DE8801100U1

DE8801100U1 - Elektrostatisches Filter

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Publication number: DE8801100U1
Application number: DE8801100U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1988-01-30
Publication date: 1988-05-19

Description

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Beschreibung

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Die Erfindung betrifft ein elektrostatisches Filter zur Reinigung der Luft in Innenräumen von Gebäuden, Fahrzeugen und dergleichen mit einer Mehrzahl von Kollektorplatten* die abwechselnd gn die beiden Pole einer Hochspannunosquel-Ie angeschlossen sind und an denen sich in der Luft enthaltene Verunreinigungen abscheiden, mit einem Gebläse, wel~ ches die Kollektorplatten mit der zu reinigenden Luft beaufschlagt .

Bekannte elektrostatische Filter dieser Bauweise besitzen Kollektorplatten, die im wesentlichen aus massivem Material bestehen} auch Gitterstrukturen oder dergleichen aus im wesentlichen massivem Material wurden beschrieben. Diese bekannten elektrostatischen Filter haben in erster Linie den Nachteil, daß ihre Oberfläche in verhältnismäßig kurzer Zeit mit einem Schmutzfilm überzogen ist, so daß sie einer Reinigung bedürfen. ßmmmiimmmm&flrMiviimßtoi^mmsB&mt

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrostatisches Filter der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß ohne aufwendige mechanische Reinigungsvorrichtungen lange Standzeiten erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kollektorplatten aus einem Material mit offenen Poren und mit hoher spezifischer innerer Oberfläche bestehen, das zumindest an seiner Oberfläche elektrisch leitend ist.

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Die Größe der Poren kann dabei zwischen 100 und 2000 &mgr;, vorzugsweise zwischen 300 und 900 &mgr; liegen» Die spezifische Potehzähl sollte zwischen 10 und 100 pro Zoll (PPI) betragen.
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Günstig ist eine spezifische innere Oberfläche des Materials der Koilektorplatten zwischen 500 und 2000 m2/g.

Bei einem bevorzugten Äusführuhgsbeispiel der Erfindung besitzt das Material der Kollektorplätten einen Kern aus

Kunststoffschaum, vorzugsweise einem porengesteuerten Polyurethanschaum. Derartige Kunststoffschäume sind im Einsatz als Luftfilter oder Flüssigkeitsfilter als bekannt. Sie sind jedoch von Hause aus nicht elektrisch leitend. 15

Der Kunststoffschaum kann mit Aktivkohle imprägniert sein; hierdurch wird die spezifische innere Oberfläche noch weiter erhöht, wie dies an und für sich für Aktivkohle bekannt ist. Die Aktivkohle darf jedoch nicht frei an der Oberfläehe liegen, da sonst einerseits Brandgefahr besteht und zum anderen nicht die erforderliche elektrische Leitfähigkeit erzielt wird.

Der Kunststoffschaum des Kernes des Materials, aus dem die Kollektorplatten besteht, kann auch keramisiert sein.

Derartige keramisierte Kunststoffschäume sind ebenfalls im Einsatz als Flüssigmetall- und Heißgasfilter an und für sich bekannt*

Eine Ausgestaltung dar Erfindung verdient ganz besondere Beachtung: Bei dieser besteht die elektrisch leitende Oberfläche der Kollektorplatten aus katalytisch aktiver Substanz. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße elektrostatische Filter zwei Funktionen gleichzeitig ausführen: zum einen dient es in bekannter Weise als elektrostatisches Filter, schlägt also Staub und sonstige, in der Luft enthaltene Schwebestoffe auf der mit hoher innerer

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spezifischer Oberfläche versehenen äußeren Schicht nieder. Zum anderen dient es gleichzeitig als katalytisches Filter, welches beispielsweise für eine Nachverbrennung gasförmiger Schadstoffe in der zu reinigenden Luft bzw* für eine chemisehe Umwandlung in ein weniger gefährliches Gas sorgt. In der oben erwähnten älteren Patentanmeldung P 37 40 091.6 war für diesen Zweck eine gesonderte Filterstufe vorgesehen, die selbstverständlich eigenen Platzbedarf hat. Dies ist insbesondere für den Einsatzzweck in Kraftfahrzeugen, wo nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht, nachteilig.

Die katalytisch aktive Substanz kann die ungefähre folgende Zusammensetzung aufweisen:

80 Gew.?i Aluminiumoxid (AI2O3) 6,6 Gew.Ji Silber (Ag)
6,6 Gew.?i Platin (Pt)
6,6 Gew.?i Rhodium (Rh).

Alternativ kann die katalytisch aktive Substanz Ruthenium (Ru) oder eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen aus Platin (Pt) und Rhodium (Rh) oder auch eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platen CPt) und Ruthenium (Ru) sein. In allen Fällen werden diese Edelmetalle am zweckmäßigsten im Vakuum durch Sputtern aufgetragen» Dieser Vorgang läßt sich so steuern, daß erneut eine zusätzliche Mikroporosität entsteht, welche weiter zur Vergrößerung der spezifischen inneren Oberfläche und somit zur Standzeit unc Wirksamkeit des elektrostatischen Filters beiträgt.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Stromwächter vorgesehen, der den von der Hochspannungsqufci-3 abgegebenen Strom überwacht und beim Überschreitsr <?ir s bestimmten Stromwertes einen Alarm oder eine andere Hilfsfunktion auslöst. Bei dieser Variante der Erfindung wird von der Biegsamkeit der erfindungsgemäßen Kollektorplatten Gebrauch gemacht. Setzt sich eine dieser Koliektorplatten

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(im allgemeinen zunächst die stromauf liegende) im Verlauf des Betriebes des elektrostatischen Filters mit Verunreinigungen zu, so steigt der Druckabfall an dieser KolTektorplatte. Dies hat zur Folge, daß sich die Kollektorplatte etwas zur benachbarten, stromabwärts liegenden Kollektorplatte durchbiegt und sich auf diese Weise der Abstand verringert. Dies hat eine Vergrößerung des dort herrschenden elektrischen Feldes zur Folge, was den Stromfluß ansteigen läßt. Schließlich kann es zwischen den beiden benachbarten Elektroden sogar zu elektrischen Durchbrüchen oder Spitzenentladungen kommen. In jedem Falle wird dann ein Stromwert erreicht, der von dem erfindungsgemäßen Stromwächter erfaßt und zur Auslösung eines Alarmes herangezogen wird. Statt des Alarmes oder zusätzlich kann eine andere Hilfsfunktion eingeleitet werden, insbesondere kann die Hochspannungsquelle abgeschaltet werden.

Die höchste Wirksamkeit des erfindungsgemäßen elektrostatischen Filters wird dann erzielt, wenn die zu reinigende Luft die Kollektorplatten im wesentlichen senkrecht durchströmt .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen 25

Figur 1: einen Teilschnitt durch ein elektrostatisches

Filter mit der zugehörigen elektrischen Beschaltung;

Figur 2x eine starke Vergrößerung des Materials der KoI-lektroplatten des in Fig. 1 gezeigten Filters;

Figur 3s einen noch einmal vergrößerten Schnitt gemäß Linie III - III von Fig. 2.

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deutet ist, über einen Lufteinlaß 2 in das Innere des Gehäuses 1 ein und durchtritt dann im wesentlichen senkrecht - von einem Gebläse geführt - eine Vielzahl von KoI-lektroelektroden 3. Die Kollektorelektroden 3 sind in an und für sich bekannter Weise abwechselnd an die beiden Pole einer Hochspannungsqueile 6 gelegt, so daß zwischen den Kollektorelektroden 3 hohe elektrische Felder mit ajwechselnder Richtung wirken. Ein Stromwächter 7 überwacht den Strom, der von der Hochspannungsquelle 6 abgegeben wird, und löst beim Überschreiten eines bestimmten Stromwertes einen Alarm 8 aus. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.

Bei den Kollektorelektroden 3 handelt es sich um offenporiges, oberflächlich leitendes, flexibles Material mit hoher spezifischer innerer Oberfläche.

Die genaue Struktur des Materials, aus dem die Kollektorplatten 3 bestehen, sei nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. Die Figur 2 zeigt eine starke Vergrößerung, während die Figur 3 einen weiter vergrößerten Schnitt gemäß Linie IH-III von Figur 2 darstellt.

Das Material der Kollektorplatten 3 besitzt einen Kern 10 aus Polyurethanschaum mit offenen Poren 9. Die Porengröße liegt bei etwa 600 bis 1000 &mgr;, die Porenzahl beträgt etwa 10 bis 45 Poren pro Zoll (PPI) und die spezifische innere Oberfläche liegt bei ca. 1200 m2/g. Derartige Schäume sind kommerziell erhältlich.
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Wie insbesondere der Figur 3 zu entnehmen ist, ist der Kern 10 aus Polyurethanschaum mit einer Schicht 11 aus Aktivkohle imprägniert. Die Aktivkohleschicht 11 liegt jedoch nicht frei, da hierdurch einerseits nicht die erforderliehe elektrische Leitfähigkeit erzielt würde und andererseits Bfandgefahf bestünde. Aus diesem Gfunde ist die Aktivkdhlegchicht 11 durch einen SputtefVorgang im Vakuum mit

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einer metallischen Schicht 12 überzogen. Sie weist nicht nur die erforderliche elektrische Leitfähigkeit sondern zusätzlich katalytisch wirksame Funktionen auf. Hierzu besitzt sie die folgende Zusammensetzung: 80 Gew.5o Aluminiumoxid (AI2O3)

6,6 Gew.% Silber (Ag)

6,6 Gew.SS Platin (Pt)

6,6 Gew.?i Rhodium (Rh).

Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Metallschicht 12 aus Ruthenium (Ru) oder auch aus einer Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Rhodium (Rh) oder aus einer Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Ruthenium (Ru).

Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, sind die Kollektorplatten 3 von einem Metallrahmen 5 gefaßt, der am Gehäuse 1 in geeigneter Weise befestigt ist, und der gleichzeitig dem Anschluß der &EEgr;&ogr;&ogr;&iacgr;.Spannungsleitungen dient.

Die Funktion des beschriebenen elektrostatischen Filters ist wie folgt:

Die zu reinigende Luft wird von dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gebläse im Sinne der Pfeile über den Lufteinlaß 2 den Kollektorplatten 3 zugeführt und durchtritt diese. Die elektrostatische Wirkung in den "nit elektrischen Feldern gefüllten Räumen zwischen den Kollektorplatten 3 tritt in bekannter Weise ein. Das heißt, in der Luft enthaltene Schwebstoffe schlagen sich auf der äußeren, elektrisch leitenden Metallschicht 12 des Materials, aus dem die Kollektorplätten 3 bestehen, nieder. Die außerordentlich hohe innere Oberfläche, welche der Kern 10 bereitstellt, evtl. verstärkt durch eine zusätzliche Oberflächenstrukturierung der darüber aufgebrachten Schichten 11 und 12, sorgt dafür» daß außerordentlich hohe Standzeiten des Filters erzielbar sind, daß also sehr hohe Mengen an Schmutz gebunden

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werden können. Beim Vorbeistreichen der Luft an der Metallschicht 12 treten zudem deren katalytische Eigenschaften in Funktion: Dabei werden insbesondere Kohlenmonoxid, Nitrosegase (NO_x) und nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (CH_x) nachverbrannt und in chemisch beständigere, weniger schädliche im allgemeinen ebenfalls gasförmige Produkts umgesetzt. Diese Funktion des beschriebenen elektrostatischen Filters mußte bisher durch eine gesonderte Fiiterstufe übernommen werden.

Die gereinigte Luft tritt dann aus dem Gehäuse ". über eine dem Lufteinlaß 2 gegenüberliegende, in der Zeichnung nicht dargestellte, Öffnung aus.

Wenn sich die dem Lufteinlaß 2 am nächsten liegende Kollektorplatte 3, die am stärksten mit Schmutz belastet wird, im Laufe des Betriebes zusetzt, so vergrößert sich der an ihr anliegende Druckabfall. Unter dem Einfluß dieses Druckabfalles beginnt sich diese Kollektorplatte 3 auszubauchen und nähert sich so weiter an die benachbarte, stromabwärts liegende Kollektorplatte 3 an. Durch den verringerten Abstand bei gleichbleibender elektrischer Spannung erhöht sich das elektrische Feld, wps ein Ansteigen des Stromflusses aus der Hochspannungsquelle 6 zur Folge hat. Das elektrische Feld zwischen den beiden benachbarten Kollektorplatten 3 kan.i so hoch ansteigen, daß es zu elektrischen Durchbrüchen oder Spitzenentladungen kommt« Dies spätestens ist der Zeitpunkt, zu dem darm die Kollektorplatten ausgetauscht und ggf. regeneriert werden müssen. Dieser Zeitpunkt wird durch einen charakteristischer! Stromwert gekennzeichnet. Wird dieser Stromwert dux'ch den Stromwächter 7 festgestellt, löst dieser einen Alarm 8 aus. Gleichzeitig kann die Hochspannungsquelle 6 außer Funktion gesetzt werden I

Bei einem alternativen, in der Zeichnung nicht desondert dargestellten Ausfuhrungsboispiel des elektrostatischen

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filters besteht der Kern 10 des Materials; aus dem die Köllektorplatten 3 hergestellt sind, aus keramisiertem PoIyurethansGhaum, der ebenfalls offene Poren 9 aufweist. Die Daten für die Porenhäufigkeit und die innere Oberfläche sind ähnlich wie beim oben beschriebenen ersteh Aüsführungsbeispiel* Eine gesonderte Imprägnierung mit Aktivkohle ist in diesem Fälle entbehrlich} die möglichen Zusammenset= zungeh und die Art der Aufbringung der katalytisch aktiven Metallschicht 12 stimmt jedoch mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.

Claims

2300.7 . :: :·:-:&idiagr;:-*: :: : 28.oi.i988 ansprüche

1. Elektrostatisches Filter zur Reinigung der Luft in Innenräumen von Gebäuden, Fahrzeugen und dergleichen mit

einer Mehrzahl von Kollektorplatten, die abwechselnd an
die beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossen

sine und an denen sich in der Luft enthaltene Verunreinigungen abscheiden, mit einem Gebläse, welches die Kollektorplatten mit der zu reinigenden Luft beaufschlagt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kollektorplatten (3) aus einem Material mit offenen Poren (9) mit hoher spezifischer innerer Oberfläche besteht, das zumindest an seiner Oberfläche elektrisch leitend ist«

2. Elektrcstatisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Poren (9) zwischen 100 und 2000 &mgr; liegt.

3. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hröße der Poren (9) zwischen 300

und 900 &mgr; liegt.
25

4. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische

Porenzahl zwischen 10 und 100 pro Zoll (PPI) beträgt.

3&Pgr;

5. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische innere Oberfläche des Materials der Kollektorplatten (3)
zwischen 500 und 2000 m2/g liegt.

6. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material
der Kollektorplatten (3) einen Körn aus Kunststoffschaum

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besitzt.

7. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum ein Polyurethan-

\ 05 schaum ist.

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8. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum mit Aktivkohle imprägniert ist.

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9. Elektrostatische^ Filter nach Anspruch 6 oder 7, da-

Ji durch gekennzeichnet, daß der Kunststoff schaum kerami-

&lgr; siert ist.

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10. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden "■ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch

■ leitende Oberfläche der Kollektorplatten (3) aus kataly-

(;' tisch aktiver Substanz besteht.

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11. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch ge-

u' kennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz dis

* ungefähre folgende Zusammensetzung aufweist:

Z 80 Gew.?o Aluminiumoxid tAl20j)

I 6,6 Gew.% Silber (Ag)

^&Iacgr; 25 6,6 Gew.?Ä Platin (Pt)

" 6,6 Gew.?i Rhodium (Rh).

12. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz ■ 30 Ruthenium (Ru) ist.

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13. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch gell kennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz eine

Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) 35 und Rhodium (Rh) ist«

14. Elektrostatisches Filber nach Anspruch 10, dadurch ge-

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kennzeichnet j daß die katalytisch aktive Substanz eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Ruthenium (Ru) ist.

15. Elektrostatisches Filter nach einem def vorhergehenden

Ansprüche* dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwächtef (7) vorgesehen ist, der den VOh der HochspannUngsqUelle (6) abgegebenen Strom überwacht und beim Überschreiten einer bestimmten Stromstärke einen Alarm (8) öder eine andere Hilfsfunktiöh auslöst.

16. Elektrostatisches Filter fiäeh einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Luft die Koiiektorplatten (3) im wesentlichen senkrecht durchströmt.