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Vorrichtung zur elektrischen Gasreinigung. Das elektrische Feld 'hat
bei der Staubniederschlagung zwei Aufgaben zu erfüllen: erstens die Staubteile elektrisch
aufzuladen, zweitens aber sie auf die Elektroden (bzw. auf eine von ihnen) hin zu
'bewegen, um die Staubteile dort festzuhalten oder auch derartig zusammenzuballen,
daß nur größere Brocken sich von den Elektroden loslösen, herabfallen und. sich
unterhalb der Elektroden ansammeln können.
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Diese zwei Aufgaben des elektrischen Feldes widersprechen einander
gewissermaßen bezüglich der Ansprüche, die jede einzelne von ihnen an das elektrische
Feld stellt. Denn es ist klar, daß, wenn, die Staubteile erst einmal elektrisch
aufgeladen sind, die Oberflächeneinheit der Staubniederschlagungskammer um so wirksamer
sein, also bei sonst gleichen Bedingungen (Gasgeschwindigkeit und Staubbeschaffenheit)
in der Zeiteinheit um so mehr Staub aufnehmen wird, je näher die Potentialverteilung
im Querschnitt des Gasstromes an den maximalen, wegen des Funkenausgleiches gerade
noch zulässigen Gradienten heranreicht. Diese Bedingung ist gleichbedeutend mit
der Forderung eines möglichst gleichmäßigen Feldes; sie würde also z. B. erfüllt
werden durch Anordnung zweier paralleler möglichst ausgedehnter Platten, an denen
sich keine Unebenheiten (Spitzen) befinden und deren Ränder mit möglichst großem
Krümmungsradius abgerundet sind. Eine solche Anordnung würde aber ,die erste der
eingangs erwähnten Aufgaben nicht befriedigend erfüllen, da der Staub zwischen solchen
Platten unvollkommen und in den verschiedenen Punkten im Gasströmungsquerschnitt
verschieden aufgeladen werden würde. Die Aufladung würde nämlich nur an denjenigen
Stellen geschehen, an welchen durch eine mechanische Unvollkommenheit in den Platten,
durch von Schmutz hervorgerufene Unebenheiten .und ähnliche Zufälligkeiten eine
Ausstrahlung von Elektronen vor sich geht.
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Aus diesem Grunde wird in der Praxis der Kathode gern ein kleiner
Krümmungsradius verliehen, man macht sie aus dünnem Draht, an welchem die Staub
aufladende Büschelentladung auftritt. Vom Übel ist aber dabei wieder, .daß das Feld
infolge der durch den Entladungsvorgang bedingten Spannungsverteilungen zum großen
Teil an der Drahtkathode abfällt; die (vielfach zylindrische, plattenförmige) Anode
ist von einem allzu schwachen elektrischen Feld. umgeben, so däß die Kraft, mit
der der aufgeladene Staub von -dieser Elektrode angefaßt wird, zu gering ist. Und
wenn man in der Absicht, die Kraft .der Plattenanode zu vergrößern, die Gesamtspannung
erhöht, so steigt der Abfall an der Drahtkathode derartig an, daß Überschläge eintreten,
noch lange bevor die gewünschte Kraft an der Anode erzielt ist.
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Die Erfindung will eine gleichmäßige Verteilung des Feldes und damit
eine bessere Ausnutzung der Niederschlagungskammer,
vor allem aber
die Verhütung von Überschlägen selbst bei Anwendung ganz schwacher Elektroden, oder
wenn sich an Elektroden von großem Krümmungsradius aus Staub-. partikeln gebildete
spitze Anlagerungen ansetzen, dadurch erzielen, .daß zwischen den bisherigen beiden
Elektroden, die nunmehr als Endelektroden bezeichnet werden können, noch Leiter
oder Leitersysteme als Zwischenelektrode angeordnet und. auf passende Zwischenspannungen
aufgeladen gehalten werden. Daß dadurch eine gleichmäßigere Verteilung der Spannungen
im Gesamtquerschnitt erreicht wird, ergibt sich ohne weiteres aus der geometrischen
Überlegung; daß aber andererseits. bei Anwendung gleicher Gesamtspannung Überschläge
verhütet und infolgedessen ein Arbeiten mit höheren Gesamtspannungen ermöglicht
wird, also die Einführung viel größerer staubabscheidender Kräfte, ergibt sich daraus,
daß die Übersch lagaweiten nicht einfach proportional der Spannung wachsen, sondern
viel schneller als die Spannung, so daß z. B. eine Funkenstrecke von z cm von einer
wesentlich niedrigeren Spannung überbrückt wird als zwei hintereinandergeschaltete
Funkenstrecken von je i cm. Ähnlich wird man in der Staubniederschlagungskammer
zwischen den Endelektroden die Überschlagsspannung dadurch erhöhen können, daß man
eine Zwischenelektrode einfügt. Die Zwischenelektrodendürfen natürlich nicht in
dem Raum der Niederschlagskammer wie eine Zwischenwand, noch als elektrostatischer-
Schirm. wirken, müssen vielmehr freie Durchlässe zwischen den näch stbenachbarten
Elektroden bestehen lassen. Das führt zur Anordnung einer Reihe paralleler Leiter
oder zur Gestaltung der einheitlichen ZwischenelektrMie als luftiges Gitter. Die
Gasströmung findet dann natürlich, wenn die Elektroden in zylindrischer konzentrischer
Form angeordnet sind, :derartig statt, daß das Gas den Querschnitt sowohl innerhalb
als auch außerhalb eines jeden der Leitersysteme durchströmt. Dabei müssen wieder
die einzelnen Leiter oder die Leiterelemente einer einheitlichen Zwischenelektrode
einander nahe genug liegen, um leicht bewegliche Ionen in hinreichendem Maße abzufangen
und. festzuhalten und damit Überschläge zwischen den Endelektroden nach Möglichkeit
zu verhüten. Eine derartige Anordnung stört die Bewegung der schweren Staubteile
von Endelektrode zu Endelektrode nicht, da sie viel zu schwer beweglich sind, um
von den Drähten der Zwischenelektroden seitlich abgedrängt zu werden.
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Man hat es in der Hand, die Verhältnisse, insbesondere die Drahtstärke
und den Abstand derEinzeldrähte der Zwischenelektrode, so zu wählen, daß die Zwischenelektrode
ilwerseits keine Büschelentladungen auftreten läßt. Darf man hingegen dem Gas eine
zusätzliche Ionisation nächst der Anode (Außenelektrode) zumuten, ohne befürchten
zu müssen, daß ein Zuviel an Ionen die Überschläge zu sehr begünstigt, so kann man
bei entsprechender Wahl der Verhältnisse auch eine Büschelentladunz an der Zwischenelektrode
und ,durch sie eine zusätzliche Ionisation herbeiführen, wodurch die Leistung der
Kammer. auf die Oberflächeneinheit erhöht wird.
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Die eben besprochene Möglichkeit, die Zwischenelektrode zur Ionisation
heranzuziehen, gestattet aber auch eine Anordnung, bei welcher die Ionisation des
Gasstromes überhaupt auf der Zwischenelektrode beruht, 'nämlich eine Anordnung,
bei der die Endelektroden plattenförmig oder von großem Krümmungsradius und deshalb
im Sinne -des in der Einleitung Gesagten zur Ionisation ungeeignet sind. Hier ersetzt
nun die Einschaltung einer dünndrähtigen, zur Hervorbringung von Büschelentladungen
geeigneten Zwischenelektrode die den Plattenelektroden abgehende Eigenschaft.
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Statt einer Zwischenelektrode bzw. einer Reihe von Zwischenleitern
kann man unter Umständen zwei oder mehr Zwischenelektroden bzw. Leitersysteme anordnen,
deren Spannung sinngemäß nach obigem verteilt wird.
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Die elektrische Apparatur für die Aufladung. der ganzen -aufeinanderfolgenden
Elektrodensysteme wird entweder aus mehreren hintereinandergeschalteten Elektrizitätsquellen
gebildet oder auch aus einer einzigen unter Zuhilfenahme von Widerständen, die den
einzelnen Entladungswegen der Gase parallel liegen und so die Verteilung der Spannung
auf die einzelnen Leitersysteme besorgen.
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Abb. i zeigt als Ausführungsbeispiel den Querschnitt einer zylindrischen
Niederschlagungskammer mit röhrenförmiger Anode a und mit in der Röhrenachse ausgespanntem
Draht b als Kathode. Zwischen fliesen beiden Endelektroden ist eine konzentrische
Reihe von Drähten c angeordnet, die als Einzelleiter zusammen die Zwischenelektrode
bilden. Als zahlenmäßige Angaben für die Ausführung einer solchen Niederschlagungskammer
laut Abb. i seien folgende gegeben: Durchmesser 36o mm, Außenelektrode auf Erdpotential,
Innenelektrode minus 50 000 Volt, Zwischenelektrode auf 15 ooo bis 2o ooo
Volt aufgeladen, Abstand der einzelnen Drähte der Zwischenelektrode voneinander
erheblich weniger als 35 min. Dieses letzte Maß gilt für
den Fall,
daß eine Büschelentladung von der Zwischenelektrode nicht erwünscht ist. Will man
eine solche Büschelentladung halben, so wird man die Entfernung der Drähte erheblich
größer und die Drähte selbst dünn genug machen, um eine Entladung an ihnen zu begünstigen.
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Abb.2 zeigt die bereits erwähnte Anordnung mit zwei plattenförmigen
Endelektroden ä und b' und mit einer zwischen beiden stehenden Reihe
von Drähten c' als Zwischenelektrode.