EP2551018A2 - Zentrierung einer Hochspannungselektrode durch magnetische Kräfte - Google Patents

Zentrierung einer Hochspannungselektrode durch magnetische Kräfte Download PDF

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EP2551018A2
EP2551018A2 EP12178046A EP12178046A EP2551018A2 EP 2551018 A2 EP2551018 A2 EP 2551018A2 EP 12178046 A EP12178046 A EP 12178046A EP 12178046 A EP12178046 A EP 12178046A EP 2551018 A2 EP2551018 A2 EP 2551018A2
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EP
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magnetic element
magnets
electrode
magnetic
magnet
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Beat Müller
Daniel Jud
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JUD, DANIEL
MUELLER, BEAT
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    • B03C2201/08—Ionising electrode being a rod

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic filter system according to the preamble of the independent claim and a filter set according to the preamble of a further independent claim. Furthermore, the present invention relates to a method for operating an electrostatic filter system and a method for assembling the inventive filter set to an exhaust pipe or an exhaust stack and the use of the filter set for equipping or retrofitting exhaust systems.
  • Electrostatic separators for exhaust gas purification generally include at least one spray electrode and a precipitation electrode as the counter electrode.
  • the surfaces of the electrodes face each other as far as possible distance uniform.
  • the surface of the collecting electrode can be made quite large in comparison to the surface of the spray.
  • Known electrostatic precipitators consist for example of parallel collecting electrodes, which are grounded together with the housing.
  • the collecting electrodes form passages through which the gas to be purified flows.
  • spray electrodes Between the precipitation electrodes in the lanes are spray electrodes. These are suspended electrically isolated and are supplied with rectified high voltage, which is usually between 20 to 100kV.
  • the dust particles or mist droplets contained in the exhaust gas are electrically negatively charged during flow through the separator between the electrodes and transported under the influence of a strong electric field to the grounded collecting electrodes where they are separated or filtered out.
  • the spray electrodes are usually mounted on a fixed frame. By this measure, the position of the electrodes is fixed.
  • the electrodes are often hung on one side and provided with a draw weight.
  • the electrodes are often connected together via a frame and thus held in position.
  • the high-voltage electrode is at a potential up to about 100kV, the precipitation surface at the potential of the earth. Due to the different potentials, the opposing poles attract each other and, when approaching each other, can lead to a short circuit which impairs the operation.
  • the electrode is normally tensioned between two points or provided with a reset weight.
  • the restoring moment M gr caused by the weight F g remains approximately constant at a constant deflection S1 (eg 0.1 m) and changing electrode length L e .
  • the restoring force F gr becomes smaller with a longer electrode (smaller deflection angle ⁇ )
  • the lever electrowetting force
  • a system with tube filter is disclosed.
  • the suspended electrodes can be vibrated by electromagnets and thereby cleaned.
  • the magnets can also serve to stabilize the electrodes. This is accomplished in one embodiment by pairs of magnets, wherein the respective first magnet of a pair is attached to the electrodes as weighting weight and the respective second magnet of a pair is arranged at a distance below the respective first, weighting magnet in the exhaust duct.
  • the mutual vertical attraction of the magnets of each pair of magnets ensures a vertical tightening of the electrode.
  • a disadvantage of this embodiment is that the lower magnets are mounted on a scaffold, which is arranged in the exhaust pipe. As a result, the effective pipe diameter is reduced, the passage for cleaning brushes is blocked and defects and maintenance work on scaffold and / or magnet are due to the poor accessibility only partially correctable.
  • All hanging electrodes are attached at their lower end to a common weighting arrangement.
  • the respective first magnets of four pairs of magnets are mounted evenly distributed on the edge of the weighting arrangement.
  • the second magnets (counter magnets) of each pair are fixed at a distance from the respective first magnets of a pair on the inner periphery of the exhaust passage.
  • This arrangement should allow a centering of the magnets.
  • the clamping of the discharge electrodes in the axial direction is shown by the outer magnets, which are axially offset below the magnets attached to the discharge electrodes, act attractively on the magnets of the discharge electrodes.
  • the centering and stabilization of elongated electrodes in the exhaust duct should be improved.
  • a method of centering and stabilization is to be found, which is suitable for short and long high voltage electrodes, which may be flexible or rigid.
  • the method should also be effective for very narrow and / or curved exhaust pipes.
  • the cleaning should be possible in the simplest way with the brush from above or below.
  • a free-hanging high voltage electrode is particularly well centered in the said electrostatic filter system and stabilized due to the magnetic repulsion forces.
  • the magnetic centering disclosed here thus also serves for vibration damping and possibly vibration suppression.
  • the elongate spray electrode can be designed as a rod electrode.
  • a rod is expediently stiff, whereby vibrations during operation are suppressed.
  • the rod is also bendable or flexible at the same time. The bending ability may e.g. be advantageous when inserting the rod electrode in the exhaust passage. When cleaning with a brush also differs a flexible rod better. All these advantages are e.g. united in a along the longitudinal direction cambered rod.
  • another electrode may be used, e.g. a cable electrode, a wire electrode or a chain electrode.
  • the Magnetzentriansssystem shown for electrostatic filter systems is equipped with only a single spray.
  • the illustrated magnet centering system is particularly advantageous if the spray electrode is particularly long (for example at least 3 meters, optionally at least 4 meters or even 5 meters or longer).
  • the magnetic field lines in the mutual area of influence of the magnetic elements essentially run in such a way (for example rectified parallel), so that a mutual repulsion of the magnets results.
  • the first magnetic element is expediently designed as a bar magnet.
  • the north-south axis is in this case advantageously aligned parallel to the longitudinal direction of the elongated or elongate spray electrode.
  • the first central magnetic element e.g. Permanent magnets, AlNiCo magnets, neodymium magnets.
  • the type of usable magnets is conveniently determined based on the given temperature conditions during operation.
  • the second magnetic element includes one or more individual magnets, which may comprise a magnet, e.g. is shaped as a ring or which individual magnets e.g. are arranged ring-like or coronary.
  • the individual magnets of the second magnetic element are advantageously spaced from each other.
  • the second magnetic element surrounds - or surrounds, surrounds or surrounds - the first magnetic element preferably by, the second magnetic element (ie in particular the individual magnets of the second magnetic element or a ring magnet) and the first Magnetic element approximately on a plane (in particular on a horizontal plane or approximately at the same height) are arranged. Due to this arrangement, the magnetic elements can act on each other in such a way that the first magnetic element is influenced by the opposing magnetic forces. In particular, the second magnetic element or its individual magnets can surround the first magnetic element in a satellite-like manner.
  • the small height difference between the possible positions of the first magnetic element may be considered as an approximately equal height level region. This height difference is usually within an acceptable tolerance for the first and second magnetic element to be placed together.
  • the second magnetic element or the individual magnets of the second magnetic element is or are advantageously arranged approximately on the same plane, in particular approximately the same height as the first magnetic element.
  • the term "about” in this context means that there is some tolerance for deviations. The tolerance range may depend on the magnets used and their mutual arrangement. For magnets, which are arranged with their north-south axis perpendicular to the common plane, it can be approximately assumed that a mutual displacement of the common plane by half its length (ie by half the length of the north-south axis) is tolerable , If the length of the north-south axis of the first and second magnets or of the first and second magnetic element is not the same, then the length of the shorter north-south axis is relevant.
  • the type of magnet and the dimensions of the magnet are chosen such that said tolerance is in a range of at least ⁇ 5 cm, more preferably at least ⁇ 10 cm, more preferably at least ⁇ 5 cm. If the magnets have unequal dimensions, the respective center of gravity can be used as a reference for its height. The centering due repulsive magnetic forces may therefore possibly still work even with an existing height difference between the first and second magnetic element, provided that the magnetic forces are designed accordingly strong.
  • the second magnetic element comprises a plurality of individual magnets, in particular at least three magnets, preferably 12 to 20 magnets, which preferably strung apart a row (magnetic ring) form around the exhaust passage.
  • the second magnetic element may be e.g. include at least one magnetic ring, which magnetic ring the exhaust duct is placed around this comprehensive.
  • the second magnetic element may comprise two or more magnet pieces which, in combination and due to their shape (e.g., part-circular), substantially annularly surround the exhaust space. If the second magnetic element consists of a plurality of magnets (or if the second magnetic element is an arrangement of a plurality of magnets), then these magnets are preferably aligned in such a way that they repel each other.
  • the second magnetic element may e.g. Several bar magnets, several horseshoe magnets or more magnets with iron yoke include. It would also be possible to combine different types of magnets and / or magnetic forms. For ease of assembly, all magnets, which in combination make up the second magnetic element, have approximately the same strength or force field. Magnets of equal strength can e.g. be arranged on a circular line uniformly spaced from each other along the inner or outer periphery of an exhaust pipe or chimney and fixed thereto.
  • the second peripheral magnetic element e.g. Permanent magnets, AlNi-Co magnets, Neodymium magnets.
  • heat-resistant magnets are also interesting here, since an exhaust gas flow compared to the ambient temperature usually has a significantly elevated temperature and would otherwise demagnetize the magnets.
  • the individual magnets of the second magnetic element expediently clamp an imaginary connecting line which surrounds the first magnetic element or at least its axial extension. Due to the mutual repulsive influence of the field lines, the first, central magnetic element and thus the spray electrode can be caught or held in position.
  • the individual magnets of the second magnetic element preferably clamp an imaginary connecting line which surrounds the exhaust gas channel.
  • these imaginary lines do not intersect the interior of the exhaust passage but extend further outwards, i.e., outward. at least tangentially to the inner wall of the exhaust passage or spaced radially further out.
  • the imaginary connecting line thus advantageously surrounds the horizontal cross section of an exhaust gas duct or of an interior of a chimney.
  • the second magnetic element is fixed to the outer wall of the exhaust passage. This has the advantage that the magnetic element does not have to be polluted and cumbersome to clean in the exhaust duct. In addition, the exhaust duct remains free and the gas can escape escaping hinderungsok. Alternatively, the second magnetic element could be fixed to the inner wall of the exhaust passage.
  • the second magnetic element may be attached to the circumference of the exhaust duct with a belt or a collar, wherein the fixing force of the belt or the cuff should be greater than the magnetic repulsion forces.
  • the electrostatic filter system expediently includes a high voltage supply for feeding the spray electrode.
  • the high voltage supply may e.g. be housed in a housing which is mounted directly on the fireplace, in particular on the outer wall, or in its immediate vicinity.
  • the spray electrode is advantageously held by means of a holder arm in the exhaust stream.
  • the holder arm is preferably attached to the outside of the fireplace, in particular on the outer wall of the exhaust duct.
  • An insulator provides the necessary electrical insulation and spacing of the spray electrode and possibly grounded chimney pipe.
  • An additional draw weight at the spray electrode can help to suppress vibrations during operation.
  • the draw weight can be fixed to the spray electrode.
  • the spray electrode and the draw weight are positively connected with each other.
  • the first magnetic element can also serve as a draw weight due to its own weight.
  • a protective frame, made of metal, for example, can further complicate matters.
  • the socket can, for example, be made of chrome steel, which is not ferromagnetic, be prepared. Alternatively, a plastic socket may be provided, such as Teflon, or other material that defies the conditions in the exhaust passage.
  • At least one second magnet groups may be arranged above and / or below a first magnet group spaced therefrom, each magnet group being composed of a first magnet element and a second magnet element. This may be useful for additional stabilization on very long and / or flexible sputtering electrodes.
  • a filter set comprising an elongated spray electrode (eg a rod electrode, a cable electrode, a wire electrode or a chain electrode), a first magnetic element for fixing to the spray electrode and a second magnetic element containing one or more individual magnets a magnet is formed as a ring or which individual magnets can be arranged like a ring or a ring, wherein the filter set is characterized in that it includes a belt or a cuff for receiving the second magnetic element.
  • the second magnetic element can preferably be attached or fixed to the outer wall of an exhaust gas duct with the aid of the belt or the cuff.
  • the second magnetic element may consist of a ring or a plurality of magnets, for example a magnetic ring of a plurality of individual strung magnets, consist.
  • the arrangement of the individual magnets is preferably predetermined by the belt or the cuff.
  • the later position on a chimney is advantageously determined by the arrangement on belt or cuff.
  • An existing exhaust system may thus e.g. be equipped to Kaminelektrofilter.
  • the belt or the cuff is equipped with receptacles for or the individual magnets of the second magnetic element, in particular with recordings, wherein the one magnet or the individual magnets (in particular non-positively) can be fixed.
  • the belt or the cuff is equipped with clamping means which allow a (in particular non-positive) fixing of the belt or the cuff around the outer circumference of an exhaust duct or a chimney.
  • the set may further provide a suitable high voltage power supply, an insulator and / or a support arm for the spray electrode for mounting.
  • a draw weight for fixing to the spray electrode can be provided.
  • a single spray electrode can be sufficient.
  • the length of the spray electrode can be adapted to the requirements.
  • first magnetic element eg consisting of one or more central magnets
  • second magnetic element eg consisting of one or more peripheral magnets
  • a magnetic group which can be used to stabilize a spray electrode.
  • at least two straps or sleeves for receiving the at least two second magnetic elements can expediently be provided.
  • the second magnetic element is mounted on a wall (in particular an outer wall) of an exhaust passage such that the second magnetic element surrounds or surrounds the first magnetic element and acts magnetically repelling on the first magnetic element at least during operation of the system, so that the first magnetic element and thus the Spray electrode in the exhaust passage in a centered position of the exhaust passage walls, or the inner wall of the exhaust passage, is kept at a distance.
  • the second magnetic element is thus mounted surrounding the first magnetic element surrounding this first magnetic element.
  • the second magnetic element is mounted at approximately the same height as the first magnetic element.
  • the second magnetic element may be mounted slightly higher than the first magnetic element.
  • the second magnetic element can be offset relative to the first magnetic element in the axial direction of the spray electrode, in particular offset to elevated position, and possibly over the first magnetic element.
  • the offset in the height arrangement can only be so great that the first magnetic element can still be held in a central position in the exhaust duct; ie the possible offset depends on the strength of the magnetic forces and the spatial spread of the magnetic field lines.
  • a high voltage power supply comprising an insulating support arm for the spray electrode is mounted outside the exhaust duct, preferably on the outer wall of an exhaust pipe, in such a way that the support arm bears against the exhaust duct, i. in particular against the inner wall of the exhaust duct, extends electrically insulated into the exhaust duct.
  • the mentioned filter set is suitable for various exhaust systems, examples of which are industrial plants, (municipal) incinerators, small fireplaces, etc.
  • the filter set according to the invention is particularly suitable for retrofitting existing exhaust systems.
  • said filter set is used for mounting on an exhaust duct.
  • the assembly can be done from the outside.
  • all components are either attached to the outside of the fireplace or with the spray on a support arm, which may also be attached to the outside of the fireplace, removably mounted.
  • FIG. 1 a simplified electrostatic filter system is shown, which essentially comprises an exhaust pipe or a chimney 9 and a spray electrode 11.
  • the terms exhaust pipe, chimney and chimney pipe are interchangeable in the present application.
  • the fireplace can optionally be equipped with a thermal insulation.
  • the spray electrode is advantageously designed as a rod electrode 11, but may for example be designed as a wire, rope or chain electrode.
  • the rod electrode 11 is advantageously in the center of the exhaust passage 13 of the chimney 9 as possible parallel to the axis arranged.
  • the rod electrode 11 is hingedly or optionally rigidly attached to a suspension 15 of a holder arm 17.
  • the holder arm 17 is optionally flexibly secured in an insulator 19.
  • the holder arm 17 may be fastened to the insulator 19 via a plug and / or screw connection 21.
  • the insulator in turn, is expediently fastened, for example, to the outside of the chimney 9.
  • the holder arm 17 extends with the suspension 15 in the exhaust passage 13, in particular such that the suspension 15 is positioned as centrally as possible in the exhaust passage 13 spaced from the inner walls 29.
  • the attached rod electrode 11 is aligned due to its own weight along the longitudinal axis 25 of the exhaust passage 13 from.
  • a draw weight 27 secured to the spray electrode 11 can ensure optimum alignment.
  • An electrical high voltage supply 23 supplies the electrical voltage for the rod electrode 11.
  • at least the inner wall 29 of the chimney 9 is earthed.
  • the grounded chimney pipe serves on the inside as a collecting electrode.
  • a spray electrode 11, as for example in an arrangement according to Fig. 1 is placed under high voltage, whereby an electrostatic voltage between the spray electrode 11 and the inner wall 29 of the chimney 9 is generated.
  • an electrostatic voltage between the spray electrode 11 and the inner wall 29 of the chimney 9 is generated.
  • entrained particles are electrostatically charged and deposited on the inner wall 29 of the chimney 9.
  • Such filtered-out waste products can then be collected and dumped or recycled.
  • the waste products can be removed from the inner wall, for example, by tapping or brushing.
  • the spray electrode 11 undergo a deflection ⁇ with appropriate vibration.
  • the spray electrode 11 can usually be centered with a draft weight 27 in the case of tube separators.
  • the electrode 11 is stretched and held in the Lot.
  • a restoring torque results M gr , which is caused by the weight F g .
  • the restoring moment M gr remains approximately constant over different electrode lengths in the system shown here. As with increasing electrode length, although the angle ⁇ and thus the force F gr smaller, but at the same time the lever with the electrode length L e is greater.
  • the inventive electrostatic filter system according to Fig. 2 essentially comprises a chimney 9 and a spray electrode 11.
  • the spray electrode is advantageously designed as a rod electrode 11, but may for example also be formed as a chain electrode.
  • the rod electrode 11 is advantageously arranged in the center of the exhaust passage 13 of the chimney 9 as parallel as possible to the longitudinal axis 25 of the exhaust passage 13.
  • the rod electrode 11 is hingedly or optionally rigidly attached to a suspension 15 of a holder arm 17.
  • the holder arm 17 is optionally flexibly secured in an insulator 19.
  • the holder arm 17 may be fastened to the insulator 19 via a plug and / or screw connection 21.
  • the insulator in turn, is expediently For example, outside the fireplace 9 attached.
  • the holder arm 17 extends with the suspension 15 in the exhaust passage 13, in particular such that the suspension 15 is positioned as centrally as possible in the exhaust passage 13 from its walls 29 spaced.
  • the attached rod electrode 11 is aligned due to its own weight along the longitudinal axis 25 of the exhaust passage 13 from. As indicated above, however, the dead weight of the electrode 11 is not necessarily sufficient to keep the spray electrode 11 stable under operating voltage and centrally in the exhaust gas duct 13.
  • stabilization is achieved by a magnet arrangement attached to the spray electrode 11 and the chimney 9.
  • a first, central magnet 31 (which may be composed of a single magnet or a plurality of partial magnets) is attached to the spray electrode 11.
  • a plurality of peripheral magnets 33 surrounding the first central magnet 31 are fixed to a chimney wall (each peripheral magnet may also be composed of a single magnet or a plurality of part magnets).
  • a plurality of at least three peripheral magnets 33 are advantageous. Shown here is a preferred plurality of 12 peripheral magnets 33.
  • the peripheral magnets 33 are expediently provided on the circumference of the chimney 9 on its wall, for example on its inner wall 29 or preferably on its outer wall 35 , distributed.
  • All the magnets, all the peripheral magnets 33 as well as the central magnet 31, are arranged so as to repel each other.
  • bar magnets are preferably used whose north-south axes are aligned parallel and rectified.
  • the distribution of the peripheral magnets 33 is such that a closed imaginary connecting line 37 (see FIG Fig. 3a and Fig. 3b ), which magnetically connects the magnets 33 of said plurality, around the first magnet 31 and thus around the suspended spray electrode 11 (especially even if it is not under high voltage).
  • the imaginary connecting lines form the shortest connections between two repelling magnets 33.
  • a third magnet is repelled with respect to such an imaginary line, since the repulsive forces are greater at an intersection with this line than at any other point of a line (or area), which intersects the imaginary line vertically.
  • the entire imaginary connecting line 37 extends outside the exhaust duct 13, as in FIG Fig. 3b shown. This has the advantage that in the exhaust passage 13, which is bounded by the inner wall 29, no imaginary pockets 38 with radially outwardly decreasing magnetic force between the inner wall 29 and imaginary connecting line 37 may exist. Because there is the possibility that the central magnets 31 could be pressed with the spray electrode 11 in such an imaginary pocket 38 and thereby optionally against the inner wall 29 of the chimney 9, which would most likely lead to a short circuit.
  • the magnets 31, 33 are frictionally engaged with their respective carrier, i. the spray magnet 11 or the chimney 9 connected.
  • the peripheral magnets 33 are regularly distributed, i. all the magnets 33 are equidistant from the central magnet 31, and all the peripheral magnets 33 are approximately equidistant from one another. This arrangement is particularly advantageous when the peripheral magnets 33 generate approximately equal magnetic fields.
  • a draft weight 27 may be attached to the spray electrode 11 in addition to the central magnet.
  • This draw weight 27 can further enhance the stretch and alignment of the spray electrode 11 due to its weight.
  • Such a draw weight 27 is advantageously arranged below the central magnet 31.
  • the peripheral magnets 33 and optionally the central magnet 31 may be selected from the group of permanent magnets. If necessary, a high-temperature magnet can be used as the draw weight. This is particularly useful at high operating temperatures in the exhaust duct 13.
  • each magnet 31, 33 in a protective cover in particular in a hermetically sealed protective cover, be used.
  • Protective covers can be attached directly to the fireplace or the rod electrode, eg by screwing or welding.
  • Protective covers may alternatively be attached to a strap or cuff. In which case the belt or the cuff is fastened to the chimney 9, preferably to the outer wall 35 of the chimney 9.
  • the magnetic ring or magnet ring (magnets 33), which is preferably mounted outside the chimney pipe, repulsive acts on the central magnet 31, thus is held by repulsive forces of the central magnet 31 in the center of the magnetic ring and thus centrally in the exhaust passage 13 and optionally positioned.
  • An electrical high voltage supply 23 supplies the electrical voltage for the rod electrode 11.
  • at least the inner wall 29 of the chimney 9 is earthed.
  • the central magnet 31 has the tendency to deflect laterally, possibly to rotate about an axis of rotation (in particular to the suspension 15). If necessary, the magnet can be kept stable by means of an additional weight, ie the above-mentioned draft weight 27.
  • Fig. 4 is the exhaust duct of FIG. 2 shown with deflected electrode. Shown are approximately the forces acting due to weight, magnetic repulsion and deflection. The dead weight of the spray electrode 11 and the additional draw weight 27 cause the gravitational force F g . Due to weight and deflection results in a first portion of a restoring force F gr (in which case the weight of the magnets should be considered). In addition, magnetic forces act here. In a system with a low deflection angle, it can be assumed for simplicity that the magnetic forces act approximately in the horizontal direction. In the given embodiment, as stated above, the magnets are mounted repellent against each other.
  • FIG. 9 As can be seen, a long electrode (eg 10 m) can reach an unstable state after a certain deflection, which in turn leads to a short circuit. According to the simulated situation in FIG. 9 is from a deflection of about 6.5 cm, the system unstable (this can be seen in that the sign of the total calculated torque at the said deflection of about 6.5 cm changes).
  • the FIGS. 10 and 11 now show the torques occurring, taking into account the magnetic centering. As additional torque, the magnetic torque was inserted. The sign here is the same as for Torque of weight (draft weight 27) and opposite to the electrostatic force. Due to the summation of all torques, there is no change of sign when deflecting to one side over the entire possible deflection range. This means that the electrode 11 experiences a centering force or centering torque to the center over the entire deflection range.
  • the magnetic restoring forces F m can clearly exceed the effect of the restoring forces F gr established on the weight with relatively little deflection.
  • the positioning of a long discharge electrode 11 can be significantly improved by the additional use of repelling magnets. Vibrations and short circuit can thus be effectively suppressed or prevented.
  • Fig. 5 is an electrostatic filter system with an alternative magnet arrangement comprising a first magnet group 39 and a second magnet group 40 shown.
  • a first magnet group 39 and a second magnet group 40 shown.
  • central and peripheral magnets 41, 43 of a second magnet group 40 are fixed to the outer chimney wall 35 at at least one intermediate region of the rod electrode 11 and at approximately the same height.
  • a second magnet group 40 or further magnet groups distributed over the length of the spray electrode 11 can further contribute to the stabilization of the spray electrode 11.
  • Each of these magnet groups 39 and 40 is thus composed of first and second magnetic elements and each first and second magnetic element of a group is arranged at approximately the same height on the chimney 9.
  • Central and peripheral magnets can be designed as bar magnets, see Fig. 2 . 5 or enlarged Fig. 6 , Optionally, however, it is also possible to use magnets of a different design.
  • horseshoe magnets 45 can be demonstrated on the periphery. As with the central bar magnet 31, the effective poles of the horseshoe magnet 45 are aligned in a vertical axis, with the same sense of direction as the central bar magnet. Horseshoe magnets 45 have the advantage that their magnetic field lines (especially when used in peripheral position) can be directed mainly into the exhaust gas interior.
  • the centering of the electrode can alternatively be done via one or more magnetic rings.
  • one or more magnetic rings are advantageously placed around the chimney, in particular at the level of a central magnet or a plurality of central magnets, which are attached to the spray electrode.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Elektrostatische Filteranlage beinhaltend einen Kamin (9) mit Abgaskanal (13), eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen den Kamin (9) elektrisch isoliert im Abgaskanal (13) angeordnet ist, ein erstes Magnetelement (31) fixiert an der Sprühelektrode, und ein zweites Magnetelement (33) fixiert an der Wand des Kamins (9), welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt und einen oder mehrere einzelne Magnete beinhaltet, wobei, das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement gegenseitig abstossend angeordnet sind. Verfahren zum Betreiben der Filteranlage. Filterset für eine elektrostatische Filteranlage. Verfahren zur Montage des Filtersets. Verwendung des Filtersets zur Montage, Nachrüstung und/oder Ausrüstung von Abgasanlagen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filteranlage gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs und ein Filterset gemäss dem Oberbegriff eines weiteren unabhängigen Anspruchs. Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage und ein Verfahren zur Montage des erfindungsgemässen Filtersets an einem Abgasrohr oder einem Abgaskamin sowie der Verwendung des Filtersets zur Ausrüstung oder Nachrüstung von Abgasanlagen.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Elektrostatische Abscheider zur Abgasreinigung beinhalten im Allgemeinen zumindest eine Sprühelektrode und eine Niederschlagselektrode als Gegenelektrode. Die Flächen der Elektroden stehen einander möglichst abstandsuniform gegenüber. Die Fläche der Niederschlagselektrode kann im Vergleich zur Fläche der Sprühelektrode recht gross ausgelegt sein.
  • Bekannte elektrostatische Abscheider bestehen zum Beispiel aus parallel angeordneten Niederschlagselektroden, die gemeinsam mit dem Gehäuse geerdet sind. Die Niederschlagselektroden bilden Gassen, durch die das zu reinigende Gas strömt. Zwischen den Niederschlagsektroden in den Gassen befinden sich Sprühelektroden. Diese sind elektrisch isoliert aufgehängt und werden mit gleichgerichteter Hochspannung versorgt, die meist zwischen 20 bis 100kV liegt.
  • Die im Abgas enthaltenen Staubteilchen oder Nebeltröpfchen werden beim Durchfluss durch den Abscheider zwischen den Elektroden elektrisch negativ aufgeladen und unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes zu den geerdeten Niederschlagselektroden transportiert und dort abgeschieden bzw. ausgefiltert.
  • Grundsätzlich unterscheidet man zwei Bauformen, den Plattenfilter und den Röhrenfilter. Bei Plattenfiltern sind die Sprühelektroden meistens auf einem festen Rahmen aufgespannt. Durch diese Massnahme ist die Position der Elektroden fixiert. Bei den Röhrenfiltem sind die Elektroden vielfach einseitig aufgehängt und mit einem Streckgewicht versehen. Bei vielen parallel geschalteten Röhren, werden die Elektroden vielfach über einen Rahmen miteinander verbunden und somit in Position gehalten.
  • Die Elektrode zentrisch in der Mitte zu halten kann sich bei Röhrenfilter als schwierig erweisen. Durch das anbringen der Hochspannung an die Sprühelektrode wirken zwischen der Sprühelektrode und der Niederschlagsfläche anziehende Kräfte. Die Hochspannungselektrode befindet sich auf einem Potential bis zu ungefähr 100kV, die Niederschlagsfläche auf dem Potential der Erde. Aufgrund der unterschiedlichen Potentiale ziehen sich die gegenpoligen Flächen an und können bei gegenseitiger Annäherung zu einem Kurzschluss führen, welcher den Betrieb beeinträchtigt.
  • Damit sich die Elektrode nicht zur Wand bewegt wird die Elektrode normalerweise zwischen zwei Punkten gespannt, oder mit einem Rückstellgewicht versehen.
  • Das Rückstellmoment Mgr verursacht durch die Gewichtskraft Fg bleibt bei einer gleichbleibenden Auslenkung S1 (z.B. 0.1m) und sich verändernden Elektrodenlänge Le ungefähr konstant. Da die Rückstellkraft Fgr zwar bei längerer Elektrode kleiner wird (kleinerer Auslenkwinkel α), sich aber gleichzeitig der Hebel (Elektrodenlänge Le) vergrössert.
  • Bei langen Elektroden (länger als 3 m) werden mit zunehmender Länge (Elektrodenlänge) die Drehmomente Mes (verursacht durch elektrostatische Kräfte (Fes)) immer grösser, da zum Einen die sich anziehenden Flächen grösser werden und zum Andern der Hebel (mit der Elektrodenlänge) verlängert wird.
  • Das heisst, dass bei langen Sprühelektroden die Rückstelldrehmomente Mgr eher gering sind und die elektrostatischen Drehmomente Mes eher hoch. In Summe führen dieser Effekte dazu, dass sich die Zentrierung einer einseitig aufgehängten längeren Elektrode äusserst schwierig gestaltet. In der Folge fängt die Sprühelektrode an sich aufzuschwingen, was zum Kurzschluss führen kann.
  • In Dokument EP 0 397 208 wird eine Anlage mit Röhrenfilter offenbart. Die aufgehängten Elektroden lassen sich durch Elektromagnete in Schwingung versetzen und dadurch abreinigen. Während des Betriebs der Anlage können die Magnete auch dazu dienen die Elektroden zu stabilisieren. Dies wird in einer Ausführungsvariante durch Magnetpaare bewerkstelligt, wobei der jeweils erste Magnet eines Paares an den Elektroden als beschwerendes Gewicht angehängt wird und der jeweils zweite Magnet eines Paares mit Abstand unterhalb des jeweiligen ersten, beschwerenden Magneten im Abgaskanal angeordnet ist. Die gegenseitige vertikale Anziehungskraft der Magnete eines jeden Magnetpaars sorgt für eine vertikale Straffung der Elektrode. Nachteilig bei dieser Ausführungsvariante ist, dass die unteren Magnete auf einem Stützgerüst befestigt sind, welches im Abgasrohr angeordnet ist. Hierdurch wird der effektive Rohrdurchmesser verringert, der Durchgang für Reinigungsbürsten wird blockiert und Defekte und Wartungsarbeiten an Stützgerüst und/oder Magneten sind aufgrund der schlechten Zugänglichkeit nur bedingt behebbar.
  • In einer zweiten Ausführungsvariante in Dokument EP 0 397 208 werden alle hängenden Elektroden an ihrem unteren Ende an einer gemeinsamen beschwerenden Anordnung befestigt. Die jeweils ersten Magnete von vier Magnetpaaren sind am Rand der beschwerenden Anordnung, gleichmässig verteilt angebracht. Die zweiten Magnete (Gegenmagnete) jeden Paares sind mit Abstand zu den jeweiligen ersten Magneten eines Paares am Innenumfang des Abgaskanals befestigt. Diese Anordnung soll eine Zentrierung der Magnete ermöglichen. Insbesondere wird das Spannen der Sprühelektroden in axialer Richtung aufgezeigt, indem die äusseren Magnete, welche axial versetzt unterhalb der den Sprühelektroden angehängten Magneten angebracht sind, anziehend auf die Magnete der Sprühelektroden wirken.
  • In allen Ausführungsvarianten sind Gestelle und Halterungen für die Magnete innerhalb des Abgaskanals nötig. All diese Installationen haben den Nachteil, dass sie den Gasfluss behindern und die Staubanlagerung begünstigen. Ein Reinigen dieser Halterungsgestelle kann sich schwierig gestalten. Ebenfalls ist eine nachträgliche Installation einer elektrostatischen Filteranlage an einem bestehenden Abgaskanal äusserst schwierig, da die Magnete eingebracht werden müssen.
  • In den genannten Ausführungsvarianten wird lediglich von einer gegenseitigen Anziehung der Magnete der Magnetpaare gesprochen. Zudem scheinen nur anziehende Kräfte die gewünschte Zentrierung zu unterstützen.
  • Stellt man Betrachtungen für abstossende Magnetkräfte an, stellt sich heraus, dass Abstossungskräfte zwischen den Magneten an den Sprühelektroden und den radial umliegenden und/oder axial weiter unten angeordneten Magneten sich negativ auf eine Zentrierung auswirken würden. Eine Abstossung der Magnete der Magnetpaare würde in beiden Ausführungsvarianten (und somit auch in deren Kombination) zu einer Dezentrierung und Destabilisation der Sprühelektroden führen. Dies würde weiter zur Auslenkung und Verdrehung der Sprühelektrodengruppen führen und somit gegebenenfalls zum Kurzschluss zwischen Sprühelektrode und geerdeten Teilen. Bei sehr langen Sprühelektroden ist zu erwarten, dass Dezentrierung und Destabilisation sich stärker negativ auswirken als bei kürzeren.
    • AUFGABE
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zentrierung und Stabilisierung einer frei hängenden Hochspannungselektrode zu verbessern, wobei die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden sollen. Die Zentrierung und Stabilisierung von länglichen Elektroden im Abgaskanal soll verbessert werden. Im Weiteren soll eine Methode der Zentrierung und Stabilisierung gefunden werden, welche sich für kurze und lange Hochspannungselektroden, welche flexible oder starr sein können, eignet. Die Methode soll auch bei sehr engen und/oder gekrümmten Abgasrohren wirksam sein. Zudem soll die Reinigung auf einfachste Weise mit der Bürste von oben oder unten möglich sein. Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung Anlagen bzw. Anlagenteile mit verbesserter Zentrierung und Stabilisierung einer frei hängenden Hochspannungselektrode bereitzustellen. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Zentrierung und Stabilisierung von Hochspannungselektroden an bereits bestehenden Abgassystemen zu verbessern.
    • BESCHREIBUNG
  • Diese und andere Ziele werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Gelöst werden die oben genannten Aufgaben insbesondere durch eine elektrostatische Filteranlage beinhaltend
    • einen Abgaskanal,
    • eine längliche Sprühelektrode, welche gegen die Innenwand des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist,
    • ein erstes Magnetelement fixiert an der Sprühelektrode, und
    • ein zweites Magnetelement fixiert an der Wand (Innenwand und/ oder Aussenwand) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt, wobei die elektrostatische Filteranlage dadurch charakterisiert ist, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement zueinander derart angeordnet und/oder gepolt sind, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken. Das heisst, dass die Magnetelemente gegenseitig abstossend angeordnet sind. Durch die abstossende Magnetkraft wird die Sprühelektrode in der Betriebsstellung gehalten. In Betriebsstellung ist die Sprühelektrode (möglichst gleichmässig) von den Innenwänden des Abgaskanals beabstandet. Bevorzugt ist die Sprühelektrode mittig im Abgaskanal positioniert bzw. zentriert. Innenwand und Aussenwand des Abgaskanals entsprechen vorzugsweise Begrenzungen, welche durch ein Abgasrohr oder einen Kamin definiert werden.
  • Eine freihängende Hochspannungselektrode ist in der genannten elektrostatischen Filteranlage besonders gut zentrierbar und stabilisierbar aufgrund der magnetischen Abstossungskräfte. Die hier offenbarte Magnetzentrierung dient somit auch zur Schwingungsdämpfung und gegebenenfalls Schwingungsunterdrückung.
  • Die im Folgenden angeführten vorteilhaften Ausführungsvarianten führen allein oder in Kombination miteinander zu weiteren Verbesserungen der elektrostatischen Filteranlage.
  • Die längliche Sprühelektrode kann als Stabelektrode ausgeführt sein. Ein solcher Stab ist zweckmässigerweise steif, wodurch Schwingungen bei Betrieb unterdrückt werden. Vorteilhafterweise ist der Stab gleichzeitig auch biegbar bzw. flexibel. Die Biegefähigkeit kann z.B. beim Einführen der Stabelektrode in den Abgaskanal von Vorteil sein. Beim Reinigen mit einer Bürste weicht zudem ein biegbarer Stab besser aus. All diese Vorteile werden z.B. in einem entlang der Längsrichtung bombierten Stab vereinigt. Alternativ kann auch eine andere Elektrode verwendet werden wie z.B. eine Seilelektrode, eine Drahtelektrode oder eine Kettenelektrode.
  • Vorteilhaft ist das aufgezeigte Magnetzentrierungssystem für elektrostatische Filteranlagen mit nur einer einzigen Sprühelektrode bestückt. Besonders vorteilhaft ist das aufgezeigte Magnetzentrierungssystem, wenn die Sprühelektrode besonders lang (z.B. mindestens 3 Meter, gegebenenfalls mindestens 4 Meter oder sogar 5 Meter oder länger) ist.
  • Vorteilhalfterweise verlaufen die magnetischen Feldlinien im gegenseitigen Einflussbereich der Magnetelemente im Wesentlichen derart (z.B. gleichgerichtet parallel), sodass eine gegenseitige Abstossung der Magnete resultiert.
  • Das erste Magnetelement ist zweckmässigerweise als Stabmagnet ausgelegt. Die Nord-Süd-Achse ist hierbei vorteilhafterweise parallel zur Längsrichtung der länglichen bzw. langestreckten Sprühelektrode ausgerichtet.
  • Für das erste, mittige Magnetelement eignen sich z.B. Permanentmagnete, AlNiCo-Magnete, Neodym-Magnete. Die Art der einsetzbaren Magnete wird zweckmässigerweise aufgrund der gegebenen Temperaturbedingungen im Betrieb ermittelt.
  • Das zweite Magnetelement beinhaltet insbesondere einen oder mehrere einzelne Magnete, welcher eine Magnet z.B. als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete z.B. ringartig oder kranzartig angeordnet sind. Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements sind vorteilhafterweise voneinander beabstandet.
  • Das zweite Magnetelement umgibt - bzw. umringt, umgreift oder umfasst - das erste Magnetelement bevorzugt indem, das zweite Magnetelement (d.h. insbesondere die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements oder ein Ringmagnet) und das erste Magnetelement ungefähr auf einer Ebene (insbesondere auf einer horizontalen Ebene bzw. ungefähr auf der gleichen Höhe) angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung können die Magnetelemente aufeinander derart einwirken, dass das erste Magnetelement beeinflusst durch die gegensätzlichen Magnetkräfte zentriert wird. Insbesondere kann das zweite Magnetelement bzw. können dessen einzelne Magnete das erste Magnetelement satellitenartig umgeben. Da zwischen unabgelenkter und abgelenkter Position der installierten Sprühelektrode sich das Höhenniveau des unteren Elektrodenendpunkts für gewöhnlich nicht stark ändert, kann für den Zweck der vorliegenden Erfindung der geringe Höhenunterschied zwischen den möglichen Positionen des ersten Magnetelements als ein Bereich mit ungefähr gleichem Höhenniveau angesehen werden. Dieser Höhenunterschied liegt normalerweise innerhalb einer akzeptablen Toleranz für die gegenseitige Anordnung von erstem und zweitem Magnetelement.
  • Das zweite Magnetelement bzw. die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements ist bzw. sind vorteilhafterweise ungefähr auf der gleichen Ebene insbesondere ungefähr gleich hoch wie das erste Magnetelement angeordnet. Der Begriff "ungefähr" bedeutet in diesem Kontext dass eine gewisse Toleranz für Abweichungen vorhanden ist. Der Toleranzbereich kann von den verwendeten Magneten und deren gegenseitigen Anordnung abhängen. Bei Magneten, welche mit ihrer Nord-Süd-Achse senkrecht zur gemeinsamen Ebene angeordnet sind, kann näherungsweise angenommen werden, dass eine gegenseitige Verschiebung aus der gemeinsamen Ebene um deren halbe Länge (d.h. um die halbe Länge der Nord-Süd-Achse) tolerierbar ist. Ist die Länge der Nord-Süd-Achse von ersten und zweiten Magneten bzw. von erstem und zweitem Magnetelement nicht gleich, so ist die Länge der kürzeren Nord-Süd-Achse relevant. Vorteilhafterweise werden Magnetart und Magnetabmessungen derart gewählt, dass die genannte Toleranz in einem Bereich von mindestens ±5 cm, weiter bevorzugt von mindestens ±10 cm, weiter bevorzugt von mindestens ±5cm liegt. Haben die Magnete ungleiche Abmessungen, kann der jeweilige Schwerpunkt als Referenz für dessen Höhe verwendet werden. Die Zentrierung aufgrund abstossender Magnetkräfte kann gegebenenfalls also auch bei einer bestehenden Höhendifferenz zwischen erstem und zweitem Magnetelement noch funktionieren, sofern die Magnetkräfte entsprechend stark ausgelegt sind.
  • Bevorzugt umfasst das zweite Magnetelement mehrere einzelne Magnete, insbesondere mindestens drei Magnete, bevorzugterweise 12 bis 20 Magnete, welche bevorzugt beabstandet aneinandergereiht einen Kranz (Magnetkranz) um den Abgaskanal bilden. Alternativ kann das zweite Magnetelement z.B. mindestens einen Magnetring beinhalten, welcher Magnetring den Abgaskanal umfassend um diesen gelegt ist. Weiter kann das zweite Magnetelement zwei oder mehrere Magnetstücke umfassen, welche in Kombination und aufgrund ihrer Form (z.B. teilkreisförmig) den Abgasraum im Wesentlichen kranzartig umfassen. Besteht das zweite Magnetelement aus mehreren Magneten (bzw. ist das zweite Magnetelement eine Anordnung mehrerer Magnete), so sind diese Magnete bevorzugt derart ausgerichtet, dass sie sich untereinander gegenseitig abstossen.
  • Das zweite Magnetelement kann z.B. mehrere Stabmagnete, mehrere Hufeisenmagnete oder mehrere Magnete mit Eisenrückschluss beinhalten. Möglich wäre auch eine Kombination verschiedener Magnetarten und/oder Magnetformen. Zur einfacheren Montage haben alle Magnete, welche in Kombination das zweite Magnetelement ausmachen, ungefähr die selbe Stärke bzw. das selbe Kraftfeld. Magnete gleicher Stärke können z.B. auf einer Kreislinie gleichmässig gegeneinander beabstandet entlang des inneren oder äusseren Umfangs eines Abgasrohrs oder Kamins angeordnet und an diesem fixiert werden.
  • Für das zweite, periphere Magnetelement eignen sich z.B. Permanentmagnete, AlNi-Co-Magnete, Neodym-Magnete. Insbesondere sind hier auch hitzebeständige Magnete interessant, da ein Abgasstrom gegenüber der Umgebungstemperatur für gewöhnlich eine deutlich erhöhte Temperatur aufweist und die Magnete ansonsten entmagnetisieren würde.
  • Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements spannen zweckmässigerweise eine imaginäre Verbindungslinie auf, welche das erste Magnetelement oder zumindest dessen axiale Verlängerung umringt. Durch den gegenseitigen abstossenden Einfluss der Feldlinien kann das erste, mittige Magnetelement und somit die Sprühelektrode gefangen bzw. auf Position gehalten werden.
  • Die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements spannen bevorzugt eine imaginäre Verbindungslinie auf, welche den Abgaskanal umringt. Vorteilhafterweise schneiden diese imaginären Linien den Innenraum des Abgaskanals nicht sondern verlaufen weitere aussen, d.h. zumindest tangential zur Innenwand des Abgaskanals oder davon beabstandet radial weiter aussen. Die imaginäre Verbindungslinie umringt also vorteilhafterweise den horizontalen Querschnitt eines Abgaskanals bzw. eines Innenraums eines Kamins.
  • Zweckmässigerweise ist das zweite Magnetelement an der Aussenwand des Abgaskanals fixiert ist. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetelement nicht verschmutzt und umständlich im Abgaskanal gereinigt werden muss. Zudem bleibt der Abgaskanal frei und das abziehende Gas kann hinderungsfrei entweichen. Alternativ könnte das zweite Magnetelement an der Innenwand des Abgaskanals fixiert werden.
  • Das zweite Magnetelement kann mit einem Gurt oder einer Manschette am Umfang des Abgaskanals angebracht sein, wobei die Fixierkraft des Gurtes oder der Manschette grösser sein sollte als die magnetischen Abstossungskräfte.
  • Die elektrostatische Filteranlage beinhaltet zweckmässigerweise eine Hochspannungsversorgung zur Speisung der Sprühelektrode. Die Hochspannungsversorgung kann z.B. in einem Gehäuse untergebracht werden, welches direkt am Kamin, insbesondere an dessen Aussenwand, oder in dessen unmittelbaren Nähe angebracht ist.
  • Die Sprühelektrode wird vorteilhafterweise mittels eines Halterarms in den Abgasstrom gehalten. Der Halterarm ist vorzugsweise aussen am Kamin, insbesondere an der Aussenwand des Abgaskanals, befestigt. Ein Isolator sorgt für die nötige elektrische Isolierung und Beabstandung von Sprühelektrode und gegebenenfalls geerdetem Kaminrohr.
  • Ein zusätzliches Streckgewicht an der Sprühelektrode kann zur Unterdrückung von Schwingungen während des Betriebs beitragen. Das Streckgewicht ist an der Sprühelektrode fixierbar. Vorteilhafterweise sind Sprühelektrode und Streckgewicht kraftschlüssig miteinander verbunden. Das erste Magnetelement kann aufgrund seines Eigengewichts auch als Streckgewicht dienen. Eine schützende Fassung, z.B. aus Metall, kann hierbei weiter beschwerend wirken. Die Fassung kann z.B. aus einem Chromstahl, welcher nicht ferromagnetisch ist, hergestellt sein. Alternativ kann eine Kunststofffassung vorgesehen sein, wie z.B. aus Teflon., oder einem anderen Material, welches den Bedingungen im Abgaskanal trotzt.
  • In einer alternativen Ausführung kann oberhalb und/oder unterhalb einer ersten Magnetgruppe von dieser beabstandet zumindest eine zweite Magnetgruppen angeordnet sein, wobei jede Magnetgruppe sich aus einem genannten ersten Magnetelement und einem genannten zweiten Magnetelement zusammensetzt. Dies kann zur zusätzlichen Stabilisierung bei sehr langen und/oder flexiblen Sprühelektroden von Nutzen sein.
  • Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage, welche beinhaltet
    • einen Abgaskanal,
    • eine längliche Sprühelektrode, welche gegen die Innenwand des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist,
    • ein erstes Magnetelement fixiert an der Sprühelektrode, und
    • ein zweites Magnetelement fixiert an der Wand des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt,
    und sich dadurch auszeichnet, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement zueinander derart angeordnet werden, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken.
  • Erfindungsgemäss wird die obige Aufgabe im Weiteren gelöst durch ein Filterset beinhaltend eine längliche Sprühelektrode (z.B. eine Stabelektrode, eine Seilelektrode, eine Drahtelektrode oder eine Kettenelektrode), ein erstes Magnetelement zur Fixierung an der Sprühelektrode und ein zweites Magnetelement beinhaltend einen oder mehrere einzelne Magnete, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete sich kranzartig bzw. ringartig anordnen lassen, wobei das Filterset dadurch charakterisiert ist, dass es einen Gurt oder eine Manschette zur Aufnahme des zweiten Magnetelements beinhaltet. Das zweite Magnetelement kann mit Hilfe des Gurts oder der Manschette bevorzugt an der Aussenwand eines Abgaskanals angebracht bzw. fixiert werden. Das zweite Magnetelement kann aus einem Ring oder einer Vielzahl von Magneten, z.B. einem Magnetkranz mehrerer einzelner aufgereihter Magnete, bestehen. Die Anordnung der einzelnen Magnete ist bevorzugt durch den Gurt oder die Manschette vorgegeben. Die spätere Position an einem Kamin wird vorteilhafterweise durch die Anordnung auf Gurt oder Manschette vorgegeben.
  • Bestehende Abgaskamine können mit den Elementen dieses Sets aus- und aufgerüstet werden. Eine bestehende Abgasanlage kann somit z.B. zum Kaminelektrofilter ausgerüstet werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Merkmalen.
  • Zweckmässigerweise ist der Gurt oder die Manschette ausgerüstet mit Aufnahmen für den oder die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements, insbesondere mit Aufnahmen, worin der eine Magnet oder die einzelnen Magnete (insbesondere kraftschlüssig) fixierbar sind. Gegebenenfalls ist der Gurt oder die Manschette ausgerüstet mit Spannmitteln, welche eine (insbesondere kraftschlüssige) Fixierung des Gurts oder der Manschette um den äusseren Umfang eines Abgaskanals bzw. eines Kamins erlauben.
  • Mit dem Set können weiter eine geeignete Hochspannungsversorgung, ein Isolator und/oder ein Halterarm für die Sprühelektrode zur Montage bereitgestellt werden.
  • Weiter kann ein Streckgewicht zur Fixierung an der Sprühelektrode bereitgestellt werden.
  • Zur Aufrüstung einer Abgasanlage zu einem elektrostatischen Filter (auch elektrostatischer Abscheider genannt) kann eine einzelne Sprühelektrode genügen. Gegebenenfalls kann die Länge der Sprühelektrode den Anforderungen angepasst werden.
  • Je ein erstes Magnetelement (z.B. bestehend aus einem oder mehreren zentralen Magneten) und ein zweites Magnetelement (z.B. bestehend aus einem oder mehreren peripheren Magneten) bilden eine Magnetgruppe, welche zur Stabilisierung einer Sprühelektrode verwendet werden kann. Bei sehr langen oder flexiblen Sprühelektroden kann es sinnvoll sein zur Stabilisierung mehrere Magnetgruppen auf verschiedenen Höhenniveaus eines Abgaskanals einzusetzen. Filtersets mit zumindest zwei ersten Magnetelementen und zumindest zwei zweiten Magnetelementen bereit zu stellen, sodass sich zumindest eine erste Magnetgruppe und eine zweite Magnetgruppe aus den Magnetelementen zusammenstellen lassen. Hierzu könne zweckmässigerweise zumindest zwei Gurte oder Manschetten zur Aufnahme der zumindest zwei zweiten Magnetelemente bereitgestellt werden.
  • Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Montage eines genannten Filtersets umfasst die folgenden Schritte:
    • Anordnen der länglichen Sprühelektrode im Abgaskanal isoliert und beabstandet von der Innenwand des Abgaskanals,
    • Fixieren des ersten Magnetelements an der Sprühelektrode, insbesondere am unteren Ende der Sprühelektrode, und
    • Anbringen des zweiten Magnetelements an einer Wand (Innenwand und/oder Aussenwand) eines Abgaskanals, so dass das zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt und magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt.
  • Vorteilhafterweise wird das zweite Magnetelement derart an einer Wand (insbesondere einer Aussenwand) eines Abgaskanals angebracht, dass das zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt bzw. umringt und zumindest unter Betrieb der Anlage magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt, sodass das erste Magnetelement und damit die Sprühelektrode im Abgaskanal auf zentrierter Position von den Abgaskanalwänden, bzw. der Innenwand des Abgaskanals, beabstandet gehalten wird. Das zweite Magnetelement ist also seitlich vom ersten Magnetelement dieses erste Magnetelement umgebend angebracht.
  • Bevorzugt wird das zweite Magnetelement auf ungefähr gleicher bzw. gleicher Höhe wie das erste Magnetelement angebracht. Alternativ kann das zweite Magnetelement etwas höher als das erste Magnetelement angebracht werden. Abhängig von der Stärke der Magnetfelder kann das zweite Magnetelement gegenüber dem ersten Magnetelement in Achsrichtung der Sprühelektrode versetzt, insbesondere versetzt auf erhöhte Lage, und ggf. über dem ersten Magnetelement angeordnet sein. Der Versatz in der Höhenanordnung kann jedoch nur so gross sein, dass das erste Magnetelement noch in einer mittigen Position im Abgaskanal gehalten werden kann; d.h. der mögliche Versatz hängt von der Stärke der Magnetkräfte und der räumlichen Ausbreitung der Magnetfeldlinien ab.
  • Vorteilhafterweise wird eine Hochspannungsversorgung beinhaltend einen isolierenden Halterarm für die Sprühelektrode ausserhalb des Abgaskanals, bevorzugt an der Aussenwand eines Abgasrohrs, befestigt, und zwar so, dass der Halterarm gegen den Abgaskanal, d.h. insbesondere gegen die Innenwand des Abgaskanals, elektrisch isoliert in den Abgaskanal hineinreicht.
  • Das genannte Filterset eignet sich für verschiedenste Abgasanlagen, Beispiele hierfür sind Industrieanlagen, (kommunale) Verbrennungsanlagen, Kleinfeueranlagen etc.
  • Zudem eignet sich das erfindungsgemässe Filterset besonders zur Nachrüstung von bestehenden Abgasanlagen.
  • Vorteilhafterweise wird das genannte Filterset zur Montage an einem Abgaskanal verwendet. Insbesondere kann die Montage von aussen erfolgen. Zudem sind alle Bauteile entweder aussen am Kamin befestigt oder werden mit der Sprühelektrode an einem Halterarm, welcher ebenfalls aussen am Kamin befestigt sein kann, entnehmbar eingehängt.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es zeigen schematisch, in nicht massstabsgetreuen Darstellung:
    • Figur 1:
    einen Längsschnitt mit eingezeichneten Kraftkomponenten einer vereinfachten Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode;
    Figur 2:
    einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung;
    Figur 3
    einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung, (a) Querschnitt mit drei peripheren Magneten, (b) Querschnitt gemäss Figur 2;
    Figur 4:
    einen Längsschnitt mit eingezeichneten Kraftkomponenten einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und magnetischer Zentrierung;
    Figur 5:
    einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung;
    Figur 6:
    einen Teil eines Längsschnitts und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung;
    Figur 7:
    einen Teil eines Längsschnitts und einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Elektrostatischen Filteranlage mit Stabelektrode und alternativer magnetischer Zentrierung;
    Figur 8
    Zwei Meter lange Elektrode, ohne Magnetzentrierung;
    Figur 9
    Zehn Meter lange Elektrode, ohne Magnetzentrierung;
    Figur 10
    Zwei Meter lange Elektrode, mit Magnetzentrierung;
    Figur 11
    Zehn Meter lange Elektrode, mit Magnetzentrierung.
    BESCHREIBUNG
  • In Figur 1 ist eine vereinfachte Elektrostatische Filteranlage aufgezeigt, welche im Wesentlichen ein Abgasrohr oder einen Kamin 9 und eine Sprühelektrode 11 beinhaltet. Die Begriffe Abgasrohr, Kamin und Kaminrohr sind in der vorliegenden Anmeldung austauschbar. Der Kamin kann optional mit einer thermischen Isolation bestückt sein. Die Sprühelektrode ist vorteilhafterweise als Stabelektrode 11 ausgebildet, kann jedoch z.B. auch als Draht-, Seil- oder Kettenelektrode ausgebildet sein. Die Stabelektrode 11 ist vorteilhafterweise im Zentrum des Abgaskanals 13 des Kamins 9 möglichst achsparallel angeordnet. Die Stabelektrode 11 hängt gelenkig oder gegebenenfalls steif an einer Aufhängung 15 eines Halterarm 17. Zur elektrisch isolierenden Befestigung der Stabelektrode 11 ist der Halterarm 17 in einem Isolator 19 gegebenenfalls flexibel befestigt. Insbesondere kann der Halterarm 17 über eine Steck- und/oder Schraubverbindung 21 am Isolator 19 befestigt sein. Der Isolator wiederum ist zweckmässigerweise z.B. aussen am Kamin 9 befestigt. Der Halterarm 17 reicht mit der Aufhängung 15 in den Abgaskanal 13 hinein, insbesondere derart, dass die Aufhängung 15 möglichst mittig im Abgaskanal 13 von dessen Innenwänden 29 beabstandet positioniert ist. Die angehängte Stabelektrode 11 richtet sich aufgrund ihres Eigengewichts entlang der Längsachse 25 des Abgaskanals 13 aus. Gegebenenfalls kann ein Streckgewicht 27 befestigt an der Sprühelektrode 11 die optimale Ausrichtung sicherstellen. Ein elektrische Hochspannungsversorgung 23 liefert die elektrische Spannung für die Stabelektrode 11. Vorteilhafterweise ist zumindest die Innenwand 29 des Kamins 9 geerdet. Das geerdete Kaminrohr dient innenseitig als Niederschlagselektrode.
  • Im Betrieb wird eine Sprühelektrode 11, wie sie z.B. in einer Anordnung nach Fig. 1 gegeben ist, unter Hochspannung gesetzt, wodurch eine elektrostatische Spannung zwischen Sprühelektrode 11 und der Innenwand 29 des Kamins 9 erzeugt wird. Im aufsteigenden Abgas mitgeführte Partikel werden elektrostatisch aufgeladen und auf der Innenwand 29 des Kamins 9 niedergeschlagen. Derart herausgefilterte Abfallprodukte können danach gesammelt und deponiert oder wiederverwertet werden. Die Abfallprodukte können zum Beispiel durch Abklopfen oder Abbürsten von der Innenwand entfernt werden.
  • Als nachteiliger Nebeneffekt der Elektrostatischen Filtertechnik, wie sie z.B. oben aufgezeigt wurde, kann - aufgrund der starken elektrostatischen Kräfte - die Sprühelektrode 11 eine Auslenkung α mit entsprechender Schwingung erfahren. Bei starker Auslenkung kann gegebenenfalls Kurzschluss zwischen der Sprühelektrode 11 und der Niederschlagselektrode (d.h. der Innenwand 29) entstehen. Um auftretende Schwingungen zu unterbinden oder wenigstens zu reduzieren, kann bei Röhrenabscheidern die Sprühelektrode 11 in der Regel mit einem Streckgewicht 27 zentriert sein. Durch ein Gewicht G wird die Elektrode 11 gestreckt und im Lot gehalten. Sobald die Elektrode 11 ausgelenkt wird, z.B. um den Auslenkwinkel α, ergibt sich ein Rückstelldrehmoment Mgr, welches durch die Gewichtskraft Fg verursacht wird. Die Rückstellkraft Fgr und die Elektrodenlänge sind für das Rückstellmoment verantwortlich: M gr = F gr ⋅ L e
    Figure imgb0001
  • Wobei sich die Rückstellkraft wie folgt verhält: F gr = F g ⋅ sin α
    Figure imgb0002
  • Bei gleichbleibender Auslenkstrecke S1 bleibt das Rückstellmoment Mgr über verschiedene Elektrodenlängen in der hier aufgezeigten Anlage ungefähr konstant. Da mit zunehmender Elektrodenlänge zwar der Winkel α und somit die Kraft Fgr kleiner, aber zugleich der Hebel mit der Elektrodenlänge Le grösser wird.
  • Durch das unterschiedliche Potential (Spannung) zwischen der Sprühelektrode 11 und der Kollektorelektrode (d.h. z.B. der Kamininnenwand 29) kommt es zu einer anziehenden Wirkung. Die Sprühelektrode 11 hat die Tendenz gegen die Rohrinnenwand 29 gezogen zu werden. Befindet sich die Elektrode 11 exakt in der Mitte so heben sich alle elektrostatischen Kräfte auf. Bei einer Auslenkung S1 bzw. um den Winkel α ergibt sich somit der Abstand 52 zu der einen und S3 zu der anderen Kaminwand 29. Je kleiner der Abstand S2 bzw. S3 ist, umso stärker wirken die Anziehungskräfte zwischen den Potentialen. Die Kräfte hängen von der aktiven Fläche sowie dem Spannungspotential ab. Je grösser die Länge der Elektrode 11 und je höher die Spannung, umso grösser sind die elektrostatischen Kräfte. Die anziehenden Kräfte verhalten sich wie folgt: F es ⁢ 1 = k ⁢ 1 ⋅ 1 S ⁢ 1 2
    Figure imgb0003
     F es ⁢ 2 = k ⁢ 1 ⋅ 1 S ⁢ 2 2 ,
    Figure imgb0004
    wobei in k1 verschiedene Konstanten zusammengefasst sind.
  • Die Gesamtkraft der elektrostatischen Kräfte erfolgt durch die Summation F es = F es ⁢ 1 ⋅ F es ⁢ 2
    Figure imgb0005
  • Mit der Verlängerung der Elektrode 11 steigt zum einen die Konstante k1 (Fläche), zum anderen wird der Hebel, welcher zum Auslenkmoment Mes führt grösser: M es = F es ⋅ L e .
    Figure imgb0006
  • Das Gesamtdrehmoment Mtot ergibt sich aus der Summe der einzelnen auftretenden Drehmomente: M tot = M gr + M es
    Figure imgb0007
  • Ab einer gewissen Auslenkung der Elektrode wird das Moment Mes der elektrostatischen Kräfte grösser, als die der rückstellenden Gewichtskräfte Mgr . Ab diesem Punkt wird die Elektrode 11 an die Kamininnenwand 29 angezogen und verursacht einen Kurzschluss, welcher die Filterwirkung beeinträchtigt.
  • In den beiden Figuren 8 und 9 sind die die resultierenden Drehmomente ohne Magnetzentrierung aufgeführt. Die X-Achse zeigt hierbei die Auslenkung S1 (in Meter [m]) und die Y-Achse die Drehmomente (in Newton x Meter [Nm]). Entscheidend ist, dass über den gesamten Auslenkbereich (in diesem Fall +/- 10cm) eine rückstellendes Gesamtdrehmoment wirkt. Im Vergleich zwischen einer 2 Meter langen und einer 10 Meter langen Elektrode kommt zum Vorschein, dass die 2 m Elektrode über den gesamten Bereich stabil bleibt. Dies zeigt sich dadurch, dass das Gesamtdrehmoment bei einer Auslenkung auf eine Seite immer die gleiche Richtung (Vorzeichen) aufweist. Bei der 10 m Elektrode wechselt das Vorzeichen bei einer Auslenkung von etwas mehr als 7 cm. Dies Bedeutet, dass das Drehmoment der elektrostatischen Kräfte grösser ist, als das der Gewichtskraft. Bewegt sich somit die Elektrode über diesen Punkt hinaus kommt es unweigerlich zu einer Anziehung und zu einem Kurzschluss.
  • Es wurde festgestellt, dass abstossende Magnetkräfte zur Stabilisierung und Zentrierung eingesetzt werden können. Die zusätzliche Ausnutzung von rückstellenden Magnetkräften wird in Fig. 2 aufgezeigt. Die erfindungsgemässe elektrostatische Filteranlage nach Fig. 2 beinhaltet im Wesentlichen einen Kamin 9 und eine Sprühelektrode 11. Die Sprühelektrode ist vorteilhafterweise als Stabelektrode 11 ausgebildet, kann jedoch z.B. auch als Kettenelektrode ausgebildet sein. Die Stabelektrode 11 ist vorteilhafterweise im Zentrum des Abgaskanals 13 des Kamins 9 möglichst parallel zur Längsachse 25 des Abgaskanals 13 angeordnet. Die Stabelektrode 11 hängt gelenkig oder gegebenenfalls steif an einer Aufhängung 15 eines Halterarms 17. Zur elektrisch isolierenden Befestigung der Stabelektrode 11 ist der Halterarm 17 in einem Isolator 19 gegebenenfalls flexibel befestigt. Insbesondere kann der Halterarm 17 über eine Steck- und/oder Schraubverbindung 21 am Isolator 19 befestigt sein. Der Isolator wiederum ist zweckmässigerweise z.B. aussen am Kamin 9 befestigt. Der Halterarm 17 reicht mit der Aufhängung 15 in den Abgaskanal 13 hinein, insbesondere derart, dass die Aufhängung 15 möglichst mittig im Abgaskanal 13 von dessen Wänden 29 beabstandet positioniert ist. Die angehängte Stabelektrode 11 richtet sich aufgrund ihres Eigengewichts entlang der Längsachse 25 des Abgaskanals 13 aus. Wie oben aufgezeigt genügt das Eigengewicht der Elektrode 11 jedoch nicht unbedingt, um die Sprühelektrode 11 unter Betriebsspannung stabil und mittig im Abgaskanal 13 zu halten.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Stabilisierung durch eine an der Sprühelektrode 11 und dem Kamin 9 angebrachte Magnetanordnung erzielt. Hierzu ist ein erster, zentraler Magnet 31 (welcher aus einem einzelnen Magneten oder mehreren Teilmagneten zusammengesetzt sein kann) an der Sprühelektrode 11 befestigt. Eine Mehrzahl von peripheren Magneten 33, welche den ersten, zentralen Magneten 31 umgeben, ist an einer Kaminwandung befestigt (jeder periphere Magnet kann ebenfalls aus einem einzelnen Magneten oder mehreren Teilmagneten zusammengesetzt sein). Vorteilhaft ist insbesondere eine Mehrzahl von zumindest drei peripheren Magneten 33. Hier aufgezeigt ist eine bevorzugte Mehrzahl von 12 peripheren Magneten 33. Zweckmässigerweise sind die peripheren Magnete 33 über den Umfang des Kamins 9 an dessen Wandung, z.B. an dessen Innenwand 29 oder bevorzugt dessen Aussenwand 35, verteilt angeordnet. Alle Magnete, sowohl alle peripheren Magnete 33 als auch der zentrale Magnet 31, sind so angeordnet, dass sie sich gegenseitig abstossen. Bevorzugt werden hierzu Stabmagneten verwendet, deren Nord-Süd-Achsen parallel und gleichgerichtet ausgerichtet sind. Die Verteilung der peripheren Magnete 33 ist derart, dass eine geschlossene imaginäre Verbindungslinie 37 (siehe Fig. 3a und Fig. 3b), welche die Magnete 33 der genannten Mehrzahl kranzartig verbindet, um den ersten Magneten 31 und somit um die eingehängte Sprühelektrode 11 (insbesondere auch wenn diese nicht unter Hochspannung steht) herumführt. Die imaginären Verbindungslinien bilden die kürzesten Verbindungen zwischen zwei sich abstossenden Magneten 33. Ein dritter Magnet wird bezüglich einer derartigen imaginären Linie abgestossen, da die abstossenden Kräfte auf einem Schnittpunkt mit dieser Linie grösser sind als auf jedem anderen Punkt einer Linie (bzw. Fläche), welche die imaginäre Linie senkrecht schneidet. Vorteilhafterweise verläuft die gesamte imaginäre Verbindungslinie 37 ausserhalb des Abgaskanals 13, wie in Fig. 3b gezeigt. Dies hat den Vorteil, dass im Abgaskanal 13, welcher durch die Innenwand 29 begrenzt ist, keine imaginären Taschen 38 mit radial nach aussen abnehmender Magnetkraft zwischen Innenwand 29 und imaginärer Verbindungslinie 37 bestehen können. Denn es bestünde die Möglichkeit, dass der zentrale Magnete 31 mit der Sprühelektrode 11 in eine solche imaginäre Tasche 38 und dadurch gegebenenfalls gegen die Innenwand 29 des Kamins 9 gedrückt werden könnte, was höchstwahrscheinlich zu einem Kurzschluss führen würde.
  • Vorzugsweise sind die Magnete 31, 33 kraftschlüssig mit ihrem jeweiligen Träger, d.h. dem Sprühmagneten 11 oder dem Kamin 9 verbunden. Zweckmässigerweise sind die peripheren Magnete 33 regelmässig verteilt, d.h. alle Magnete 33 sind gleichweit beabstandet vom zentralen Magneten 31 und alle peripheren Magnete 33 weisen annähernd gleichen Abständen untereinander auf. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die peripheren Magnete 33 ungefähr gleich starke Magnetfelder erzeugen.
  • Gegebenenfalls kann ein Streckgewicht 27 zusätzlich zum zentralen Magneten, an der Sprühelektrode 11 befestigt sein. Dieses Streckgewicht 27 kann aufgrund seines Gewichts die Streckung und Ausrichtung der Sprühelektrode 11 weiter verbessern. Ein derartiges Streckgewicht 27 ist vorteilhafterweise unterhalb des zentralen Magneten 31 angeordnet.
  • Die peripheren Magnete 33 und gegebenenfalls der zentraler Magnet 31 können aus der Gruppe der Permanentmagnete ausgewählt sein. Als Streckgewicht kann gegebenenfalls ein Hochtemperaturmagnet eingesetzt werden. Dies ist besonders zweckdienlich bei hohen Betriebstemperaturen im Abgaskanal 13. Zum Schutz kann jeder Magnet 31, 33 in eine Schutzhülle, insbesondere in eine hermetisch geschlossene Schutzhülle, eingesetzt sein. Schutzhüllen können direkt am Kamin oder der Stabelektrode angebracht sein, z.B. durch verschrauben oder verschweissen. Schutzhüllen können alternativ an einem Gurt oder einer Manschette befestigt sein. Wobei dann der Gurt oder die Manschette am Kamin 9, bevorzugt an der Aussenwand 35 des Kamins 9 befestigt werden. Der Magnetkranz oder Magnetring (Magnete 33), welcher bevorzugt ausserhalb am Kaminrohr montiert ist, wirkt abstossend auf den zentralen Magneten 31, somit wird über abstossende Kräfte der zentrale Magnet 31 mittig im Magnetkranz und somit mittig im Abgaskanal 13 gehalten und gegebenenfalls positioniert.
  • Ein elektrische Hochspannungsversorgung 23 liefert die elektrische Spannung für die Stabelektrode 11. Vorteilhafterweise ist zumindest die Innenwand 29 des Kamins 9 geerdet.
  • Die in Figur 2 gezeigte Anordnung ist an sich nicht stabil, denn der zentrale Magnet 31 hat die Tendenz seitlich auszulenken, gegebenenfalls sich um eine Drehachse (insbesondere um die Aufhängung 15) zu drehen. Der Magnet kann - falls nötig - über ein zusätzliches Gewicht, d.h. das oben genannte Streckgewicht 27, stabil gehalten werden.
  • In Fig. 4 ist der Abgaskanals von Figur 2 mit ausgelenkter Elektrode gezeigt. Eingezeichnet sind näherungsweise die Kräfte die aufgrund von Gewicht, magnetischer Abstossung und Auslenkung wirken. Das Eigengewicht der Sprühelektrode 11 und das zusätzlichen Streckgewicht 27 bedingen die Gravitationskraft Fg. Aufgrund von Gewicht und Auslenkung ergibt sich ein erster Anteil einer Rückstellkraft Fgr (wobei hier auch das Gewicht der Magnete berücksichtigt werden sollte). Zusätzlich wirken hier magnetische Kräfte. In einem System mit geringem Auslenkungswinkel kann zur Vereinfachung angenommen werden, dass die magnetischen Kräfte näherungsweise in horizontaler Richtung wirken. Im gegebenen Ausführungsbeispiel sind, wie oben ausgeführt, die Magnete gegeneinander abstossend angebracht. Sobald der mittige Magnet 31, welcher an der Sprühelektrode 11 angebracht ist, zusammen mit dieser aus seiner Gleichgewichtsposition ausgelenkt wird, wirken zusätzlich magnetische Kräfte Fm, wobei diese ebenfalls rückstellend wirken. Im dargestellten Fall setzen sich die magnetischen Rückstellkräfte Fm näherungsweise aus der Summe von Fm1 und Fm2 zusammen. Die gesamte Rückstellkraft Fr ergibt sich somit aus der Summe von Fgr und Fm. Der mittig platzierte Magnet 31 wird vom äusseren Magnetring (Magnete 33) abgestossen. Die Kraft wird grösser, je näher sich der Magnet aus der Mitte bewegt.
  • Durch die magnetische Anordnung, wie bereits vorgängig beschrieben, wird also eine weitere Kraftkomponente beigefügt. Die Magnete sind so positioniert, dass die Feldlinien gleichgerichtet sind und sich somit abstossen.
  • Die magnetischen Kräfte hängen sehr stark vom Abstand der Magnetpaare ab. Befindet sich die Elektrode 11 zentriert in der Mitte so heben sich alle magnetischen Kräfte auf. Sobald jedoch die Elektrode 11 über einen Winkel α ausgelenkt wird ergibt sich der Abstand S2 zu einer und 53 zu anderen Seite. Die Kraftwirkung lässt sich vereinfacht wie folgt Beschreiben: F m ⁢ 1 = - k ⁢ 2 ⋅ 1 S ⁢ 1 2
    Figure imgb0008
     F m ⁢ 2 = - k ⁢ 2 ⋅ 1 S ⁢ 2 2
    Figure imgb0009
    wobei in k2 verschiedene Konstanten zusammengefasst sind. Die Summe dieser Kräfte unter Einbezug des Vorzeichens ergibt: F m = F m ⁢ 1 - F m ⁢ 2
    Figure imgb0010
  • Wichtig zu erkennen ist, dass die magnetischen Kräfte den elektrostatischen Kräften entgegenwirken (Vorzeichen). Je kleiner der Abstand zwischen zwei Magnetpaaren ist, umso stärker stossen sich diese ab. Die Summe aller magnetischen Kräfte führt wiederum zu einem Drehmoment Mm, welches mit dem Drehmoment Mgr des Streckgewichtes 27gleich gerichtet.
  • Mit diesem magnetischen Drehmoment Mm, kann somit dem elektrostatischen Drehmoment Mes entgegengewirkt werden. Das Gesamtdrehmoment ergibt sich aus der Summe der einzelnen Drehmomente: M tot = M gr + M es + M m .
    Figure imgb0011
  • Die Elektrodenzentrierung bei einer 2 m Elektrode ist auch ohne Magnetzentrierung möglich. Wie aus Figur 9 ersichtlich, kann eine lange Elektrode (z.B. 10 m) ab einer bestimmten Auslenkung zu einem instabilen Zustand gelangen, was wiederum zu einem Kurschluss führt. Gemäss der simulierten Situation in Figur 9 ist ab einer Auslenkung von ca. 6.5 cm das System unstabil (dies ist daran zu erkennen, dass das Vorzeichen des total berechneten Drehmoments bei der genannten Auslenkung von ca. 6.5 cm ändert). Die Figuren 10 und 11 zeigen nun die auftretenden Drehmomente unter Berücksichtigung der Magnetzentrierung. Als zusätzliches Drehmoment wurde das magnetische Drehmoment eingefügt. Das Vorzeichen ist hierbei gleichläufig zum Drehmoment der Gewichtskraft (Streckgewicht 27) und gegenläufig zur elektrostatischen Kraft. Durch die Summation aller Drehmomente gibt es bei einer Auslenkung auf eine Seite über den gesamten möglichen Auslenkungsbereich kein Vorzeichenwechsel. Dies Bedeutet, dass die Elektrode 11 über den gesamten Auslenkungsbereich eine zentrierende Kraft bzw. zentrierendes Drehmoment zur Mitte erfährt.
  • Die magnetischen Rückstellkräfte Fm können bei entsprechender Auswahl der Stärke der Magnete die Wirkung der auf dem Gewicht begründeten Rückstellkräfte Fgr bei relativ geringer Auslenkung deutlich übertreffen. Somit kann die Positionierung einer langen Sprühelektrode 11 durch die zusätzliche Verwendung von einander abstossenden Magneten deutlich verbessert werden. Schwingungen und Kurzschluss können somit wirksam unterdrückt bzw. verhindert werden.
  • In Fig. 5 ist eine elektrostatische Filteranlage mit einer alternativen Magnetanordnung beinhaltend eine erste Magnetgruppe 39 und eine zweite Magnetgruppe 40 aufgezeigt. Hier sind nicht alleine am Endbereich der Stabelektrode 11 und auf etwa gleicher Höhe an der äusseren Kaminwand 35 zentrale und periphere Magnete 31, 33 einer ersten Magnetgruppe 39 angebracht, wie dies schon in Fig. 2 aufgezeigt wurde, sondern es sind auch zentrale und periphere Magnete 41, 43 einer zweiten Magnetgruppe 40 an zumindest einem Zwischenbereich der Stabelektrode 11 und auf etwa gleicher Höhe an der äusseren Kaminwand 35 fixiert. Eine zweite Magnetgruppe 40 oder weitere über die Länge der Sprühelektrode 11 verteilte Magnetgruppen können weiter zur Stabilisierung der Sprühelektrode 11 beitragen. Jede dieser Magnetgruppen 39 und 40 setzt sich also aus ersten und zweiten Magnetelementen zusammen und jedes erste und zweite Magnetelement einer Gruppe ist auf ungefähr gleicher Höhe am Kamin 9 angeordnet.
  • Zentrale und periphere Magnete, können als Stabmagnete ausgeführt sein, siehe Fig. 2, 5 oder vergrössert Fig. 6. Optional ist es jedoch auch möglich Magnete anderer Bauart zu verwenden. Wie in Fig. 7 demonstriert könne zum Beispiel Hufeisenmagnete 45 an der Peripherie verwendet werden. Wie beim zentralen Stabmagneten 31 sind die wirksamen Pole des Hufeisenmagnet 45 in einer vertikalen Achse ausgerichtet, und zwar mit dem selben Richtungssinn wie beim zentrale Stabmagneten. Hufeisenmagnete 45 haben den Vorteil, dass deren magnetische Feldlinien (insbesondere wenn in peripherer Position verwendet) vorwiegend in den Abgasinnenraum gerichtet werden können.
  • Die Zentrierung der Elektrode kann alternativ über einen oder mehrere Magnetringe erfolgen. Hierzu werden ein oder mehrere Magnetringe vorteilhafterweise um den Kamin gelegt, insbesondere auf der Höhe eines zentralen Magneten bzw. mehrerer zentraler Magnete, welcher bzw. welche an der Sprühelektrode befestigt sind.
  • Im Allgemeinen ist nicht entscheidend, welche Polarität oben ist. Wichtig ist jedoch, dass die Magnete gegeneinander abstossend wirken (vgl. Fig. 2 und Fig. 6).
    • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 9
    Abgasrohr oder Kamin
    11
    Sprühelektrode, insbesondere ausgebildet als Stabelektrode
    13
    Abgaskanal
    15
    Aufhängung
    17
    Halterarm
    19
    Isolator
    21
    Steckverbindung, Schraubverbindung oder Steckschraubverbindung
    23
    Hochspannungsversorgung
    25
    Längsachse des Abgaskanals
    27
    Streckgewicht
    29
    Innenwand des Abgaskanals bzw. Kamins
    31
    erster Magnet, zentraler Magnet, d.h. Magnet der Sprühelektrode
    33
    weitere Magnete, periphere Magnete
    35
    Aussenwand des Abgaskanals bzw. Kamins
    37
    Imaginäre Verbindungslinie
    38
    Imaginäre Tasche
    39
    Erste Magnetgruppe
    40
    Zweite Magnetgruppe
    41
    Erster, zentraler Magnet der zweiten Magnetgruppe
    43
    Weitere, periphere Magnete der zweiten Magnetgruppe
    45
    Hufeisenmagnet

Claims (15)

  1. Elektrostatische Filteranlage beinhaltend
    - einen Abgaskanal (13),
    - eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen die Innenwand (29) des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist,
    - ein erstes Magnetelement (31, 41) fixiert an der Sprühelektrode, und
    - ein zweites Magnetelement (33, 43) fixiert an der Wand (29, 35) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt, charakterisiert dadurch, dass das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement gegenseitig abstossend angeordnet sind.
  2. Elektrostatische Filteranlage nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) einen oder mehrere einzelne Magnete beinhaltet, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete ringförmig oder kranzartig angeordnet sind.
  3. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetelement (31, 41) ein Stabmagnet beinhaltet und/oder das zweite Magnetelement (33, 43) mehrere Stabmagnete, mehrere Hufeisenmagnete oder mehrere Magnete mit Eisenrückschluss, insbesondere mehrere Magnete gleicher Stärke, beinhaltet.
  4. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) ungefähr gleich hoch wie das erste Magnetelement (31, 41) angeordnet ist.
  5. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetelement (33, 43) an der Aussenwand (35) des Abgaskanals fixiert ist; vorzugsweise kann das zweite Magnetelement (33, 43) mit einem Gurt oder einer Manschette am Umfang des Abgaskanals angebracht sein, wobei die Fixierkraft des Gurtes oder der Manschette grösser ist als die Abstossungskräfte.
  6. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Hochspannungsversorgung (23) zur Speisung der Sprühelektrode (11) beinhaltet.
  7. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Isolator (19) mit Halterarm (17) für die Sprühelektrode (11) beinhaltet.
  8. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Streckgewicht (27) zur Fixierung an der Sprühelektrode (11) beinhaltet.
  9. Elektrostatische Filteranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb oder unterhalb einer ersten Magnetgruppe (39) von dieser beabstandet zumindest eine zweite Magnetgruppen (40) angeordnet ist, wobei jede Magnetgruppe (39, 40) sich aus einem genannten ersten Magnetelement (31, 41) und einem genannten zweiten Magnetelement (33, 43) zusammensetzt.
  10. Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Filteranlage, die elektrostatische Filteranlage beinhaltend
    - einen Abgaskanal (13),
    - eine längliche Sprühelektrode (11), welche gegen die Innenwand (29) des Abgaskanals elektrisch isoliert im Abgaskanal angeordnet ist,
    - ein erstes Magnetelement (31, 41) fixiert an der Sprühelektrode, und
    - ein zweites Magnetelement (33, 43) fixiert an der Wand (29, 35) des Abgaskanals, welches zweite Magnetelement das erste Magnetelement umgibt, charakterisiert dadurch, dass das erste Magnetelement (31, 41) und das zweite Magnetelement (33, 43) zueinander derart angeordnet werden, dass sie aufeinander gegenseitig abstossend wirken.
  11. Filterset für elektrostatische Filteranlage beinhaltend
    - eine längliche Sprühelektrode (11),
    - ein erstes Magnetelement (31, 41) zur Fixierung an der Sprühelektrode und
    - ein zweites Magnetelement (33, 43) beinhaltend einen Magnet oder mehrere einzelne Magnete, welcher eine Magnet als Ring geformt ist oder welche einzelnen Magnete sich kranzartig anordnen lassen,
    dadurch charakterisiert, dass das Set einen Gurt oder eine Manschette zur Aufnahme des zweiten Magnetelements beinhaltet.
  12. Filterset nach dem vorangehenden Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurt oder die Manschette ausgerüstet ist mit Aufnahmen für den oder die einzelnen Magnete des zweiten Magnetelements (33, 43), insbesondere mit Aufnahmen worin der eine Magnet oder die einzelne Magnete fixierbar sind, und gegebenenfalls dass der Gurt oder die Manschette ausgerüstet ist mit Spannmitteln, welche eine Fixierung des Gurts oder der Manschette um den äusseren Umfang eines Abgaskanals erlauben.
  13. Filterset nach einem der vorangehenden Ansprüche 11-12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Magnetelemente (31 und 41) und zumindest zwei zweite Magnetelemente (33 und 43) vorliegen, sodass sich eine erste Magnetgruppen (39) und eine zweite Magnetgruppe (40) aus je einem ersten Magnetelement (31, 41) und einem zweiten Magnetelement (33,43) zusammenstellen lassen, wobei gegebenenfalls zumindest zwei Gurte oder Manschetten zur Aufnahme der zumindest zwei zweiten Magnetelemente vorliegen.
  14. Verfahren zur Montage eines Filtersets nach einem der vorangehenden Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die langgestreckte Sprühelektrode (11) im Abgaskanal (13) isoliert und beabstandet von der Innenwand (29) des Abgaskanals angeordnet wird,
    - das erste Magnetelement (31, 41) zur Fixierung an der Sprühelektrode am unteren Ende der Sprühelektrode angebracht wird, und
    - das zweite Magnetelement (33, 43) an einer Wand (29,35) des Abgaskanals derart angebracht wird, dass dieses das erste Magnetelement umgibt und magnetisch abstossend auf das erste Magnetelement wirkt.
  15. Verwendung des Filtersets nach einem der vorangehenden Ansprüche 11-14 zur Ausrüstung oder Nachrüstung von Abgasanlagen.
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