DE3237780C2

DE3237780C2 -

Info

Publication number: DE3237780C2
Application number: DE3237780A
Authority: DE
Inventors: Senichi Tokio/Tokyo Jp Masuda; Naoki Kawaguchi Saitama Jp Sugita
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1989-12-28
Also published as: IT8249243A0; DE3237780A1; US4509958A; FR2514266A1; IT1189380B; FR2514266B1; GB2110119A; GB2110119B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Filteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 insbesondere eine elektrostatische Luftfilteranordnung zur Reinigung der Luft eines Raumes mit einem großen Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub und einer langen Lebensdauer.

Die sogenannten HEPA-Filter sind im allgemeinen beim Auffangen von Gas sehr wirksam. Bei ihnen tritt jedoch ein hoher Druckgefälleverlust auf, wenn ein Staubteilchen enthaltendes Gas durch sie hindurchtritt.

Wenn bei derartigen Filtern die Filtermaschen vergrößert werden, um den Gefälleverlust zu verringern, ergibt sich eine Verringerung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub. Wenn man versucht, den Gefälleverlust dadurch zu verringern, daß man die Zufuhrrate des Gases verringert, ist eine Vergrößerung des Filters unvermeidlich. Derartige Filter weisen auch den Nachteil auf, daß der Gefälleverlust dann stark ansteigt, wenn sich die Filtermaschen auffüllen, und daß die Lebensdauer kurz ist. Es wurde daher allgemein versucht, die Lebensdauer der Filter dadurch zu vergrößern, daß ein Vorfilter vor dem Hauptfilter vorgesehen wurde.

Die Erfinder entwickelten schon früher eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung, die einen weitaus größeren Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub und eine längere Lebensdauer aufweist als herkömmliche Filter. Eine derartige Filteranordnung enthält, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, einen Aufladungsbereich 4, der einen den Durchgang eines Staub aufweisenden Gases ermöglichenden Rahmen 1, mehrere geerdete parallele Plattenelektroden 2, die parallel zur Richtung des Gasflusses in dem Rahmen 1 untergebracht und befestigt sind, und mehrere Entladungsdrähte 3 aufweist, die sich jeweils in den Räumen zwischen benachbarten Plattenelektroden 2 erstrecken und an die eine Hochspannung anlegbar ist. Ein den Staub auffangender Bereich 8 (Staubabscheidungsbereich) dieser Filteranordnung weist auf einen Rahmen 5, durch den das den Aufladungsbereich 4 verlassende, den Staub enthaltende Gas hindurchtreten kann, ein Filtermedium 6, das in dem Rahmen 5 untergebracht und gewellt ("mäanderförmig") in der Richtung senkrecht zum Gasfluß, d. h. in der Richtung, in der der Gasstrom abgefangen wird, angeordnet ist, und mehrere elektrisch leitende Abscheideelektroden 7, die den Durchgang des Staub enthaltenden Gases ermöglichen. Diese Abscheideelektroden 7 werden zwischen alle benachbarten Teile des mäanderförmigen Filtermediums 6 sowohl von der stromaufwärts gelegenen Seite als auch von der stromabwärts gelegenen Seite des Gasflusses eingeführt, und eine Hochspannung wird zwischen den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden angelegt. Dabei wird ein beträchtlicher Teil der in dem Aufladungsbereich 4 zuvor aufgeladenen Staubpartikel zu den Oberflächen der jeweiligen stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden des Abscheidungsbereiches 8 gezogen, wobei die Staubpartikel ihre Ladung verlieren und in dem Bereich 8 eingefangen werden, um zu verhindern, daß das Filtermedium 6 in einem hohen Grad durch die Staubpartikel verstopft wird.

Wenn bei dieser Filteranordnung ein elektrischer Strom den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden direkt zugeführt wird und eine elektrische Entladung auch nur an einem Teil einer bestimmten Abscheideelektrode auftritt, bewegen sich die Ladungen aller Abscheideelektroden zu dem Entladeteil, um die Entladeenergie zu vergrößern. Dies hat zur Folge, daß ein zeitweiliger Abfall der Abscheidespannung und eine zeitweilige Verminderung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub oder sogar eine Beschädigung des Filtermediums 6, wie beispielsweise die Ausbildung von Löchern in dem Filtermedium, eintritt.

Bei einem derartigen elektrostatischen Hochleistungs-Filter wird die Funkenspannung durch die Dicke t des Filtermediums 6 und die zwischen den Abscheideelektroden angelegte Spannung unabhängig von dem Raum oder der Entfernung h zwischen benachbarten Teilen des Filtermediums 6 bestimmt, die, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, durch die jeweiligen Abscheideelektroden 7,7 beabstandet sind. Auch wird die elektrische Isolation des Filtermediums 6 schwächer, wenn die Feuchtigkeit oder Temperatur der Umgebung hoch ist, wodurch ein Anstieg des Verluststromes und/oder ein Abfall der Spannung des Spannungsquelle bewirkt wird. Dies führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub. Eine derartige Abschwächung der elektrischen Isolation tritt besonders dann deutlich in Erscheinung, wenn als Filtermedium Glasfasern verwendet werden.

Aus der GB 6 55 407 bzw. US 25 02 560 ist eine elektrostatische Filteranordnung mit einem Aufladungsbereich und einem Staubabscheidungsbereich bekannt. In dem Staubabscheidungsbereich verläuft senkrecht zur Strömungsrichtung eines Staubpartikel enthaltenden Gases, das durch die Filteranordnung gereinigt werden soll, ein in Wellen gelegtes Filtermedium. In den Mulden dieses Filtermediums sind auf der stromaufwärtigen Seite erste Abscheideelektroden und auf der stromabwärtigen Seite, also durch das Filtermedium getrennt, zweite Abscheideelektroden angeordnet, wobei zwischen den ersten und zweiten Abscheideelektroden eine Hochspannung angelegt wird.

Bei dieser Anordnung wird das Filtermedium in der Nähe der stromabwärts liegenden Elektrodenstäbe so aufgeladen, daß die im Aufladungsbereich geladenen Staubteilchen vom Filtermedium angezogen werden. Dabei dringen die Staubteilchen in das Filtermedium ein und bilden im Laufe des Betriebs auf ihm eine relativ undurchdringliche Staubschicht, durch die die Gasströmung behindert wird, womit die Reinigungseigenschaften des Filters beeinträchtigt werden. Auch bei dieser Filteranordnung wird die elektrische Hochspannung direkt an die einander gegenüberstehenden Abscheideelektroden angelegt, so daß sich die oben erläuterten Nachteile ergeben.

In der GB 4 18 403 ist eine Anordnung für die elektrische Abscheidung von in Gasen suspendierten Materialien, wie Staub, beschrieben. Die Abscheidung erfolgt auch hier dadurch, daß das Gas durch ein elektrisches Hochspannungsfeld geführt wird, das durch eine hohe elektrische Potentialdifferenz zwischen gegenüberliegenden Elektroden erzeugt wird, so daß das Material auf den Elektroden abgeschieden wird. Um eine Bogen- bzw. Durchschlagsentladung zu verhindern und eine Lokalisierung des elektrischen Feldes auf den Elektroden zu minimieren, wird bei dieser Filteranordnung die Hochspannung an die einzelnen Elektroden über Widerstandselemente angelegt, durch die das Abscheidesystem in möglichst kleine Einzelelemente unterteilt wird, zwischen denen keine Ladungsverschiebung erfolgt.

Auch aus der FR 10 69 703 ist ein elektrostatisches Gasfilter bekannt, bei dem zwischen einer Hochspannungsleitung und den Abscheideelektroden Widerstandselemente vorgesehen sind. Bei dem in der US 28 18 134 beschriebenen elektrostatischen Gasfilter sind zwischen den Elektroden und den Spannungsanschlüssen elastische Federdrahtelemente vorgesehen, die elektrisch leiten und einen Kontaktdruck auf die Elektroden ausüben.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine elektrostatische Filteranordnung so auszugestalten, daß, wenn eine elektrische Entladung in einem Bereich einer Abscheideelektrode erfolgt, eine Verschiebung der Ladungen auf allen Abscheideelektroden in diesen Bereich, d. h. eine Lokalisierung des elektrischen Feldes, vermieden wird, und daß der elektrische Kontakt zu den Elektroden - für das Anlegen der Hochspannung - auch unter sich ändernden Prozeßbedingungen nicht beeinträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer elektrostatischen Filteranordnung entsprechend dem Patentanspruch 1. Danach sind elastische oder elastisch gelagerte elektrisch leitende Widerstandselemente vorgesehen, die einen Kontaktdruck auf die Abscheideelektroden ausüben und über die die Hochspannung an die Abscheideelektroden angelegt wird. Diese Widerstandselemente bilden einen elektrischen Widerstand zwischen den einzelnen stromaufwärts liegenden Abscheideelektroden sowie zwischen den einzelnen stromabwärts liegenden Abscheideelektroden, um eine Verschiebung oder Wanderung der Ladungen zwischen den Abscheideelektroden zu verhindern.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filteranordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer herkömmlichen elektrostatischen Hochleistungsfilteranordnung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild dieser Filteranordnung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Beziehung zwischen dem Filtermedium und den Separatorelektroden der Filteranordnung; und

Fig. 4 bis 22 bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Dabei zeigt die Fig. 4 eine teilweise ausgeschnittene perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines beispielsweise verwendeten elektrisch leitenden Materials,
Fig. 6 einen teilweise ausgeschnittenen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 7 einen teilweise ausgeschnittenen Querschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 9 ein Ersatzschaltbild für eine Anordnung, bei der die Leistung direkt an die jeweiligen Separatorelektroden angelegt wird,
Fig. 10 eine schematische Darstellung des durch den den Staub auffangenden Bereich verlaufenden den Staub enthaltenden Gasstromes,
Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Richtung des elektrischen Feldes und den Bewegungsrichtungen der elektrisch geladenen Partikel, wenn diese durch das Filtermedium hindurchtreten,
Fig. 12 eine teilweise schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, in die eine erste weitere Ausführungsform des elektrisch leitenden Materials eingebaut ist,
Fig. 13 eine zum Teil schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, in die eine zweite weitere Ausführungsform des elektrisch leitenden Materials eingebaut ist,
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung des Zustandes, in dem die durch isolierende Abstandsteile eingehüllten Separatorelektroden gerade in den Räumen, die von dem mäanderförmigen Filtermedium gebildet werden, an den richtigen Stellen angeordnet werden,
Fig. 15 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, die einen den Staub auffangenden Bereich mit einem mäanderförmigen Filtermedium aufweist, in dem die durch die isolierenden Abstandsteile umhüllten Separatorelektroden gehalten werden,
Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Beziehung zwischen dem Filtermedium, den isolierenden Abstandsteilen und den Separatorelektroden,
Fig. 17 eine schematische Darstellung des durch den den Staub auffangenden Bereich der Fig. 15 verlaufenden den Staub enthaltenden Gasstromes,
Fig. 18 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Richtung des elektrischen Feldes und den Bewegungsrichtungen der durch das Filtermedium in dem den Staub auffangenden Bereich der Fig. 15 durchtretenden elektrisch geladenen Partikel,
Fig. 19 ein Beispiel, bei dem die isolierenden Abstandsstücke an beiden Seiten des Filtermediums vorgesehen sind,
Fig. 20 das Beispiel, bei dem die isolierenden Abstandsstücke an einer Seite des Filtermediums vorgesehen sind,
Fig. 21 eine erste weitere Ausführungsform eines isolierenden Abstandteiles und
Fig. 22 eine zweite weitere Ausführungsform eines isolierenden Abstandsteiles.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren ausführlich erläutert.

In den Fig. 4 bis 11 bezeichnet das Bezugszeichen 9 den Rahmen der Vorrichtung, der so aufgebaut ist, daß Staub enthaltende Gase hindurchtreten können. Der Rahmen 9 besteht aus zwei Seitenwänden 10, 11 einer oberen Platte 12 und einer Bodenplatte 13. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Filtermedium, das aus Glasfaser oder einem anderen Material besteht. Dieses Filtermedium 14 ist so innerhalb des Rahmens 9 angeordnet, daß es sich mäanderförmig von einer Seitenwand 10 zu der anderen Seitenwand 11, d. h. in der Richtung senkrecht zur Richtung des Stromes des Staub enthaltenden Gases erstreckt und daß das obere und untere Ende des Filtermediums bis zur Innenseite der oberen Platte 12 bzw. bis zur Innenseite der Bodenplatte 13 reichen. Die Bezugszeichen 15 und 16 bezeichnen Abscheideelektroden, die zwischen den benachbarten Bereichen des mäanderförmigen Filtermediums 14 jeweils von der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des durch den Rahmen 9 hindurchtretenden Staub enthaltenden Gases eingebaut sind. Diese Abscheideelektroden bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einer Aluminiumfolie, und können die benachbarten Bereiche des Filtermediums 14 so stützen, daß diese voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Jede Abscheideelektrode ist außerdem in der Form von von ihrem oberen Ende zu ihrem unteren Ende aufeinanderfolgenden Wellen gebogen. Die oberen Endbereiche des Filtermediums 14 und der Abscheideelektroden 15, 16 sind von Wänden 17 flankiert, die von der Innenseite der oberen Platte 12 vorstehen. In einer ähnlichen Weise sind auch die unteren Endbereiche des Filtermediums 14 und der Abscheideelektroden 15, 16 durch Wände 18 flankiert, die von der Innenseite der Bodenplatte 13 vorstehen. Ein Dichtungsmittel 19 wird in die Innenseiten der Seitenwände 17, 18 gegossen und verfestigt, um die oberen und unteren Endseiten des Filtermediums 14 und der Abscheideelektroden 15, 16 jeweils luftdicht mit der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 zu verbinden. Die Bezugszeichen 20 und 21 bezeichnen elektrisch leitende Gummiblätter, die in die Zwischenräume eingeführt sind, die zwischen den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden 15 und der Seitenwand 18 und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden 16 und der Seitenwand 18 bestehen. Dabei werden die Gummiblätter 20, 21 eingeführt, bevor das Dichtungsmittel vergossen wird. Die Gummiblätter werden durch das Vergießen und die Verfestigung des Dichtungsmittels 19 in der richtigen Position fixiert. Jedes elektrisch leitende Gummiblatt 20, 21 weist, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, ein längliches Gummiblatt auf, das entlang seiner Mittellinie zu einer V-Form gebogen ist und ist so angeordnet, daß die Kanten der beiden gebogenen Bereiche 22, 23 normalerweise geöffnet bleiben. In dem Bereich 22, der den Abscheideelektroden 15, 16 gegenüberliegt, ist eine Mehrzahl von von der Kante aus verlaufenden Einschnitten 24 vorgesehen, um eine Mehrzahl von kleinen Kontaktstücken 25 zu bilden, von denen jede gegen eine entsprechende Abscheideelektrode 15, 16 gedrückt wird. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen porösen Deckel, wie beispielsweise eine Metallgaze bzw. ein feines Drahtgeflecht, das den Einlaß des Rahmens 9 verdeckt. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet geerdete parallele Plattenelektroden, die zwischen dem porösen Deckel 26 und dem Filtermedium 14 innerhalb des Rahmens 9 vorgesehen sind. Diese Plattenelektroden 27 sind parallel zueinander in derselben Richtung wie der den Staub enthaltende Gasstrom angeordnet. Mit 28 sind zylindrische, elektrische leitende Abstandsstücke bezeichnet, die die Plattenelektroden 27 voneinander beabstandet halten und eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 27 herstellen. Diese Abstandsstücke 28 werden durch jeweilige Bolzen 29 gehalten, die durch drei Orte, einen oberen Teil, einen mittleren Teil und einen unteren Teil jeder Elektrode 27 verlaufen. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet ionisierende Drähte, von denen jeweils einer für jede Elektrode 27 vorgesehen ist. Die ionisierten Drähte sind zu denselben Intervallen wie die Elektroden 27 vorgesehen. Jeder ionisierende Draht 30 ist straff zwischen der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 durch Federn 31, 32 angeordnet. Mit 33 ist ein Verbindungsanschluß zum Anlegen einer Hochspannung von einer Hochspannungsquelle 34 an die elektrisch leitenden Gummiblätter 21 bezeichnet. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen weiteren Verbindungsanschluß zum Anlegen einer Hochspannung der Hochspannungsquelle 34 an die ionisierenden Drähte 30. Mit 36 ist ein Erdanschluß bezeichnet, der elektrisch mit einer Aluminiumfolie 37 verbunden ist, die in Kontakt zu der stromaufwärts gelegenen Seite der Abscheideelektroden 15, dem elektrisch leitenden Gummiblatt 20 und den Elektroden 27 steht, von denen alle die Innenseite der Seitenwand 11 des Rahmens 9 kontaktieren. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet ein Dichtungsmittel, das vorgesehen ist, um die stromabwärts gelegenen Endflächen des Filtermediums 14 luftdicht mit beiden Seitenwänden 10, 11 des Rahmens 9 zu verbinden. Dieses Dichtungsmittel kann als Dichtung wirken, um die Erzeugung von puderförmigem Staub von der Innenseite beider Seitenwände 10, 11 an deren stromabwärts gelegener Seite in dem Fall zu vermeiden, in dem die Seitenwände 10, 11 aus einem Material, wie beispielsweise aus Holz, bestehen, das möglicherweise pulverigen Staub erzeugt.

In dem Staub sammelnden bzw. auffangenden Bereich, der das Filtermedium 14 und die Abscheideelektroden 15, 16 der Anordnung aufweist, sind Kondensatoren zwischen den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden 15 und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden 16 gebildet und wird eine Hochspannung über die elektrischen Widerstände der elektrisch leitenden Gummiblätter 20, 21 angelegt, wobei ein geringfügiger Leck- bzw. Verluststrom durch das Filtermedium 14 fließt, so daß, wenn die elektrostatischen Kapazitäten zwischen den jeweiligen Abscheideelektroden durch C₁, C₂ . . . C _n, die Widerstände der elektrisch leitenden Gummblätter 20, 21 durch R₁, R₂ . . . R _n, und die Widerstände des Filtermediums 14 durch Rl₁, Rl₂ . . . Rl _n gegeben sind, das Ersatzschaltbild des den Staub auffangenden Bereiches gemäß der Fig. 8 dargestellt werden kann.

In dem Fall, in dem eine Leistung direkt an die jeweiligen Abscheideelektroden 15, 16 angelegt wird, ohne daß elektrisch leitende Gummiblätter 20, 21 vorgesehen sind, kann das Ersatzschaltbild die in der Fig. 9 dargestellte Form aufweisen. Wenn in diesem Fall eine elektrische Ladung auch nur an einem Teil einer bestimmten Abscheideelektrode auftritt, wird bewirkt, daß alle Ladungen der Abscheideelektroden 15, 16 sich augenblicklich zu den Entladungsteil bewegen, um die Entladungsenergie zu vergrößern. Die zu dieser Zeit bestehende Entladungsenergie kann im wesentlichen durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Diese Entladungsenergie wird durch die elektrostatische Kapazität und die Spannung bestimmt, die zwischen die Abscheideelektroden 15, 16 angelegt wird. Sie wird nicht durch den Widerstand Rx beeinträchtigt, der mit der Außenseite verbunden ist.

Wenn jedoch die Abscheideelektroden 15, 16 voneinander getrennt sind und eine Spannung getrennt über die jeweiligen Widerstände R₁-R _n angelegt wird, wird der Betrag der Entladung durch die Widerstände R₁-R _n beschränkt, selbst wenn die Entladung nur an einem Bereich einer bestimmten Abscheideelektrode auftritt. Außerdem bewegen sich die zwischen den Separatorelektroden vorhandenen Ladungen nicht zum Entladungsteil, so daß in diesem Fall die Entladungsenergie etwa 1/n der Entladungsenergie beträgt, die erzeugt wird, wenn die Widerstände R₁-R _n nicht zwischengeschaltet sind. In diesem Fall ergibt sich daher die Entladungsenergie:

Es wurden Versuche unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Äußere Abmessungen des Rahmens 9: 610 mm × 610 mm × 150 mm
Spannung der Spannungsquelle: 1 KV
Verlustwiderstand des Filtermediums: 200 MΩ
Verluststrom des Filtermediums: 5 µA pro Separatorelektrodenstufe
Elektrostatische Kapazität zwischen den Separatorelektroden: 3 × 10^-8 F

Dabei wurde herausgefunden, daß sich die Wirkung der Beschränkung des Betrages der Entladung zeigt, wenn der Wert des Widerstandes Rn 10 KΩ oder mehr erreicht, obwohl dies von der elektrostatischen Kapazität zwischen den Abscheideelektroden abhängt und daß die Bewegung der Ladungen zwischen den Abscheideelektroden um so kleiner ist, je größer der Widerstand ist. Wenn jedoch der Wert des Widerstandes Rn zu hoch ist, tritt ein Spannungsabfall an beiden Enden des Widerstandes Rn entsprechend dem Verluststrom auf, wodurch ein beträchtlicher Abfall der an die Abscheideelektroden angelegten Spannung bewirkt wird, um den Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub zu vermindern. In einem praktischen Fall beträgt der Widerstand Rn:

wenn vorausgesetzt wird, daß ein Spannungsabfall von 5% für eine Spannung der Spannungsquelle von 1 KV toleriert wird, da der Verluststrom pro Abscheideelektrodenstufe 5 µA beträgt, wie dies oben ausgeführt wurde.

Mit anderen Worten kann der Bereich des Widerstandes Rn, der dem Spannungsabfall entspricht, vernachlässig werden, wenn er kleiner als 10 MΩ ist.

Im Falle des oben angegebenen experimentellen Beispieles ist es daher angemessen, den Widerstand Rn in einen Bereich von 10 KΩ bis 10 MΩ zu legen.

Im folgenden wird nun der Betrieb der oben beschriebenen elektrostatischen Hochleistungs-Filteranordnung beschrieben.

Es wird eine hohe Gleichspannung an die ionisierenden Drähte 30 und die Elektroden 27 angelegt und unter dieser Bedingung wird ein Staub enthaltendes Gas über den Einlaß des Rahmens 9 geliefert. Staubpartikel 47 werden durch eine Corona-Entladung elektrisch geladen, während sie den Ladebereich passieren, der aus den geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und den ionisierenden Drähten 30 besteht. Das die geladenen Staubpartikel 47 führende Gas verläuft durch den den Staub auffangenden Bereich, wie dies durch die durch unterbrochene Linien dargestellten Pfeile in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Bei diesem Vorgang werden die meisten der geladenen Partikel 47 zu den Abscheideelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite gezogen und an den Oberflächen dieser Abscheideelektroden 15 abgeschieden. Auf diese Weise werden die meisten Staubpartikel des behandelten Gases entfernt. Je größer der Umfang der Partikel ist, desto größer ist die Wirkung der Staubentfernung. Gasströme 48, die die restlichen geladenen Partikel 47 enthalten, schreiten weiter fort, um infolge des extrem hohen Druckgefälleverlustes des Filtermediums 14 auf dem kürzesten Wege durch das Filtermedium 14 zu gelangen. Aus diesem Grunde bewegen sich die Gasströme 48, wie dies in der Fig. 11 dargestellt ist, im wesentlichen parallel, aber entgegengesetzt zu den Linien des elektrischen Feldes 49, die von der Abscheideelektrode 16 zu der Separatorelektrode 15 verlaufen. Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit des Gasstromes 48 durch das Filtermedium 14 im Vergleich zu der Geschwindigkeit (pro Einheit der Querschnittsfläche), die die Gasströme stromaufwärts von dem den Staub auffangenden Bereich aufweisen, extrem vermindert. Wenn daher die Richtung des elektrischen Feldes eine entgegengesetzte Richtung der Gasströme einnimmt, wird die Geschwindigkeit der elektrischen Bewegung der geladenen Partikel 47, d. h. die Geschwindigkeit ihrer Bewegung in der Richtung der Linien des elektrischen Feldes 49, größer als die Geschwindigkeit der Gasströme 48, die durch das Filtermedium 14 verlaufen, so daß die geladenen Partikel 47 nicht in das Filtermedium 14 eintreten können. Da jedoch die Geschwindigkeit des Gasstromes außerhalb des Filtermediums hoch ist, werden die geladenen Partikel 47 gezwungen, sich schließlich in einem porösen bzw. durchlässigen Zustand an der Oberfläche des Filtermediums 14 abzusetzen. Diejenigen geladenen Partikel 47, die sich nicht in einem durchlässigen Zustand abscheiden, sondern in das Filtermedium 14 gelangen, bewegen sich weiter entlang der elektrischen Kraftlinien, die durch den Einfluß des zwischen den Abscheideelektroden 15, 16 angelegten Feldes mit den Fasern des Filtermediums 14 zusammenlaufen, so daß sich der Anteil des durch die Fasern aufgefangenen Staubes schnell erhöht.

Durch einen derartigen Staubauffangmechanismus wird der Wirkungsgrad beim Staubauffangen in einem außergewöhnlichen Maße verbessert und am Ausgang des Rahmens 9 tritt ein sauberes Gas aus. Außerdem wird die Möglichkeit des Verstopfens des Filtermediums verringert, um dessen Haltbarkeit bzw. Lebensdauer beträchtlich zu vergrößern, da die geladenen Partikel mit einem größeren Umfang bevorzugt von den Abscheideelektroden 15 aufgefangen werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der ein Gummiblatt, das mehrere eingeschnittene Kontaktstücke 25 aufweist, als elektrisch leitende Gummiblätter 20, 21 verwendet wird, besteht ein Vorteil darin, daß kein Teil mit einem gestörten oder schlechten Kontakt geschaffen wird, weil jedes individuell geschnittene Kontaktstück 25 selbst dann gegen eine entsprechende Abscheideelektrode gedrückt wird, wenn die Abscheideelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite oder die Abscheideelektroden 16 an der stromabwärts gelegenen Seite Positionen einnehmen, in denen sie gewisse Unregelmäßigkeiten aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung aber, bei der sichergestellt ist, daß die stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden oder die stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden in Positionen gehalten werden, in denen sie vollkommen ausgerichtet sind, ist es möglich, ein elektrisch leitendes Gummiblatt zu verwenden, das lediglich V-förmig gebogen ist und keine getrennt geschnittenen Stück aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist bezüglich ihres Aufbaues nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es ist auch eine Anordnung möglich, bei der, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, zwei Dichtungsschichten, d. h. eine elektrisch leitende Dichtungsschicht 39, die einen elektrischen Widerstand aufweist, um die Bewegung der Ladungen der Abscheideelektroden 15, 16 zu verhindern, und eine isolierende Dichtungsschicht 40 an der Innenseite der oberen Platte 12 des Rahmens 9 vorgesehen sind, während zwei ähnliche Schichten 41 und 42 an der Innenseite der Bodenplatte 13 vorgesehen sind, so daß jede der elektrisch leitenden Abscheideelektroden 15, die in dem mäanderförmigen Filtermedium 14 von der stromaufwärts gelegenen Seite des Gasstromes angeordnet sind, an ihrem oberen Ende in der elektrisch leitenden Dichtungsschicht 39 und an ihrem unteren Ende in der isolierenden Dichtungsschicht 42 eingebettet ist, während jede elektrisch leitende Abscheideelektrode 16, die in dem Filtermedium von der stromabwärts gelegenen Seite des Gasstromes aus angeordnet ist, an ihrem unteren Ende in der elektrisch leitenden Dichtungsschicht 41 und an ihrem oberen Ende in der isolierenden Dichtungsschicht 40 eingebettet ist. Dabei ist jede der stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden 15 nur mit einer elektrisch leitenden Dichtung verbunden, während jede der stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden 16 nur mit der anderen elektrisch leitenden Dichtung verbunden ist, wobei eine hohe negative oder positive Spannung an die stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden 15 angelegt wird, während eine hohe positive oder negative Spannung an die stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden angelegt wird.

In diesem Fall kann, weil ein elektrisch leitendes flüssiges Dichtungsmittel in die Kanten der Abscheideelektroden 15, 16 gegossen und verfestigt wird, die Leistungszufuhr sicher erfolgen, ohne daß sie durch die Kantenform der Abscheideelektroden 15, 16 beeinträchtigt wird. Der Mechanismus ist daher in hohem Maße zuverlässig.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in der Fig. 13 dargestellt ist, sind die Gummiblätter 43, 44, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, um eine Ladungsbewegung zu verhindern, jeweils mit der Innenseite der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 des Rahmens 9 verbunden bzw. verklebt und ein am oberen Ende jeder elektrisch leitenden Abscheideelektrode 15 ausgebildetes Kontaktstück, das in dem mäanderförmigen Filtermedium 14 von der stromaufwärts gelegenen Seite des Gasstromes montiert ist, steht mit einem weiteren Gummiblatt 43 federnd in Berührung, während ein am unteren Ende jeder elektrisch leitenden Abscheideelektrode 16, die in der stromabwärts gelegenen Seite des Gasstromes montiert ist, federnd mit dem Gummiblatt 44 in Berührung steht. Eine hohe negative oder positive Spannung wird an die Abscheideelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite angelegt, während eine hohe positive oder negative Spannung an die Abscheideelektroden 16 an der stromabwärts gelegenen Seite angelegt wird. In der Fig. 13 bezeichnen die Bezugszeichen 45 und 46 ein Dichtungsmittel, durch das die oberen und unteren Enden des Filtermediums 14 und der Abscheideelektroden 15, 16 jeweils luftdicht mit der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 verbunden werden.

In diesem Fall wird ein in hohem Maße zuverlässiger Kontakt geschaffen, weil die jeweiligen Kontaktstücke und die entsprechenden elektrisch leitenden Gummiblätter miteinander unter einem dauerhaften Druck in Berührung stehen.

Beim obigen Ausführungsbeispiel sind der Ladebereich und der Staubauffangbereich in einem einstückig geformten Rahmen vorgesehen. Diese beiden Bereiche können aber auch in getrennten Rahmen angeordnet sein, die später miteinander verbunden werden.

Bei der vorherigen Ausführungsform kann eine Hochspannungsquelle über ein elektrisch leitendes Material mit den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden, die in dem mäanderförmigen Filter angeordnet sind, verbunden werden. Das elektrisch leitende Material weist einen elektrischen Widerstand auf, um eine Bewegung der Ladungsträger auf den Abscheideelektroden zu vermeiden, so daß in dem Fall, in dem eine elektrische Entladung an einem Teil einer bestimmten Abscheideelektrode auftritt, die Menge dieser Entladung durch den elektrischen Widerstand begrenzt wird und es möglich ist zu verhindern, daß sich die Ladungen aller Abscheideelektroden zu dem Entladungsteil bewegen, wodurch die Entladungsenergie verringert wird. Es tritt daher niemals der Fall auf, daß die Spannung der Abscheideelektrode infolge der elektrischen Entladung zeitweise abfällt, wodurch jede Wahrscheinlichkeit beseitigt wird, daß die Wirksamkeit beim Auffangen von Staub zeitweise verringert wird. Es besteht auch nicht die Gefahr, daß das Filtermedium beispielsweise durch die Ausbildung von Löchern in dem Filtermedium beschädigt wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Abscheideelektroden 15, 16 direkt in die durch das mäanderförmige Filtermedium gebildeten Räume von der stromaufwärts gelegenen Seite und von der stromabwärts gelegenen Seite eingeführt. Es sind aber isolierende Abstandsteile zwischen dem Filtermedium und den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden und/oder zwischen dem Filtermedium und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden vorgesehen. Diese Ausführungsform wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 14 bis 22 erläutert. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 15′ isolierende Abstandsteile, die zwischen dem Filtermedium 14 und den stromaufwärts gelegenen Elektroden 15 angeordnet sind. Mit 16′ sind isolierende Abstandsteile bezeichnet, die zwischen dem Filtermedium 14 und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden 16 angeordnet sind. Jedes dieser Abstandsteile 15′, 16′ kann beispielsweise eine aus Polyethylen gefertigte Gaze sein, die in zwei Hälften gefaltet ist, so daß eine Abscheideelektrode in ihr gehalten wird, wie dies in der Fig. 14 dargestellt ist.

Das Filtermedium 14, in dem die Abscheideelektroden 15, 16 durch die jeweiligen Abstandsteile 15′, 16′ (Gazen) richtig angeordnet sind, wird in dem Rahmen 9 in der richtigen Lage eingebaut (Fig. 15) und es wird eine hohe Gleichspannung an die stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden 16 angelegt, während die stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden 15 mit einem geerdeten elektrischen Kreis 50 verbunden werden, um einen Staubauffangbereich 51 zu bilden. Ein allgemein durch das Bezugszeichen 52 bezeichneter Aufladungsbereich enthält die geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und die ionisierenden Drähte 30 und ist so angeordnet, daß das den Staub aufweisende Gas, das den Ladebereich 52 durchlaufen hat, in den den Staub auffangenden Bereich 51 eintritt.

Bei der diesen Aufbau aufweisenden Filteranordnung sind zwischen dem Filtermedium 14 und den Abscheideelektroden 15, 16 durch die Abstandsteile 15′, 16′ Spalte ausgebildet, wie dies in der Fig. 16 dargestellt ist, die einen direkten Kontakt zwischen den Abscheideelektroden 15, 16 und dem Filtermedium 14 vermeiden. In diesem Fall wird die Durchschlagspannung durch die Summe der Dicke t des Filtermediums 14 und der Dicke t′ der beiden Abstandsteile 15′ und 16′ (t + t′ + t′) bestimmt und die Hochspannung Vc wird an den Abscheideelektroden 15, 16 angelegt.

Beim Betrieb dieser Ausführungsform der elektrostatischen Filtervorrichtung wird eine hohe Gleichspannung an die ionisierenden Drähte 30 in dem Ladeteil 52 und die Abscheideelektroden 16 in dem den Staub auffangenden Bereich 51 angelegt und es wird unter diesen Bedingungen ein Staub enthaltendes Gas in die Vorrichtung geliefert. Die Staubpartikel 47 werden durch eine Corona-Entladung elektrisch geladen, während sie den durch die geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und die ionisierenden Drähte 30 gebildeten Ladeteil durchlaufen, und das die geladenen Partikel 47 mitführende Gas strömt durch den den Staub auffangenden Bereich 51, wie dies in den Fig. 17 und 18 durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist. Bei diesem Vorgang wird Staub durch denselben Staub auffangenden Mechanismus aufgefangen, der im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 11 erläutert wurde.

Bei der vorangehenden Ausführungsform sind beide Gruppen von Abscheideelektroden 15, 16 durch die doppelten Abstandsteile 15′, 16′ eingehüllt, die in diesem Fall als Gazen ausgebildet sind, es kann aber auch nur eine Gruppe dieser Elektroden, d. h. entweder die Abscheideelektroden 15 oder die Abscheideelektroden 16, durch die Gazen eingehüllt sein. Es ist auch nicht erforderlich, die Gazen so auszubilden, daß sie die Abscheideelektroden 15, 16 einzeln umgeben. Sie können auch so angeordnet sein, daß sie sich mäanderförmig entlang beider Seiten des mäanderförmigen Filters 14, wie dies in der Fig. 19 dargestellt ist, oder entlang einer Seite des mäanderförmigen Filtermediums 14, wie dies in der Fig. 20 dargestellt ist, erstrecken, so daß die Gazen zwischen dem Filtermedium 14 und den Abscheideelektroden 15, 16 angeordnet sind. Während im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Ausführungsform Polyethylengazen als isolierende Abstandsteile 15′, 16′ verwendet werden, ist es auch möglich, Gazen oder Netze zu verwenden, die aus zahlreichen anderen Arten isolierender Materialien gefertigt sind, oder gasdurchlässige Materialien zu verwenden. In diesem Fall kann die Größe der Maschen oder Poren so aus einem Bereich ausgewählt werden, daß sie den Durchgang des zu behandelnden, den Staub aufweisenden Gases ermöglichen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein isolierendes Material an den höchsten Punkten der wellenförmigen Abscheideelektroden 15, 16 zu verkleben oder auf eine andere Weise zu befestigen, um die in der Fig. 21 dargestellten isolierenden Schichten 53 zu bilden. Es ist auch möglich, ein isolierendes Material nur an den Teilen der Oberfläche des Filtermediums zu verkleben oder auf eine andere Weise zu befestigen, an denen die höchsten Punkte der Abscheideelektroden 15, 16 angreifen, um isolierende Schichten 54 zu bilden, wie dies in der Fig. 22 dargestellt ist. Da diese isolierenden Schichten 53 oder 54 die Bereiche der höchsten Punkte der Abscheideelektroden bedecken, an denen das elektrische Feld konvergiert, wird eine sehr hohe Durchschlagspannung geschaffen. Da die Abscheideelektroden infolge der isolierenden Schichten nicht direkt mit dem Filtermedium in Kontakt stehen, besteht auch keine Gefahr, daß ihr isolierendes Verhalten unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur oder Feuchtigkeit verschlechtert wird.

Auf diese Weise wird bei dieser beschriebenen Ausführungsform ein direkter Kontakt zwischen dem Filtermedium und beiden Abscheideelektroden 15, 16 oder einer Abscheideelektrode vermieden und die Durchschlagspannung wird durch die Summe der Dicke des Filtermediums und der Dicke der isolierenden Abstandsteile und die an die Abscheideelektroden angelegte Hochspannung bestimmt, so daß selbst dann, wenn der elektrische Isolationswiderstand des Filtermediums infolge einer hohen Umgebungstemperatur oder Feuchtigkeit verkleinert wird, der Verluststrom verringert wird und kein Abfall der Spannung der Spannungsquelle eintritt. Es wird eher die Durchschlagspannung erhöht, um das Anlegen einer höheren Spannung an die Abscheideelektroden zu ermöglichen, wodurch die Wirksamkeit beim Auffangen von Staub erhöht wird. Der Sicherheitsfaktor bei der Anlegung einer hohen Spannung zwischen den Abscheideelektroden wird noch vergrößert und die Vorrichtung kann verwendet werden, ohne daß ein Einfluß durch die Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise die Temperatur, die Feuchtigkeit etc., am Orte der Installation zu befürchten ist. Außerdem wird in dem Fall, in dem die elektrisch leitenden Abscheideelektroden mit einer Gaze oder dgl. bedeckt sind, jede Gefahr beseitigt, daß die Abscheideelektroden während der Herstellung des den Staub auffangenden Bereiches durch das Filtermedium brechen, was zu einem Kurzschluß führen könnte, wenn teilweise ein Kontakt zwischen den stromaufwärts gelegenen Abscheideelektroden und den stromabwärts gelegenen Abscheideelektroden auftreten würde. Der Einbau der Abstandsteile, wie beispielsweise der Gazen, führt zu keinem bedeutenden Anstieg des Druckgefälleverlustes und da für diese Abstandsteile ein im Vergleich zu dem Filtermaterial billiges Material verwendet werden kann, führt dies dazu, daß der sich ergebende Anstieg der Materialkosten klein ist.

Claims

1. Elektrostatische Filteranordnung mit einem Aufladungsbereich (52), in dem Staubpartikel in einem hindurchtretenden Gas elektrisch aufgeladen werden, und mit einem Staubabscheidungsbereich (51), in dem senkrecht zur Strömungsrichtung des aus dem Aufladungsbereich (52) austretenden Gases ein gewelltes Filtermedium (14) angeordnet ist und in den Mulden des gewellten Filtermediums (14) auf der stromaufwärts liegenden Seite mehrere erste Abscheideelektroden (15) und auf der stromabwärts liegenden Seite mehrere zweite Abscheideelektroden (16) angeordnet sind, wobei zwischen den ersten und den zweiten Abscheideelektroden (15, 16) eine Hochspannung angelegt wird, gekennzeichnet durch elastische oder elastisch gelagerte elektrisch leitende Widerstandselemente, die einen Kontaktdruck auf die Abscheideelektroden (15, 16) ausüben, über die die Hochspannung an die Abscheideelektroden (15, 16) angelegt wird und die einen elektrischen Widerstand zwischen den einzelnen ersten Abscheideelektroden (15) und zwischen den einzelnen zweiten Abscheideelektroden (16) bilden.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Widerstandselemente jeweils aus einem Gummiblatt (20, 21) bestehen, das V-förmig gebogen ist.

3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich (22) des V-förmigen Gummiblattes mehrere Einschnitte (25) aufweist, die von der Kante ausgehen und kleine Kontaktstücke bilden.

4. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Widerstandselemente jeweils aus einer elektrisch leitenden Dichtung (39, 41) mit einem elektrischen Widerstand bestehen, wobei die Dichtungen (39, 41) aus einem flüssigen elektrisch leitenden Dichtungsmittel gebildet sind, das in den Bereich zwischen dem Rahmen (9) der Anordnung, dem Ende des gewellten Filtermediums (14) und den Enden der stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Abscheideelektroden (15, 16), die in dem Filtermedium (14) gehalten werden, gegossen und verfestigt wird.

5. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eilne elektrisch leitende Dichtung (39) an der einen und eine weitere elektrisch leitende Dichtung (41) an der anderen der sich gegenüberliegenden Wandflächen des Rahmens (9) vorgesehen ist.

6. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Widerstandselemente jeweils aus einem elektrisch leitenden Blatt (43, 44) bestehen, das einen elektrischen Widerstand aufweist; daß ein elektrisch leitendes Blatt (43) elastisch mit den Enden der in dem gewellten Filtermedium (14) gehaltenen stromaufwärts liegenden Abscheideelektroden (15) in Verbindung steht; und daß ein weiteres elektrisch leitendes Blatt (44) elastisch mit den Enden der in dem gewellten Filtermedium (14) gehaltenen stromabwärts liegenden Abscheideelektroden (16) in Verbindung steht.

7. Filteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Blatt (43) an der einen und ein anderes elektrisch leitendes Blatt (44) an der anderen der sich gegenüberliegenden Wandflächen des Rahmens (9) vorgesehen ist.

8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gasdurchlässige isolierende Abstandsteile (15′, 16′) zwischen dem Filtermedium (14) und den stromaufwärts liegenden Abscheideelektroden (15) und/oder zwischen dem Filtermedium (14) und den stromabwärts liegenden Abscheideelektroden (16) vorgesehen sind.

9. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (15′, 16′) die Form einer aus einem Kunststoff oder einem anderen isolierenden Material hergestellten Gaze aufweisen.

10. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektroden (15, 16) wellenförmig sind, und daß die Abstandsteile (15′, 16′) isolierende Schichten (53) sind, die an den höchsten Punkten der wellenförmigen Abscheideelektroden vorgesehen sind.

11. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektroden (15, 16) wellenförmig sind, und daß die Abstandsteile (15′, 16′) isolierende Schichten (54) sind, die an den Bereichen der Oberfläche des Filtermediums (14) vorgesehen sind, an denen die höchsten Punkte der Abscheideelektroden (15, 16) anliegen.

12. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (15′, 16′) die Form von isolierenden Gazen aufweisen, die die Abscheideelektroden (15, 16) einzeln umhüllen.

13. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (15′, 16′) die Form von isolierenden Gazen aufweisen, die entlang beider Seiten oder entlang einer Seite des gewellten Filtermediums (14) angeordnet sind.