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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und ein
Gerät gemäß den Oberbegriffen
der nachstehend beigefügten
unabhängigen Ansprüche zum
Trennen von festen oder tropfenartigen Partikeln aus zu reinigenden
Luftströmungen.
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Außerdem bezieht
sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Verfahren und
ein Gerät, bei
denen Partikel aus einer Luftströmung
oder einer entsprechenden Gasströmung
in einer Separatorkammer oder dergleichen abgetrennt werden, indem die
abzutrennenden Partikel elektrisch aufgeladen werden beispielsweise
durch herkömmliche
Hochspannungsverfahren oder Ionisation und indem diese elektrisch
aufgeladenen Partikel mit der Hilfe einer geerdeten Kollektorfläche oder
dergleichen abgetrennt werden. Typischerweise geschieht die Trennung
in einer länglichen
zylindrischen Kammer, bei der an einem Ende ein Luftströmungseinlass
ausgebildet ist und an dem anderen Ende ein Auslass für die gereinigte
Luftströmung
ausgebildet ist, bei der die Partikel abgetrennt worden sind. Die
Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen, die
die Partikel auflädt,
ist typischerweise in dem mittleren Teil der Separatorkammer so
angeordnet, dass sie sich im Allgemeinen von dem Luftströmungseinlassende
zu dem Auslassende für
die gereinigte Luftströmung
erstreckt.
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In
herkömmlichen
Separatoren auf der Grundlage der elektrischen Aufladung der Partikel und
auch in elektrischen Filtern war es das Ziel, so niedrige Luftströmungsgeschwindigkeiten
und so geringe Turbulenzen wie möglich
zu erzielen, so dass die Staubpartikel von der Luftströmung in
einer sanften und gesteuerten Weise abgetrennt werden können, und
so dass verhindert wird, dass sie sich erneut mit der Luftströmung vermischen.
Die Luftströmung wird
typischerweise zu der Separatorkammer über eine Einlassöffnung an
der Mitte an einem Ende von der Kammer gerichtet, und dann wird
der Strömung gestattet,
dass sie sanft in die axiale Richtung durch die Separatorkammer
tritt, wodurch die Luftströmung und
die abgetrennten Partikel gleichförmig die gesamte Kammer ausfüllen sowohl
an der Mitte als auch in den Randbereichen. Eine derartige herkömmliche
Reinigungsanlage muss relativ groß gestaltet sein, um den erwünschten
Reinigungseffekt vorzusehen.
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In
herkömmlichen
Separatoren werden Partikel von der zu reinigenden Luft an sämtlichen
Separatorflächen,
die sich in dem Strömungsweg
befinden, sowohl an den Elektroden, an den Strukturen, die die Elektroden
stützen,
und an den Isolatoren abgetrennt, die zwischen den Elektroden und
den geerdeten Kollektorflächen
angeordnet sind. Die Partikel, die sich an den Flächen angesammelt
haben, bewirken mit Leichtigkeit Blockierungen, die die freie Luftströmung durch
die Separatorkammer beeinträchtigen.
Andererseits können
Anhäufungen
von trockenen Partikeln, die sich an den Flächen angesammelt haben, von
Zeit zu Zeit damit beginnen, dass sie sich erneut als Staubwolken
bewegen, und staubige Luftmischungen ausbilden, die das erwünschte Reinigungsergebnis
beeinträchtigen.
Des weiteren können
Lagen, die sich insbesondere an den Isolatoren angesammelt haben,
einen Kurzschluss zwischen den Elektroden und den geerdeten Kollektorflächen verursachen,
was den Betrieb des Isolators beeinträchtigt. Somit war aufgrund
der Partikel, die sich an den Flächen
angesammelt haben, die Handhabbarkeit und die Steuerung einer herkömmlichen
Reinigungsanlage häufig
schwierig.
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Zusätzlich zu
den kleinen Staubpartikeln kann die zu reinigende Luftströmung, die
durch die Separatorkammer strömt,
mitunter auch große
Partikel oder Körper
enthalten, die dann, wenn sie auf die Elektroden auftreffen und
an den Elektrodenstützstrukturen
anhaften, die Strukturen sowohl beschädigen können als auch eine Blockade
bewirken können.
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Bislang
ist vorgeschlagen worden, ein Wassersprühen anzuwenden, um die Staubpartikel feucht
zu machen und um sie aneinander zu binden, um ein besseres Abtrennen
vorzusehen. Jedoch verdampft das Wasser relativ schnell aus dem
befeuchteten Staubnebel, und somit hat dieses Benetzen nicht das
erwünschte
Ergebnis vorgesehen.
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Die
deutsche Druckschrift
DE 533 036 C
beschreibt ein Verfahren und ein Gerät, bei denen die zu reinigende
Luftströmung
entlang einer spiralartigen Bahn in einer Separatorkammer so gerichtet wird,
dass Partikel in der Luftströmung
aufgrund der Zentrifugalkraft abgetrennt werden.
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Die
amerikanische Patentveröffentlichung
US 4 388 089 zeigt einen
verbesserten Separator, in den zu reinigendes Gas in der tangentialen
Richtung von oben geliefert wird, so dass das Gas dazu gebracht
wird, dass es durch den Separator in einer im Allgemeinen spiralartigen
Bahn um eine glatte und einfache Drahtelektrode an der Mittelachse
von dem Separator tritt, wodurch die Zentrifugalkraft automatisch
einen Teil der Partikel zu den geerdeten Wänden von dem Separator richtet.
Es ist des weiteren ein Wasserfilm an den Separatorwänden eingerichtet,
der von oben nach unten strömt,
und mit diesem Film wird beabsichtigt, in einer gesteuerten Weise
die Partikel, die sich an den Separatorwänden abgetrennt haben, von
dem Separator wegzuführen,
und ein anderes Ziel ist es, zu verhindern, dass die Partikel mit
der Gasströmung
erneut vermischt werden.
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Das
Leistungsvermögen
von einem Separator, der mit einer einfachen Drahtelektrode versehen ist,
ist relativ niedrig. In dem vorstehend beschriebenen Fall ist die
Anwendung von anderen effizienteren Elektroden unter anderem durch
die Tatsache eingeschränkt,
dass Partikel sich leichter an deren Oberflächen ansammeln, was die vorstehend
erwähnten Blockadeprobleme
bewirkt, oder dass das elektrische Feld in ihrem mittleren Teil
so gering sein kann, dass die Staub enthaltene Luft, die in dem
mittleren Teil nach unten strömt,
hindurchtritt, ohne gereinigt zu werden. Insbesondere dann, wenn
die zu reinigende Gasströmung
groß ist,
kann es schwierig sein, zu verhindern, dass die Partikel in dem
mittleren Teil von dem Separator und bei einem Abstand von dem Wasserfilm
dem Gas nach unten zu der Reinigungsgasabgabe an dem Boden des Separators
folgen. Bereits aufgrund der Schwerkraft neigen die Partikel dazu,
dass sie sich direkt nach unten ausbreiten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein neues Verfahren
und ein neues Gerät zu
schaffen, die besser als die zuvor bekannten sind, um Partikel aus
einer Luftströmung
abzutrennen.
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Die
Aufgabe ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, bei denen insbesondere
die vorstehend erwähnten
Nachteile minimal gestaltet sind. Außerdem ist es eine Aufgabe,
insbesondere ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die das Ansammeln
der Partikel, die von der Luftströmung abgetrennt worden sind,
an den Elektroden, an den Strukturen, die die Elektroden stützen, und
an den Isolatoren minimal zu gestalten, und die die durch das Ansammeln
bewirkten Probleme minimal gestalten.
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Eine
Aufgabe ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die die Anwendung
von effektiven Elektroden für
das Aufladen der Partikel in dem Separator ermöglichen.
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Um
die vorstehend erwähnten
Aufgaben zu lösen,
sind das Verfahren und das Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche aufgezeigten
Merkmale gekennzeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere für das Abtrennen von festen
oder tropfenartigen Partikeln aus zu reinigenden Luftströmungen in
Verbindung mit der Herstellung von Papier, Karton, Pulpe oder dergleichen
gut geeignet.
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Bei
einer typischen Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die zu reinigende Luftströmung so eingerichtet, dass
sie entlang einer spiralartigen Bahn durch eine längliche
vertikale Separatorkammer von einem Einlass an ihrem Bodenende zu einem
Auslass an ihrem oberen Ende läuft,
wodurch die Separatorkammer als ein Separator wirkt, bei dem sowohl
elektrische Kräfte
als auch die Zentrifugalkraft an den Partikeln einwirken und die
Partikel zu einer geerdeten Kollektorfläche an dem Umfang der Kammer
richten. Die Kollektorfläche
ist typischerweise durch die Wand der Separatorkammer ausgebildet
und die Wand ist geerdet.
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Ein
typischer Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung hat eine vertikale zylindrische Separatorkammer, in deren
mittleren Teil eine längliche Elektrode,
eine Ionisiereinrichtung oder eine ähnliche Einrichtung mit einem
offenen Aufbau axial angeordnet ist, wobei diese Einrichtung die
zu trennenden Partikel elektrisch aufladen kann. Die verschiedensten
derartigen Elektroden können
in Frage kommen, bei denen der horizontale offene Abschnitt der
Elektrode eine große
Fläche
hat, vorzugsweise über
90%. Die Elektrode kann beispielsweise aus vertikalen Drahtelektroden
oder dergleichen ausgebildet sein, die benachbart zueinander bei
kurzen Abständen
zueinander in der Form eines Kreises angeordnet sind, aus einem
Netz, das durch Drahtelektroden ausgebildet ist und zu der Form
eines Zylinders gebogen ist, oder aus einem glatten schmalen Zylinder
bestehen, der mit scharfen Punkten oder Zapfen versehen ist, die
die Entladung initiieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die zu reinigende Luftströmung so eingerichtet, dass
sie um eine Elektrode oder dergleichen entlang einer spiralartigen
Bahn läuft,
die von dem Boden nach oben gerichtet ist. Dann werden die Partikel
von der Luftströmung
abgetrennt, wenn sie der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgesetzt
sind und/oder wenn sie elektrisch aufgeladen sind und zu den Wänden der
Separatorkammer gerichtet werden. Bei einer bevorzugten Lösung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Luftströmung
so eingerichtet, dass sie spiralartig entlang den Wänden der
Separatorkammer nach oben tritt, so dass die Partikel oder Körper in
der Luftströmung über die
Elektroden, die Strukturen, die die Elektroden stützen, und
die Isolatoren so treten, dass sie im Großen und Ganzen diese nicht
berühren.
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Des
weiteren ist ein kontinuierlicher Wasserfilm oder eine Wasserhaut
in der Separatorkammer vorzugsweise so eingerichtet, dass er oder
sie entlang den Wänden
der Kammer strömt
und unmittelbar die Staubpartikel oder anderen Partikel, wenn sie mit
dem Wasser in Kontakt gelangen, bindet. Die Turbulenz, die sich
in der spiralartig nach oben strömenden
Luftströmung
ergibt, unterstützt,
dass die Partikel mit dem Wasserfilm in Kontakt gelangen, wodurch
sogar ein kleiner Wasserfilm, der entlang den Wänden strömt, zum Binden des Staubs ausreichend ist.
Die Partikel, die mit dem Wasserfilm in Kontakt gebracht werden,
werden nass gemacht bzw. benetzt und mit dem Wasserfilm gebunden,
und sie können sich
nicht mit der Luftströmung
erneut vermischen und können
keine schädlichen
Staub-Luft-Gemische ausbilden. Der Wasserfilm strömt nach
unten und bewegt die Verunreinigungen, die an ihm anhaften, in den
unteren Teil der Separatorkammer und gibt diese von dem Separator
ab.
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Die
Drehbewegung der Luftströmung
in der Separatorkammer führt
dazu, dass der hauptsächliche
Teil von der Luftströmung,
die mit den Elektroden mit den Strukturen, die die Elektroden stützen, und mit
den Isolatoren in Kontakt gebracht wird, relativ rein ist und keine
wesentliche Ansammlung von Schmutz an den Strukturen bewirkt. Durch
die Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
sicherzustellen, dass die Elektroden und die anderen Flächen an
der Mitte von der Separatorkammer sauber gehalten werden, indem
Bedingungen in dem mittleren Teil der Separatorkammer um die Elektrodenflächen oder
dergleichen herum für
eine nach unten gerichtete Strömung
von reinem Gas geschaffen werden, die die Elektroden wäscht. Die
Elektroden oder Elektrodenoberflächen
sind mit einem derartigen Aufbau gestaltet, dass sie die Gasströmung an
dem Bereich der Elektroden nicht wesentlich behindern, jedoch ermöglichen,
dass das reine Gas in dem mittleren Teil des Separators von der
Oberseite der Separatorkammer nach unten strömt. Das reine Gas kann annähernd gerade
nach unten strömen oder
in einer kleinen Spirale nach unten strömen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wurde
in überraschender
Weise realisiert, dass der Umstand genutzt wird, dass in einem Separator,
bei dem das gelieferte Gas dazu gebracht wird, dass es spiralartig
nach oben strömt,
an der Mitte von der spiralartigen Strömung eine nach unten gerichtete
Strömung
von sauberem oder reinem Gas ausgebildet ist, solange ein offener
Raum für
die reine Gasströmung
in dem mittleren Teil des Separators eingerichtet ist. Bei der Lösung der
vorliegenden Erfindung ist der offene Raum in dem mittleren Teil
des Separators eingerichtet, indem an dem mittleren Teil des Separators
derartige Elektroden angeordnet sind, die einen Querschnitt haben,
der so offen wie möglich
ist, was in anderen Worten in der Strömung eine Behinderung bewirkt, die
so gering wie möglich
ist. In dem Fall gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der offene Bereich von der Elektrodenfläche vorzugsweise
größer als
90%.
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Somit
wird bei der Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung sichergestellt, dass die Elektroden sauber gehalten werden,
indem eine Luftströmung
in der Separatorkammer so eingerichtet ist, dass an der Mitte von
der spiralartigen nach oben strömenden Luftströmung zwischen
der Elektrode oder dergleichen und der Wand der Separatorkammer
die Erzeugung einer kleineren nach unten gerichteten Strömung von
reiner Luft ermöglicht
wird. Die nach unten strömende
saubere Luft wäscht
die Oberflächen
der Elektroden, die in dem mittleren Teil der Separatorkammer angeordnet
sind, und entfernt jegliche Partikel, die sich an diesen angesammelt
haben und richtet diese Partikel nach unten zu der Partikelabgabe und/oder
richtet sie zu der spiralartigen Luftströmung nach außen, bei
der die Partikel einem neuen Abtrennprozess ausgesetzt werden. Die
Strömung
der reinen Luft ist geringer als 30% von der zu reinigenden Luftströmung. Häufig ist
eine wesentlich kleinere Reinluftströmung ausreichend, um die Elektrodenoberflächen rein
zu halten.
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Um
den offenen Bereich sicherzustellen, können die Elektroden vorzugsweise
aus Drahtelektroden gestaltet sein, indem sie bei kurzen Abständen zueinander
angeordnet sind oder indem sie zu Elektrodenbaugruppen mit einer
erwünschten
Form, beispielsweise einer Netzform, gebogen werden, wobei jedoch
ein Raum zwischen den Elektrodenoberfläche für die Gasströmung belassen
bleibt, oder indem scharfe Punkte oder Zapfen der Elektroden ausgebildet
werden, die an der Stützstruktur
an der Mitte des Isolators befestigt sind.
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Die
spiralartige Strömung
der zu reinigenden Luft wird beispielsweise vorgesehen, indem die
Luftströmung
in einer tangentialen Richtung in die Separatorkammer von einem
Einlass an dem Bodenteil der Kammer geliefert wird. Andererseits
kann die Luftströmung
auch axial von einer Einlassöffnung oder
einem Einlasskanal geliefert werden, die oder der an der Mitte der
Kammer angeordnet ist, wenn ein oder mehrere Flügel oder dergleichen in der Öffnung oder
in dem Kanal angeordnet sind, wodurch diese Flügel die Luftströmung dazu
bringen, dass sie entlang einer spiralartigen Bahn in der Kammer
um die imaginäre
Achse der Kammer tritt.
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Die
Luftströmung
wird in den Separator von seinem unteren Teil so geliefert, dass
die Luftströmung
sich an der Innenfläche
von dem Zylinder dreht. Die Luft läuft in einer Schraubbewegung
von dem Einlass zu dem Auslass. Die Drehbewegung stellt eine stabile
Strömung
sicher und stellt die gleiche Retentionszeit in dem Separator für die gesamte Luftströmung sicher.
Jegliche großen
Körper
in der Luftströmung
treffen an der Wand von dem Zylinder, die als eine Kollektorfläche wirkt,
unmittelbar dann auf und haften an dieser, wenn sie in den Separator gelangen,
ohne dass irgendein Schaden bewirkt wird.
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Aufgrund
der Drehbewegung der Luftströmung
ist die Entfernung, die die Luftströmung in der Separatorkammer
läuft,
ein Vielfaches, typischerweise das 3- bis 6-fache, im Vergleich
zu der Länge
der Separatorkammer oder im Vergleich zu der Entfernung, die die
Luftströmung
in herkömmlichen
Separatoren läuft,
die mit einer axialen Strömung
arbeiten.
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Die
vorliegende Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter
beschrieben.
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1 zeigt
ein Beispiel einer Darstellung von einem Reinigungsgerät, das einen
Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendet.
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2 zeigt
in schematischer Weise und teilweise offen einen beispielartigen
Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
schematisch einen Querschnitt von einem anderen beispielartigen
Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
in schematischer Weise eine Abwandlung von dem Separator gemäß 3.
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Die 5 bis 7 zeigen
in schematischer Weise Elektroden, die für einen Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet sind.
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1 zeigt
ein Luftreinigungsgerät 10,
das in Verbindung mit einer Papiermaschine angeordnet ist, bei dem
Staubpartikel von der Luft abgetrennt werden, in dem die Partikel
elektrisch durch herkömmliche
Hochspannungsverfahren, durch elektrische Ionisierverfahren oder
irgendein anderes entsprechendes Verfahren aufgeladen werden. Das
Luftreinigungsgerät
hat einen Separator 12, ein Einlassrohr 14 für die zu
reinigende Luft, ein Abgaberohr 16 für die gereinigte Luft, ein
Abgaberohr 18 für
die abgetrennten Partikel, eine Energiequelle 20 und ein Sprühwasserrohr 22.
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Der
Separator 12, d.h. der eigentliche Luftreiniger hat eine
vertikale zylindrische Separatorkammer 24, die einen Einlass 26 für die zu
reinigende Luft, einen Auslass 28 für die gereinigte Luft und eine Abgabeöffnung 30 für die abgetrennten
Partikel hat. Die Separatorkammer hat typischerweise eine Höhe von 2
bis 9 m, geeigneterweise 3 bis 7 m, und einen Durchmesser von 0,5
bis 3 m, geeigneterweise 1 bis 2 m, und ist im Allgemeinen eine
Kammer, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, mit einem maximalen Durchfluss
von ungefähr
0,3 bis 10 m3/s, typischerweise 1 bis 5
m3/s.
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In
dem mittleren Teil des Separators ist eine Elektrode oder Ionenerzeugungseinrichtung 32 angeordnet,
die mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte 34 aufweist,
wobei an jedem von diesen eine Vielzahl an Punkten zum Erzeugen
einer Koronaentladung angebracht ist. Die Elektrode ist mit einer
Energiequelle 20 durch einen Leiter 36 verbunden,
wobei die Spannung der Energiequelle beispielsweise 100 bis 150
kV beträgt.
Die Wand 38 von dem Separator ist geerdet, wodurch ein
elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der geerdeten Wand
erzeugt wird, wobei dieses Feld die Partikel, die sich in dem elektrischen
Feld bewegen, auflädt,
und die Partikel dazu bringt, dass sie sich zu der Wand hin bewegen.
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Zu
reinigende Luft wird zu dem Separator von verschiedenen Orten 40, 40' beispielsweise
in einer Papiermaschine wie beispielsweise von einer Siebpartie,
von der Trockenpartie, von der Rollenschneidmaschine und von der
Beschichtungsmaschine so geliefert, dass die Luft von unter anderem Wassertropfen,
Faserpulpe, Additiven oder anderem Staub gereinigt wird. Es ist
häufig
erforderlich, Staub und auch Wassertropfen aus der Luft zu entfernen, bevor
diese wiederverwendet wird oder in die Umgebung abgegeben wird.
Auch sogenannte reine externe Luft kann in einem Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung gereinigt werden. Die zu reinigende Luft wird durch den
Separator mit der Hilfe eines Gebläses 42 befördert, das
in dem Abgaberohr 16 für die
gereinigte Luft angeordnet ist.
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In
dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung,
der in 1 gezeigt ist, wird die zu reinigende Luft in
der tangentialen Richtung in den Separator so geliefert, dass die
Luftströmungen
entlang einer spiralartigen Bahn in der Separatorkammer 24 entlang
ihren Wänden 38 von
dem Einlass 26 an ihrem unteren Teil zu dem Auslass 28 an
ihrem oberen Teil gelangen. Die Luftströmung kann zu dem Separator
bei einer hohen Geschwindigkeit von 10 bis 20 m/s, typischerweise
15 m/s, gerichtet werden, wodurch die Geschwindigkeit der Luftströmung wesentlich
höher als
die Luftströmungsgeschwindigkeit
in herkömmlichen
entsprechenden Separatoren ist, in denen sie maximal 3 bis 4 m/s,
sogar weniger als 1 m/s ist. Andererseits ist die Retentionszeit
von der Luftströmung
in dem Separator im Allgemeinen so lang wie in den herkömmlichen
Separatoren.
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Aufgrund
des tangentialen Einlasses treffen große Partikel in der Luftströmung an
der Separatorwand unmittelbar an dem unteren Teil des Separators auf,
wo sie von der Luftströmung
abgetrennt werden. Luft und jegliche kleineren Partikel, die in
ihr belassen bleiben, strömen
weiter nahe zu der Wand 38 in dem elektrischen Feld zwischen
der Elektrode 32 und der geerdeten Wand 38. Die
Partikel in der Luftströmung
werden in dem elektrischen Feld aufgeladen, wodurch die Kombination
aus der Zentrifugalkraft und dem elektrischen Feld bewirkt, dass
die Partikel aus der Luftströmung
und aus ihrem Transport zu dem geerdeten Außenumfang des Separators anders
ausgedrückt
seine Wand abgetrennt werden, und an der Wand anhaften. Da die Luftströmung so gerichtet
wird, dass sie entlang der geerdeten Wand läuft, und da keine anderen Strukturen
zwischen der Wand und der Luftströmung vorhanden sind, können die
aus der Luftströmung
abgetrennten Partikel sehr leicht laufen entweder aufgrund der Zentrifugalkraft oder
aufgrund der elektrischen Kräfte
oder aufgrund ihres kombinierten Effektes, so dass sie mit der geerdeten
Wand in Kontakt gelangen und an dieser anhaften. Die gereinigte
Luft, die frei von Partikeln ist, wird aus dem Auslass 28 abgegeben.
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Die
Partikel, die an der Wand 38 anhaften, werden durch Waschwasserstrahlen 44 in
Verbindung mit dem Wasserrohr 22 entfernt, wodurch die Strahlen
einen kontinuierlichen Wasserfilm ausbilden, der entlang der Wände 38 nach
unten strömt, und
sicherstellen, dass die Partikel aus der Luftströmung abgetrennt werden. In
der Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, dass die Luft,
die Partikel enthält
und in der Separatorkammer strömt,
mit Wasserstrahlen oder einem Wassersprühnebel benetzt wird. Das Wasser
wird hauptsächlich
direkt zu den Wänden
der Separatorkammer gesprüht,
wo das Wasser einen Wasserfilm ausbildet, der die Partikel an der
Wand bindet. Der Wasserfilm und die Partikel in ihm werden aus dem
Separator durch die Öffnung 30 abgegeben, die
an der Mitte von dem Boden 46 in dem Separator ausgebildet
ist. Das Abgeben der Partikel von dem Boden 46 des Separators
kann effektiver gestaltet werden durch ein von Zeit zu Zeit erfolgendes
Sprühen
von Wasser an dem Boden beispielsweise während ungefähr 30 Sekunden in einem Intervall
von ungefähr
20 Minuten aus Sprühdüsen 48,
die an dem Boden angeordnet sind und außerdem mit dem Wasserrohr 22 verbunden
sind. In vielen Fällen
ist es möglich,
Reinwasser als Waschwasser anzuwenden.
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2,
in der die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet
sind, wo dies anwendbar ist, zeigt einen typischen Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung, der teilweise geöffnet
ist. Fünf Elektrodenabschnitte 34 sind
in dem Separator axial montiert, wobei die Abschnitte durch ringartige
Stützstrukturen,
die koaxial an der Achse des Separators montiert sind und durch
eine Vielzahl an beispielsweise 4 bis 20 radial angeordneten Stiftelektroden 50 ausgebildet
sind. Über
einen Leiter 36 ist die Elektrode mit der Energiequelle 20 und
mit einer Steuereinrichtung verbunden, die nicht detaillierter gezeigt
ist. Der Leiter ist gegenüber
der geerdeten Wandstruktur 38 durch einen Isolator 52 geschützt.
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Der
Einlass 26 von der zu reinigenden Luft ist an dem Umfang
des Separators so eingerichtet, dass er die zu reinigende Luft in
einer tangentialen Richtung in den Separator richtet. In dem Einlass
wird die zu reinigende Luftströmung
zu einer spiralartigen Bewegung gebracht, wodurch die Partikel in
der Luftströmung
zu den Wänden 38 des
Separators gerichtet werden und nicht in irgendeiner nennenswerten Menge
mit den Abschnitten 34 der Elektrode in Kontakt gelangen,
die somit rein und intakt bleibt. Außerdem ist der Isolator 52 frei
von Partikeln gehalten, und es besteht kein Risiko eines Zündens von
den Elektroden 50 über
den Isolator 52 zu der geerdeten Wand 38.
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Waschwasser
wird an den Separatorwänden von
einem ringartigen Wasserrohr 54 gesprüht, das mit Sprühdüsen 44 versehen
ist und koaxial zu dem Separator in dem oberen Teil des Separators
angeordnet ist. An dem Boden des Separators ist außerdem ein
ringartiges Wasserrohr 56 angeordnet, von dem Waschwasser
von Zeit zu Zeit gesprüht
werden kann, um die Partikel, die sich an dem Boden 46 angesammelt
haben, zu der Partikelabgabeöffnung 30 zu
richten. Um die Partikel abzugeben, ist es nicht unbedingt erforderlich,
dass ein winkliges Wasserrohr an dem Boden vorhanden ist, sondern
es kann eine erforderliche Anzahl von beispielsweise 3 separaten
Wasserdüsen
für das
Sprühen
von Waschwasser angeordnet sein.
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3 zeigt
einen anderen typischen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Entfernen von Partikeln aus einer Luftströmung. Die gleichen Bezugszeichen
wie in den 1 und 2 sind angewendet,
sofern dies auch in 3 anwendbar ist. In der Separatorkammer 24 der 3 ist
die Lufteinlassöffnung 26' axial an der
Mitte von dem Boden 46 des Separators angeordnet. Um die
Luftströmung
zu einer spiralartigen Bewegung zu bringen, sind Flügel 58 in
einem Kanal 26'' angeordnet,
der in der Einlassöffnung 26' angeordnet
ist, wobei diese Flügel
die Luftströmung
zu einer Drehbewegung bringen. Aufgrund der Flügel hat die Luftströmung in
diesem Separator eine spiralartige Form wie in den Separatoren,
die in den 1 und 2 gezeigt
sind. In dem Separator 12 bewegt sich die Luftströmung um
die Elektroden 32 herum, so dass die Partikel im Allgemeinen
nicht mit der Elektrode oder den Strukturen, die die Elektrode stützen, in
Kontakt gelangen. In der Lösung
gemäß 3 ist
die Partikelabgabeöffnung 30' in dem unteren
Teil der Separatorwand 38 oder in dem Boden 46,
d.h. benachbart zu der Einlassöffnung 26' für die Luftströmung ausgebildet.
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3 zeigt
außerdem
die Luftströmung 57, die
zu reinigen ist, die in einer Spiralströmung nach oben gerichtet wird
und von der Partikel abgetrennt werden und zu der Wand 38 transportiert
werden aufgrund des Effektes von entweder der Zentrifugalkraft oder
der elektrischen Kraft. 3 zeigt außerdem an der Mitte der spiralartig
nach oben strömenden
Luftströmung,
die zu reinigen ist, eine andere wesentlich kleinere Reinluftströmung 59,
die in einer spiralartigen Strömung
nach unten läuft,
wobei diese Reinluftströmung
die Elektrode 32 wäscht,
um sie sauber zu halten. Die waschende Reinluftströmung ist
wesentlich kleiner als die zu reinigende Luftströmung, typischerweise ist ihr
Volumen geringer als 30% der zu reinigenden Luftströmung. Die
Anwendung von einer Waschluftströmung
ermöglicht
die Anwendung von vielen verschiedenen effektiven Elektrodenaufbauarten,
da das Luftwaschen verhindert, dass sich Staub an ihren Oberflächen ansammelt.
Ein ähnliches
Elektrodenwaschen ist in vorteilhafter Weise auch in den Geräten gemäß der vorliegenden
Erfindung eingerichtet, die in den 1 und 2 gezeigt
sind.
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4 zeigt
einen Separator 12 gemäß 3,
wobei jedoch nunmehr der Separator zwei Abschnitte 60, 62 so
hat, dass die Elektrode 32 lediglich in dem oberen Abschnitt 60 von
dem Separator montiert ist, wobei der untere Abschnitt 62 von
dem Separator lediglich als ein Zentrifugalseparator arbeitet. Flügel 58 sind
in der Einlassöffnung
montiert, die in dem unteren Teil des Separators ausgebildet ist,
wobei die Flügel
die Luftströmung,
die zu dem Separator geliefert wird, zu einer spiralartigen Bewegung
bringen. Außerdem
werden in dem unteren Abschnitt 62 von dem Separator Partikel,
die aus der Luftströmung durch
die Zentrifugalkraft abgetrennt werden können, abgetrennt, und die kleineren
Partikel folgen der Luftströmung
in den oberen Abschnitt 60 von dem Separator. In dem oberen
Abschnitt des Separators werden die kleineren Partikel elektrostatisch
abgetrennt, wenn die Luftströmung
zwischen der Elektrode 32 und der geerdeten Wand 38 läuft, wie
dies in Verbindung mit den 1 bis 3 beschrieben
ist.
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In
diesem Fall ist es möglich,
einen separaten Auslass 64 für grobe Partikel in dem unteren
Abschnitt 62 und einen Auslass 66 für Feinpartikel
im oberen Abschnitt 60 von dem Separator anzuordnen, wobei
Partikel unterschiedlicher Art voneinander getrennt werden können, was
in einigen Fällen
nützlich sein
kann.
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Die 5 bis 7 zeigen
verschiedene Elektroden, die denkbar in einer Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung
angewendet werden können. Die
zylindrische Elektrode von 5 ist durch
eine zylindrische Fläche 70 ausgebildet,
bei der Punkte 72 ausgebildet sind, um eine Koronaentladung
zu erzeugen. Die Elektrode 74 aus 6 ist aus
dünnen Drahtelektroden 76 ausgebildet,
die zu einer Netzform kombiniert sind. Das Netz ist zu der Form
eines Zylinders gebogen. Die Elektrode 78 aus 7 ist durch
eine Anzahl an vertikalen Drahtelektroden 80 ausgebildet,
die benachbart zueinander an einem zylindrischen Umfang so verbunden
sind, dass sie axial gerichtet sind. Die Elektroden haben einen
offenen Aufbau, so dass sie die Anwendung einer vertikalen Waschluftströmung an
der Mitte von dem Separator ermöglichen,
um die Elektroden rein zu halten.
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Der
Vorteil der Separatorlösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zu den bislang bekannten Lösungen kann
unter anderem darin gesehen werden, dass
- – ein erneutes
Vermischen der gereinigten Luft und der abgetrennten Partikel vermieden
werden kann, wenn der Einlass der zu reinigenden Luft an dem unteren
Teil des Separators und der Auslass von der gereinigten Luft an
dem oberen Teil des Separators angeordnet ist;
- – wenn
der Lufteinlass an dem unteren Teil des Separators angeordnet ist,
die zu reinigende Luft und der Wasserfilm, der entlang den Wänden des Separators
strömt,
so eingerichtet sein können, dass
sie in entgegengesetzte Richtungen strömen, so dass die Luft, die
Verunreinigungen enthält,
in dem unteren Teil von dem Separator auf Wasser trifft, dass die
meisten Verunreinigungen enthält,
und so dass die gereinigten Luft in dem oberen Teil von dem Separator
sauberes Wasser antrifft;
- – effektivere
Elektrodenlösungen
als einfache Drahtelektroden als Elektroden angewendet werden können, wenn
die Luftströmung
so eingerichtet ist, dass ein kleiner Teil von reiner Luft axial nach
unten in dem mittleren Teil des Separators strömt und die Elektroden wäscht, wobei
außerdem
berücksichtigt
ist, dass das Leistungsvermögen
der Drahtelektroden relativ gering ist; und
- – die
Anwendung von größeren Elektroden
die Anwendung von Separatoren, die eine größere Größe haben, ermöglicht.
-
Die
Luftströmungsreiniger
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in den 1 bis 4 gezeigt sind,
arbeiten effektiv, da sie einen Oberteilseparator auf der Grundlage
von Massenkräften
in Kombination mit elektrischer Abtrennung nutzen. Ein Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Abtrennen vorsehen, dass sogar höher als
99% beträgt, was
ermöglicht,
dass die zu reinigende Luft auch bei anspruchsvollen Anwendungen
genutzt wird. Ein Oberteilseparator selbst kann Wassertropfen mit
einer Größe von mehr
als ungefähr
100 μm abtrennen. Andererseits
erreicht das Abtrennvermögen
von einem Separator auf der Grundlage der elektrischen Abtrennung
Partikel von gut unter einem Mikrometer. Somit ist ein Gerät gemäß der vorliegenden
Erfindung dazu gedacht, dass es die verschiedensten Verunreinigungen
aus der Luftströmung
oder einer entsprechenden Gasströmung,
wobei Flüssigkeitstropfen
und feste Partikel umfasst sind, mit einem breiten Partikelgrößenverteilungsbereich
reinigt.
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Aufgrund
des geringen Druckunterschiedes von dem Separator ist der Energieverbrauch
von dem Gebläse
in einem Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zu früheren
Lösungen
gering. Der Energieverbrauch, der für das elektrische Aufladen
oder das Ionisieren bei einem typischen Separator gemäß der vorliegenden
Erfindung erforderlich ist, wird bei einer Höhe von ungefähr 1 bis
3 kW gehalten. Bei einer Lösung
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist der Wasserverbrauch ebenfalls gering, typischerweise ungefähr 25 bis
30 Liter/Minute, da Wasser per se für das Abtrennen von Staub aus
der Luft nicht erforderlich ist, sondern lediglich für das Entfernen
der Partikel aus dem Separator.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht auf die vorstehend aufgezeigten
beispielartigen Ausführungsbeispiele
beschränkt
sein, sondern im Gegensatz dazu soll sie breit innerhalb der erfinderischen Idee
angewendet werden, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.