EP0688246B1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen abscheiden von verunreinigungen, wie schwebstoffe oder dergleichen aus einem gasstrom - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen abscheiden von verunreinigungen, wie schwebstoffe oder dergleichen aus einem gasstrom Download PDF

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EP0688246B1
EP0688246B1 EP95906922A EP95906922A EP0688246B1 EP 0688246 B1 EP0688246 B1 EP 0688246B1 EP 95906922 A EP95906922 A EP 95906922A EP 95906922 A EP95906922 A EP 95906922A EP 0688246 B1 EP0688246 B1 EP 0688246B1
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gas flow
impurities
openings
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ionization source
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Gerhard Scheuch
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    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
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    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/09—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by presence of stationary flat electrodes arranged with their flat surfaces at right angles to the gas stream

Definitions

  • the invention relates to a method and a Device for the electrostatic deposition of Impurities, according to the generic terms of corresponding claims 1 and 2.
  • Generic devices are e.g. from GB-A-1 267 777, GB-A-746 324 and US-A-2 142 128.
  • this object is achieved according to the invention solved that the gas flow through the opening at its edges out towards tapered openings.
  • this object is achieved in that the edges of the openings of the perforated plate to their respective Taper the opening towards the cutting edge.
  • a sharp concentration of field lines and therefore high separation forces are achieved according to the invention in that the edges of the openings of the perforated plate to their respective Taper the opening towards the cutting edge.
  • one main dimension of the openings each in the range between 50 and 500 microns, preferably between 100 and 250 microns.
  • the perforated plate as a perforated screen film is trained. Since the screen film is correspondingly thin, are the edges of the holes correspondingly sharp, so that a strong Concentration of field lines and thus high separation forces occur.
  • Another advantage of a screen filter is: easy cleaning, e.g. in a dishwasher, and in reusability.
  • the openings are designed as elongated slots the slot width is between 50 and 500 ⁇ m should be.
  • a particularly favorable type of for the purposes Production of the perforated plate is that the screen film is produced by electrodeposition of metals. Due to the galvanic production of the screen foil, in produce sharp-edged perforated edges in a particularly favorable manner, as is known for example from shaving foils for electric shavers is. By coating with silver one can achieve antibacterial effect. Sterilization is also possible possible possible by baking out.
  • the Perforated plates of the separating electrode in a favorable manner truncated pyramids, opening towards the ionization source, Be put together.
  • the gas flow that goes through first the ionization source is therefore practically in a kind of bag and can be caught through the wall of the bag escape.
  • the ionization source can advantageously consist of several needle-shaped spray electrodes exist. According to a structural The electrodes of the ionization source are negative and the deposition electrode is positively charged.
  • a counter electrode which has the same charge as the ionization source.
  • the loaded ones Particles passing through the holes of the deposition electrode pass through, are animated by the field of the counter electrode, to settle on the back of the deposition electrode.
  • the counter electrode has substantially the same shape as that Separation electrode, so that between the separation electrode and There is always the same distance to the counter electrode.
  • the flow resistance of the device is quite small to hold the holes in the counter electrode may be larger than in the deposition electrode.
  • the hole size should be chosen this way be that in the vicinity of the deposition electrode a uniform Field prevails.
  • the device according to FIG. 1 initially includes a housing 1 a flow inlet 2 and a flow outlet 3.
  • Am A coarse filter 4 can be provided at the flow inlet, for example a fabric covering.
  • Behind the flow entrance 2 an ionization source is provided, which in the present case consists of a plurality of needles 5. These needles 5 are all connected to a negative voltage source of about 4kV and act as spray electrodes in such a way that the Particles negatively charged in the vicinity of the needles become.
  • the Opening edge of the slots 9 cut like a cut toward the opening.
  • the Screen foils are made by electrodeposition of metals.
  • a counter electrode can be located behind the deposition electrode 6 13 can be provided, which is loaded as well as the Ionization source.
  • the negatively charged impurities, that pass through the deposition electrode are from repelled this additional electrode, causing the Particle separation on the back of the separation electrode reinforced.
  • the device first sucks one contaminated gas stream 11 through the flow inlet 2. Due to the needles 5 acting as spray electrodes individual particles of the contaminated gas stream with a negative charge. The contaminants so loaded enter into the truncated pyramid-shaped structure that the Sieve films 7 and 8 is surrounded. The gas flow can only be through the individual slots 9 in the sieve films through the filter step through. What happens to the individual particles can best be seen from the "hole situation" shown in FIG. being represented. The gas flow must pass through a variety of Pass through slots 9.
  • Particles such as particle A that lie on the edge of such a branch of flow collide because of their sluggishness, especially when they are something are larger, on the front of the screen film.
  • This Effect is enhanced by the additional electric field.
  • Smaller particles that are further in the middle of a Partial flow, such as particles B and C, will follow the gas flow through slot 9. Due to the sharp formation of the edges of the slots 9 pass through Particles B and C but an extremely strong electric field that already while passing the slot to a side Deflection of the particles leads. As soon as the partial flow of the gas Has passed slot 9, the partial flow expands and grants the Particles B and C have a velocity component parallel to them Sieve foil 8.
  • Electrostatic filters have a relatively small size.
  • the electrostatic precipitator can handle such low voltages operated that no ozone is released.

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  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Abscheiden von Verunreinigungen, gemäß den Oberbegriffen der entsprechenden Ansprüche 1 und 2.
Der Abscheidung von Kleinstverunreinigungen aus Gasströmen kommt eine relativ große Bedeutung zu. So ist in der jüngeren Vergangenheit eine deutliche Zunahme von asthmatischen Erkrankungen zu verzeichnen, die auf Verunreinigungen, wie z.B. Kohlen- oder Rauchpartikel zurückzuführen sind. Solche kleinste Verunreinigungen lassen sich mit sogenannten elektrostatischen Filtern aus der Luft abscheiden. Bekannte Filter weisen hierzu als Ionisationsquelle beispielsweise eine Sprühelektrode auf, die die Verunreinigungen mit einer negativen Ladung versehen. In Strömungsrichtung hinter der Sprühelektrode sind dann parallel zueinander verlaufende Abscheideelektroden vorgesehen, die positiv geladen sind. Aufgrund der entgegengesetzten Ladung zwischen den beladenen Verunreinigungen und den Abscheideelektroden werden die Verunreinigungen auf ihrem Weg zwischen den plattenförmigen Abscheideelektroden zu einer der Platten abgelenkt und bleiben dort haften. Die Abscheideelektroden können nach einer entsprechenden Filterdauer durchgespült oder auch entsorgt werden. Ein solcher Elektrofilter ist beispielsweise in der EP-A-265451 beschrieben.
Obgleich ein solcher bekannter Elektrofilter durchaus hohe Abscheidegrade erreicht, ist er für die Verwendung in Zimmerräumen nicht geeignet. Zum einen muß der Weg der ionisierten Teilchen durch die parallel Zueinander angeordneten Abscheideelektroden relativ lang gewählt werden, um einen hohen Abscheidegrad zu erreichen; zum anderen wird auch ein verhältnismäßig starkes elektrisches Feld benötigt, um zu einer ausreichenden Abscheidung zu gelangen. Das starke elektrische Feld bedingt aber auch, daß an den Sprühelektroden einerseits und an den Abscheideelektroden andererseits eine hohe elektrische Spannung angelegt werden muß, was bei den bekannten Elektrofiltern unweigerlich dazu führt, daß Ozon entsteht. Dieses Entstehen von Ozon ist aber gerade für den geplanten Einsatz der Elektrofilter, nämlich in von Allergikern bewohnten Zimmerräumen denkbar unerwünscht, da Ozon die Atemwege angreift.
Gattungsgemäße Vorrichtungen sind z.B aus der GB-A- 1 267 777, GB-A-746 324 und der US-A-2 142 128 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich der Elektrofilter in besonderer Weise für den Einsatz in Zimmerräumen eignet.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasstrom durch die sich an ihren Rändern zur Öffnung hin schneidenartig verjüngenden Öffnungen geführt wird.
Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die Ränder der Öffnungen der Lochplatte zu ihrer jeweiligen Öffnung hin schneidenförmig verjüngen.
Der Gasstrom wird nicht parallel zu den Abscheideelektroden geführt wird, sondern quer dazu. Größere Teilchen werden aufgrund ihrer Trägheit und aufgrund ihrer elektrischen Ladung direkt auf die Vorderseite (Rohgasseite) der Lochplatte auftreffen. Kleinere Teilchen können hingegen mit dem Gasstrom durch die Öffnungen der Lochplatte mitgeführt werden und gelangen somit auf die Rückseite (Reingasseite) der Lochplatte. Beim Passieren des Gasstromes durch die einzelnen Löcher der Lochplatte werden die beladenen Verunreinigungen einem starken elektrostatischen Feld ausgesetzt, da die Ränder der Löcher naturgemäß eine starke Krümmung der Feldlinien und damit eine hohe Dichte der Feldlinien bewirken. Hinzu kommt, daß der Gasstrom sofort nach Hindurchtreten durch die Löcher expandiert und daher seine Geschwindigkeit verlangsamt. Verbunden mit dem verstärkten elektrostatischen Feld wird dadurch bewirkt, daß die kleineren Verunreinigungen nach Verlassen der Öffnungen aus dem Gasstrom heraus abgelenkt und auf die Rückseite der Lochplatte abgeschieden werden. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil liegt darin, daß beim Betrieb der Vorrichtung die Öffnungen, die relativ klein gewählt sind, von Verunreinigungen nicht zugesetzt werden. Ferner kann die an der Ionisationsquelle, beispielsweise Sprühelektrode, und an der Abscheideelektrode angelegte Spannung so gering gehalten werden, daß die elektrostatischen Felder kein Ozon erzeugen.
Eine scharfe Konzentration von Feldlinien und damit hohe Abscheidekräfte werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sich die Ränder der Öffnungen der Lochplatte zu ihrer jeweiligen Öffnung hin schneidenartig verjüngen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung liegt jeweils eine Hauptabmessung der Öffnungen im Bereich zwischen 50 und 500 µm, vorzugsweise zwischen 100 und 250 µm.
Ferner ist es günstig, wenn die Lochplatte als gelochte Siebfolie ausgebildet ist. Da die Siebfolie entsprechend dünn ist, sind die Lochränder auch entsprechend scharf, so daß eine starke Konzentration von Feldlinien und damit hohe Abscheidekräfte auftreten. Ein weiterer Vorteil eines Siebfolienfilters besteht in der einfachen Reinigung, z.B. in einer Geschirrspülmaschine, und in der Wiederverwendbarkeit.
Günstig ist auch, wenn die Öffnungen als längliche Schlitze ausgebildet sind, wobei dann die Schlitzbreite zwischen 50 und 500 µm liegen soll. Eine für die Zwecke besonders günstige Art der Herstellung der Lochplatte besteht darin, daß die Siebfolie durch galvanisches Abscheiden von Metallen hergestellt ist. Durch die galvanische Herstellung der Siebfolie lassen sich in besonders günstiger Weise scharfkantige Lochränder herstellen, wie dies beispielsweise von Scherfolien für Elektrorasierer bekannt ist. Durch eine Beschichtung mit Silber läßt sich eine antibakterielle Wirkung erreichen. Ebenso ist eine Sterilisation durch Ausheizen möglich.
Um eine möglichst große Filterfläche zu erreichen können die Lochplatten der Abscheideelektrode in günstiger Weise zu einem pyramidenstumpfförmigen, sich zur Ionisationsquelle öffnenden, Gebilde zusammengesetzt sein. Der Gasstrom, der zunächst durch die Ionisationsquelle geleitet wird, wird somit praktisch in einer Art Tasche aufgefangen und kann durch die Taschenwände entweichen.
Zur Aufrechterhaltung des Gasstromes ist es günstig, wenn in Strömungsrichtung des Gasstromes hinter der Abscheideelektrode ein Ventilator angeordnet ist.
In günstiger Weise kann die Ionisationsquelle aus mehreren nadelförmigen Sprühelektroden bestehen. Gemäß einer baulichen Variante sind die Elektroden der Ionisationsquelle negativ und die Abscheideelektrode positiv geladen.
Als günstig hat sich auch herausgestellt, wenn man Ionisationsquelle mehrere Kohlefaserbüschel verwendet. Diese Kohlefaserbüschel können in gleicher Weise angeordnet sein, wie die nadelförmigen Sprühelektroden. Aufgrund der elektrischen Ladung stoßen sich die einzelnen Fasern eines Kohlefasernbüschels voneinander ab. Es wird ein hoher Ionisationsgrad der abzuscheidenden Teilchen erreicht.
Ferner ist auch günstig, wenn in Strömungsrichtung hinter der Abscheideelektrode eine Gegenelektrode vorgesehen ist, die die gleiche Ladung aufweist,wie die Ionisationsquelle. Die geladenen Teilchen, die durch die Löcher der Abscheideelektrode hindurchtreten, werden durch das Feld der Gegenelektrode animiert, sich auf der Rückseite der Abscheideelektrode abzusetzen.
Besonders günstig in diesem Zusammenhang ist, wenn die Gegenelektrode im wesentlichen die gleiche Form aufweist, wie die Abscheideelektrode, so daß zwischen Abscheideelektrode und Gegenelektrode stets der gleiche Abstand besteht.
Um den Strömungswiderstand der Vorrichtung insgesamt recht klein zu halten, können die Löcher in der Gegenelektrode größer sein als in der Abscheideelektrode. Die Lochgröße sollte so gewählt werden, daß in der Nähe der Abscheideelektrode ein gleichmäßiges Feld vorherrscht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
in einer schematischen Schnittansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
Fig. 2
in einer übertrieben starken Vergrößerung eine "Lochsituation" entsprechend der Detailansicht II aus Fig. 1
Die Vorrichtung gemäß Figur 1 umfaßt zunächst ein Gehäuse 1 mit einem Strömungseingang 2 und einem Strömungsausgang 3. Am Strömungseingang kann ein Grobfilter 4 vorgesehen sein, beispielsweise eine Stoffbespannung. Hinter dem Strömungseingang 2 ist eine Ionisationsquelle vorgesehen, die im vorliegenden Fall aus einer Vielzahl von Nadeln 5 besteht. Diese Nadeln 5 sind alle an eine negative Spannungsquelle von etwa 4kV angeschlossen und wirken als Sprühelektroden, in der Weise, daß die Teilchen in der näheren Umgebung der Nadeln negativ geladen werden.
In Strömungsrichtung hinter den Nadeln 5 ist eine Abscheideelektrode 6 in Form eines sich zu den Nadeln 5 hin öffnenden Pyramidenstumpfes vorgesehen. Genaugenommen besteht also die Abscheideelektrode aus 4 zueinander geneigten Siebfoliensieben, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind, und einer Siebfolie 8, die den Boden bildet. Diese Siebfolien weisen Öffnungen in Form von Schlitzen auf, mit einer Schlitzbreite b von etwa 150 µm.
Wie besser aus Figur 2 ersichtlich ist, verjüngt sich der Öffnungsrand der Schlitze 9 schneidenartig zur Öffnung hin. Die Siebfolien sind durch galvanisches Abscheiden von Metallen hergestellt.
Hinter der Abscheideelektrode 6 kann eine Gegenelektrode 13 vorgesehen sein, die ebenso geladen ist, wie die Ionisationsquelle. Die negativ geladenen Verunreinigungen, die durch die Abscheideelektrode hindurchtreten, werden von dieser zusätzlichen Elektrode abgestoßen, wodurch sich die Teilchenabscheidung auf der Rückseite der Abscheideelektrode verstärkt.
Ferner ist hinter der Abscheideelektrode 6 noch ein Ventilator 10 vorgesehen, der für die Aufrechterhaltung des Gasstromes durch das Gehäuse sorgt.
Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert. Die Vorrichtung saugt zunächst einen verunreinigten Gasstrom 11 durch den Strömungseingang 2 an. Durch die als Sprühelektroden wirkenden Nadeln 5 werden die einzelnen Partikel des verunreinigten Gasstromes mit einer negativen Ladung versehen. Die so geladenen Verunreinigungen treten in das pyramidenstumpfförmige Gebilde ein, das von den Siebfolien 7 und 8 umgeben ist. Der Gasstrom kann nur durch die einzelnen Schlitze 9 in den Siebfolien durch den Filter hindurchtreten. Was dabei mit den einzelnen Teilchen passiert, kann am besten anhand der in Figur 2 gezeigten "Lochsituation" dargestellt werden. Der Gasstrom muß durch eine Vielzahl von Schlitzen 9 hindurchtreten. Teilchen, wie z.B. das Teilchen A, die am Rand eines solchen Strömungszweiges liegen, prallen aufgrund ihrer Trägheit, insbesondere dann, wenn sie etwas größer sind, auf die Vorderseite der Siebfolie auf. Dieser Effekt wird durch das zusätzliche elektrische Feld verstärkt. Kleinere Teilchen, die sich auch weiter in der Mitte eines Teilstromes befinden, wie beispielsweise die Teilchen B und C, werden dem Gasstrom durch den Schlitz 9 folgen. Aufgrund der scharfen Ausbildung der Ränder der Schlitze 9 passieren die Teilchen B und C aber ein extrem starkes elektrisches Feld, das bereits während des Passierens des Schlitzes zu einer seitlichen Ablenkung der Teilchen führt. Sobald der Teilstrom des Gases den Schlitz 9 passiert hat, expandiert der Teilstrom und erteilt den Teilchen B und C eine Geschwindigkeitskomponente parallel zur Siebfolie 8. Diese Geschwindigkeitskomponente ist im wesentlichen gleichgerichtet mit der Anziehungskraft durch das elektrische Feld im Bereich des Randes des Schlitzes 9. Das führt dazu, daß die Teilchen B und C sich auf der Rückseite der Siebfolien ablagern. Dieser Effekt wird durch die im Abstand hinter der Abscheideelektrode 6 angeordnete Gegenelektrode 13 noch verstärkt. Aufgrund der größer gewählten Löcher der Gegenelektrode wird der Strömungswiderstand nur unwesentlich erhöht, so daß der Filter einen hohen Reinigungsgrad aufweist. Der auf diese Weise gereinigte Gasstrom 12 tritt dann durch den Ventilator 10 hindurch und verläßt das Gehäuse 12. Erstaunlicherweise kann der erfindungsgemäße Elektrofilter eine verhältnismäßig geringe Baugröße aufweisen. Darüberhinaus kann der Elektrofilter mit so geringen Spannungen betrieben werden, daß kein Ozon freigesetzt wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zum elektrostatischen Abscheiden von Verunreinigungen, wie Schwebstoffen oder dergleichen aus einem Gasstrom, wobei der Gasstrom zunächst zum Beladen der Verunreinigungen einer Ionisationsquelle zugeführt wird, wonach die Verunreinigungen aufgrund ihrer Ladung von einer entgegengesetzt gepolten Abscheideelektrode angezogen und an diese abgeschieden werden, wobei der Gasstrom im wesentlichen
    vollständig durch die Öffnungen einer als Abscheideelektrode verwendeten Lochplatte geführt wird, deren Öffnungsabmessungen derart bemessen sind, daß zumindest ein Teil der Verunreinigungen durch die Öffnungen hindurchtreten können, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch die sich an ihren Rändern zur Öffnung hin schneidenartig verjüngenden Öffnungen gegeführt wird.
  2. Vorrichtung zum elektrostatischen Abscheiden von Verunreinigungen, wie Schwebstoffe oder dergleichen aus einem Gasstrom, mit mindestens einer ersten Elektrode als einer Ionisationsquelle zum Beladen der Verunreinigungen und mit mindestens einer zweiten, entgegengesetzt gepolten Abscheideelektrode (6) zum Abscheiden der ionisierten Verunreinigungen aus dem Gasstrom, wobei die
    Abscheideelektrode (6) als ein für den Gasstrom (11) und zumindest einen Teil der Verunreinigungen (B,C) durchlässige Lochplatte ausgebildet ist, die derart im Gasstrom angeordnet ist, daß der Gasstrom die Öffnungen der Lochplatte vollständig passieren muß, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ränder der Öffnungen (9) der Lochplatte zu ihrer jeweiligen Öffnung (9) hin scheidenartig verjüngen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptabmessung der Öffnungen im Bereich zwischen 50 und 500 µm, vorzugsweise 100 und 250 µm, liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte als gelochte Siebfolie (7,8) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen als Schlitze (9) ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebfolie durch galvanisches Abscheiden von Metallen hergestellt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatten der Abscheideelektrode (6) zu einem pyramidenstumpfförmigen, sich zur Ionisationsquelle (5) öffnenden Gebilde zusammengesetzt sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Gasstromes hinter der Abscheideelektrode (6) ein Ventilator (10) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationsquelle aus mehreren, nadelförmigen Sprühelektroden (5) besteht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationsquelle aus mehreren Sprühelektroden in Form von Kohlefaserbüscheln besteht.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Abscheideelektrode (6) eine Gegenelektrode (13) angeordnet ist, die die gleiche Ladung aufweist, wie die Ionisationsquelle.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (13) der Form der Abscheideelektrode (6) angepaßt ist, und zu dieser im wesentlichen überall den gleichen Abstand aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode ebenfalls als Lochplatte ausgebildet ist, jedoch mit größeren Löchern als die der Abscheideelektrode (6).
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Ionisationsquelle negativ und die Abscheideelektrode (6) positiv geladen sind.
EP95906922A 1994-01-10 1995-01-10 Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen abscheiden von verunreinigungen, wie schwebstoffe oder dergleichen aus einem gasstrom Expired - Lifetime EP0688246B1 (de)

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DE4400420 1994-01-10
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EP (1) EP0688246B1 (de)
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