßkegel und der Venturi-Düse bildet, Die Außenelektrode braucht
jedoch nicht die Form einer Venturi-Einrichtung zu besitzen, da andere Gestaltungen,
wie zylindrische oder rechteckige Konstruktionen mit ebenen Seitenwandungen gleichfalls
verwendet werden können. Die Venturi-Einrichtung beinhaltet die beste Nutzung der
dem Gasstrom durch seine Beschleunigung in der Venturi-Düse erteilten Energie, wobei
sie gleichfalls eine glatte Strömung des Gases hinter der Entladungselektrode 4
gewährleistet,wodurch ein Film eines Reinigungsfluids, der, wie im folgenden noch
erläutert werden wird, an der Wand der Außenelektrode 5 entlangströmt, nicht unterbrochen
wird. Wenngleich der Aufbau der Außenelektrode in beträchtlichen Grenzen schwanken
kann, werden die besten Ergebnisse mit einer Venturi-Einrichtung mit einem Radius
RO erreicht, der im Hinblick auf den Radius r der Innenelektrodenkante ein Verhältnis
von mehr als 50 : 1 besitzt.
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ble axiale Anorwnzag dar Ent1adllngselek-ode 4 inne-alD der Venturi-Düse
Xann innerhalb bestimmter Grenzen veränzer @ werden. Wird die Elektrode stromaufwärts
verschoben, so wird dadurch der Spalt Rf vergrößert, was eine Verringerung der Intensität
des elektrostatischen Feldes zur Folge hat und eine höhere Spannung erfordert, jedoch
die Strömungageschwindigkeit des verunreinigten Gases herabsetzt. Die Verringerung,
der Strömungsgeschwindigkeit trägt innerhalb bestimmter Grenzen sowohl zur Verbesserung
als auch zur Herabsetzung des Ionisierungseffektes bei, worauf noch eingegangen
werden wird.
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Die vorstehend genannten Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsform
haben alle eine Herabsetzung der Leistung in einem gewissen Ausmaß zur Folge. Jedoch
ist es bei verschiedenen Anwendungsfällen der Erfindung nicht unbedingt notwendig,
optimale Betriebsbedingungen zu erzielen und aus wirtschaftlichen Erwägungen kann
durchaus die Verwendung der einen oder anderen Modifikation geboten sein, trotz
der etwas verringerten lonjsierungsleistung.
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Obwohl bisher erwähnt wurde, daß das erfindungsgemäße Ionisierangsgerät
strömungsmäßig oberhalb einer Gasreinigungsvorrichtung benutzt wird, wie beispielsweise
stromauf eines Naßreinigers oder einer Abscheidungseinrichtung mit dem Ziel, deren
Wirksamkeit zu erhöhen, so kann das Ionisierungsgerät auch in anderer Weise eingesetzt
werden. So kann es beispielsweise lediglich zum Aufladen von Teilchen zur Erzeugung
elektrischer Energie verwendet werden, womit die sog. EGD-Erzeugung (electro-gas-dynamic)
angesprochen ist. Das Gerät kann auch zum Ionisieren von Gasströmen für Gasphasenreaktionen,
wie bespielsweise-" zum Erzeugen von atomarem Sauerstoff für Oxidationszwecke, wie
bei der Ozonerzeugung, verwendet werden. Das Erzeugen atomaren Sauerstoffs für Oxidationsreaktionen
kann auch für Geruchsbeseitigung dienen und das Ionisierungsgerät kann auch verwendet
werden, um Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu oxidieren. Bei solchen Verwendungen
des Gerätes wird ein Gasstrom mit den vorriebene.
G geleitet, fie
die genannten zu reinigenden Gasstromunge~l.
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Es kann jedoch vorteilhaft sein, den Gasdurchtritt durch das Feld
auf einen spezifischen radialen Ort zu begrenzen. Die Oberfläche der Außenelektrode
braucht nicht gereinigt zu werden, sofern kein Niederschlag von Teilchen auftritt.
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Das elektrostatische Feld Eg, welches zwischen der Elektrode 4 und
der Außenwand 5 der Venturi-Düse erzeugt wird, besteht aus zwei Anteilen, nämlich
aus einem elektrischen Feld Ee und einem durch Raumladung erzeugten Anteil, wie
Fig. 7 zu entnehmen. Das elektrische Feld ist von der angelegten Spannung und der
Elektrodengeometrie abhängig. Der durch Raumladung bedingte Anteil, der durch Ionen,
Elektronen und zwischen den Elektroden geladenen Teilchen entsteht, wird nach Einsetzen
der Koronsentladung erzeugt. Wie Fig. 7 zu entnehmen, ist der durch Raumladung bewirkte
Anteil bestrebt, das Feld im Bereich der Außenwandung der Venturi-Düse zu verstärken,
während er die hohe Intensität des Feldes im Bereich der Elektrode schwach. Dieser
Effekt führt zu einer radialen Gleichäßigkeit des Feldes, wodurch die Koronoentladung
stabilisiert wird, während ein starkes elektrostatisches Feld den gesamten Interelektrodenraum
R3 überbrückt. Dieses wird ohne Funkendurchschlag (spark breakdown) durch die Elektrodengestalt
erreicht, da durch diese eine hohe Geschwindigkeit im Interelektrodenraum und eine
saubere Oberfläche auf der Außenelektrode 5 beibehalten wird.
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Zum besseren Verständnis der Einzigartigkeit des erfindungsgemäßen
elektrostatischen Feldes sei auf elektrostatische Felder verwiesen, die mit Hilfe
zweier im Stand der Technik bekannter Elektrodenkonfigurationen erzeugt werden.
In einer Draht-Zylinder-Elektrode erstreckt sich ein Draht in der Achse eines Zylinders.
Das elektrische Feld zwischen dem Zylinder und dem Draht ist gänzlich radial gerichtet,
ohne daß Komponenten (unter Vernachlässigung von Kanteneffekten an den
Zylinder
enden) vorhanden sind, die sich längs der Zyl achs erstrecken. Wird eine Spannung
an den draht und er den Zylinder gelet, so findet keine Raumladung statt. Die Intensität
des elektrischen Feldes ist an jeder Stelle zwischen dem Draht und den Zylinder
dem Abstand vom Draht umgekehrt proportional, wodurch sich die Feldintensität kontinuierlich
nach außen vom Draht in Richtung auf den Zylinder verringert.
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Steigert sich die Spannung zwischen dem Draht und dem Zylinder auf
eine Koronaanfangsspannung, so werden die Elektronen der Luft in unmittelbarer Nachbarschaft
des Drahtes (wo das Feld am stärksten ist), in Richtung auf den Zylinder beschleunigt
(wenn von einer negativen Draht-Spannung ausgegangen wird).
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Die beschleunigten Elektronen treten auf Gasmoleküle und setzen zusätzliche
Elektronen frei. Weil die Moleküle dadurch ein Elektron verloren haben, liegen sie
nun als positiv geladene Ionen vor, welche sich unter der Wirkung des negativen
Potentials des Drahtes in dessen Nähe ansammeln. Die Raumladung setzt ihren Aufban
durch ein Phänemen fort, welches allgemein als "avalanche process" bckannt ist.
Beim "avalanene process" treffen die voia elektrostatischen Feld radial nach außen
beschleunigten energiereichen Elektronen auf weitere Moleküle.
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Die extrem hohe Energie der Elektronen gestattet ihnen, Elektronen
aus den Kern des Moleküls abzutrennen, wodurch weitere freie Elektronen mit einfach
negativer Ladung sowie zusätzliche Ionen mit positiver Ladung entstehen. Es sei
unterstrichen, daß der "avalanche prozess" lediglich dicht am Draht abläuft, da
in diesem Bereich die Feldstärke an größten ist. In dem Maß, wie sich die Elektronen
radial in Richtung zun Zylinder bewegen, übersteigt die durch das Auftreffen auf
Moleküle herbeigeführte Verzögerung die von den Feld erteilte Beschleunigung, da
die Feldintensität mit der Entfernung vom Draht abnimmt. An Orten, in npnen die
Feldstärke etwa 30 kV/c;a und weniger beträgt, lagern sich die freien Elektronen
an elektronegative Gasmoleküle unter Bildung negativer Ionen an und setzen nicht
weitere Elektronen über den "avalancheprozesse frei. Besteht das Gas zwischen den
Elektroden aus Luft,
@@ wird duren den vorstehend genannten Vorgang
aus O2 das native iofl o Sauerstoff it die einzige große eiektronegative Komponente
der Luft. Das heißt, daß bei Luit das einzige negative Ion das O2-Ion ist. In von
Luft verschiedenen elektronegativen Gasen können jedoch andere negative Ionen gebildet
werden. Andere üblicherweise entstehende elektronegative Abgase enthalten SO2, Wasserdampf
und CO2. Die O, -Ionen werden in Richtung auf den ein positives Potential aufweisenden
Zylinder beschleunigt, wo sie auf ihrem Weg eine negative Ionenraumladung im Interelektrodenraum
bilden. Insgesamt verhält es sich so, daß in dem dem Draht benachbarten Bereich,
wo die Feldstärke größer als 30 kV/cm ist, die durch das Feld beschleunigten Elektronen
eine auseichende kinetische Energie besitzen, um beim Auftreffen auf Moleküle ein
freies Elektron und ein positives Ion über den "avalanche process" zu bilden.
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In größerem Abstand von dem Draht lagern sich die Elektronen mit verminderter
Energie an Sauerstoffmoleküle unter Ausbildung -Ionen. In den ilaBe, wie ich positive
Ionen in der Nähe des ein negatives Potential aurweisenden Drahtes ansammeln und
sich O2--Iomen zwischen der positiven Raumladung und dem Zylinderalkumulieren, wird
das elektrische Feld derart verändert, daß die Intensität des elektrostatischen
Feldes in unmittelbarer Drahtnähe verringert wird, während die Intensität des elektrostatischen
Feldes in Richtung ziim Zylinder ansteigt. Das verringerte elektrostatische Feld
in Drahtnähe verringert die Menge an freien Elektronen und positiven Ionen, die
durch den svalanche- oder Lawinenprozeß erzeugt wurden und das verstarte elektrostatische
Feld in Zylindernähe vergrößert die Wanderung der 02-Ionen in Richtung zum Zylinder.
Das Ergebnis dieses Vorganges ist eine Stabilisierung oder auch ein negativer Feedback-Effekt,
der die Raumladungsdichte über die Zeit relativ konstant hält. Obwohl die Ionen
die Intensität des Feldes in Zylindernähe steigern, ist diese Intensitätasteigerung
dennoch nicht ausreichend, um die Feldintensität daran zu hindern, sich kontinuierlich
in Richtung zum Zylinder zu verringern.
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Die von der DrallZylindr-Slektrodananordnung erzeugten elektrostatischen
Felder sind relativ unwirksam, weil ie vergleichsweise große Fläche der Zylinderwände
zu eine~ großen Interelektrodenstrom führt, um eine gegebene mittlere Feldintensität
aufrechtzuhalten.
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Das zweite zu untersuchende herkömmliche elektrostatische Feld ist
dasjenige der Draht-Platten-Elektrode, bei welcher ein Draht parallel zu zwei parallelen
Platten angeordnet und ein Potential dazwischen ausgebildet wird. Bei dieser Elektrodenkonfiguration
durchströmt das Gas das Feld längs einer senkrecht zum Draht und parallel zu den
Platten stehenden Linie.
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Das durch eine Drabt-Platten-Elektrode erzeugte elektrostatische Feld
erzeugt eine Raumladung in der gleichen Weise wie die Draht-Zylinder-Elektrode.
Weil jedoch das elektrostatische Feld in Plattennähe eine größere Intensität direkt
gegenüber des Drahtes besitzt, hat die aus den O2-ionen oder negativen Ionen anderer
elektronegativer Gase gebildete Raumladung eine höhere Konzentration in diesem Bereich.
Dieses steht in W'evspruch zur Verteilung der negativen Ionen in der Draht-Zylinder-Elektrode,
bei welcher die Konzentration der negativen Ionen rings um den Zylinderumfang gleichförmig
ist. Die Raumladungsverstärkung des elektrostatischen Feldes der Draht-Platten-Etrodenanordnung
ist dem Draht gegenüber am stärksten, was bedeutet, daß die Intensität des elektrostatischen
Feldes zwischen den Draht und der Platte in Richtung zur Platte am stärksten vergrößert
wird. Das starke elektrostatische Feld an den Platten'und die hohe örtliche Stromdichte
verursacht Funkenüberschläge bis die mittlere Feldstärke auf einem relativ niedrigen
Wert gehalten ist. Demzufolge ist es bei einer Draht-Platten-Elektrodenkonfiguration
nicht möglich, relativ große mittlere elektrostatische Felder zu erzielen. Bei dr
Draht-Platten-Elektrodenkonfiguration, wie auch bei der Draht-Zylinderkonfiguration
ändert sich das elektrostatischo Feld nicht längs der Drahtachse (sofern Kanteneffekte
an den Drahtenden außer acht gelassen werden). Mit anderen Worten erstrecken sich
die Komponenten des elektrostatischen Feldes
loilih in zwei RIcnttin£en
eines kartesischen KoordIatenytrns, ws ZU un0rdeichfdrmig3n elektrostatischen Feldern
führt.
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Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration ist die planare
Entladungselektrode 4 konzentrisch innerhalb der zylindrischen Außenelektrode 5
angeordnet, wodurch ein elektrostatisches Feld erzeugt wird, dessen Komponenten
sich in die drei Richtungen eines kartesianischen Koordinatensystems erstrecken.
Die X- und -Komponenten des Feldes (oder die R-Komponenten in einem zylindrischen
Koordinatensystem) sind im wesentlichen identisch mit dem elektrischen Feld der
Draht-Zylinder-Anordnung, bei Betrachtung längs der Zylinderachse.
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Demzufolge ist die Konzentration an negativen Ionen in dem Interelektrodenspalt
in einer Ebene quer zur äußeren Elektrode 5 gleichförmig um den Umfang der Entladungselektrode
4, was zu einer gleichförmigen Raumladungsverstärkung des elektrostatischen Feldes
führt, Das elektrische Feld zwischen der Entladungselektrode 4 und der Außenelektrode
5 ist jedoch bei Betrachtung in einer zur Außenelektrode 5 axialen Ebene im wesentlichen
identisch mit dem elektrischen Feld der Draht-Platten-Elektrodenkonfiguration. Die
Konzentration an negativen Ionen in einer durch die Achse der Außenelektrode 5 verlaufenden
Ebene ist in der Ebene der Entadungselektrode 4 größer als an allen axial davon
entfernten Orten.
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Die Intensität des elektrischen Feldes als Funktion des Abstandes
von der Achse der Entladungselektrode 4 nimmt, wie in Fig, 7 mit ausgezogener Strichführung
dargestellt, von der Elektrode 4 in Richtung zur Außenelektrode 5 weiter:ab. Das
elektrostatische Feld unter Einschluß der Raumladungsverstärkung (space charge amplification)
ist, wie in Fig. 7 gestrichelt dargestellt, im wesentlichen über einen beachtlichen
Abstand von der Außenelektrode 5 in Richtung zur Entladungselektrode 4 konstant,
wodurch das elektrische Feld innerhalb eines allgemein keilförmigen Raumes im wesentlichen
gleichförmig ist, wobei
dieser keilförmige Raum nazh augen in eine
Richtung igier, die senkrecht zur Gasstrorn'.in0 verläuft, Wie mi den Bezugszelchen
D in Fig. 1 veranschaulicht. Somit besizzt das Feld eine radiale Dimension, die
näherungsweise gleich seiner axialen Dimension an der Außenelektrode 5 ist. Die
in einer quer zur Entladungselektrode 4 auftretende gleichmäßige Raumladungsverteilung
weist einige charakteristische Züge eines in einer Draht-Zylinder-Elektrodenanordnung
erfolgten elektrostatischen Feldes auf, bei welchem sich das Feld kontinuierlich
mit Annäherung an die Außenelektrode 5 abschwächt. Di@ in der Axiiebene der Entladungselektrode
4 auftretende ungleichförmige Ionenkonzentration zeigt einige charakteristische
Züge des mittels einer Draht-Platten-Elektrodenanordnung erfolgten elektrostatischen
Feldes, bei welchem die Feldintensität in Richtung zur Außenelektrode 5 zunimmt.
Das erfindungsgemäße elektrostatische Feld kombiniert das sich kontinuierlich abschwächende
elektrostatische Feld der Draht-Zylinder-E1ektrodenkontiguraWion mit dem kontinuierlich
anwachsenìen elektrostatischen Feld der Draht-Plattenkonfin6uration unter Ausbildung
eines elektrostatischen Feldes mit einer Intensität, die im wesentlichen in einer
radialen Richtung über einen beachtlichen Weg oder Abstand von der Außenelektrode
5 in Richtung zur Entladungselektrode 4 gleichförmig ist und innerhalb eines im
allgemeinen keilförmig gestalteten Volumens oder Raums enthalten ist, der in einer
senkrecht zur Gasströmung stehenden Richtung nach außen divergiert. Somit simuliert
das erfindungsgemäß hergestellte elektrostatische Feld in einer Ebene ein mittels
einer Draht-Zylinder-Elektrodenanordnung erfolgtes elektrostatisches Feld, während
in einer orthogonalen Ebene ein mittels einer Draht-Platten-Elektrodenkonfiguration
erzeugtes elektrostatisches Feld simuliert wird. Demzufolge besitzt das Feld zwischen
den Elektroden 4 und 5 eine radiale Dimension, die gleich dem Abstand zwischen den
Elektroden 4 und 5 ist, der seinerseits etwa gleich dem axialen Feld in Nähe der
Außenelektrode 5 ist, was den Dimensionen des Feldes in Nähe der Außenelektrode
5 in einer Richtung entspricht, die senkrecht zu einer durch die Elektroden 4 und
5 verlaufenden Ebene
steht. Die Gleichförmigkeit ies elektrostatischen
Feldes gestattet ein äußerst intensives mittleres Feld, welches frei von Funkenüberschlägen
ist, weil kein Ort vorhanden ist, an welchem die Feldstärke übermäßig intensiv ist.
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Insofern wirkt die erfindungsgemäße Anordnung wie die Platte eines
Draht-Platten-Systems, welches die mittlere. Feldstärke begrenzt, die ohne Funkenüberschläge
erreicht werden kann.
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Die Konfiguration des elektrostatischen Feldes steht einer Funkenüberschlagsbildung
auch insofern hinderlich im Wege, als sie weit weniger Strom je Flächeneinheit bei
gegebener Feldstärke an die Außenelektrode abgibt, als die Draht-Platen-Elektrodenkonfiguration.
Die radiale Symmetrie der Elektrodenanopdnung führt zu einem Feld, welches auch
längs einer Umfangsbahn mit konstantem Radius gleichbleibend ist.
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Sowohl die Draht-Platten- als auch die Draht-Zylinder-Elektroderikonfiguration
erzeugen elektrostatische Felder die als längliche Systeme und in Kontakt mit relativ
großen Flächen oder Bereichen anzusehen sind, was einen relativ großen Strom zur
Folge hat. Im Gegensatz dazu erzeugt die erfindungsgemäße Elektro denkonfi gurati
on einen Strom (Stromfluß) lediglich in einem relativ schmalen Bereich, wodurch
ein höchst intensives elektrostatisches Feld unter Aufbietung eines ninimuzn an
Strom erhalten wird, bei welchem keine Funkenüberschläge von Elektrode zu Elektrode
auftreten. (Es versteht sich, daß der relativ schwache Strom auch nur ein Minimum
an Leistung bedeutet).
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Eine Reinigung der äußeren Elektrodenoberfläche ist nur erforderlich,
um zu gewährleisten, daß durch eine sauberc Oberfläche der Gefahr eines Funkenüberschlages
so weit wie möglich vorgebeutgt wird. In Fällen, wo eine maximale Feldstärke oder
Feldintensität nicht erforderlich ist und niedrige Spannungen angelegt werden können
oder wo die Ionisierung in Reingasströmen erfolgt oder wo bei anderen Verfahrensbe
dingungen nicht mit ernsthaften Ansammlungen an der Oberfläche
gerechnet
wesen auf3, ist selbstverständlich ein Reinigen oder Säubern nicht erforderlich.
Es kann auch eine .~nt i tierende Reinigung vorgenonmen werden.
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Die innere Elektrode ermöglicht das Einleiten großer Strommengen (Ionen)
bei der Koronaentladung, weil in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche ein
Feld hoher Intensität erzeugt wird. Durch die gewählte Elektrodenausgestaltung wird
auf der ganzen Strecke zur Venturi-Düsenwandung 5 ein konzentriertes elektrisches
Feld geschaffen. Dieses konzentrierte Restfeld lenkt die Raumladung auf ihrer Wanderungsbahn
zur Wand und ist verantwortlich für die richtige Feldverstärkung.
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Die gleichmäßig gekrümmten radialen Randbereiche der inneren Elektrode
bewirken, daß sich die Raumladung umfangsmäßig in die Düse hineinexpandiert, wodurch
die Strom- oder Ionendichte je Flächeneinheit an der Außenelektrode verringert und
dadurch die Möglichkeit von Funkenüberschlägen herabgesetzt wird.
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Weil das elektrostatische Feld in Richtung der Gasströmung relativ
dünn ist, neigen höhere Geschwindigkeiten des durch das Feld strömenden Gases zum
Zerstreuen der Ionenkonzentration oder Ionendichte in axialer Richtung von der Ebene
der Innenelektrode. Durch die Ausbreitung der Raumladungszone in Richtung der Strömung
wird eine weitere Stabilisierung erreicht, wodurch das elektrostatische Feld zwischen
der Raumladungszone und der Außenelektrode 5 geschwächt wird. Dieser Geschwindigkeitssteigerungseffekt
hat sein Maximum bei Gasgeschwindigkeiten von 15,2 m/sek und mehr. Außerdem kann
die bei diesen hohen Geschwindigkeit tauftretende Turbulenz ebenso zur Stabiliserung
beitragen, da diejenigen Teile, die den Funkenüberschlag verursachen, mechanisch
entfernt werden.
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Um für eine Aufrechterhaltung der Koronaentladung zu sorgen und eine
Verschmutzung und damit einen Energieverlust der Entladungseinrichtung zu vermeiden,
ist dafür gesorgt, daß die
Lektrode 4 demart isoliert ist, daß
neben der Kronasntladiin' keine Nebenentladungen auftreten. Wie am besten Fig. 2
zu entnehmen, wird die Elektrode 4 mit Hilfe einer Sonde 10 in ihrer richtigen Stellung
innerhalb der Außenelektrode 5 gehalten, wobei die Sonde derart ausgestaltet ist,
daß ein elektrischer Nebenschluß sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche
der Sonde erheblich erschwert wird. Obwohl dieses nicht dargestellt ist, kann die
Sonde in axialer oder radialer Richtung verstellt werden, falls erwünscht. Der einen
Nebenschluß verhindernde Widerstand ist zwischen der Elektrode und der Abstützung
12 der Sonde in dem stromaufwärts gelegenen Einlaßkanal1 vorgesehen. Der Oberflächenwiderstand
wird durch mehrere Luftführungen 14 für Reinluft verbessert, wobei diese Luftführungen
von Schlitzen mit einer Breite von 0,76 mm gebildet sind, welche am Sondenumfang
unmittelbar stromauf von der Elektrode 4 angeordnet sind. Von einer außerhalb angeordneten
Reinluftquelle 15 gelieferte Reinluft wird durch den Sondenkörpr hindurchgefürt
und tritt aus dienen Schlitzen mit hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch wird ein Strömungspfad
mit hohem Widerstand geschaffen, welchen ein Oberflächennebenschluß überbrücken
müßte, bevor die Elektrode 4 kurz geschlossen werden kann.
-
Der Sondenkörper weist eine Hochspannungsleitung 16 auf, die von dielektrischen
Lagerbüchsen 18 getragen ist, welche die Sonde in dem Einlaßkanal 1 halten. Das
strömungsmäßig oben gelegene Ende des Sondenkörpers ist in einer geschlossenen Ummantelung
20 und einer hohlen gewellten Verkleidung 22 angeordnet. Öffnungen 23 ermöglichen
den Durchtritt der Luft in axialer Richtung zu mehreren im Abstand voneinander angeordneten
Ringen 26, die jeweils entsprechende Schlitze 24 (Fig. 3) besitzen. Die Abstände
bilden die Vielzahl kontinuierlicher Schlitze 14 zum Abströmen der Luft, wie vorstehend
erwähnt. Die Elektrode 4 besitzt auch Schlitze 24, welche eine nach unten gerichtete
Luftströmung entlang der Elektrode
ermöglichen. Die Ringe und die
Scheibenelsktrode sind mit Hilfe eines in eine Nase 30 ein-reifanden Bolzen 23 an
Kabel 16 befestigt. Die Nase unc die auf der stromab ge1egenen Seite der Elektrode
austretende Reinluft verhindern eine Stagnation von geladenen Schmutzteilchen strömungsmäßig
unterhalb der Entladungselektrode 4 und verhindern eine Ablagerung von Teilchen
auf der Oberfläche der Elektrode 4.
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Damit sich das Feld in axialer Richtung zwischen der Entladungselektrode
4 und der Außenelektrode 5 expandieren kann, ist es wichtig, die Entladungselektrode
4 von allen anderen Konstruktionsteilen durch einen Spalt zu trennen, der wenigstens
1,25 Elektrodenspalten ausmacht. Bei der in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsform
ist dieses durch Anordnung einer einzigen Entladungselektrode innerhalb der Außenelektrode
5 erreicht. Bei den in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Ausführimgsbeispiel sind
hingegen eine Vielzahl von Entladungselektroden verwendet, wie noch zu erklären
ist, was zur Folge hat, daß die Erfordernisse der axialen Beabstandung von größerer
Bedeutung ist als bei dem in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Wegen der Anlagerungen von Verunreinigungen wird die Außenelektrode
5 glatt und verhältnismäßig sauber über einen kurzen Abstand gehalten, der einige
Male so groß ist wie der Koronaspalt R3. Dadurch wird sichergestellt, daß Störungen
in der Korona von:-der Oberfläche der Außenelektrode, wie eine Verunreinigungsablagerung,
beseitigt werden. Diese Reinigung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine Möglichkeit
ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. In diesem Fall wird Wasser oder eine ähnliche
Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 32 in einer gleichmäßigen oder glatten Schicht
auf die Oberfläche des konvergierenden Kegelabschnittes der Venturi-Wandung 5 gespritzt.
Ist die Außenelektrode 5 als Venturi-Einrichtung ausgebildet, so wird der Konvergenzwinkel
Phi der Venturi-Einrichtung
au; eine: Halbwinkel von ewa 42,50
gehalten, um Turbu'enzeffekte so er vie möglich zu halten. Die Venturi-Finrichtung
ist in ihrer 3striebsstellung nach unten gerichtet und der Wasserfilm wird bei seinem
Eingriff in den Düsenabschnitt sowohl durch die Schwerkraft als auch durch die Reibung
mit den sich bewegenden Gasen beschleunigt. Die Wasser-Einspritzstelle liegt etwa
1,5 Spaltlängen R3 strömungsmäßig oberhalb der Elektrode 4 oder näherungsweise 1,12
Elektrodenspaltenlängen R3 in axialer Richtung strömungsmäßig oberhalb der Entladungselektrode
4, wobei die Außenelektrode geschnitten wird. Die Ausdehnung (Neigung) des nach
unten gerichteten Divergenzkegels der Venturi-Einrichtung beträgt weniger als 3,50,
um die aus eirer Strömungstrennung herrührenden Einflüsse so gering wie möglich
zu halten. Der Krümmungsradius RO der Venturi-Rohrwandung an der Uebergangs stelle
zwischen diesen Winkeln sollte nicht kürzer als etwa 50,3 mm sein. Das Wasser wird
durch eine Einrichtung eingespritzt, die einen dünnen kontinuierlichen Schlitz 40
(0,25 bis 0,o4 mm) besitzt, welche in der Fläche 41 an Umfang des konvergierenden
Kegels vorgesehen ist, wobei die Düsenrichtung einen Halbwinkel Beta von etwa 12,50
gegenüber der Seitenwandung der Venturi-Einrichtung bildet. Das sich auf der Wandung
der Venturi-Einrichtung befindende Wasser sorgt für eine glatte saubere Oberfläche
ohne Beeinträchtigung der Koronaqualität bei Gasgeschwindigkeiten von bis zu etwa
22,8 m/sek.
-
Der Wasserverbrauch ändert sich mit der Größe der Venturi-Einrichtung
und liegt im Bereich von 0,76 bis 7,6 1 je Minute bei 28 317 Je rIìnute für Venturi-Rohrdurchmesser
von 0,13 bis 1,13 m.
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Um zu verhindern, daß das Wasser entlang der Außenelektrode 5 nach
oben wandert, ist ein nach innen greifendes Ablenkblech 42 vorgesehen, welches gegenüber
dem kälteren Wasser isoliert ist.
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Das aus der Pumpe 32 geförderte Wasser wird unter Druck tangential
in ein Gehäuse 44 eingeleitet und verläßt das Gehäuse durch einen Schlitz 40 in
axialer Richtung, so daß
veitgenena eIne ochraubenfermiae iauserbewegung
vernieten wird, wenn das Wasser das elektrostatische Feld durchstromt.
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Das erfindungsgemäße stabile elektrostatische Feld von hoher Intensität
läßt sich mit Hilfe einer breiten Vielzahl von Elektrodengestaltungen erreichen,
so lange gewährleistet ist, daß die Entladungselektrode 4 von anderen Koronaströme
erzeugenden elektrostatischen Feldern um einen Abstand von wenigstens 1,25 Elektrodenspalten
isoliert ist und die Gestalt oder der Umfang der Entladungselektrode der Gestalt
der Außenelektrode 5 angepaßt ist. Abwandlungen der Elektrodengestalt umfassen beispielsweise
rechteckige oder hexagonale Entladungselektroden 4, welche in rechtwinkligen oder
rechteckigen bzw. hexagonalen Außenelektroden 5 aufgenommen sind, wobei die Entladungselektroden
4 mit stumpfen, scharfen, gezahnten oder stachligen Kanten versehen sein können.
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Es wurde jedoch gefunden, daß die besten Ergebnisse dann erzielt werden,
wenn die Entladungselektrode 4 einen Kantenradius r besitzt, der derart gewählt
ist, daß das Verhältnis des Elektrodenspaltes R3 zum Radius r der Entladungselektrode
4 etwa 100: 1 beträgt.
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Ist dieses Verhältnis kleiner als 50 : 1, so tritt Funkenüberschlag
bei niedriger Spannung auf, was zur Folge hat, daß ein geringer Betriebsstrom fließt
und ein schwaches Feld erzeugt wird. Ist das genannte Verhältnis größer als 400
: 1, so wird der Einfluß des elektrischen Feldes im Spalt verringert, mit der Wirkung
daß ein höherer Betriebsstrom erforderlich ist, um ein starkes Feld aufrechtzuerhalten.
Besitzt die Außenelektrode 5 die Gestalt eines Venturi-Rohres, so sollte der Radius
Ro (der Radius der Venturi-Düse in axialem Querschnitt) so gewählt sein, daß ein
Verhältnis von 50 : 1 in bezug auf den Radius r der Entladungselektrode gegeben
ist Kleinere Radien haben Funkenbildung bei niedrigen angelegten Spannungen zur
Folge. Der Durchmesser der Sonde 10 und damit
den an gesant@urchmessen
der B@tladungselektrode 4 sollte so gendhlt sein, daß die Sonde etwa 10 % der Querschnittsfläche
der ouqenelektrode 5 einnImmt. Ein praktischer Minrestwert beluft sich auf 5 /%
und ein in der Praxis einzuhaltender Höchstwert beläuft sich auf 40 %. Eine Sonde,
die einen geringeren Prozentsatz der Außenelektrode 5 einnimmt, verursacht einen
Anstieg der Oberflächenenergiedichte bei der Entladungselektrode. Wichtiger ist,
daß kleinere Werte auch den Elektrodenspalt bei oder für konstante Durchflußkapazität
der Einrichtung steigern, wodurch der Energiebedarf bzw. die Speisespannung erheblich
vergrößert werden müssen.
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Werte von mehr als 10 % führen zur Vergrößerung der Abmessungen der
Außenelektrode 5 und zur Steigerung der Sondenkosten, wobei gleichzeitig die Anforderungen
an die zur Isolierung der Sonde dienenden Luftführungseinrichtungen gesteigert und
damit die Betriebskosten vermehrt werden.
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Kurz gesagt sollte somit das Verhältnis des Elektrodenspaltes R3 zum
Kantenradlus r zwischen 50 : 1 und 400 : 1 liegen, wobei ein Wert von etwa 100 :
1 bevorzugt ist. Die Erfüllungsfläche (der Prozentsatz der Außenelektrode, der von
der Entiadungselektrode 4 eingenommen wird) sollte zwischen 5 und 50 % liegen, wobei
etwa 10 % bevorzugt sind. Die Entladungselektrode 4 muß eine Gestalt besitzen, die
der Gestalt der Außenelektrode 5 entspricht und die Entladungselektrode 4 muß von
allen Bauteilen getrennt gehalten sein, die Koronaströme erzeugen, welche elektrostatische
Felder aufbauen. Der Abstand der Entladungselektrode 4 von derartigen Bauteilen
muß wenigstens das 1,25-fache des Elektrodenspaltes betragen. Bei einem solchen
Elektrodenaufbau sind typische Hochspannungserfordernisse derart, daß ein durchschnittliches
oder mittleres Feld von etwa 18 bis 20 kV/cm bei normalen atmosphärischen Bedingungen
und O-Geschwindigkeit über dem Elektrodenspalt R3 aufrechtgehalten werden kann,
wobei unter "normale atmosphärische Bedingungen" ein Druck von 74,7 cm Quecksilbersäule
und einer Temperatur von 21 0C verstanden werden sollen. Bei Gasgeschwindigkeiten
von mehr als etwa 15,2 m/sek kann das Feld ohne Funkenbildung auf etwa 24 bis 28
kV/cm gesteigert werden.
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Einige iesertLiche F1znxtionen treten in dem sehr in@ensiven Korinsbereic@
der Ladungseinheit auf. Die schwebenden Veunreinigungen werden in dem Feld durch
die in dem hchionisierten Bereich innerhalb des Elektrodenspaltes R auf die Verunreinigungen
auftreffenden Ionen aufgeladen. Es wird angenommen, daß die Diffusionsladungsvorrichtung
auf die feinen Teilchen einen kleineren Einfluß auSüben, da sich diese nur während
einer kurzen Zeit in der Koronazone befinden. Während des Aufladens der Schmutzteilchen
werden dieselben leicht in radialer Richtung nach außen verschoben, wobei sie in
die starken Felder des Koronabereiches wandern. Die Größe dieser Bewegung ändert
sich mit der Teilchengröße, so daß in gewisser Weise eine Vermischung, ein Aufeinandertreffen
von Teilchen und möglicherweise auch eine Agglomeration der Teilchen auftreten kann.
Dieser Effekt ist jedoch im Verhältnis zu der vorhandenen thermischen Bewegung sowie
der vorhandenen Strömungsturbulenz vernachlässigbar. Wenn es sich jedoch bei den
Schwebestoff n um Flüssigkeitsteilchen handelt, dann bewirkt der Einfluß roch aufgeladener
Felder (mit mehr als 10 /c), von hohen gemperaturen und Turbulenzen eine beachtliche
Agglomeration, was sich strömungsmäßig unterhalb der Koronazone nachweisen läßt.
Dieses kann von besonderem Vorteil sein, wenn es sich um sehr kleine Schwebeteilchen
handelt, da solche Teilchen dann zu größeren Abmessungen zusammengeballt werden,
was ihr Auffangen erleichtert.
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Die Gasgeschwindigkeit der durch die hochaufgeladene Entladungszone
(Koronazone) hindurchströmenden Gase beeinflußt die Leistung der Vorrichtung. Strömungsgeschwindigkeiten
von mehr als 15,2 m/sek führen zu einer Ausbreitung der Raumladungszone des Feldes
in axialer Richtung, wodurch die Möglichkeit eines Funkenüberschlages verringert
wird, was eine verbesserte Stabilität der Entladungsstrecke bedeutet, Bei zunehmender
Geschwindigkeit wird jedoch der Vorteil einer gesteigerten Stabilität durch den
Nachteil einer verringerten Verweildauer der
Schmutzteilchen in
dem seld 1erabgs etzt, was zur Felge hat, daß die Ladung der Teilchen geringer wird.
Ferner macht sich dann nachteilig bemerkbar, daß der sich auf der äußeren Elektrodenwandung
befindliche Wasserfilm unterbrochen wird, sofern eine Reinigung mit Wasser vorgenommen
wird. Bis hin zu Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 38,2 m/sek ist eine Zunahme
der Stabilität in der Koronazone erreichbar, wobei jedoch die Leistung der Vorrichtung
in Hinblick auf die erzielte Aufladung zurückgeht. Bei einem genau untersuchten
Gerät wurde gefunden, daß die maximale Aufladung der Teilchen bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 30,4 m/sek auftritt. In den meisten Fällen muß jedoch die Gasgeschwindig
keit auf die für einen wirtschaftlichen Betrieb zum Reinigen von Industrieabgasen
benötigte Leistung, die Elektrodenspannung und die zur Reinigung der Wandung der
Venturi-Einrichtung geforderten Bedingungen abgestimmt werden, was in der Regel
zu einer Sompromißlösung führt.
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Ein zweites Verfahren ZUM Reinigen der Wandung der Venturi-Einrichtung
ist in Fig. 6 veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Außenelektrode
5 in der Nähe der Entladungselektrode 4 ein perforiert er oder mit Poren versehener
Luftleitabschnitt 70 ausgebildet, um auf dem stromab gelegenen Wandungsabbehnitt
der Außenelektrode 5 einen Luftfilm anstelle eines Wasserfilms auszubilden. Stromab
des Luftleitabschnittes 70 ist die Oberfläche der Wandung der Außenelektrode 5 über
eine mehrere Elektrodenspaltlängen R3 entsprechende Strecke mit einer Beschichtung
versehen, die aus einem elektrisch sehr stark isolierenden Werkstoff besteht, wodurch
die sich in diesem Bereich absetzenden Teilchen gegenüber der Elektrodenwandung
isoliert sind. Nach einer anderen Verfahrensweise kann die Gasstrom-Erosion benutzt
werden, um die Dicke der Ablagerungen auf zulässige Höhen zu begrenzen.
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Ein weiteres Verfahren besteht darin, die Wandung intermittierend
oder kontinuierlich in Schwingungen zu versetzen, um auf diese
reise
die Vemunreinigungen abzulösen, bevor sie siz'n z>; ZW größeren Agglomeraten
vereinigen.
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Die schwebenden Verunreinigungen, die durch das elektrostatische Feld
hindurchgegangen sind, tragen eine hohe Ladung von gleicher Polarität und wandern
stromab der Korona zone zur äußeren Venturi-Wandung 5. Eine Ablagerung der Teilchen
auf der Wandung findet nur in geringem Umfang statt und beschränkt sich lediglich
auf solche Teilchen, die in Wandungsnähe auf ihren ursprünglichen Bewegungsbahnen
wandern. Da das in dieser Zone vorhandene Feld primär dem in der Raumladungszone
vorhandenen Feld entspricht und somit die Wanderungsgeschwindigkeiten im Vergleich
zu den Strömungsgeschwindigkeiten gering sind, verbleibt der Großteil der Teilchen
über beträchtliche Strecken innerhalb der Strömung.
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Wenigstens zwei Sammelmöglichkeiten für diese stark geladenen schwebenden
Feststoffteilchen können verwendet werden.
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Eine Möglichkeit des Auffangens der aufgeladenen Teilchen bietet ein
herkömmlicher elektrostatischer Abscheider. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich
durch einen noch zu beschreibenden Naßreiniger 50. Der Gasverunreinigungen-Aufladungsbereichder
Außenelektrode 5 ist direkt an der Drossel oder Düse 52 des Venturi-Wäschers 50
befestigt. Im allgemeinen stimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Außenelektrode
mit der angestrebten Strömungsgeschwindigkeit im Venturi-Wäscher, derart überein,
daß der Divergenz-Kegelwinkel des Aufladungsbereiches als etwa 0o angenommen werden
kann. Die mit geladenen Teilchen beladenen Gase strömen durch den Venturi-Wåscher,
wobei sich die Teilchen auf den Wassertröpfchen absetzen, wenn sie auf die Wassertropfen
auftreffen, wobei das Abfangen der Schmutzteilchen noch durch die elektrostatischen
Kräfte unterstützt wird. Das Wasser tritt in an sich bekannter Weise mittels eines
kontinuierlichen Schlitzes 54 in den Venturi-Wäscher ein und wird vom Gasstrom zu
Tröpfchen zerrissen (atomisiert). Die Wassertropfen erhalten durch Induktion eine
den Teilchen entgegengesetzte Ladung, weil das Zerstäuben oder
Bei
@@e@rigen Yen@uri-Ge@chwindigkeiten (unter e@wa 22 @ m/s sollte der E@nspri@zpunk@
vorzugsweise wenigstens 2 Spaltlängen R3 strözungsnäßig unterhalc der Entladungselektrode
4 liegen, um einen vorzeitigen Funkenüberschlag zu verhindern.
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Bei höheren S@rönungsgeschwindigkeiten ist ein größerer Abstand erforderlich,
was auf die lonen zurückzuführen ist, die strömungsmäßig unterhalb der Korona vorhanden
sind, weil diese zur Störung des Induktionsprozesses neigen, indem sie die Wasser@ropfen
in störender Weise mit der gleichen polarität aufladen, die die beladenen Teilchen
besitzen. Durch Verlagern des 3olzens 23 kann das Induktionsladungsfeld in axisler
Richtung vergrößert werden, selbst wenn der Abstand zwischen der Elektroie 4 und
dem Einspritzpunkt vergrößert wird. Dadurch wird auch ein zylindrisches Feld geschaffen,
welches von dem Eolzen ausgeht, wobei dieses die Ionen strömungsmäßig unterhalb
der Elektrode 4 in Richtung zur Außenwsndung 5 beschleunigt.
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Die Auffangleistung eines herkömmlichen Venturi-Wäschers hängt von
der Auftreffenergie der Teilchen auf die Wassertröpfchen ab. Der Aufprall erfolgt
wegen der hohen Relativgeschwindig keit der in dem Luftstrom mitgeführten Schmutzteichen
gegenüber der mit niedrigerer Geschwindigkeit eingespritzten Wassertröpfchen. Die
weniger als 1 zum messenden Teilchen entgehen einem Aufprall, indem sie der Schlupfströmung
folgendie rings um die Wassertropfen vorhanden ist, wodurch ein Aufprall auf den
Tropfen verhindert wird. (Schematisch ist dieser Vorgang in Fig. 1A dargestellt).Dieses
ist eine Polge ihres Verhältnisses von hohem aerodynamischen Strömungswiderstand
zur Massenträgheit (high aerodynamic drag-to-inertia ratio). Das gegenseitige Anstoßen
und ibstoßen der Teilchen ist wichtig für das im Randbereich erfolgende Abprallen
sowie hinsichtlich der beim Auffangen auftretenden Energien. Teilchen mit kleinen
Sto3energien können in Folge der Oberflächenspannung nicht in den Wassertropfen
eindringen.
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eine Ladung induziert worden ist, so ergeben sich bei der Ausführung
der Erfindung zwischen den aufgeladenen Teilo@en und den Wassertröpfchen Anziehurgskräfte,
welche die Aufprallbahnen der Teilchen stark beeinflussen, wie schemaatisc in Fig.
1 B dargestellt. Dieses hat zur Folge, daß die Auffangleistung im Vergleich zur
Auffangleistung herkömmlicher Wäsche erheblich gesteigert ist. Die Verbesserung
-es ffi treffens der Teilchen häng@ von der Teilchengröße ab und wir ebenso von
der Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilchen und den Wasertropfen beeinflußt.
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Der durch die Teilchengröße asgeubte Einfluß ist gering, wobei eine
Wirkungsschwankung von lediglich + oder - von 20 % vorhanden ist, wenn Teilchen
mit einer Teilchengröße von 0, 1 bis 10 um betnachtet werden. Je länger die elektrostatischen
Kräfte einwirken, un so stärker wird ihr Einfluß so daß sich eine größere Leistung
bei einer niedrigen Reletivgeschwindigkeit zwischen den aufgeladenen Teilchen und
den Wassertröpfchen ergibt. Da niedrigere Geschwindigkeiten außerdem zur Folge haben,
daß die Naßreinigungsflässigkeit schlechter zerstäubt wird und infolgedessen größere
Geräteabmessungen erforderlich werden, kommt der Wahl einer optimalen Str8mungsgeschwindigkeit
eine große Bedeutung zu.
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Bei einer Relativgeschwindigkeit von weniger als etwa 15,2 m/sek verschlechtert
sich die Zerstäubung im Venturi-Wäscher rasch, weshalb der Flüssigkeitsbedarf stark
zunimmt, um die Leistung aufrechtzuerhalten. Bei einer Relativgeschwindigkeit von
etwa 60,8 m/sek nimmt der Druckabfall innerhalb des Systems infolge der für däe3eschleunigung
der Wasser tropfen benötigten Energie außerordentliche Werte an. Demzufolge wird
eine maximale Auffangleistung der Gasverunreinigungen-Aufladungseinrichtung auf
einem Venturi-Wäscher-Samnler dann erreicht, wenn der Venturi-Wäscher für Strömungsgeschwin
i@@kenten
von e@wa @@. @ @@s -3, @ z, sen in Reneich der Venturi-@@se vergestnen is@.
-
Bei einen untersuchten Ausführungsbeispiel des erfindungsge-@äßen
Gerätes betrug die Spaltbreite R3 38, 1 mm, der Radius r des Entladungselektrodenrandes
0.31 mm, der Elektrodenumfangsradius R, 22, 23 mm, der Außenelektrodenradirs R2
60, 3 mm, der Konvergenzwinkel Phi 2,5° und der Außenelektrodenradius RO (axialer
Querschritt) 76,2 bis 01,6 mm. Dieses Gerät besaß eine Leistung von 1270 m3/h bei
einer Gasströmungsgeschwindigkeit von etwa 36,6 m/sek im Düsenbereich des Wäschers.
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Typische herkömmliche Naßreiniger dieser Gattung besitzen eine Anffangleistung
von et@e 21 @. bezogen auf Teilchen mit einer Größe von 0,5 @um. Die Auffangleistung
wird auf angenähert 95 % bei Betrachtung einer Teilchengröße von 0,5 um verbessert,
sofern die Aufladungseinrichtung für das Schmutzgas neck der Erfindung eingeset@s
wind. Das Systen verbraucht in diesen Falle nänemungsweise 2@,4 l je Minute bei
28 317 1 de Kinune, besitz@ einen Leistungsbedarf von 150 W je 28 317 1 je Kinute
und zeigt einen Wasserdruckabfall von 10,16 c=.
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in zweites untersuchtes Gerät besaß einen Spaltradius R3 von 54,61
-n, einen Entladungselektrodenrandradius r von 0,31 mm, einen Rafius des Elektrodenumfanges
R1 von 22,23 mm, einen Außenelektrodenradius R2 von 66,96 mm, einen Konvergenzkegel-Halbweikel
von 150 und einen Venturi-Radius R0 von 50,8 mm.
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Das Gerät besten eine leistung von 1700 m3/h mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 45,7 m/sek im Venturi-Wäscher.
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Ein typisches Reinigungsgerät nach dem Stande der Technik besitzt
eine Auffangleistung von 94,6 % bei Betrachtung von Teilchen mit einer Größe von
1,25 @um. Die Auffangleistung wure auf etwa 97,5 für die 1,25-um-Teilchen gesteigert,
na-hdem die erfindungsgemäße Aufladungseinrichtung der Gasverunreinigungen in Betrieb
genommen wurde. Das System verbrauchte bei diesen Bedingungen etwa 22,7 l/min bei
28 317 1 je Minute
Typische Korcna-Ionisierungsgeräte nach dem
Stand der Technik gestatten lediglich das Erreichen einer begrensten Feldstärke
«,on 5 bis A:0 kV/c-. it Hilfe des erfindungsgema3en Ionisierungsgerätes können
hingegen ?eldstärken bis zu 30 kV/c- ohne Funkenüberschlag erreicht werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Erkenntnis,
da3 der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit, durch welchen die Raumladung axial
verteilt wird und die Möglichkeit eines Funkenüberschlages verringert wird, vorteilhaft
bei konventionellen Ausfällvorrichtungen eingesetzt werden kann, um deren Betriebsfeldsärke
zu steigern.
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So ist beispIelsweise in den Fig. B und 9 ein bekanntes Ionisierungsgerät
dargestellt, bei welchem eine einzige Drahtelektrode 80 vorgesehen ist, die quer
zum Düsenabschnitt 81 eines rechteckigen Kanals 82 der Venturi-Einrichtuag vorgesehen
ist. isolatoren 83 isolieren die Drahtelektrode gegenüber dem Kanal in an sich bekannter
Weise. Die Drahtelektrode ist wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel an eine
Energiequelle 3 angeschlossen.
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Normalerweise muß ein mit einer einzigen Drahtelektrode versehenes
Ionisierungsgerät mit niedrigen Spannungen betrieben werden, was zur Folge hat,
daß das Feld zwischen den Elektroden im Mittel nicht größer als 10 kV/cn ist, bevor
ein Funkenüberschlag stattfindet. Die Geschwindigkeiten sind niedrig und liegen
bei etwa 3,05 m/sek. Ein typisches Beispiel für eine unter solchen Betriebsbedingungen
arbeitende Vorrichtung ist eineelektrostatischer Haushalts-Luftreiniger. Werden
indes wie bei der Erfindung höhere Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 15,2 misek
benutzt, so kann ein Feld mit einer mittleren Feldstärke von mehr als 10 kV/cm erreicht
werten, ohne daß es zum Funkenüberschlag kommt, weil die rasch
str
@enden Gase @le Übenschüssige Reumladung in Btrö@ungsrichtung nit sich führen und
aus dem Bereich höchster Feleintensität entfernen. Durch den gleichen Mechanismus
sind Abscheider mit einer Vielzahl von sich axial längs einer Leitung erstreckenden
Drähten auf niedrige Spannungen begrenzt, selbst wenn höhere Strömungsgeschwindigkeiten
benutzt werden, weil die Verlagerung der Ionen von dem Bereich eines Drahtes zum
Bereich des strömungsmäßig abwärts liegenden nächsten Feldbereiches erfolgt.
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Eine Vielzahl axial voneinander entfernter in Querrichtung verlaufender
Drähte kann natürlich verwendet werden, wenn der axiale Abstand ausreichend groß
gewählt ist, um den Ionen eines strömungsmäßig jewIlsnächsten Drahtes eine Wanderung
zur Außenelektrode zu gestatten, bevor sie in das Ionisierungsfeld des strömungsmäßig
tiefer gelegenen Drahtes eintreten.
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In der Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei welchem die Elektrodenenden 80a kreisoogenförmig gestaltet sind, wohingegen
die mittleren Elektroden 80b eine lineare Gestalt besitzen. Vorzugsweise ist der
Kanal 82 wiederum rechteckig ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich
ist, da er zwecks Angleichung an die Elektrode auch gekrümmt ausgebildet sein kann.
Lufteinlässe 24 sind wie den Fig. 3 bis 5 zu entnehmen angeordnet. Für den Radius
r können sämtliche in den Fig. 10 a bis 10d dargestellten Randkonfigurationen verwendet
werden. Diese Elektrodenkonfiguration ist in ihrer Leistungscharakteristik der Draht-Plattenelektrode
gemäß den Fig. 8 und 9 ähnlich, aber gestattet auch das Erreichen eines Teils der
Vorteile, die den stärker radialen Elektrodentypen zueigen sind.
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Eine in Fig. 12 dargestellte weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Abscheideeinrichtung benutzt mehrere parallel zueinander angeordnete Abscheider
110. Ein Schmutztteilchen
rait sich führendes Gas tritt über einen
rirgfsXmi,en Einlaßanal 114 in ein Einlaß-Leitungssystem 112 ein. Das Einla3-Leitungss7stem
1|2 ist zum Teil mit Wasser 116 gefüllt und eine Vielzahl planarer, ebener Prallplatten
118 und 120 ist in dem Verteilersystem 112 derart angerodnet, daß das hindurchtretende
Gas bei seinem Strömen entlang der Prallplatten 118 und 120 durch das Wasser 116
strömen muß.
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Das Wasser 116 dient zur Kühlung des in den Einlaßkanal 114 eintretenden
Gases, um die durch die Kondensation erfolgende Teilchenbildung zu unterstützen.
Zusätzliche Kühlung wird mit Hilfe einer Vorkühlungs-Sprüheinrichtung herbeigeführt,
welche eine Vielzahl von Sprühdüsen 122 besitzt, welche über Rohrleitungen 126 mit
einem Wassereinlaß 124 in Verbindung steht.
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Sind die mit Feststoffteilchen beladenen Gase ausreichend gekühlt,und
gesätttigt, so werden sie in den Bereich des Leitungssystems 112 geleitet, der unter
den Abscheideeinheiten 110 liegt. Wie am besten aus Fis. 13 zu erkennen, befidet
sich unterhalb der Abscheideeinheiten 110 eine geneigte Sammeloberfläche 128 sowie
eine ringförmige Öffnung 130. Diese offnung 130 besitzt eine konzentrische zylindrische
Ummantelung 132, die unter jede Abscheideeinheit 110 angeordnet ist, wobei die Ummantelung
132 in das untere Ende einer rohrförmigen Außenelektrode 134 hineinreicht. Jede
Abscheideeinheit 110 besitzt eine zylindrische Außenelektrode 134, welche eine planare
Entladungselektrode 136 umschließt, die am unteren Ende einer länglichen Stützelektrode
138 angeordnet ist. Wie im folgenden noch im einzelneierläutert, werden die in dem
durch die Öffnung 130 strömenden Gas enthaltendèn~Teilchen innerhalb des relativ
dünnen, in radialer sowie in umfangsmäßiger Richtung gleichförmigen elektrostatischen
Feld aufg laden, welches sich zwischen der Entladungselektrode 136 und der Außenelektrode
134 erstreckt. Der Begriff "elektrostatisches Feld" wird hier enutzt, um ein zur
Bildung einer Korona-Entladung befähigtes Feld zu bezeichnen, wohingegen der Auselektrisches
Feld"
zur Bezeichnung eines Feldes dient, welches nicht befähIt ist, eine worona-Entladung
herbeizuführen.
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Der Ausdruck "relativ dünn" bezeichnet ein Feld mit einer radialen
Abmessung, welche wesentlich gräßerist als ihre axiale Abmessung. Die geladenen
Teilchen werden sodann in Richtung zur Außenelektrode 134 beschleunigt, was durch
das relativ schwache elektrische Feld herbeigeführt wird, welches sich zwischen
der Stützelektoode 138 und der Außenelektrode 134 erstreckt. Die an den Wandungsinnenseiten
der Außenelektrode 134 abgelagerten Teilchen werden mit Hilfe eines Wasserfilms
eanelt, der die inneren Wänder der Außenelektrode 134 bedeckt und nach unten strömt,
wodurch die Teilchen auf der Sammelfläche 128 abgelagert werden. Die Ummantelung
132 schützt den Flüssigkeitsfilm davor, von dem nach oben strömenden Gas mitgerissen
zu werden, wenn die Flüssigkeit vom Ende der AwQenelektrode 134 auf die Sammelfläche
128 herabrollt. Aus dem die Innenseitigen Wandungen der Außenelektrode 134 bedeckenden
Flüssigkeitsfilm stammende Flüssigkeit kann zur Instabilität des elektrostatischen
Feldes führen, wenn die Gasgeschwindigkeiten innerhalb der Außenelektrode 134 größer
sind als 3 m/sek.
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Das obere Ende der Außenelektrode 134 ragt in eine Saugkammer 140,
wo es von einem zylindrischen Damm oder Wehr 142 umgeben ist. Wasser wird kontinuierlich
über eine nicht dargestellte Pumpe durch eine Leitung 143 zugeführt, wodurch ein
dünner Wasserfilm 144 über das Wehr 142 fließt und nach unten längs der innenseititen
Wandungen der Außenelektrode 134 strömt.
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Eine Abdeckplatte 146 erstrecht sich über das Wehrwasser 144 und weist
einen zylindrischen Flansch 147 auf, der so in die Außenelektrode 134 hineinragt,
daß ein glatter Luftstrom von der Außenelektrode 134 in die Saugkammer 140 strömen
kann, ohne daß das Wasser der Wehreinrichtung gestört wird.
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Die oberen ndOn der Stütlektroden 138 erstrecke sie in ein Hochspannungsgehäuse
148, wo sie an eine Hochspannungs-Sammelschiene 150 angeschlossen sind, die mittels
Isolatoren 152 und einer Durchführung 154 an der Grundplatte des Gehäuses 148 befestigt
ist. Die Sammelschiene 150 ist an eine geeignete Hochspannungsquelle über eine Hochspannungsleitung
156 (Fig.1) angeschlossen, die mit Hilfe eines Durchführungsisolators 160 durch
das Hochspannungsgehäuse 148 geführt ist.
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Der Zugang zu den Elektroden 134, 136 und 138 ist mit Hilfe einer
Vielzahl von ringförmigen Zugangsabdeckungen 162 ermöglicht, die in der Oberseite
des Gehäuses 148 ausgebildet sind.
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Das sich zwischen jeder Entladungselektrode 136 und der Außenelektrode
134 erstreckende elektrostatische Feld stimmt im wesentlichen mit dem elektrostatischen
Feld überein, welches mit Hilfe der in den Fig 1 bis 11 dargestellten Ausniihrungsformen
der Erfindung erzeugt wird. Aus diesem Grunde werden die Art und Weise in welcher
die Rlektro qan 136 und 134 ein einen Koronastrom erzeugendes elektrostatisches
Feld sowie die charakteristischen Eigenschaften dieses elektrostatischen Feldes
nicht erneut beschrieben. Der größere Durchmesser der Entladungselektrode 136 sollte
das 0,2- bis 0,5-fache und vorzugsweise etwas das 0,35-fache des Innendurchmessers
der Außenelektrode 134 betragen. Der 'Durchmesser der Stützelemtrode 138 liegt zwischen
dem 0,15- und 0,25-fachen, wobei etwa das 0,2-fache des Innendurchmessers der Außenelektrod&
134 bevorzugt ist. Auchlliegt der Durchmesser der Stützelektrode 138 zwischen dem
0,4- bis 0,8-fachen und vorzugsweise dem 0,5- bis 0,6-fachen des größeren Durchmessers
der Entladungselektrode 136. Eine Stützelektrode 138 mit größerem Durchmesser kann
außerdem die axiale Ausdehnung des elektrostatischen Feldes zwischen den Entladungselektroden
136 und der Außenelektrode 134 unterdrücken, wodurch die Feldstabilittät vermindert
wird. Eine kleinere Stützelektrode 138
neigt zur Erzeagung übermäßiger
Korona-Erscheinungen und Funkenüberschläge z-ischn der Stützelektrode und der Außenelektrode
154.
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Dadurch, daß die Entladungselektrode 136 direkt an der Stützelektrode
138 befestigt ist, kann ein einziges Elektrodenbefestigungssystem sowohl für die
Ladungsstufe des Abscheiders als auch für die Auffangstufe des Abscheiders verwendet
werden. Außerdem kann durch Verändeuung der Durchmesser der Abscheidungselektrode
136 und der Stützelektrode 138 in bezug auf einander sowie relativ zur Außenelektrode
134 die Intensität der Felder, die sich zwischen der Entladungselektrode 136 und
der Außenelektrode 134 sowie zwischen der Stützelektrode 133 und der Außenelektrode
134 erstrecken, unabhängig gewählt werden, welbst dann, wenn die beiden Elektroden
136 und 138 durch eine gemeinsame Umformer-Gleichrichter-Einheit versorgt werden.
Das hat zur Folge, daß die Kosten und die Komplexität des erfindungsgemäßen Gerätes
in Vergleich zu herkömmlichen Abscheideeinrichtungen erheblich verringert sind.
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Soll der Wirkungsgrad oder die Wirksamkeit des Abscheiders gesteigert
werden, was insbesondere dann erwünscht sein kann, wenn Teilchen unterschiedlicher
Abmessungen zu entfernen sind, so kann eine Vielfach-Elektrodenanordnung benutzt
werden, wie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt. Eine Vielzahl von Entladungselektroden
180, 182 und 184 ist an einer Stütz-oder Halteelektrode 186 so befestigt, daß die
einzelnen Entladungselektroden jeweils in axialer Richtung um mehr als das 1,25-fache
des Entladungselektrodenspaltes voneinander entfernt angeordnet sind. Ein Abstand
zwischen den Elektroden 180, 182 und 184 von mehr als 2 Entladungselektrodenspalten
ist bevorzugt, um die sich von benachbarten Elektroden aus erstreckenden Felder
daran zu hindern, sich zu überschneiden und um sicherzustellen, daß ein elektrisches
Feld erzeugt wird, welches von der Stützelektrode 186 ausgeht und eine ausreichende
Lrinre
besitzt, um cI-:: ,-el-adene Teilchen aufzunehmen.
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Interelektrodenraume von reiniger als dem 1,25-fachen des Entladungselektrodenspaltes
verursachen Interferenz zwische benachbarten Feldern, was die axiale Ausbreitung
des Felder verhindert, wodurch die Stabilität der Korona-Entladungen verringert
wird. Wenn das Gas durch die Außenelektrode 134 strömit werden die in dem Gas enthaltenen
Teilchen bei der in Rede stehenden Ausführungsform einer Vielzahl von Ladungsfeldern
ausgesetzt, an welche sich jeweils ein Sammelfeld anschließt. Falls gewünscht, können
die Durchmesser der Entladungselektroden 180, 182 und 184 so verändert werden, daß
die mittleren Intensitäten der sich zwischen den Entladungselektroden 180, 182 und
184 und der Außenelektrode 134 erstreckenden Felder für jede der Elektroden 180,
182 und 184 unterschiedlich sind. Große Teilchen lassen sich im allgemeinen leichter
abscheiden und werden demzufolge mit weniger Mühe und bei weniger intensiven Feldstärken
abgeschieden.
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Daraus ergibt sich, daß es zum Abscheiden von Teilchen mit unterschiedlichen
Korngrößen vorteilhaft ist, den Purchmesser der Entladungselektroden fortschreitend
längs der Gasstr;)mung zu vergrößern, so daß die Teilchen zunehmend stärkere Felder
durchströmen, wenn sie durch die Außenelektrode 134 wandern.
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Die größten Teilchen werden dann an den Innenwandungen der Außenelektrode
134 unmittelbar jenseits der mit einem kleinen Durchmesser versehenen Entladungselektrode
180 abgeschieden, kleinere Teilchen werden unmittelbar hinter der durchmessermäßig
eine Zwischengröße besitzenden Entladungselektrode 182 aufgefangen und die kleinsten
Teilchen werden jenseits der den größten Durchmesser aufweisenden Entladungselektrode
184 aufgefangen.
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Die größeren geladenen Teilchen erzeugen örtliche Feldanomalien, die
zu Funkenüberschlägen in diesen örtlichen Bereichen führen können. Werden die größeren
Teilchen dicht bei der einen kleinen Durchmesser aufweisenden Entladungselektrode
182 entfernt, so kann die Feldstärke zwischen der einen großen
Durchmessenr
auf@cisanden Entladungselektrode 184 und der Außenelektrode 134 gesteigert werden,
was zur Entfernung eines groIeren Anteils der kleineren Teilchen und damit zu einer
Steigerung der insgesanten Abscheidungskapazität des Systems führt.
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Gegebenenfalls kann eine Schwachfeld-Koronaentladung zwischen der
Stützelektrode 138 und der Außenelektrode 134 dadurch herbeigeführt werden, daß
ein Leiter,wie ein Draht, schraubenförmig rings um die Stützelektrode 138 gewickelt
wird, Die Schwachfeld-Koronaentladung ist insbesondere dann nützlich, wenn die Außenelektrode
intermittierend gereinigt wird, weil der Korona strom die Teilchen auf der Innenwandung
der Außenelektrode hält, bis diese Teilchen mit Hilfe einer geeigneten Technik,
wie durch Abklopfen, entfernt werden. Werden die Teilchen jedoch kontinuierlich
beispielsweise mit Hilfe eines Wasserfilms entfernt, so besteht keine Notwendigkeit,
die Teilchen auf diese Weise an der Außenelektrode zu halten.