DE4033679C2 - Verfahren zum Steuern der Funktion eines elektrischen Filtergeräts und elektrisches Filtergerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Funktion eines elektrischen Filtergeräts sowie auf ein Filtergerät zur Reinigung von Gasen, nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 7.

Elektrische Filtergeräte mit einer Ionisie­ rungszone und einer Sammelzone sind ziemlich bekannt. Das Funktionsprinzip dieser Filtergeräte besteht dar­ in, daß zu reinigendes Gas, gewöhnlich Luft, mittels eines Gebläses in eine elektrische Zellenkonstruktion geleitet wird, die sowohl eine Ionisierungszone als auch eine Sammelzone aufweist. In der Ionisierungszo­ ne werden die Partikeln der zu reinigenden Luft in­ folge eines starken elektrischen Feldes geladen. Das elektrische Feld wird mittels einer Hochspannungs­ quelle zustandegebracht, die Elektroden entgegenge­ setzten Vorzeichens mit Hochspannung speist. Die Spannung der Ionisierungszone ist typisch 8 bis 12 kV. Die geladenen, d. h. ionisierten, Partikeln trei­ ben aus der Ionisierungszone in die Sammelzone, in der die Partikeln sich in Elektroden entgegengesetz­ ten Vorzeichens den Partikeln gegenüber sammeln. Die Spannung der Sammelzone ist typisch 4 bis 8 kV. Damit die Partikeln der zu reinigenden Luft in der Ionisierungszone geladen werden, muß die Potentialdifferenz der Elektroden darin groß genug sein. Je mehr zu trennende oder zu filternde Partikeln die Luft ent­ hält oder je schneller sie sich bewegen, um so größer ist die Spannung, die in der Ionisierungszone erfor­ derlich ist, weil einige Partikeln andernfalls die Ionisierungszone passieren, ohne geladen zu werden, und entsprechend in der Sammelzone nicht gesammelt werden können. Wenn der Ionisierungszone eine große elektrische Leistung zugeführt wird, wie bei Filter­ geräten nach dem Stand der Technik geschieht, wird zwar ein gutes Trennungsvermögen erhalten, aber in der Ionisierungszone entsteht entsprechend ein großer Koronastrom infolge der ionisierten Luft. Ein Nach­ teil des großen Koronastroms ist, daß er schädliches Ozon erzeugt. Auch physiologisch schädliche Stick­ stoffoxyde entstehen. Die Menge von irritierenden und schädlichen Verbindungen, sowie Ozon, ist unmittelbar proportional zu der Größe des Koronastroms. Weil große Gehalte an Ozon gesundheitsschädlich sind, sind Höchstgehalte dafür in Arbeitsschutznormen gegeben worden. Wenn ein zu reinigendes Gas nur wenig zu trennende Partikeln enthält, ist zum Schaffen einer guten Trennung kein großer Koronastrom erforderlich; dann ist ein großer Koronastrom ausschließlich zum Nachteil. Obgleich die Filterungsleistung der Filter­ geräte nach dem Stand der Technik manchmal geregelt werden kann, basiert die Leistungsregelung aus­ schließlich auf einer Regelung der Blaswirkung des Filtergeräts: eine kleine Blaswirkung wird verwendet, wenn die Anzahl der zu trennenden Partikeln klein ist, und eine größere Blaswirkung, wenn die Anzahl der zu trennenden Partikeln größer ist. Ein Problem mit den Geräten nach dem Stand der Technik ist je­ doch, daß, sogar wenn die Blaswirkung und die Anzahl von zu trennenden Partikeln klein sind, bemerkenswer­ te Mengen von schädlichen Verbindungen, und besonders erwähntem Ozon, entstehen.

Aus der DE 30 48 979 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Funktion eines elektrischen Filter­ geräts zur Reinigung von Gasen bekannt, bei dem die Filterspannung als Funktion des Staubgehalts des zu reinigenden Gases geregelt wird, so dass die Hochspannung mit fallen­ dem Staubgehalt abnimmt und mit steigendem Staubgehalt ansteigt.

Aus der DE-GM 70 06 462 ist weiterhin ein ortsveränderliches Raumluftelektrofilter bekannt, das den Aerosolgehalt von Raumluft wirksam verringern kann, indem die mit der Luft in das Gerät gesaugten Partikel sich in eine Zone aufladen und durch ein weitgehend homogenes elektrisches Feld auf ebenen Flächen abgeschieden werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unnötige Erzeugung von Ozon bei elektrischen Filtergeräten zu reduzieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Koronastroms in der Ionisierungszone als Funktion der Geschwindigkeit des in der Filterzelle strömenden, zu reinigenden Gases so geregelt wird, dass bei einer kleinen Gasgeschwindigkeit, wenn ein kleines Trennungsvermögen der Fil­ terzelle verlangt wird, die Größe des Koronastroms niedrig geregelt wird, und bei einer gro­ ßen Gasgeschwindigkeit, wenn ein großes Trennungsvermögen der Filterzelle verlangt wird, die Größe des Koronastroms größer geregelt wird, so dass die von dem Koronastrom verur­ sachte Ozonerzeugung verhältnismäßig niedrig ist. Anders gesagt wird die Größe des Koro­ nastroms so geregelt, dass bei einer kleinen Gasgeschwindigkeit, wenn ein zum Fangen ei­ ner Partikel benötigtes Ionisierungsgrad klein ist, der Koronastrom niedrig geregelt wird, und bei einer großen Gasgeschwindigkeit, wenn das zum Fangen einer Partikel benötigte Ionisierungsgrad groß ist, der Koronastrom größer geregelt wird, wobei die von dem Koro­ nastrom verursachte Ozonerzeugung dem Volumenstrom des strömenden Gases gegenüber niedrig ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den entsprechenden Unteran­ sprüchen 2 bis 5.

Eine sehr einfache und leichte Weise zum Anordnen der Regelung des Koronastroms ist, dass die Größe des Koronastroms durch Steuerung der Hochspannungs­ quelle der Filterzelle mit einem Leistungswählschalter des Gebläses geregelt wird. Wenn erwünscht, kann die Regelung der Größe des Koronastroms alternativ durch Einwirkung auf einen Stromregler der Hochspannungsquelle der Filterzelle genauer angeordnet werden, wobei ein Meßglied der Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases verwendet werden kann, welches Glied an Signal gibt, das die Funktion der Hochspannungsquelle steuert. Eine weitere leichte Weise zum Regeln der Größe des Koronastroms ist, dass die Anzahl von Koronadrähten in Gebrauch beeinflußt wird. Andere Mittel zum Regeln der Größe des Koronastroms werden in den beigefügten, abhängigen Patentansprüchen ange­ führt.

Das erfindungsgemäße Filtergerät nach Anspruch 7 ist entsprechend dadurch gekennzeich­ net, dass das Filtergerät Regelmittel aufweist, und zwar zum Regeln der Größe des Korona­ stroms der Ionisierungszone als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases so, dass bei einer kleinen Gasgeschwindigkeit, wenn ein kleines Trennungsvermögen der Filterzelle verlangt wird, die Größe des Koronastroms niedrig geregelt wird, und bei einer großen Gasgeschwindigkeit, wenn ein großes Trennungsvermögen der Filterzelle ver­ langt wird, die Größe des Koronastroms größer geregelt wird, so dass die von dem Korona­ strom verursachte Ozonerzeugung verhältnismäßig niedrig ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Filtergeräts ergeben sich aus den Unteransprüchen 8 bis 10.

In einer einfachen und billig ausführbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts ist der Leistungswählschalter des Gebläses geschaltet, die Hochspannungsquelle zu steuern. Andere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Patentansprüchen ange­ führt.

Dank der erfindungsgemäßen Lösung kann die Er­ zeugung von schädlichen Verbindungen, besonders Ozon, bei elektrischen Filtergeräten reduziert werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht trotzdem ein effi­ zientes Trennungsgrad.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Geräts in Draufsicht,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts in Draufsicht,

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsform in Draufsicht, und

Fig. 4 noch eine erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsform in Draufsicht.

Das elektrische Filtergerät in Fig. 1 weist eine mit dem Bezugszeichen 1 allgemein bezeichnete elektrische Filterzelle auf, die eine mit dem Bezugs­ zeichen 2 bezeichnete Ionisierungszone und eine mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete Sammelzone hat. Die Ionisierungszone weist eine positive Elektrode 4, d. h. eine Koronaelektrode, und zwei negative Elektro­ den 5 auf. Die Koronaelektrode 4 besteht aus einem drahtförmigen Element, das parallel zu den scheiben­ förmigen, negativen Elektroden 5 ist. Zwischen die Koronaelektrode 4 und die negativen Elektroden 5 wird eine Spannung von etwa 8 kV von einer Hochspannungs­ quelle 6 zugeführt. Die Sammelzone 3 der Filterzelle 1 weist eine scheibenförmige, positive Elektrode 7 auf, die parallel zu den erwähnten, negativen Elek­ troden 5 ist. Die negativen Elektroden 5 sind also gemeinsam für die Ionisierungs- und die Sammelzone. Eine Spannung von etwa 6 kV wird von der Hochspan­ nungsquelle 6 zwischen die positive Elektrode 7 der Sammelzone und die negativen Elektroden 5 zugeführt. Weiter weist das Filtergerät an der Eintrittsseite der zu reinigenden Luft ein Gebläse 8 zum Zuführen eines Luftstroms der Filterzeile 1 auf. Die Pfeile zeigen die Richtung der Luftströmung. In der Ionisie­ rungszone 2 werden zu trennende Partikeln 9 positiv geladen, und sie treiben infolge der Luftströmung auf die Oberfläche der negativen Elektroden 5 der Sammel­ zone. Die Elektroden 5 werden durch Schütteln oder Waschen gereinigt. Von einem Leistungswählschalter 10 des Gebläses 8 läuft eine Leitung 11 durch eine Re­ geleinheit 12 in die Hochspannungsquelle 6. Die Funk­ tion der Hochspannungsquelle 6 wird von der Regelein­ heit 12 so gesteuert, daß je kleinere Leistung für das Gebläse 8 gewählt wird, um so weniger Leistung der Ionisierungszone 2 zugeführt wird. Auf diese Wei­ se werden der Koronastrom der Ionisierungszone 2 und die Ozonerzeugung klein sein, wenn nur ein kleines Trennungsvermögen, d. h. ein kleines Filtrierungsver­ mögen des Filtergeräts verlangt wird. Weil die Blas­ wirkung des Gebläses 8 nicht ganz unmittelbar propor­ tional zu der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ist, ist die Steuerung der Hochspannungsquelle natürlich nicht die allergenaueste.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die Lösung der Fig. 2 entspricht der Lö­ sung der Fig. 1, abgesehen davon, daß ein Meßglied 13 der Luftstromgeschwindigkeit verwendet wird, das die Funktion einer Regeleinheit 12' steuert. Ein Vor­ teil dieser Lösung ist, daß die Funktion der Hoch­ spannungsquelle 6 je nach der wirklichen Geschwindig­ keit des Luftstroms gesteuert wird, wobei die Steue­ rung konsequenter und genauer sein wird, als bei der ersten Ausführungsform. In Fig. 2 werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für respektive Komponen­ ten verwendet.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, wobei meh­ rere nebeneinander angeordnete Koronaelektroden 4" in der Ionisierungseinheit des Filtergeräts vorgese­ hen sind. Obgleich nur drei Koronaelektroden 4" in der Figur gezeichnet sind, können sie auch mehrere sein. Die Idee dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Anzahl der Koronaelektroden 4" in Gebrauch je nach dem erforderlichen Filtrierungsvermögen und der Luftstromgeschwindigkeit gesteuert wird: wenn kein großes Filtrierungsvermögen von dem Filtergerät gefordert wird, wird nur eine Koronaelektrode oder zwei Koronaelektroden verwendet, wenn aber das Fil­ trierungsvermögen das größte mögliche sein muß, wird eine Spannung an alle Koronaelektroden 4" angeschal­ tet. Das Meßglied 13 der Luftstromgeschwindigkeit steuert eine Regeleinheit 12", die die nötige Anzahl Koronaelektroden 4" einschaltet. Die beschriebene Regelung ist leicht zu verwirklichen, weil keinerlei innere Regelung einer Hochspannungsquelle 6" ausge­ führt wird, sondern die Spannung der Hochspannungs­ quelle konstant gehalten wird. Somit wird in dieser Ausführungsform nur die Anzahl der einzuschaltenden Koronaelektroden 4" verändert, wobei die Anzahl der Koronaströme reduziert wird, wenn die erforderliche Filterungsleistung klein ist. Die Bezugszeichen der Fig. 3 entsprechen den Bezugszeichen der Fig. 1 und 2.

In Fig. 4 wird noch eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die der Ausführungsform der Fig. 3 entspricht, abgesehen davon, daß kein Meßglied der Luftstromgeschwindigkeit verwendet wird, sondern eine die Anzahl der einzuschaltenden Koronadrähte 4" steuernde Regeleinheit 12''' mit dem Leistungswähl­ schalter 10 des Gebläses 8 gesteuert wird. Die prak­ tische Verwirklichung der Ausführungsform ist sehr leicht und die Regelung kann durch Ausnutzung mehre­ rer Koronaelektroden 4" ziemlich genau so verwirk­ licht werden, daß die Größe des Koronastroms unmit­ telbar proportional zu der Luftstromgeschwindigkeit sein wird, obgleich die Regeleinheit 12''' mit dem Leistungswählschalter 10 des Gebläses 8 gesteuert wird. In Fig. 4 werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 für respektive Teile verwendet.

In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist die Regelung der Hochspannungsquelle 6 so verwirk­ licht worden, daß auf den Stromregler der Hochspan­ nungsquelle eingewirkt wird. Dies kann durch dem Fachmann in der Elektrizitätsbranche bekannte Mittel, verschiedene Schaltungen, verwirklicht werden, die den Innenwiderstand der Hochspannungsquelle regeln. Durch Einwirkung auf den Stromregler der Hochspan­ nungsquelle kann die Funktion des Filtergeräts sehr kontrolliert und genau werden. In den Fällen der Fig. 1 und 2 kann statt der Stromregelung die Ioni­ sierungsspannung geregelt werden. Diese Regelung ist nicht gleich schnell und exakt kontrolliert wie die vorige, der Vorteil damit ist jedoch, daß sie leicht zu verwirklichen ist.

Die Absicht einer nicht-gezeigten, erfindungs­ gemäßen Lösung ist, die Größe des Koronastroms zu regeln, und die Ausführung dieser Lösung könnte zum Beispiel an die der Fig. 3 und 4 erinnern, aber so sein, daß auf die Anzahl der Koronaelektroden nicht eingewirkt wird, sondern eine Koronaelektrode gewählt wird, deren Form oder Oberflächenebenheit für eine bestimmte Luftstromgeschwindigkeit geeignet ist.

Es ist weiter denkbar, daß auf die Geometrie der Ionisierungszone eingewirkt wird. Dann kann in der Praxis so verfahren werden, daß der Abstand oder die Lage der negativen Elektroden der Ionisierungs­ zone in bezug auf die Koronaelektrode geregelt wird.

Weil der spezifische Widerstand der Luft die Größe des Koronastroms beeinflußt, ist es erfindungs­ gemäß denkbar, daß auf den spezifischen Widerstand der Luft (oder des zu reinigenden Gases) eingewirkt wird, wenn der Koronastrom geregelt werden soll. Da­ bei kann vorzugsweise so verfahren werden, daß ein an den Eingangspunkt der Filterzelle angeschalteter, (nicht-gezeigter) elektrischer Heizer mit dem Meß­ glied der Luftstromgeschwindigkeit gesteuert wird, welcher Heizer die zu reinigende Luft kontrolliert heizen kann.

Oben wird die Erfindung nur mittels einiger vorteilhafter Ausführungen beschrieben. Es ist zu merken, daß die Einzelheiten der Erfindung in vielen Weisen im Rahmen der beigefügten Patentansprüche ver­ wirklicht werden können. Somit kann die Gesamtanzahl der Elektroden des Filtergeräts natürlich variieren; die Pole der Elektroden können mit entgegengesetzten Vorzeichen versehen werden; das Meßglied der Luft­ stromgeschwindigkeit kann statt an der Eingangsseite der elektrischen Zelle an deren Ausgangsseite gelegen sein und das Gerät kann auch zur Reinigung irgend­ eines anderen Gases als der Luft angewendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern der Funktion eines elektrischen Filtergeräts zur Reinigung von Gasen, besonders von Luft, an welches Filtergerät ein Geblä­ se (8) angeschlossen ist und welches Gerät eine elek­ trische Filterzelle (1) mit einer Ionisierungszone (2) und einer Sammelzone (3) aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Größe des Korona­ stroms in der Ionisierungszone (2) als Funktion der Geschwindigkeit des in der Filterzelle (1) strömen­ den, zu reinigenden Gases so geregelt wird, daß bei einer kleinen Gasgeschwindigkeit, wenn ein kleines Trennungsvermögen der Filterzelle verlangt wird, die Größe des Koronastroms niedrig geregelt wird, und bei einer großen Gasgeschwindigkeit, wenn ein großes Trennungsvermögen der Filterzelle verlangt wird, die Größe des Koronastroms größer geregelt wird, so daß die von dem Koronastrom verursachte Ozonerzeugung verhältnismäßig niedrig ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Koro­ nastroms durch Steuerung einer Hochspannungsquelle (6, 6''') der Filterzelle (1) mit einem Leistungs­ wählschalter (10) des Gebläses (8) geregelt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Koro­ nastroms durch Einwirkung auf einen Stromregler der Hochspannungsquelle (6) der Filterzelle (1) geregelt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Koro­ nastroms durch Einwirkung auf den spezifischen Wider­ stand der Luft geregelt wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Koronastroms durch Einwirkung auf die Anzahl von Koronaelektroden (4", 4''') in Gebrauch oder durch Modifizierung der Geometrie der Koronaelektroden ge­ regelt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Koro­ nastroms durch Ändern der Geometrie der Ionisierungs­ zone (2) der Filterzelle (1) geregelt wird.

7. Elektrisches Filtergerät zum Sammeln von Staub, Rauch und anderen kleinen Partikeln (9) aus der Luft oder irgendeinem anderen Gas, welches Fil­ tergerät ein Gebläse (8), eine Hochspannungsquelle (6, 6", 6''') sowie eine Ionisierungszone (2) und eine Sammelzone (3) aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filtergerät Regelmittel (12, 12", 12''') aufweist, und zwar zum Regeln der Größe des Koronastroms der Ionisierungszone (2) als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des zu reini­ genden Gases so, daß bei einer kleinen Gasgeschwin­ digkeit, wenn ein kleines Trennungsvermögen der Fil­ terzelle (1) verlangt wird, die Größe des Korona­ stroms niedrig geregelt wird und bei einer großen Gasgeschwindigkeit, wenn ein großes Trennungsvermögen der Filterzelle verlangt wird, die Größe des Korona­ stroms größer geregelt wird, so daß die von dem Koro­ nastrom verursachte Ozonerzeugung verhältnismäßig niedrig ist.

8. Elektrisches Filtergerät nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungswählschalter (10) des Gebläses (8) geschaltet ist, die Hochspannungs­ quelle (6) zu steuern.

9. Elektrisches Filtergerät nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Meßglied (13) der Gasstromgeschwindigkeit aufweist, das geschaltet ist, die Hochspannungsquelle (6) mittels der Regeleinheit (12') zu steuern.

10. Elektrisches Filtergerät nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzei­ chnet, dass die Ionisierungszone (2) wenigstens zwei, aber vorzugsweise mehrere Koro­ naelektroden (4", 4,''') und Mittel zum Ein- und Ausschalten der Koronaelektroden auf­ weist, so dass bei einer kleinen Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases eine kleinere Anzahl Koronaelektroden in Gebrauch ist als wenn die Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases groß ist.