DE69617442T2 - Elektroabscheider für luftreinigung von elektrisch aufgeladen aerosolen - Google Patents
Elektroabscheider für luftreinigung von elektrisch aufgeladen aerosolenInfo
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Description
- In SE-B-469 466 wird ein zweistufiger Elektrofilter beschrieben, wobei der Filter einen Ionisierungsabschnitt aufweist, der stromabwärts, gesehen in der gewünschten Lufttransportrichtung, von einem so genannten elektrostatischen Elektroabscheider gefolgt wird. Die Elektrodenelemente des elektrostatischen Elektroabscheiders, wobei die Elemente bei der offenbarten Ausgestaltung ebene Platten sind, sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das als hoch widerstandsfähig oder antistatisch angesehen wird (so genanntes dissipatives Material). Dennoch können in anderen Ausführungsformen die Elektrodenelemente andere Formen haben. Durch die Verwendung eines solchen Materials gemäß des erwähnten Patentdokuments kann man eine wesentliche Verbesserung der Trennungsfähigkeit erreichen. Der Grund dafür ist, dass die Spannung, welche zwischen den Elektrodenelementen erzeugt wird, höhere Werte annehmen kann als vorbekannte Elektrofilter mit Elektrodenelementen aus metallischem Material und damit aus wenig widerstandsfähigem Material.
- In SE-A-9303894-1 wird eine Weiterentwicklung der Ausgestaltung eines elektrostatischen Elektroabscheiders gemäß dem oben erwähnten Patentdokument beschrieben. Gemäß SE-A- 9303894-1 eröffnet elektrische Abschirmung von bestimmten Abschnitten der Elektroden des elektrostatischen Elektroabscheiders Möglichkeiten, die Spannung zwischen den Elektroden weiter zu erhöhen. Der Effekt davon ist eine gesteigerte Trennungsfähigkeit.
- Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in Verbindung mit zweistufigen Elektrofiltern gemäß den oben erwähnten Patentdokumenten angewandt. Dennoch kann die Erfindung auch in Verbindung mit vorbekannten zweistufigen Elektrofiltern oder Vorrichtungen auf der Grundlage von Ionenwind von der in EP-B-0 264 363 beschriebenen Art oder anderen Vorrichtungen zum Trennen elektrisch geladener Aerosole (siehe SE-A-9400110-4) verwendet werden.
- Der elektrostatische Elektroabscheider eines Elektrofilters besteht normalerweise aus einer Gruppe von elektrisch abstoßenden Elektrodenelementen R und einer Gruppe aus elektrisch anziehenden Elektroden A, die so angeordnet sind, dass die Elektrodenelemente einer Gruppe mit einem Lückenabstand (a) und abwechselnd mit den Elektrodenelementen der anderen Gruppe positioniert werden, wobei die Elemente der verschiedenen Gruppen einander gegenüber auf unterschiedlichem Potential liegen.
- Wie zum Beispiel in SE-B-469466 beschrieben sind die Elektrodenelemente vorzugsweise aus einem Material auf Zellulosebasis gefertigt.
- In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Leistung der Vorrichtung zu einem großen Teil unter anderem von der Papierqualität und auch von externen Faktoren wie der Luftfeuchtigkeit und dem Faulen der Filterkassette abhängt. Durch Erhöhen der Feuchtigkeit nimmt der spezifische Widerstand des Zellulosematerials dramatisch ab und ein ordnungsgemäß funktionierender und bemessener elektrostatischer Elektroabscheider verliert oder vermindert seine Fähigkeit, Partikel zu trennen. Zudem kann der elektrostatische Elektroabscheider als Ergebnis des verminderten spezifischen Widerstandes im Elektrodenmaterial und einer hohen Spannung zwischen den Elektroden größere Mengen Ozon emittieren (als Ergebnis der Koronaentladung in erster Line zwischen den Randabschnitten der Elektrodenelemente A und R). WO-A-95/19225 zeigt einen elektrostatischen Elektroabscheider gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Das grundlegende Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Luftreinigungsvorrichtung auf der Grundlage eines verbesserten elektrostatischen Elektroabscheiders hauptsächlich auf der Grundlage eines auf Zellulose basierenden Materials zu schaffen.
- Gemäß der Erfindung ist ein kennzeichnendes Merkmal, dass wenigstens eines der Elektrodenelemente A oder R aus einem Material auf Zellulosebasis besteht, welches sehr hochohmig ist, vorzugsweise mit einem spezifischen Widerstand, der dem antistatischen oder dissipativen Konzept entspricht und auch, dass beide Elektrodenelemente so angeordnet sind, dass sie nicht durch Feuchtigkeit beeinflusst werden oder wenigstens nicht in einem solchen Ausmaß von ihr beeinflusst werden, der es Wert wäre, erwähnt zu werden. Wenn nur ein Elektrodenelement aus einem Material auf Zellulosebasis besteht, so kann das andere Elektrodenelement, vorzugsweise Elektrodenelement A, aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel dünnen Aluminiumplatten, bestehen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrostatischen Elektroabscheiders gemäß der Erfindung enthält zwei Gruppen von Elementen R und A, die so angeordnet sind, dass die Elektrodenelemente R sich mit den Elektrodenelementen A mit einem Abstand (a) voneinander abwechseln und mit verschiedenen Anschlüssen einer Hochspannungsquelle (HVU) verbunden sind. Diese beiden Gruppen von Elektrodenelementen bestehen aus einem zellulosebasierten, hochohmigen und vorzugsweise dissipativen Material.
- In diesem Zusammenhang ist gewöhnlicher gewellter Karton nicht geeignet. Die Elektrodenelemente A sind versehen mit oder behandelt gemäß den anhängenden Patentansprüchen, wobei die Elemente eine dünne Feuchtigkeitsbarrierenbeschichtung oder Imprägnierung gegen Feuchtigkeit aufweisen.
- Eine Vorraussetzung dafür, dass ein elektrisch geladenes Teilchen am Elektrodenelement A haftet, ist, dass das Element in der Lage ist, seine elektrische Ladung an die Abscheidungselektrode im Zusammenhang mit der Abscheidung eines Teilchens an der Elektrode abzugeben. Es wurde experimentell gezeigt, dass eine sehr dünne Plastikbeschichtung, die eine Feuchtigkeitsbarriere aus Polyethylen auf der Trennungselektrode A bildet, nicht verhindert, dass ein geladenes Aerosol seine Ladung an den "strömführenden" Rahmen des Elektrodenelementes A abgibt.
- Es sollte erwähnt werden, dass der Ausdruck "stromführend" in diesem Zusammenhang bedeutet, dass das in Rede stehende Material eine bestimmte Leitfähigkeit aufweiset, das heißt, dass auch ein dissipatives Material durch diesen Ausdruck eingeschlossen ist.
- Somit gibt es einen Unterschied zwischen dem Ausdruck elektrisch isolierter Beschichtungen, die einerseits zum Beispiel auf abstoßenden Elektrodenelementen R in einem elektrostatischen Elektroabscheider zum Verhindern eines Funkenüberschlags zwischen benachbarten Elektrodenelementen R und A, die relativ zueinander auf einige kV aufgeladen sind, oder zum Verhindern von einer Koronaentladung von den Randabschnitten der Elektrodenelemente verwendet werden können, und andererseits der Feuchtigkeitsisolierbehandlung, die die vorliegende Erfindung kennzeichnet, zum Beispiel der Auftrag eines Plastikfilms.
- Das Material kann in beiden Fällen dasselbe sein, dass heißt es kann als elektrisch isolierend eingestuft werden.
- Um eine Entladung vom Koronatyp oder durch Funkenüberschlag zwischen den Elektrodenelementen zu verhindern, ist ein elektrischer Isolator erforderlich, der eine Spannung von einigen kV aushält. Eine Feuchtigkeitsbarriere aus elektrisch isolierendem Material, zum Beispiel ein Plastikfilm mit einer signifikanten Dicke von etwa 20-40 Mikrometern, hat ihre Abmessungen nur, um eine Feuchtigkeitsabsorption zu verhindern, und ihre Dicke ist einige Größenordnungen niedriger als die, die gebraucht wird, um einen Funkenüberschlag zwischen entsprechenden Elektrodenelementen zu verhindern.
- Die abstoßenden Elektrodenelemente R können in derselben Weise ausgestaltet sein wie die anziehenden Elektrodenelemente, aber sie können auch mit einer hochisolierenden Beschichtung beschichtet sein, zum Beispiel mit einer wesentlich dickeren als die, die benötigt wird, um die Elektrodenelemente vor Feuchtigkeit zu schützen. Dadurch wird das Risiko von Teilentladungen zwischen den Elektrodenelementen aufgrund von Dreckabscheidung zwischen den Elementen besonders bei hoher Luftfeuchtigkeit reduziert. Verzugsweise und bei bestimmten fordernden Anwendungen ist es nötig, einen elektrisch isolierten Aufbau um die Randabschnitte der Elektroden herum vorzusehen. Solch einem Aufbau sollten Abmessungen gegeben werden, so dass komplett fast die gesamte Koronaentladung von den Randabschnitten der Elektrodenelemente verhindert wird. Andernfalls besteht das Risiko, dass solch eine Entladung einige der Aerosolteilchen elektrisch neutralisiert, die an den Elektroabscheidungsflächen der Elektrodenelemente haften würden und das statt dessen die Teilchen ungehindert durch den elektrostatischen Elektroabscheider hindurchtreten. Da es das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine elektrostatische Trennung der Teilchen zur Verfügung zu stellen, die eine fast völlige Filtration zum Ergebnis hat, ist es nötig, dass eine solche unerwünschte Koronaentladung verhindert wird.
- Experimentell hat sich gezeigt, dass ein Material mit dem Handelsnamen "INVERCOTE PB" hervorragende Eigenschaften für den in Rede stehenden Zweck aufweist. Das Material wird von dem Unternehmen "IGGESUND PAPERBOARD" hergestellt.
- Fig. 1 offenbart den aus einem feuchtigkeitsfesten Material gemäß der oben angegebenen Beschreibung aufgebauten elektrostatischen Elektroabscheider. Die Elektrodenelemente des Elektroabscheiders sind als parallele ebene Flächen angeordnet, die sich in einem Lückenabstand (a) voneinander mit Hilfe von Abstandshaltern D befinden, welche sich bei der offenbarten Ausführungsform in Form von dünnen Streifen im wesentlichen in der gewünschten Luftströmungsrichtung durch den elektrostatischen Elektroabscheider erstrecken und in der offenbarten Ausführungsform unmittelbar auf den Oberflächen der Elektrodenelemente vorgesehen sind. Die Dicke der Streifen in einer fertigen Filterkassette ist gleich dem gewünschten Lückenabstand (a) zwischen den entsprechenden benachbarten Elektrodenelementen R und A.
- Durch diese Anordnung werden mehrere rechteckige Luftströmungskanäle L zwischen jedem Paar von Elektrodenelementen R und A und den Abstandshalterelementen D erzeugt. Die Abstandshalterelemente D bestehen aus isoliertem Material, zum Beispiel Polyethylen, aber auch andere und sogar hochisolierende Materialien können verwendet werden.
- Auch spricht nichts gegen das Vorsehen des Abstandshalteraufbaus (d) in einer anderen Weise, das heißt sowohl der Abstand zwischen entsprechenden Elektrodenelementen als auch zwischen den eingeschlossenen Strömungskanälen L. Dies kann man zum Beispiel mit Hilfe von speziellen gegossenen Verbindungen, Klebstoff oder dergleichen erreichen.
- Es ist nicht erforderlich aber bevorzugt, dass sich die Luftströmungskanäle L, die zwischen benachbarten Elektrodenelementen A, R und dem Aufbau isolierter Abstandhalter erzeugt werden, entlang der gesamten Länge des Elektroabscheiders erstrecken.
- Elektrodenelemente des Elektroabscheiders sind wenigstens auf einer Auslassseite oder einer Einlassseite vorzugsweise so angeordnet, dass Elektrodenelemente von beiden Sätzen ihre vorderen Ränder in derselben Ebene haben.
- Ein gemäß der in Fig. 1 offenbarten Ausführungsform aufgebauter elektrostatischer Elektroabscheider lässt sich in den meisten Fällen effektiv durch einen Staubsauger reinigen.
- Beim Bewegen der Staubsaugerdüse über die Einlassseite oder die Auslassseite des elektrostatischen Elektroabscheiders kann die Staubsaugerdüse einen oder eine beschränkte Anzahl der Luftströmungskanäle L bedecken. Dann wird die Luftströmungsgeschwindigkeit etwa 15 bis 30 m/s erreichen, wobei die Geschwindigkeit ausreicht, um effektiv das Meiste des angesammelten Staubs zu entfernen.
- Um die Tendenz zur Koronaentladung an den Randabschnitten der Elektrodenelemente zu reduzieren, ist es bevorzugt, dass die elektrische Verbindung einer entsprechenden Gruppe von Elektrodenelementen so weit wie möglich voneinander weg bewirkt wird. Daher, wie in Fig. 1 gezeigt, liegt die Verbindung vorzugsweise auf der kurzen Seite der Filterkassette, das heißt, die Elektrodenelemente eines Satzes sind elektrisch mit Kontaktelementen einer kurzen Seite der Filterkassette und die anderen Elektrodenelemente des anderen Satzes mit der anderen Seite verbunden. Die Verbindung kann in der in Fig. 1 gezeigten Weise durch seitliches Verschieben von Elektrodenelementen mit derselben Polarität gegenüber den Elektrodenelementen mit der anderen Polarität bewirkt werden, und so sind die entsprechenden Randabschnitte dem Kontakt zugänglich.
- In Fig. 2 ist schematisch eine Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der elektrostatische Elektroabscheider (K) befindet sich sehr nahe und vorzugsweise eng verbunden an der Einlassstruktur (I) eines Luftreinigers, welcher Aerosole in der nächsten Umgebung der Vorrichtung ionisiert, das heißt im Raum oder Zwischenraum, in dem die Vorrichtung sich befindet. Die Einlassstruktur (I) kann als Gitter, Netz, perforierte Oberfläche oder dergleichen ausgestaltet werden und die offenen Flächen der Struktur definieren vorzugsweise Strömungskanäle für die durchgehende Luft. Eine in einer solchen Weise definierte Einlassstruktur (I) macht eine effiziente Reinigung des Elektroabscheiders möglich, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, in der der elektrostatische Elektroabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung einen Staubsauger wie oben beschrieben verwendet.
- Um das Anwendungsfeld der Vorrichtung weiter auszuweiten, kann sie mit einem geeigneten groben oder feinen Filter ausgestattet werden, der vorzugsweise angepasst ist, um in das Einlassgitter zusammenfaltbar zu sein, um nicht die Staubsaugerfunktion der Filterkassette zu gefährden. Es sollte auch möglich sein, mit einem Staubsauger einen in dieser Weise ausgestalteten Vorfilter zu reinigen.
- Eine Vorrichtung, die um die kennzeichnenden Patentansprüche der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, ist vorzugsweise so bemessen, dass sie einen sehr hohen Grad der Elektroabscheidung erreicht, der sogar den Anforderungen eines so genannten HEPA-Filters entspricht. Durch eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung ist es nötig, dass die gesamte durch die Vorrichtung transportierte Luft gezwungen wird, durch den Elektroabscheider zu passieren. Somit ist es nötig, eine geeignete Abdichtung um die Filterkassette und den Luftströmungskanal vorzusehen, um zu verhindern, dass austretende Luft den elektrostatischen Elektroabscheider (K) umgeht. Ferner ist es bevorzugt, dass der Randabschnitt der Elektroden R beziehungsweise A oder die Randabschnitte beider Elektroden elektrisch isoliert sind, um eine Koronaentladung von diesen Abschnitten zu verhindern. Andernfalls besteht das Risiko, dass einige der Aerosole, die in der Ionisierungskammer geladen wurden, wiederaufgeladen werden oder ihre Ladung verlieren, bevor sie in die Lücke zwischen den Elektroden des elektrostatischen Elektroabscheiders (K) eintreten.
- Der elektrostatische Elektroabscheider (K) der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in Lüftungskanälen verwendet. Bei der vorbekannten Vorgehensweise wird das Aufladen des Aerosols stromaufwärts vom elektrostatischen Elektroabscheider (K), gesehen in Strömungsrichtung der Luft, bewirkt.
- Durch eines solche Verwendung ist es zweckmäßig, dass sich der elektrostatische Elektroabscheider (K) stromaufwärts oder stromabwärts und nahe einer Einlassstruktur (I) befindet, welches die Form eines Gitters, Netz oder dergleichen hat und der Luftströmung ein Durchtreten erlaubt. Wenigstens der Abschnitt des Gitters, Netzes oder dergleichen, der dem elektrostatischen Elektroabscheider (K) am nächsten ist, besteht aus elektrisch isolierendem Material. Vorzugsweise ist der Abschnitt entsprechend der obigen Beschreibung vorgesehen, um ein Reinigen der Filterkassette mit Hilfe eines Staubsaugers zu ermöglichen. Solche eine Einlassstruktur kann auch einen Halter für die Filterkassette bilden und auch fix die elektrische Verbindung der Filterkassette mit einer Hochspannungsquelle sorgen.
- Bei einem Lüftungskanal oder einem anderen Typ von Luftreiniger können mehrere elektrostatische Elektroabscheider in einem Kaskadenmuster angeordnet werden, besonders, wenn sie als ebene Wandteile ausgestaltet sind, das heißt ihre Ausdehnung senkrecht zur gewünschten Luftströmung ist viel größer als die Länge der Elektroden des elektrostatischen Elektroabscheiders, gesehen in Strömungsrichtung der Luft.
- Eine weitere wichtige Errungenschaft des elektrostatischen Elektroabscheiders gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, dass in vielen praktischen Anwendungsgebieten sehr einfache und damit billige Hochspannungsquellen verwendet werden können, da die Hochspannungszufuhr des elektrostatischen Elektroabscheiders ohne oder fast ohne jeden Stromverlust auf der Hochspannungsseite erfolgen wird. Gemäß einer praktischen Anordnung, besonders, wenn auch ein Aufladen von Aerosolen ohne jeden merklichen Stromverlust erfolgt, was der Fall ist, wenn Ionisierung im Zwischenraum, in dem sich die Vorrichtung befindet (siehe SE-A 9401110-4), könnte eine sehr einfache und billige Technik zur Ausgestaltung von Hochspannungsquellen verwendet werden. Die Technik zum Ausgestalten solcher Hochspannungsquellen ist gut bekannt, wurde aber bislang nicht in Verbindung mit elektrostatischen Filtern verwendet.
- Solch eine Spannungsquelle wird dadurch gekennzeichnet, dass ihr laufender Strom ein einzelnes Mikroampere oder weniger beträgt und ihr Kurzschlussstrom niedriger als wenige Mikroampere ist.
Claims (7)
1. Ein elektrostatischer Elektroabscheider für geladene Aerosolteilchen, der wenigstens
zwei Elektrodenelemente (R und A) enthält, die elektrisch voneinander isoliert sind,
wobei die Elemente sich auf unterschiedlichem elektrischen Potential befinden und
durch eine Lücke (a) voneinander beabstandet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Elektroden aus einem zellulosebasierten, hochohmigen Material
besteht und dass beide Elektrodenelemente feuchtigkeitsabweisend sind, das heißt,
dass gewöhnlicher gewellter Karton nicht geeignet ist, wobei das zellulosebasierte
Elektrodenelement mit einer feuchtigkeitsfesten Schicht beschichtet ist, wobei die
Schicht dünn ist, so dass elektrische Ladungen durch die Schicht hindurchtreten
können, und wobei die Schicht aus einer Polyethylenschicht mit einer Dicke von 20-
40 Mikrometern besteht.
2. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass beide Elektrodenelemente aus einem zellulosebasierten Material bestehen.
3. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein zellulosebasierter Rahmen des Elektrodenelements mit einem dünnen
Plastikfilm beschichtet ist.
4. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Lückenabstand (a) zwischen den Elektrodenelementen durch Abstandshalter
(D) oder Abstandshaltemittel (d) bewirkt wird, die sich im wesentlichen in
Luftströmungsrichtung durch die Vorrichtung erstrecken und zusammen mit den
Elektrodenelementen (R und A) Luftströmungskanäle (L) erzeugen.
5. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstandshaltemittel (d) aus einer geeigneten gegossenen Verbindung oder
Klebstoff bestehen.
6. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch eine Einlassstruktur (I) mit Rippen oder Öffnungen, die
Luftströmungskanäle in der Einlassstruktur (I) bilden, wobei die Öffnungen sich unmittelbar
angrenzend an die Einlassseite des elektrostatischen Elektroabscheiders befinden.
7. Ein elektrostatischer Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass er in einem Luftströmungskanal einer
Luftreinigungsvorrichtung angeordnet ist, so dass die gesamte den Kanal passierende Luft gezwungen
wird, den elektrostatischen Elektroabscheider zu passieren.
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