EP2105205B1 - Ionisierungselement und elektrostatischer Filter - Google Patents
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- EP2105205B1 EP2105205B1 EP08005970A EP08005970A EP2105205B1 EP 2105205 B1 EP2105205 B1 EP 2105205B1 EP 08005970 A EP08005970 A EP 08005970A EP 08005970 A EP08005970 A EP 08005970A EP 2105205 B1 EP2105205 B1 EP 2105205B1
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- spray
- ionisation
- lonisation
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- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/40—Electrode constructions
- B03C3/41—Ionising-electrodes
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/04—Ionising electrode being a wire
Definitions
- the invention relates to an ionization element for an electrostatic filter, which has at least one spray wire with a radius of curvature r smaller than 0.2 mm and an elongate carrier, which serves for fixing or positioning of the spray wire in the filter. Moreover, the invention relates to an electrostatic filter which is equipped with such an ionizing element.
- Electrostatic filters operate on the principle that particles to be separated by the filter or dirt particles are charged in a medium to be cleaned such as polluted air in a first stage when they pass between two electrical conductors, for example between the spray wire and two sheets arranged on both sides of the spray wire ,
- the sheets on the one hand and the spray wire on the other hand are applied to different electrical voltages.
- the difference in the voltages is designed so that the spray wire emits electrons, which encounter the particles or dirt particles and charge them electrically.
- Such a charged particle is then deposited in a second stage, for example between two sheets of different electrical voltage from the air flow. In this case, the particle is attracted to the deposition electrode, which has a polarity opposite to the particle.
- an ionization element which has a spray wire with a radius of curvature r of 0.015 mm.
- This spray wire is wound around a stretched cylindrical support in the form of a helical or a helical spring.
- the carrier serves to fix the spray wire in the electrostatic filter or to hold in position.
- the spray wire in the form of a helix on the one hand, there is a considerable enlargement of the active surface of the spray wire within the flow channel of the electrostatic filter.
- the wearer supports the spray wire and holds in place, it can be very fine, allowing a small radius of curvature, which positively affects the spray behavior.
- the production of the ionizing element is associated with a certain effort, since the spray wire and the carrier must first be made separately from each other, and finally the spray wire must be wound around the carrier or pushed axially over it.
- an ionizing element that consists of a support on the outside of which a fabric with crossed and twisted yarns of carbon fibers is arranged.
- a carbon fiber corresponds to a spray wire, wherein in the DE 43 26 895 C1 a diameter of 5 - 10 microns are given for a carbon fiber.
- the US 2008/0066620 A1 relates to an electrostatic dust collecting device having a dust charging unit and a dust collecting unit.
- the charging unit comprises a star-shaped ionizing element.
- the invention is therefore based on the object to provide an ionizing element, which has a favorable with regard to the efficiency of an electrostatic filter spray behavior and can be easily produced.
- the spray wire and the carrier are integrally formed.
- the spray wire and carrier can be drawn from a blank or base wire of a single material, such as tungsten.
- the integral nature of the spray wire and carrier enables simple and inexpensive production of the ionization element. Due to the radius of curvature r of the spray wire, which should be less than 0.2 mm, the ionizing element has at least one sharp edge, which promotes good spray behavior
- the carrier and the spray wire Due to the integral nature of the carrier and the spray wire, the latter can also be referred to as spray elevation, which is formed on the carrier and forms a sharp edge due to its small radius of curvature r.
- the at least one spray wire may be substantially parallel to a longitudinal axis of the carrier.
- the ionization element is easier to clean, as possible depressions or gaps run axially. Purification of the ionizing element is usually necessary at certain intervals to deposits to dissolve the spray wire, which negatively affect the spray behavior.
- the carrier has in cross section a convex basic shape with an edge or circumference on which the spray wire is arranged.
- convex basic form is to be understood a form in which a connecting line between any two points within this basic shape is completely in the basic form and does not cut the edge of the basic shape
- the carrier in cross-section also have a non-convex basic shape, such as a kidney shape or a bone shape, which lies outside the invention.
- a simple and preferred basic form represents a circle.
- the convex basic shape can also be a polygon (for example, a triangle, quadrangle) or an oval.
- the edges of a polygon can be the same length, but they can also be different, as would be the case for a flat rectangle.
- the spray wire is in cross-section substantially a circular section defined by a circular arc having a radius R corresponding to the radius of curvature r and by a chord forming part of the periphery of the basic shape.
- the tendon is essentially a straight line or a line with a curvature that is substantially less than the curvature of the circular arc.
- the basic shape of the carrier is a circle with a diameter D
- this diameter D is many times larger than the radius R.
- the diameter D 8, 12, even 15 times larger than the radius R.
- the radius of curvature r or the radius R may be less than 0.1 mm. Particularly good results in use in the electrostatic filter have been found when the radius R is less than 0.05, for example, 0.03 mm. In particular, this not only good efficiencies can be achieved, but also announce an undesirable formation of ozone as far as possible.
- the area of the circular section with the radius R may be smaller than a corresponding semicircular area.
- the area of the circular arc corresponds to less than 70% of the semicircular area with the radius R.
- a height h of the circular section is smaller than the radius R.
- the cross section of the spray wire in addition to the circular section has a base with a height H. This base makes the spray wire stand out more clearly from the wearer.
- the area of the basic shape is smaller than 0.5 mm 2 . In preferred embodiments, the area of the basic shape is less than 0.3 mm 2 . In a circular basic shape with a diameter D equal to 0.4 mm results in an area of only 0.126 mm 2 . However, even smaller diameters can be realized, which then lead to correspondingly smaller areas than 0.126 mm 2 . For example, here is a circular basic shape with a diameter of 0.25 mm mentioned, which has an area of 0.049 mm 2 .
- a plurality of spray wires are provided, which are arranged at the edge of the basic shape. They can be evenly spaced from each other.
- a circular basic shape it is possible, for example, to provide 12 spray wires, which are each offset by 30 ° on the circumference of the circular basic shape. Due to the large number of spray wires with correspondingly small radii of curvature, a high spray density is achieved, which enables high efficiencies. Also, it has been found here that the voltage in this embodiment can be lowered so far that at almost constant efficiencies ozone formation can be virtually eliminated.
- a rounding radius R may be approximately provided adjacent a smooth transition between the To achieve spray wires in cross section. Due to the rounding radius R round the cross section of the spray wire is slightly changed, but the basic shape of the spray wire is not significantly affected. Thus, it should continue to be a circular section for the cross section of the spray wire to one, even if this is no longer completely limited by a circular arc and a tendon in the strict sense, since now also parts of the boundary are formed by the rounding radius R round .
- the surface of the spray wire or of the ionization element can be roughened. This can be realized by suitable methods such as by etching.
- a preferred embodiment of the electrostatic filter according to claim 14 is that the ionization element is arranged in a charging step of the electrostatic filter between two spaced plate-shaped counter-electrodes.
- the pitch of these counter plate-shaped electrodes is preferably 20 to 50 mm.
- Electrodes may be arranged, each facing an intermediate electrode of a different polarity.
- electrodes of different polarity face each other at a small distance as in a capacitor for generating an electric field.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an electrostatic filter, which is designated in its entirety by 1.
- the filter 1 is used for cleaning a gaseous, particle-laden medium, the filter 1 according to the arrows 2 in the illustration of FIG. 1 flows through from left to right.
- the medium to be filtered is guided by a plurality of parallel, gap-like flow channels 3, which are each limited mainly by mutually parallel and spaced deposition electrodes 4, 5.
- the deposition electrodes 4, 5 are formed as sheets, which are fastened in a frame not shown here and thus held in position.
- a charging stage 7 at least one ionization element 6 is provided for each flow channel 3, which extends perpendicular to the flow direction 2 and is arranged between two plate-like counterelectrodes 16, 17. It is a wire-shaped ionization element that extends into the plane of the drawing.
- the detailed structure of the ionization element 6 in different embodiments is in the FIGS. 2 to 7 shown in more detail.
- both electrodes 4 and 16 and the electrodes 5 and 17 may be integrally formed.
- the precipitation electrode 4 which would then run longer, would extend into the charging stage and simultaneously serve as counterelectrode, which would reduce the number of components in the filter 1.
- An advantage of in FIG. 1 the arrangement shown is that the distance between the counter electrodes 16, 17 and thus the distance of the counter electrodes 16, 17 to the centrally arranged ionizing element 6 can be adjusted independently of the distance of the deposition electrodes 4, 5.
- the ionization element 6 and counterelectrodes are connected to a high voltage generator 8, wherein the ionization element 6 is positively poled and the counter electrodes 16, 17 are at ground potential. It results between the counter electrodes 16, 17, a highly inhomogeneous electric field with very high field strengths in the immediate vicinity of the ionizing element 6. Separating occurring free electrons are strongly accelerated towards the ionization element 6, where they first encounter gas molecules. From these individual electrodes can be knocked out, with the gas molecules becoming positive ions. These positive ions then hit the entrained particles and give up. Hit her charge. The thus positively charged particles are transported to a separation stage 9 due to the pressure conditions set in the filter 1. In this deposition stage 9, the positively charged particles are attracted to the earth electrode lying on Abscheidideelektroden 4.5 and are deposited there.
- a further deposition electrode 10 is provided which has the same polarity as the deposition electrodes 4, 5.
- an intermediate electrode 11 is provided in each case, which is positively charged as the ionizing element 6.
- a voltage U 1 is set between the counterelectrodes 16, 17 and the ionization element 6, there is a voltage U 2 between the precipitation electrodes 4, 5, 10 and the intermediate electrode 11.
- the high voltage U 2 is lower than the high voltage U 1 is used to generate electric fields in the separation stage 9.
- FIG. 1 are corresponding connections to the high voltage generator 8 and to the earth for the sake of simplicity only for a flow channel 3 shown.
- FIG. 2 shows in cross section a first embodiment of the ionization element 6 according to the invention.
- FIG. 3 shows on an enlarged scale a section X of the FIG. 2 ,
- the ionization element 6 has a circular cross-section support 12 with a diameter D. At the edge or on the circumference of the carrier 12 a plurality of approximately semicircular in cross-section spray wires 13 are arranged. The evenly distributed on the circumference of spray wires 13 and the carrier 12 are integrally formed. In the following, therefore, the spray wires 13 are referred to as spray elevations 13.
- FIG. 3 can be removed, the cross section of a spray elevation 13 (or spray wire 13) by a circular arc 14 with a radius R and by a portion 15 of the circumference of the support 12 is limited, wherein the portion 15 relative to the radius R, which is much smaller than the diameter D is, can be considered as a rectilinear tendon.
- a rounding radius R is provided around , through which a smooth transition between the spray wires 13, 13 a is ensured.
- the diameter D of the circular cross-section support 12 is for example 0.36 mm, while an outer diameter D A , as in FIG. 2 is shown and can be considered as the envelope of the individual spray lifts 13, 0.4 mm.
- the radius R of each spray lift is 0.03 mm, while the radius of curvature R is approximately half that and thus 0.015 mm.
- FIG. 4 A further exemplary embodiment of the ionization element 6 according to the invention is shown FIG. 4 in cross section, wherein components / features that are identical or similar to components / features of the embodiments of the previous figures, are provided with the same reference numerals.
- the embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of the FIG. 3 for the same diameter D for the carrier 12 and the same outer diameter D A in the number of Sprüherhebept 13, which are arranged on the circumference of the carrier 12.
- the radius R of each spray lift 13 is 0.036 mm larger than in the embodiment of FIG. 3
- the rounding radius R approximately equal to 0.014 mm corresponds approximately to the radius of curvature of the embodiment of FIG. 3 ,
- FIG. 5 and 6 Ionistanss institute 6 each with circular in cross-section carriers 12 and three spray lifts 13.
- the spray elevations 13 are arranged offset by 120 degrees on the circumference of the carrier 12.
- each spray elevation 13 is in the form of a circular segment delimited by the circular arc 14 having the radius R and the approximately straight segment 15.
- each spray elevation 13 is composed of a circular section and a base 18, which - if one looks approximately from the rounding of the circular support 12 with the diameter D - is rectangular and has a height H. Due to the height H (for example, 0.01 mm large) is the outer diameter D A in the FIG.
- FIG. 7 shows an ionizing element, in which the carrier 12 is not circular in cross-section, but essentially by two adjacent Krelse 19 is formed with a diameter D, between the circles 19 constrictions 20 lead to a non-convex basic shape.
- the carrier 12 is not circular in cross-section, but essentially by two adjacent Krelse 19 is formed with a diameter D, between the circles 19 constrictions 20 lead to a non-convex basic shape.
- three spray elevations 13 are arranged in the form of a circular section with a radius R at a distance of 90 degrees. Due to the two adjacent circles 19 with the diameter D results in two different sized outer diameter D A1 and D A2 , the outer diameter D A1 is composed of twice the diameter D plus twice the radius R, while the outer diameter D A2 of the sum of the simple Diameter D and twice the radius R corresponds.
- the number of spray wires 13, the outer diameter D A and the diameter D of the carrier 12 and the radius R of each spray lift and also the rounding radius R round can be set arbitrarily within the scope of the invention For example, it is possible for a first group of spray wires to choose a radius R that differs from a radius R 'for a second group of spray wires.
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- Electrostatic Separation (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Ionisierungselement für einen elektrostatischen Filter, das wenigstens einen Sprühdraht mit einem Krümmungsradius r kleiner als 0,2 mm und einen langgestreckten Träger aufweist, der zur Fixierung oder Positionierung des Sprühdrahtes im Filter dient. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Filter, der mit einem solchen Ionisierungselement ausgestattet ist.
- Elektrostatische Filter arbeiten nach dem Prinzip, dass durch den Filter abzuscheidende Teilchen oder Schmutzpartikel in einem zu reinigenden Medium wie verschmutzte Luft in einer ersten Stufe aufgeladen werden, wenn sie zwischen zwei elektrischen Leitern, z.B. zwischen dem Sprühdraht und zwei beidseitig des Sprühdrahtes angeordneten Blechen, hindurchströmen. Die Bleche einerseits und der Sprühdraht andererseits sind an unterschiedlichen elektrischen Spannungen angelegt. Die Differenz der Spannungen ist dabei so ausgelegt, dass der Sprühdraht Elektronen emittiert, welche auf die Teilchen oder Schmutzpartikel stoßen und diese elektrisch aufladen. Ein derart aufgeladenes Teilchen wird danach in einer zweiten Stufe beispielsweise zwischen zwei Blechen unterschiedlicher elektrischer Spannung aus dem Luftstrom abgeschieden. Dabei wird das Teilchen zu der Abscheidelektrode hingezogen, die eine zum Teilchen entgegen gesetzte Polarität aufweist.
- Von besonderer Relevanz für den Abscheidegrad oder Wirkungsgrad eines solchen elektrostatischen Filters kommt dabei dem so genannten Sprühverhalten des Sprühdrahtes zu. Durch Erhöhung der Spannung werden mehr Elektronen emittiert, was den Wirkungsgrad grundsätzlich erhöht, jedoch wächst dabei auch die Gefahr eines Funkenüberschlags. Auch begünstigen hohe Spannungen eine Ozonbildung, was insbesondere dann nachteilig ist, wenn der gereinigte Luftstrom in einen geschlossenen Raum zurückgeführt wird.
- Aus der
DE 10 2008 031 888 A1 ist ein Ionisierungselement bekannt, das einen Sprühdraht mit einem Krümmungsradius r von 0,015 mm aufweist. Dieser Sprühdraht ist in Form einer Wendel- oder einer Schraubenfeder um einen gestreckten zylindrischen Träger gewunden. Der Träger dient dabei dazu, den Sprühdraht im elektrostatischen Filter zu fixieren bzw. in Position zu halten. - Durch den Sprühdraht in Form einer Wendel erfolgt einerseits eine erhebliche Vergrößerung der aktiven Oberfläche des Sprühdrahtes innerhalb des Strömungskanals des elektrostatischen Filters. Zum anderen kann, da der Träger den Sprühdraht stützt und in Position hält, sehr fein sein, wodurch ein kleiner Krümmungsradius möglich ist, was das Sprühverhalten positiv beeinflusst. Jedoch ist die Herstellung des Ionisierungselementes mit einem gewissen Aufwand verbunden, da Sprühdraht und Träger zunächst getrennt voneinander hergestellt werden müssen, und schließlich der Sprühdraht um den Träger gewickelt bzw. axial über diesen geschoben werden muss.
- Aus der
DE 43 26 895 C1 ist ein Ionisierungselement bekannt, das aus einem Träger besteht, auf dessen Außenseite ein Gewebe mit verkreuzten und verdrehten Garnen aus Kohlenstofffasern angeordnet ist. Eine Kohlenstofffaser entspricht dabei einem Sprühdraht, wobei in derDE 43 26 895 C1 ein Durchmesser von 5 - 10 µm für eine Kohlenstofffaser angegeben werden. Auch hier soll durch die Vielzahl von Kohlenstofffasern, die jeweils einen kleinen Krümmungsradius aufweisen, ein gutes Sprühverhalten des Ionisierungselementes erreicht werden. Aber auch hier ist die Herstellung aufwendig, da nach erfolgter Herstellung der Kohlenstofffasern diese zu einem Gewebe verarbeitet werden müssen, um dann dieses Gewebe über den Träger zu ziehen. - Die
US 2008/0066620 A1 betrifft eine elektrostatische Staubsammelvorrichtung mit einer Staubaufladeeinheit und einer Staubsammeleinheit. Die Aufladeeinheit umfasst ein sternförmiges Ionisierungselement. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ionisierungselement bereitzustellen, das ein hinsichtlich des Wirkungsgrades eines elektrostatischen Filters günstiges Sprühverhalten aufweist und einfach hergestellt werden kann.
- Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele können den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen effizienten elektrostatischen Filter bereitzustellen, wird durch Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele können den Unteransprüchen 15 und 16 entnommen werden.
- Beim Ionisierungselement gemäß Anspruch 1 sind der Sprühdraht und der Träger einstückig ausgebildet. Beispielsweise können Sprühdraht und Träger aufgrund ihrer Einstückigkeit aus einem Rohling oder Grunddraht eines einzigen Materials, beispielsweise Wolfram, gezogen werden. Die Einstückigkeit von Sprühdraht und Träger ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Ionisierungselementes. Aufgrund des Krümmungsradius r des Sprühdrahtes, der kleiner als 0,2 mm sein soll, weist das Ionisierungselement zumindest eine scharfe Kante auf, welche ein gutes Sprühverhalten begünstigt
- Durch die erfindungsgemäße Einstückigkeit von Träger und Sprühdraht kann Letztgenannter auch als Sprüherhebung bezeichnet werden, die an dem Träger angeformt ist und aufgrund ihres kleinen Krümmungsradius r eine scharfe Kante ausbildet.
- Der wenigstens eine Sprühdraht kann im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Trägers verlaufen. Im Vergleich zu einem Sprühdraht, der um den Träger gewunden ist, lässt sich das Ionisierungselement einfacher reinigen, da mögliche Vertiefungen oder Spalte axial verlaufen. Eine Reinigung des lonisierungselementes ist üblicherweise in gewissen Abständen notwendig, um Ablagerungen vom Sprühdraht zu lösen, die das sprühverhalten negativ beeinflussen.
- Der Träger weist im Querschnitt eine konvexe Grundform mit einem Rand oder Umfang auf, an dem der Sprühdraht angeordnet ist. Unter konvexer Grundform ist eine Form zu verstehen, bei der eine Verbindungslinie zwischen zwei beliebigen Punkten innerhalb dieser Grundform vollständig in der Grundform liegt und den Rand der Grundform nicht schneidet Jedoch kann der Träger im Querschnitt auch eine nicht-konvexe Grundform aufweisen, beispielsweise eine Nierenform oder eine Knochenform, was jedoch außerhalb der Erfindung liegt.
- Eine einfache und bevorzugte Grundform stellt ein Kreis dar. Die konvexe Grundform kann aber auch ein Vieleck (beispielsweise ein Dreieck, Viereck) oder auch ein Oval sein. Die Kanten eines Vielecks können gleich lang sein, sie können aber auch unterschiedlich sein, wie dies beispielsweise bei einem flachen Rechteck der Fall wäre.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sprühdraht im Querschnitt im Wesentlichen ein Kreisabschnitt, der durch einen Kreisbogen mit einem Radius R, der dem Krümmungsradius r entspricht, und durch eine Sehne begrenzt wird, die Teil des Rands oder Umfang der Grundform ist. Die Sehne ist dabei im Wesentlichen eine Gerade oder eine Linie mit einer Krümmung, die wesentlich geringer ist als die Krümmung des Kreisbogens. Ist beispielsweise die Grundform des Trägers ein Kreis mit einem Durchmesser D, so ist dieser Durchmesser D um ein Vielfaches größer als der Radius R. Vorzugsweise ist der Durchmesser D 8, 12, gar 15 mal größer als der Radius R.
- Der Krümmungsradius r oder der Radius R können kleiner als 0,1 mm sein. Besonders gute Ergebnisse im Einsatz in dem elektrostatischen Filter haben sich ergeben, wenn der Radius R kleiner als 0,05, beispielsweise 0,03 mm, beträgt. Insbesondere lassen sich dadurch nicht nur gute Wirkungsgrade erzielen, sondern auch eine unerwünschte Bildung von Ozon weitestgehend vermelden.
- Die Fläche des Kreisabschnitts mit dem Radius R kann kleiner als eine korrespondierende Halbkreisfläche sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Fläche des Kreisbogens weniger als 70 % der Halbkreisfläche mit dem Radius R. Mit anderen Worten ist eine Höhe h des Kreisabschnitts kleiner als der Radius R. Dadurch kann ein "kompakter" Querschnitt für das lonisierungselement erreicht werden, da der Sprühdraht flach ausgebildet ist, jedoch noch einen sehr kleinen Krümmungsradius aufweist.
- Eine bevorzugte Alternative besteht darin, dass der Querschnitt des Sprühdrahtes zusätzlich zum Kreisabschnitt eine Basis mit einer Höhe H aufweist. Diese Basis hebt sich der Sprühdraht deutlicher vom Träger ab.
- Die Fläche der Grundform ist kleiner als 0,5 mm2. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Fläche der Grundform kleiner als 0,3 mm2. Bei einer kreisförmigen Grundform mit einem Durchmesser D gleich 0,4 mm ergibt sich eine Fläche von nur 0,126 mm2. Es können jedoch auch noch kleinere Durchmesser realisiert werden, die dann noch zu entsprechend kleineren Flächen als 0,126 mm2 führen. Beispielsweise ist hier eine kreisförmige Grundform mit einem Durchmesser von 0,25 mm zu nennen, die eine Fläche von 0,049 mm2 aufweist.
- Vorzugsweise sind mehrere Sprühdrähte vorgesehen, die am Rand der Grundform angeordnet sind. Dabei können sie voneinander gleichmäßig beabstandet sein. Bei einer kreisförmigen Grundform können beispielsweise 12 Sprühdrähte vorgesehen sein, die am Umfang der kreisförmigen Grundform jeweils um 30° versetzt angeordnet sind. Durch die Vielzahl von Sprühdrähten mit entsprechend kleinen Krümmungsradien wird eine hohe Sprühdichte realisiert, was hohe Wirkungsgrade ermöglicht. Auch hat sich hier herausgestellt, dass die Spannung bei dieser Ausführungsform so weit abgesenkt werden kann, dass bei annähernd konstanten Wirkungsgraden die Ozonbildung praktisch ausgeschlossen werden kann.
- Zwischen zwei benachbarten Sprühdrähten kann ein Rundungsradius Rrund vorgesehen sein, um einen weichen Übergang zwischen den benachbarten Sprühdrähten im Querschnitt zu erreichen. Durch den Rundungsradius Rrund wird der Querschnitt des Sprühdrahtes leicht abgeändert, wobei jedoch die grundsätzliche Form des Sprühdrahtes nicht wesentlich beeinflusst wird. So soll es sich bei einem Kreisabschnitt für den Querschnitt des Sprühdrahtes weiterhin um einen solchen handeln, auch wenn dieser nicht mehr vollständig durch einen Kreisbogen und eine Sehne im engeren Sinne begrenzt wird, da nun auch Teile der Begrenzung durch den Rundungsradius Rrund gebildet werden.
- Zusätzlich kann die Oberfläche des Sprühdrahtes bzw. des Ionisierungselementes aufgeraut sein. Dies kann durch geeignete Verfahren wie beispielsweise durch Ätzverfahren realisiert werden.
- Ein bevorzugte Ausführungsbeispiel für den elektrostatischen Filter gemäß Anspruch 14 besteht darin, dass das Ionisierungselement in einer Aufladestufe des elektrostatischen Filters zwischen zwei beabstandeten plattenförmigen Gegenelektroden angeordnet ist. Der Abstand dieserplattenförmigen Gegenetektroden beträgt vorzugsweise 20 bis 50 mm.
- In einer Abscheidestufe des elektrostatischen Filters können Abscheideelektroden angeordnet sein, denen jeweils eine Zwischenelektrode einer anderen Polarität gegenüberstehen. Somit stehen sich Elektroden unterschiedlicher Polarität in einem kleinen Abstand wie bei einem Kondensator zur Erzeugung eines elektrischen Feldes gegenüber.
- Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- einen elektrostatischen Filter in schematischer Darstellung;
- Figur 2
- einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Ionisierungselement;
- Figur 3
- einen vergrößerten Ausschnitt X der
Figur 2 ; - Figur 4
- den Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels;
- Figur 5
- den Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels;
- Figur 6
- den Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels; und
- Figur 7
- den Querschnitt eines nicht erfindungsgemäßen lonisierungsele- ments.
-
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen elektrostatischen Filter, der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet wird. Der Filter 1 dient zur Reinigung eines gasförmigen, mit Partikeln beladenen Mediums, das den Filter 1 gemäß der Pfeile 2 in der Darstellung derFigur 1 von links nach rechts durchströmt. Das zu filternde Medium wird dabei durch mehrere parallele, spaltartige Strömungskanäle 3 geführt, die jeweils hauptsächlich von zueinander parallelen und beabstandeten Abscheideelektroden 4, 5 begrenzt werden. Die Abscheideelektroden 4, 5 sind als Bleche ausgebildet, die in einem hier nicht weiter dargestellten Rahmen befestigt sind und somit in Position gehalten werden. - In einer Aufladestufe 7 ist für jeweils einen Strömungskanal 3 wenigstens ein Ionisierungselement 6 vorgesehen, das sich senkrecht zur Strömungsrichtung 2 erstreckt und zwischen zwei plattenartigen Gegenelektroden 16, 17 angeordnet ist. Es handelt sich dabei um ein drahtförmiges Ionisierungselement, das sich in die Zeichenebene erstreckt. Der nähere Aufbau des Ionisierungselements 6 in unterschiedlichen Ausführungen wird in den
Figuren 2 bis 7 näher dargestellt. - In Abweichung von der schematischen Darstellung der
Figur 1 können sowohl Elektroden 4 und 16 als auch die Elektroden 5 und 17 jeweils einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall würde sich beispielsweise die dann länger ausgeführte Abscheideelektrode 4 bis in die Aufladestufe erstrecken und gleichzeitig als Gegenelektrode dienen, was die Anzahl der Bauteile im Filter 1 reduzieren würde. Ein Vorteil der inFigur 1 dargestellten Anordnung besteht jedoch darin, dass der Abstand der Gegenelektroden 16, 17 und somit der Abstand der Gegenelektroden 16, 17 zum mittig angeordneten Ionisierungselement 6 unabhängig von dem Abstand der Abscheideelektroden 4, 5 eingestellt werden kann. - Das Ionisierungselement 6 und Gegenelektroden sind mit einem Hochspannungserzeuger 8 verbunden, wobei das Ionisierungselement 6 positiv gepolt ist und die Gegenelektroden 16, 17 auf Erdpotential liegen. Es ergibt sich zwischen den Gegenelektroden 16, 17 ein stark inhomogenes elektrisches Feld mit sehr hohen Feldstärken in der unmittelbaren Umgebung des lonisierungselementes 6. Vereinzeln vorkommende freie Elektronen werden zum lonisierungselement 6 hin stark beschleunigt, wo sie zunächst auf Gasmoleküle treffen. Aus diesen können dabei einzelne Elektroden herausgeschlagen werden, wobei die Gasmoleküle zu positiven Ionen werden. Diese positiven Ionen treffen dann auf die mitgeführten Partikel und geben beim. Auftreffen ihre Ladung ab. Die somit positiv geladenen Partikel werden aufgrund der im Filter 1 eingestellten Druckverhältnisse in eine Abscheidestufe 9 transportiert. In dieser Abscheidestufe 9 werden die positiv geladenen Partikel von den auf Erdpotential liegenden Abscheideelektroden 4,5 angezogen und lagern sich dort ab.
- Zusätzlich zu den bereits oben beschriebenen Abscheideelektroden 4, 5 ist eine weitere Abscheideelektrode 10 vorgesehen, welche die gleiche Polarität wie die Abscheideelektroden 4, 5 aufweist. Zwischen der Abscheideelektrode 4 und der Abscheideelektrode 10 sowie zwischen der Abscheideetektrode 10 und der Abscheideelektrode 5 ist jeweils eine Zwischenelektrode 11 vorgesehen, die wie das Ionisierungselement 6 positiv geladen ist. Während zwischen den Gegenelektroden 16, 17 und dem Ionisierungselement 6 eine Spannung U1 eingestellt ist, herrscht zwischen den Abscheideetektroden 4, 5, 10 und den Zwischenelektrode 11 eine Spannung U2. Die Hochspannung U2 ist dabei niedriger als die Hochspannung U1 dient zur Erzeugung elektrischer Felder in der Abscheidestufe 9. In der
Figur 1 sind entsprechende Anschlüsse an den Hochspannungserzeuger 8 bzw. an die Erde der Einfachheit halber nur für einen Strömungskanal 3 dargestellt. -
Figur 2 zeigt im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Ionisierungselement 6. -
Figur 3 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt X derFigur 2 . - Das Ionisierungselement 6 weist einen im Querschnitt kreisförmigen Träger 12 mit einem Durchmesser D auf. Am Rand bzw. am Umfang des Trägers 12 sind eine Vielzahl von im Querschnitt in etwa halbkreisförmigen Sprühdrähten 13 angeordnet. Die am Umfang gleichmäßig verteilten Sprühdrähte 13 und der Träger 12 sind einstückig ausgebildet. Im Folgenden werden daher die Sprühdrähte 13 als Sprüherhebungen 13 bezeichnet.
- Wie der
Figur 3 entnommen werden kann, wird der Querschnitt einer Sprüherhebung 13 (bzw. Sprühdrahtes 13) durch einen Kreisbogen 14 mit einem Radius R und durch ein Teilstück 15 des Umfangs des Trägers 12 begrenzt, wobei das Teilstück 15 bezogen auf den Radius R, der viel kleiner als der Durchmesser D ist, als geradlinige Sehne angesehen werden kann. Zwischen zwei benachbarten Drähten 13, 13a ist ein Rundungsradius Rrund vorgesehen, durch den ein weicher Übergang zwischen den Sprühdrähten 13, 13a gewährleistet wird. - Der Durchmesser D des im Querschnitt kreisförmigen Trägers 12 beträgt beispielsweise 0,36 mm, während ein Außendurchmesser DA, wie er in
Figur 2 dargestellt ist und als Umhüllende der einzelnen Sprüherhebungen 13 aufgefasst werden kann, 0,4 mm beträgt. Der Radius R einer jeden Sprüherhebung beträgt 0,03 mm, während der Rundungsradius Rrund in etwa halb so groß ist und somit 0,015 mm beträgt. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Ionisierungselement 6 zeigt
Figur 4 im Querschnitt, wobei Bauteile/Merkmale, die zu Bauteilen/Merkmalen der Ausführungsbeispiele der vorigen Figuren identisch oder ähnlich sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel derFigur 4 unterscheidet sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel derFigur 3 bei gleichem Durchmesser D für den Träger 12 und gleichem Außendurchmesser DA in der Anzahl der Sprüherhebungen 13, die am Umfang des Trägers 12 angeordnet sind. Auch ist der Radius R einer jeden Sprüherhebung 13 mit 0,036 mm größer als bei dem Ausführungsbeispiel derFigur 3 . Der Rundungsradius Rrund gleich 0,014 mm entspricht in etwa dem Rundungsradius des Ausführungsbeispiels derFigur 3 . -
Figur 5 und6 zeigen Ionisterungselemente 6 mit jeweils im Querschnitt kreisrunden Trägem 12 und drei Sprüherhebungen 13. Die Sprüherhebungen 13 sind um jeweils 120 Grad versetzt am Umfang des Trägers 12 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel derFigur 5 weist jede Sprüherhebung 13 die Form eines Kreisabschnitts auf, der durch den Kreisbogen 14 mit dem Radius R und dem näherungsweise geraden Teilstück 15 begrenzt wird. Beim Ausführungsbeispiel derFigur 6 hingegen setzt sich jede Sprüherhebung 13 aus einem Kreisabschnitt und einer Basis 18 auf, die - sieht man näherungsweise von der Rundung des kreisrunden Trägers 12 mit dem Durchmesser D ab - rechteckig ist und eine Höhe H aufweist Aufgrund der Höhe H (zum Beispiel 0,01 mm groß) ist der Außendurchmesser DA in derFigur 6 bei sonst gleichen Maßen für den Träger 12 und den Radius R größer als der Außendurchmesser DA in derFigur 5 . DieFiguren 5 und6 zeigen auch, dass zwischen benachbarten Sprüherhebungen 13 oder zwischen einer Sprüherhebung 13 und dem Rand des Trägers 12 keine Rundungsradien vorgesehen sind. -
Figur 7 zeigt ein Ionisierungselement, bei dem der Träger 12 im Querschnitt nicht kreisrund, sondern im Wesentlichen durch zwei aneinander liegende Krelse 19 mit einem Durchmesser D gebildet wird, wobei zwischen den Kreisen 19 Einschnürungen 20 zu einer nicht-konvexen Grundform führen. An dem Umfang eines Kreises 19 sind drei Sprüherhebungen 13 in Form eines Kreisabschnitts mit einem Radius R in einem Abstand von 90 Grad angeordnet. Aufgrund der zwei benachbarten Kreise 19 mit dem Durchmesser D ergeben sich zwei unterschiedlich große Außendurchmesser DA1 und DA2, wobei der Außendurchmesser DA1 sich aus dem zweifachen Durchmesser D zuzüglich dem zweifachen Radius R zusammensetzt, während der Außendurchmesser DA2 der Summe aus dem einfachen Durchmesser D und dem zweifachen Radius R entspricht. - Die Anzahl der Sprühdrähte 13, der Außendurchmesser DA und der Durchmesser D des Trägers 12 sowie der Radius R einer jeden Sprüherhebung und auch der Rundungsradius Rrund können im Rahmen der Erfindung beliebig eingestellt werden Beispielsweise ist es möglich, dass für eine erste Gruppe von Sprühdrähten ein Radius R gewählt wird, der sich von einem Radius R' für eine zweite Gruppe von Sprühdrähten unterscheidet.
-
- 1
- Filter
- 2
- Pfeil
- 3
- Strömungskanal
- 4
- Abscheideelektrode
- 5
- Abscheideelektrode
- 6
- Ionisierungselement
- 7
- Aufladestufe
- 8
- Hochspannungserzeuger
- 9
- Abscheidestufe
- 10
- Abscheideelektrode
- 11
- Zwischenelektrode
- 12
- Träger
- 13
- Sprühdraht / Sprüherhebung
- 14
- Kreisbogen
- 15
- Teilstück
- 16
- Gegenelektrode
- 17
- Gegenelektrode
- 18
- Basis
- 19
- Kreis
- 20
- Einschnürung
Claims (14)
- Ionisierungselement (6) für einen elektrostatischen Filter (1), das wenigstens einen Sprühdraht (13) mit einem Krümmungsradius kleiner als 0,2 mm und einen langgestreckten Träger (12) aufweist, der zur Fixierung oder Positionierung des Sprühdrahtes (13) im Filter (1) dient, wobei der Träger im Querschnitt eine konvexe Grundform mit einem Rand aufweist, an dem der Sprühdraht (13) angeordnet ist, wobei die Fläche der Grundform kleiner als 0,5 mm2 ist und der Sprühdraht (13) und der Träger (12) einstückig ausgebildet sind.
- Ionisierungselement (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sprühdraht (13) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Trägers (12) verläuft.
- Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform ein Kreis ist.
- Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühdraht (13) im Querschnitt im Wesentlichen ein Kreisabschnitt ist, der durch einen Kreisbogen (14) mit einem Radius (R), der dem Krümmungsradius entspricht, und durch eine Sehne (15) begrenzt wird, die Teil des Rands der Grundform ist.
- Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius kleiner als 0,1 mm ist.
- Ionisierungselement (6) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche des Kreisabschnitts kleiner ist als eine Halbkreisfläche mit dem Radius (R).
- Ionisierungselement (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Kreisabschnitts weniger als 70% der Halbkreisfläche mit dem Radius (R) beträgt.
- Ionisierungselement (6) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühdraht zusätzlich eine Basis (18) mit einer Höhe (H) aufweist.
- Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sprühdrähte (13) vorgesehen sind, die voneinander gleichmäßig beabstandet am Rand der Grundform angeordnet sind.
- ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Vorsprüngen (13, 13a) ein Rundungsradius (Rrund) vorgesehen ist.
- Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Ionisierungselementes aufgerauht ist.
- Elektrostatischer Filter (1) mit einem Ionisierungselement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
- Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionisierungselement (6) in einer Aufladestufe (7) des Filters (1) zwischen zwei beabstandeten plattenförmigen Gegenelektroden (16, 17) angeordnet ist.
- Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abscheidestufe (9) des Filters (1) Abscheideelektroden (4, 5, 10) angeordnet sind, die jeweils einer Zwischenelektrode (11) gegenüber stehen.
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-
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