EP4000738B1

EP4000738B1 - Filter zur reinigung eines gasstroms

Info

Publication number: EP4000738B1
Application number: EP20207187.4A
Authority: EP
Inventors: Harald Hentschel
Original assignee: Isi Industrieprodukte GmbH
Current assignee: Isi Industrieprodukte GmbH
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-11-02
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: EP4000738A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Filter mit einer Ionisierungseinheit und einer Abscheideeinheit zur Reinigung eines Gasstroms.
Elektrostatische Filter werden dazu verwendet, um verschiedene Arten von Verunreinigungen in Form von Partikeln, Staub, Schwebestoffe oder Tröpfchen aus Gasströmen zu entfernen. Dabei werden elektrostatische Filter in Klima- und Lüftungsanlagen eingesetzt. Ein wichtiges Einsatzgebiet der Filter ist die Behandlung von durch industrielle Prozesse verunreinigte Luft. Elektrostatische Filter arbeiten nach dem Prinzip der Abscheidung. In einem ersten Schritt werden durch die lonisierungseinheit dabei abzuscheidende Partikel oder Teilchen, die sich in einem zu reinigenden Gasstrom oder Gasgemischstrom befinden, elektrisch aufgeladen. In einem zweiten Schritt werden die aufgeladenen Partikel in der Abscheideeinheit aus dem Gasstrom abgeschieden.
Aus der EP 2 105 205 B1 ist ein elektrostatischer Filter mit lonisierungseinheit und Abscheideeinheit bekannt, wobei die Ionisierungseinheit zu Erzeugung eines elektrischen Feldes ein drahtförmiges, sich entlang einer Längsachse erstreckendes Ionisierungselement und eine Gegenelektrode aufweist, um die im Gasstrom vorhandenen Partikel zu ionisieren. Die Längsachse des kreisförmigen Ionisierungselements verläuft dabei orthogonal zu einer Anströmungsrichtung, entlang derer der Gasstrom durch die lonisierungseinheit strömt. Die Gegenelektrode weist dabei mehrere ebene Elektrodenplatten auf, die sich im Wesentlichen parallel zur Anströmungsrichtung des Gasstroms erstrecken. Zwischen dem Ionisierungselement und der Gegenelektrode wird eine Spannung angelegt, so dass die Partikel, die durch die lonisierungseinheit strömen, ein elektrisches Feld passieren. Die Spannung zwischen dem lonisierungselement und der Gegenelektrode ist dabei so eingestellt, dass das lonisierungselement Elektronen emittiert, welche auf die Partikel stoßen und diese elektrisch aufladen. Die derart aufgeladenen Partikel gelangen dann in die Abscheideeinheit, wobei sie dann bedingt durch die Aufladung vom Gasstrom abgeschieden werden können.
Besondere Relevanz für den Wirkungsgrad oder Abscheidegrad von elektrostatischen Filtern kommt dabei der Ionisierung der Partikel zu. Durch vorteilhafte Maßnahmen kann eine hohe Anzahl an ionisierten Partikeln und eine hohe lonisationsstärke pro Partikel erreicht werden, was eine effiziente Abscheidung begünstigt. Die Anzahl an ionisierten Partikeln und die lonisationsstärke pro Partikel kann beispielsweise über die elektrische Spannung zwischen dem lonisierungselement und der Gegenelektrode eingestellt werden, wobei hier durch zu vermeidende Funkenüberschläge Grenzen gesetzt sind. Die EP 2 105 205 B1 schlägt dabei zur Erhöhung des Wirkungsgrads vor, das lonisierungselement in Form eines Sprühdrahts mit scharfen Kanten auszubilden, die ein gutes Sprühverhalten begünstigt. Jedoch ist die Ausbildung der scharfen Kanten des Sprühdrahts mit einem erhöhten Fertigungsaufwand verbunden.
Aus der DE 10 2017 214 495 A1 ist ein elektrostatischer Filter bekannt, bei dem die Gegenelektrode in Form einer zylindrischen Spirale ausgebildet ist. Die Längsachse des drahtförmigen lonisierungselements fällt dabei mit der Mittelachse der zylindrischen Spirale zusammen. Das lonisierungselement wird dabei von der Gegenelektrode vollständig spiralförmig umwunden. Als Nachteil eines derartigen Filters kann der komplexe Aufbau gesehen werden.
Die JP S60 187357 A offenbart einen elektrostatischen Filter zur Reinigung eines Gasstroms mit einer Ionisierungseinheit. Die Ionisierungseinheit weist dabei eine Elektrodenplatte auf, die sich parallel zur Anströmungsrichtung des Gasstroms erstreckt. Die Elektrodenplatte weist eine vordere Kante und eine hintere Kante auf, die beide in Anströmungsrichtung gesehen vor dem lonisierungselement positioniert sind. Die Elektrodenplatte und das lonisierungselement weisen dabei die gleiche Ladung auf, sodass sich kein elektrisches Feld zwischen der Elektrodenplatte und dem lonisierungselement einstellt. Ein elektrisches Feld zwischen lonisierungselement und vorgelagerter Elektrodenplatte einerseits und zwischen Niederschlagsplatten und einer netzartigen Gegenelektrode andererseits, die beide in Anströmrichtung gesehen hinter dem lonisierungselement liegen, sorgt für die Ionisierung des Gasstroms.
Die JP S60 187358 A offenbart einen weiteren elektrostatischen Filter mit einem lonisierungselement und einer in Anströmrichtung vor dem lonisierungselement positionierten Elektrodenplatte, die die gleiche Ladung wie das lonisierungselement aufweist. Zwischen in Anströmrichtung gesehen nachgeschalteten Niederschlagsplatten und dem Verbund Ionisierungselement/ Elektrodenplatte ist ein elektrisches Feld zur Ionisierung eingestellt.
Die JP H08 84939 A offenbart einen weiteren elektrostatischen Filter mit mehreren lonisierungselementen und einer Gegenelektrode, die mehrere Elektrodenplatten aufweist. Es ist vorgesehen, dass die lonisierungselemente bewegbar sind. Die lonisierungselemente und Elektrodenplatten sind demnach relativ zueinander bewegbar, so dass die Elektrodenplatten durch Verschieben in Anströmungsrichtung auch mit einer hinteren Kante vor den Ionisierungselementen positioniert werden können. Es bildet sich dabei ein elektrisches Feld zwischen der Gegenelektrode mit den Elektrodenplatten und dem lonisierungselement aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen einfach aufgebauten elektrostatischen Filter bereitzustellen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrostatischen Filter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Elektrodenplatte in Anströmungsrichtung gesehen eine vordere Kante und eine hintere Kante aufweist, die in Anströmungsrichtung gesehen vor dem Ionisierungselement positioniert sind. Insbesondere ist auch die hintere Kante der Elektrodenplatte vor dem lonisierungselement angeordnet. Die hintere Kante befindet sich dabei in Anströmungsrichtung vor einer Ebene, in der sich das lonisierungselement befindet und die sich senkrecht zur Anströmungsrichtung erstreckt. Erfindungsgemäß liegt eine Spannung zwischen dem lonisierungselement und der Elektrodenplatte an, so dass ein elektrisches Feld vorliegt.
Die Elektrodenplatte ist dabei so angeordnet, dass sie parallel zum Gasstrom ausgerichtet ist, so dass der Gasstrom bzw. der Luftstrom zunächst auf die vordere Kante trifft, dann an den beiden langen, ebenen Hauptflächen der Platte vorbeiströmt und schließlich die hintere Kante passiert. Die Elektrodenplatte bietet ein günstiges Strömungsprofil und einen geringen Strömungswiderstand. Das lonisierungselement, dessen Längsachse senkrecht zur Anströmungsrichtung steht, kann als Draht mit einem vorzugweise runden Querschnitt ausgeführt sein. Das lonisierungselement wird bevorzugt über die gesamte Länge vom Gasstrom angeströmt. Vorzugsweise wird der elektrostatische Filter mit Hilfe eines Gebläses, das vor oder hinter der lonisierungseinheit geschaltet ist, mit dem Gasstrom beaufschlagt.
Durch das elektrische Feld werden die im Gasstrom mittransportierten Partikel ionisiert. Ionisierung bedeutet, dass die Partikel elektrisch aufgeladen werden, so dass jeder Partikel beispielsweise einen Elektronenüberschuss besitzt.
Bei dem Gasstrom kann es sich um einen Luftstrom handeln. Darüber hinaus kann es sich auch um andere gasförmige Medien oder Gemische handeln. Im Gasstrom befinden sich dabei Partikel, die mittransportiert werden. Partikel können dabei Schmutz- oder Staubpartikel sein, die bei industriellen Prozessen wie die spangebende Formgebung (zum Beispiel Drehen und Fräsen unter Einsatz von Kühlflüssigkeiten) entstehen. Es kann sich bei den Partikeln auch um Feinstaub oder feinste Partikel, bis hin zu mikroskopisch kleinen Schwebestoffen oder Teilchen handeln. Es kann sich bei einem Partikel auch um einen flüssigen Stoff handeln. Partikel können demnach auch Tröpfchen oder Aerosole sein. Tröpfchen oder Aerosole können dabei auch Träger von Viren oder Bakterien sein, so dass der erfindungsmäßige Filter zum Filtern von Viren oder Bakterien verwendet werden kann. Zum Abtöten von Viren oder Bakterien kann vorteilhafterweise Ozon genutzt werden, welches sich in der lonisierungseinheit bilden kann.
Der Filter kann in Abzugsvorrichtungen, Klimaanlagen, Raumlüfter oder Lüftungsanlagen eingesetzt werden.
Durch die Erfindung wird eine vorteilhafte Anordnung von lonisierungselement und Gegenelektrode realisiert. Die Position der Elektrodenplatte mit ihrer hinteren Kante ermöglicht es dabei, die Ionisation und den damit einher gehenden Elektronenfluss zwischen lonisierungselement und Gegenelektrode in Anströmrichtung gesehen vor dem lonisierungselement stattfinden zu lassen. Die scharfe Kontur der hinteren Kante begünstigt dabei die gewünschte Ionisation. Zudem lässt sich durch die dem lonisierungselement vorgeschaltete Elektrodenplatte ein vorteilhaftes Strömungsverhalten des Gasstroms einstellen. Beispielsweise kann die Gegenelektrode so positioniert sein, dass die Partikel der Ionisation für eine lange Zeit ausgesetzt sind und somit eine wirkungsvolle Ionisation erfolgt. Vorzugsweise wird die Richtung des Gasstroms und der Partikel dabei durch die Elektrodenplatte ausgerichtet und/oder beruhigt. Beispielsweise kann ein turbulenter Gasstrom durch das Umströmen der Elektrodenplatte in einen gerichteten Gasstrom umgewandelt werden. Vorzugsweise erfahren der Gasstrom und die Partikel dabei keine Turbulenz. Durch die Ausgestaltung können weiterhin Staupunkte verhindert werden.
Staupunkte sind Punkte, an denen sich strömungsbedingt Partikel ablagern, weil es im Staupunkt keine Luftbewegung gibt. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Ausgestaltung der Gegenelektrode auf der Basis von Platten oder Blechen, wodurch eine kostengünstige Herstellung des Filters realisiert werden kann.
Die hintere Kante der Elektrodenplatte ist bevorzugt über ihre gesamte Länge vor dem lonisierungselement angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass die hintere Kante nur abschnittsweise vor dem lonisierungelement angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die hintere Kante der Elektrodenplatte parallel zur Längsachse des lonisierungselements verläuft. Somit kann über die gesamte Länge des lonisierungselements ein gleichbleibender Abstand zur hinteren Kante der Elektrodenplatte eingestellt werden. Dadurch lässt sich eine kontinuierliche und effiziente Ionisation über die gesamte Länge des lonisierungselements erzielen.
Nach einer Ausgestaltung weist die Gegenelektrode wenigstens zwei Elektrodenplatten auf, deren hintere Kanten jeweils vor dem lonisierungselement angeordnet sind und zumindest in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des lonisierungselements den gleichen Abstand zum lonisierungselement aufweisen. Aufgrund des gleichen Abstands stellen sich zwischen dem lonisierungselement und den wenigstens zwei Elektrodenplatten gleiche Randbedingungen für die Interaktion zwischen lonisierungselement und den Elektrodenplatten ein. Ist dieser Abstand optimal eingestellt, ergibt sich eine besonders effektive Ionisation. Soweit die hinteren Kanten der Elektrodenplatten parallel zur Längsachse des lonisierungselements verlaufen, liegen die hinteren Kanten auf der Mantelfläche eines imaginären Zylinders, dessen Mittelachse mit der Längsachse des lonisierungselements zusammenfällt.
Das Erfordernis des gleichen Abstands soll erfüllt sein, wenn der Abstand der hinteren Kante der einen Elektrodenplatte nicht mehr als 2 mm von dem Abstand der hinteren Kante der anderen Elektrodenplatte differiert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung differieren die entsprechenden Abstände maximal 1 mm voneinander. Soweit im Folgenden von einer Gleichheit von Abständen jeweils zum lonisierungselement ausgegangen wird, soll eine solche Gleichheit bestehen, wenn die Werte um maximal 2 mm differieren.
Die Abscheideeinheit weist erfindungsgemäß mindestens eine Niederschlagsplatte mit einer in Anströmungsrichtung vorderen Kante und einer hinteren Kante sowie mindestens eine Zwischenplatte auf, die sich parallel zur Niederschlagsplatte erstreckt. Bei angelegter Spannung stellt sich zwischen der Niederschlagsplatte und der Zwischenplatte ein elektrisches Feld ein, wodurch die zuvor in der Ionisierungseinheit ionisierten oder aufgeladenen Partikel von der Zwischenplatte abgestoßen und von der Niederschlagsplatte angezogen werden. Die Partikel schlagen sich dabei auf der Niederschlagsplatte nieder und werden somit vom Gas- bzw. Luftstrom getrennt. Partikel, die sich an der Niederschlagsplatte niedergeschlagen haben, können durch beliebige Mechanismen abtransportiert werden. Vorzugsweise können dabei die Erdanziehung und dadurch entstehende Schwerkräfte genutzt werden. Beispielsweise können Partikel auf vertikal laufende Platten nach unten abtransportiert werden. Erfindungsgemäß verlaufen die Längsachse des lonisierungselements, die Elektrodenplatte der Gegenelektrode und die Niederschlagsplatte der Abscheideeinheit parallel zueinander, bevorzugt in vertikaler Richtung, wenn sich der erfindungsgemäße Filter in Einsatzlage befindet.
Analog zu den Elektrodenplatten haben auch die Niederschlagsplatten die Zusatzfunktion, die Richtung des Gasstroms und der Partikel durch die Platte vozugeben. Die Elektrodenplatte und die Niederschlagsplatte können vorteilhafterweise aufeinander abgestimmt sein, indem sie beispielsweise in einer Ebene liegen und somit ein gutes Strömungsprofil bereitstellen. Des Weiteren kann am lonisierungselement entstandenes Ozon durch die Niederschlagsplatten abtransportiert bzw. abgebaut werden. Durch die Gestaltung als ebenes Blech lässt sich die Niederschlagsplatte besonders einfach reinigen. Auch ist es denkbar, für das Ozon und/oder für Partikel, die in der Abscheideeinheit nicht vom Gasstrom getrennt werden konnten bzw. nicht abgebaut werden konnten, eine nachgeschaltete Nachbehandlung vorzusehen. Diese kann den Einsatz eines Aktivkohlefilters umfassen. Auch Filtermedien aus Glasfasern können hier zum Einsatz kommen.
Die Niederschlagsplatte weist die vordere Kante auf, die in Anströmungsrichtung gesehen hinter dem lonisierungselement angeordnet ist und deren Abstand zum lonisierungselement erfindungsgemäß dem Abstand der hinteren Kante der Elektrodenplatte der Gegenelektrode zum lonisierungselement entspricht. Somit liegen die hintere Kante der Elektrodenplatte der Gegenelektrode und die vordere Kante der Niederschlagselektrode auf dem Umfang eines Kreises, dessen Mittelpunkt mit der Längsachse des lonisierungselements zusammenfällt und dessen Radius dem Abstand entspricht. Die Niederschlagsplatte dient daher nicht nur zur Abscheidung der Partikel aus dem Gasstrom, sondern kann auch zur Ionisation der Partikel beitragen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Abscheideeinheit wenigstens zwei Niederschlagsplatten (beispielsweise 2, 3 oder 4 Niederschlagsplatten) auf, deren vordere Kanten den gleichen Abstand zum lonisierungselement haben.
Neben der wenigstens einen Elektrodenplatte kann die Gegenelektrode wenigstens eine Zusatzelektrodenplatte umfassen, die parallel zur Anströmungsrichtung verläuft und eine vordere Kante und eine hintere Kante aufweist, wobei die hintere Kante der Zusatzelektrodenplatte in Anströmungsrichtung gesehen hinter dem lonisierungselement oder auf gleicher Höhe mit dem lonisierungselement positioniert ist. Wenn sich die hintere Kante auf gleicher Höhe mit dem lonisierungselement befindet, liegen die hintere Kante und das lonisierungselement in einer gleichen Ebene, die sich senkrecht zur Anströmrichtung erstreckt. Vorzugsweise verläuft die hintere Kante der Zusatzelektrodenplatte parallel zur Längsachse des Ionisierungselements.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Gegenelektrode mindestens zwei Zusatzelektrodenplatten auf, wobei das Verhältnis eines Abstands der zwei Zusatzelektrodenplatten zum Abstand zwischen dem lonisierungselement und der hinteren Kante der Elektrodenplatte 1,5 bis 2,5, vorzugsweise 1,8 bis 2,2 beträgt. Weist die Gegenelektrode mehr als zwei Zusatzelektrodenplatten auf, so handelt es sich bei dem hier beschriebenen Abstand um den Abstand zwischen zwei benachbarten Zusatzelektrodenplatten. Es hat sich herausgestellt, dass bei dem obigen Verhältnis sich eine kompakt bauende Ionisierungseinheit mit gutem Wirkungsgrad realisieren lässt.
Die Zusatzelektrodenplatte kann eine äußere Platte der Gegenelektrode ausbilden. Vorzugsweise sind zwei Zusatzelektrodenplatten vorgesehen, die jeweils eine äußere Platte bzw. eine Außenseite der Ionisierungseinheit bilden. Die äußeren Platten können dabei auch zur Abschirmung dienen, beispielsweise vor äußeren elektrischen Feldern und vor ungewollten Luftströmen oder Gegenständen, die an den Außenseiten in den Filter eindringen. Weiterhin können die äußeren Platten einen Austritt der geladenen Partikel aus dem Filter verhindern, noch bevor diese die Abscheideeinheit erreicht haben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die lonisierungseinheit mit einer Vielzahl von lonisierungselemente ausgerüstet, beispielsweise 2 bis 20 und vorzugsweise 3 bis 10, die in Anströmungsrichtung gesehen auf gleicher Höhe angeordnet sein können, wobei jeweils zwischen zwei lonisierungselementen mindestens eine Zusatzelektrodenplatte der Gegenelektrode angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Elektrodenplatte der Gegenelektrode ein an der hinteren Kante entlang verlaufendes Kantenprofil auf. Das Kantenprofil kann als Sägezahnprofil, Wellenprofil oder Stufenprofil ausgeprägt sein. Durch dieses Kantenprofil weist die hintere Kante mehrere scharfe exponierte Ecken und Spitzen auf, durch die die Ionisation begünstigt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrodenplatte an der hinteren Kante spitzförmig zusammenlaufen. Auch dies führt zu einer schärferen Ausprägung der hinteren Kante, was die Ionisation fördert. Nicht nur die hintere Kante der Elektrodenplatte, sondern auch die vordere Kante der Niederschlagsplatte der Abscheideeinheit kann die oben beschriebenen Kantenprofile und/oder die besagte Spitzförmigkeit aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: ein Ausführungsbeispiel für einen nicht-erfindungsgemäßen Filter in einer Schnittdarstellung;
Figur 2:: einen weiteren nicht-erfindungsgemäßen Filter mit drei Ionisierungselementen;
Figur 3:: ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Filter mit einem gegenüber Figur 1 und Figur 2 leicht geänderten Aufbau.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung in Teilen einen elektrostatischen Filter 1. Der Filter 1 umfasst eine Ionisierungseinheit 2 und eine Abscheideeinheit 3. Die Ionisierungseinheit 2 weist ein drahtförmiges lonisierungselement 4 auf, das sich entlang einer Längsachse 5 erstreckt. In der Darstellung der Figur 1 erstreckt sich das lonisierungselement 4 senkrecht zur Zeichenebene. Des Weiteren weist die Ionisierungseinheit 2 eine Gegenelektrode 6 auf, welche drei Elektrodenplatten 7 und zwei weitere Zusatzelektrodenplatten 8 aufweist.
Die Abscheideeinheit 3 weist drei Niederschlagsplatten 9 sowie zwei Zwischenplatten 10 auf, die zwischen zwei benachbarten Niederschlagsplatten angeordnet sind. Die Niederschlagsplatten 9 und die Zwischenplatten 10 sind in der Figur 1 nur bereichsweise und damit verkürzt dargestellt.
Das lonisierungselement 4 ist als runder oder im Wesentlichen runder Sprühdraht ausgebildet, dessen Durchmesser Werte von 0,1 bis 1 mm annehmen kann. Die Länge des lonisierungselements 4 kann in einem Bereich von 10 bis 90 cm, vorzugsweise von 15 und 70 cm, liegen. Eine Höhe des Filters 1 entspricht dabei in etwa der Länge des lonisierungselements 4 und liegt somit auch in einem Bereich von 10 bis 90 cm.
Eine Länge L des Filters 1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 40 cm. Die in Figur 1 eingezeichnete Breite B kann Werte von 15 bis 60 mm annehmen. Da hier nur schematisch ein Ausschnitt des Filters 1 dargestellt ist und sich ein Filter aus einer Vielzahl dieser Ausschnitte zusammensetzen kann, kann die Breite des Filters ein Vielfaches von B betragen.
Die lonisierungseinheit 2 wird von einem Gasstrom 11 mit einer Anströmungsrichtung 12 angeströmt. Der Gasstrom 11 enthält dabei Partikel, die durch den Filter 1 abgeschieden werden sollen. Aufgrund der Anordnung der Platten des Filters 1 werden sowohl die lonisierungeinheit 2 und die Abscheideeinheit 3 von dem Gasstrom 11 ohne Richtungsänderung durchströmt. Entsprechend tritt der Gasstrom 11 zunächst in die Ionisierungseinheit 2 ein und strömt an den Elektrodenplatten 7 und Zusatzelektrodenplatten 8 vorbei. Die Elektrodenplatte 7 weist eine vordere Kante 13 und eine hintere Kante 14 auf. Zu erkennen ist, dass sowohl die vordere Kante 13 als auch die hintere Kante 14 der Elektrodenplatte 7 in Anströmungsrichtung 12 gesehen vor dem lonisierungselement 4 liegen. Die Kanten 13, 14 bzw. die Elektrodenplatten 7 in ihrer Gesamtheit befinden sich somit vor einer Ebene E, in der die Längsachse 5 des lonisierungselements 4 liegt und deren Erstreckung durch die strichpunktierte Linie in Figur 1 deutlich wird. Die Ebene E erstreckt sich dabei senkrecht zur Anströmungsrichtung 12. Die Ausdehnung der Elektrodenplatte 7 in Anströmungsrichtung 12 (Abstand zwischen vorderer Kante 13 und hinterer Kante 14) kann größer als 4 mm sein, vorzugsweise größer als 6 mm.
Weiter ist der Figur 1 zu entnehmen, dass die hinteren Kanten 14 der drei Elektrodenplatten 7 auf dem Umfang eines Kreises 15 liegen, dessen Mittelpunkt mit der Längsachse 5 des lonisierungselements 4 zusammenfällt und der einen Radius R aufweist. Der Radius R entspricht dabei einem Abstand zwischen der jeweiligen hinteren Kante 14 der Elektrodenplatte 7. Da die hinteren Kanten 14 zur Längsachse 5 parallel verlaufen sollen (die Elektrodenplatten 7 erstrecken sich einerseits zwischen vorderer Kante 13 und hintere Kante 14 und andererseits parallel zum lonisierungselement 4), liegen die hinteren Kanten 14 auf einer Mantelfläche eines Zylinders, dessen Mittelachse mit der Längsachse 5 des lonisierungselements 4 zusammenfällt.
Der Radius R bzw. der Abstand zwischen hinterer Kante 14 und dem lonisierungselement 4 beträgt vorzugsweise 8 bis 20 mm. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Radius R 12 bis 14 mm. Da der Kreis 15 die Zusatzelektrodenplatten 8 tangiert, ergibt sich daraus ein Abstand zwischen den Zusatzelektrodenplatten 8, der dem Durchmesser des Kreises 15 bzw. dem zweifachen des Radius R entspricht.
Eine vordere Kante der Zusatzelektrode 8 ist mit 16 bezeichnet, während eine hintere Kante der Zusatzelektrode 8 durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichnet ist. Im Gegensatz zu den Elektrodenplatten 7, deren hintere Kanten 14 vor dem lonisierungselement 4 bzw. vor der Ebene E liegen, liegt die hintere Kante 17 der Zusatzelektrodenplatte 8 hinter dem lonisierungselement 4 bzw. hinter der Ebene E.
Die Niederschlagsplatte 9 weist eine vordere Kante 19 und eine hintere Kante 20 auf, wobei im Fall der außen liegenden Niederschlagsplatten die vordere Kante 19 der hinteren Kante 17 der beiden Zusatzelektrodenplatten 8 gegenübersteht. Zwischen hinterer Kante 17 der Zusatzelektrodenplatte 8 und der vorderen Kante der außenliegenden Niederschlagselektrode 9 verbleibt ein kleiner Spalt 21, der wenige Millimeter (beispielsweise 2 bis 4 mm) betragen kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Spalt 21 nicht gegeben ist. In diesem Fall können die Zusatzelektrodenplatte 8 und die äußere Niederschlagsplatte 9 einstückig ausgebildet sein.
Die vorderen Kanten 19 aller drei Niederschlagsplatten 9 liegen auf gleicher Höhe bzw. in einer gemeinsamen Ebene, die zur Ebene E des lonisierungselements 4 beabstandet ist. Die Abstände der vorderen Kanten 19 zu dem lonisierungselement 4 sind dabei größer als der Radius R.
Eine vordere Kante 18 der Zwischenplatte 10 ist gegenüber der vorderen Kante 19 der Niederschlagsplatten leicht zurückgezogen. Es ist auch möglich, dass die vordere Kante der Zwischenplatte 10 auf gleicher Höhe liegt wie die vordere Kante 19 der Niederschlagsplatten 9.
Ein Abstand A zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten 7 entspricht im Wesentlichen einem Abstand Z zwischen einer Niederschlagsplatte 9 und einer Zusatzplatte 10. Ein Abstand A^l zwischen einer Elektrodenplatte 7 und einer Zusatzelektrodenplatte 8 entspricht ebenfalls dem Abstand Z. Für einen symmetrischen Aufbau des Filters 1 ergeben sich in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wie in Figur 1 dargestellt immer jeweils gleiche (+/- 1 mm) oder exakt gleiche Abstände A, A^l und Z zwischen benachbarten Platten 7, 8, 9, 10. Bevorzugt nehmen die Abstände A, A^l und Z Werte zwischen 5 und 7 mm an. Eine Plattendicke D für die Zusatzelektrodenplatte 8 kann in einem Bereich von 0,5 bis 2 mm liegen, wobei eine bevorzugte Plattendicke D 0,8 bis 1,2 mm beträgt. Die Werte für die Plattendicke D können auch Anwendung finden für die übrigen Platten 7, 9, 10 des Filters 1, wobei alle verwendeten Platten in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine jeweils gleiche Plattendicke D aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass alternativ die hinteren Kanten 14 der Elektrodenplatten 7 auch in einer gemeinsamen Ebene liegen können, die parallel zur Ebene E ausgerichtet ist. In diesem Fall hätten die einzelnen hinteren Kanten 14 keinen gleichen Abstand zum lonisierungselement 4.
Die Elektrodenplatten 7 sowie die Zusatzelektrodenplatten 8 sind geerdet, während an dem lonisierungselement eine Spannung anliegt. Die Niederschlagsplatten sind ebenfalls geerdet, wobei die Zwischenplatten ebenfalls mit einer Spannung beaufschlagt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben angegebenen Wertebereiche für bevorzugte Maße, Abstände, Größen etc. sich auf einen Filter beziehen, der als dezentraler Filter eingesetzt wird. Wird der erfindungsgemäße Filter in zentralen Großanlagen mit sehr großen Gasströmen eingesetzt, können die entsprechenden Maße, Abstände, Größen etc. um ein Vielfaches größer sein. Beispielsweise kann es sich bei dem lonisierungselement auch um einen Stab mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt handeln, dessen Durchmesser größer als 1 oder 2 mm ist.
Figur 2 zeigt schematisch einen weiteren Filter 1, wobei sich der hier gezeigte Filter 1 aus drei Filter(-Einheiten) gemäß Figur 1 zusammensetzt. Bauteile oder Merkmale in Figur 2, die zu Bauteilen oder Merkmalen in Figur 1 identisch oder ähnlich sind, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Längsachsen 5 der drei lonisierungselemente 4 liegen in der gleichen Ebene E und verlaufen parallel zueinander. Durch das Aneinanderreihen von mehreren Filter(-Einheiten) lässt sich die Breite B des Filters 1 nahezu beliebig variieren, ohne dass die Abstände zwischen benachbarten Platten oder die Abstände zwischen lonisierungselementen und vorderer/hinterer Kanten der Platten geändert werden müssen. Zu beachten ist, dass zwei angrenzende Filter(-Einheiten) eine gemeinsame Zusatzelektrodenplatte 8 aufweisen. Bei einem Filter, der n lonisierungselemente 4 aufweist, werden somit nur n+1 Zusatzelektrodenplatten benötigt.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hinsichtlich Gemeinsamkeiten zum Filter der Figur 1 auf die entsprechende Figurenbeschreibung verwiesen wird. Im Folgenden wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zum Filter 1der Figur 1 hingewiesen.
Im Gegensatz zum Filter 1 der Figur 1 liegt der Spalt 21 zwischen der hinteren Kante 17 der Zusatzelektrodenplatte 8 und der vorderen Kante 19 der außen liegenden Niederschlagsplatte 9 in etwa in der Ebene E des lonisierungselements 4. Dies führt dazu, dass auch die hinteren Kanten 17 der Zusatzelektrodenplatten 8 und auch die vorderen Kanten 19 der äußeren Niederschlagsplatten 9 zumindest näherungsweise auf dem Umfang des Kreises 15 liegen. Zudem liegt auch die vordere Kante 19 der mittleren Niederschlagsplatte 9 nun auf dem Kreis 15. Dies bedeutet, dass alle die dem Ionisierungselement 4 zugewandten Kanten der Platten, die geerdet sind, zum lonisierungselement 4 den gleichen oder in etwa den gleichen Abstand aufweisen. Dies führt zu einer besonders intensiven Ionisierung der Partikel, die entlang der Anströmungsrichtung 12 durch den Filter 1 strömen.

Bezugszeichenliste

1: Filter
2: Ionisierungseinheit
3: Abscheideeinheit
4: Ionisierungselement
5: Längsachse
6: Gegenelektrode
7: Elektrodenplatte
8: Zusatzelektrodenplatte
9: Niederschlagsplatte
10: Zwischenplatte
11: Gasstrom
12: Anströmungsrichtung
13: vordere Kante
14: hintere Kante
15: Kreis
16: vordere Kante
17: hintere Kante
18: vordere Kante
19: vordere Kante
20: hintere Kante
21: Spalt

Claims

Elektrostatischer Filter (1) zur Reinigung eines Gasstroms (11) mit einer Ionisierungseinheit (2) und einer Abscheideeinheit (3), wobei im Betrieb des Filters (1) der Gasstrom (11) entlang einer Anströmungsrichtung (12) durch die lonisierungseinheit (2) strömt, wobei die lonisierungseinheit (2) zur Erzeugung eines elektrischen Felds ein sich entlang einer Längsachse (5) erstreckendes lonisierungselement (4) und eine Gegenelektrode (6) aufweist, um im Gasstrom (11) vorhandene Partikel zu ionisieren, wobei die Längsachse (5) des lonisierungselements (4) im Wesentlichen orthogonal zur Anströmungsrichtung (12) steht, wobei die Gegenelektrode (6) mindestens eine Elektrodenplatte (7) aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zur Anströmungsrichtung (12) des Gasstroms (11) erstreckt, wobei eine Spannung zwischen dem lonisierungselement (4) und der mindestens einen Elektrodenplatte (7) anlegbar ist, so dass ein elektrisches Feld entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatte (7) in Anströmungsrichtung (12) gesehen eine vordere Kante (13) und eine hintere Kante (14) aufweist, die in Anströmungsrichtung (12) gesehen vor dem lonisierungselement (4) positioniert sind, wobei die Abscheideeinheit (3) mindestens eine Niederschlagsplatte (9) sowie mindestens eine Zwischenplatte (10) aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zur Niederschlagsplatte (9) erstreckt, wobei bei einer angelegten Spannung zwischen der Niederschlagsplatte (9) und Zwischenplatte (10) sich ein elektrisches Feld zwischen der Niederschlagsplatte (9) und Zwischenplatte (10) einstellt, wobei die Niederschlagsplatte (9) in Anströmrichtung (12) gesehen eine vordere Kante (19) aufweist, deren Abstand zum lonisierungselement (4) dem Abstand der hinteren Kante (14) der Elektrodenplatte (7) der Gegenelektrode (6) zum lonisierungselement (4) entspricht, wobei die hintere Kante (14) der Elektrodenplatte (7) parallel zur Längsachse (5) des lonisierungselements (4) verläuft, und wobei die Längsachse (5) des lonisierungselements (4), die Elektrodenplatte (7) der Gegenelektrode (6) und die Niederschlagsplatte (9) der Abscheideeinheit (3) parallel zueinander verlaufen.
Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (6) wenigstens zwei Elektrodenplatten (7) aufweist, deren hintere Kanten (14) den gleichen Abstand zum lonisierungselement (4) haben.
Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinheit (3) wenigstens zwei Niederschlagsplatten (9) aufweist, deren vordere Kanten (19) den gleichen Abstand zum lonisierungselement (4) haben.
Elektrostatischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (6) mindestens eine Zusatzelektrodenplatte (8) umfasst, die parallel zur Anströmungsrichtung (12) verläuft und eine vordere Kante (16) und eine hintere Kante (17) aufweist, wobei die hintere Kante (17) der Zusatzelektrodenplatte (8) in Anströmungsrichtung (12) gesehen hinter dem lonisierungselement (4) oder auf gleicher Höhe mit dem Ionisierungselement (4) positioniert ist.
Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Kante (17) der Zusatzelektrodenplatte (8) parallel zur Längsachse (5) des lonisierungselements (4) verläuft.
Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (6) mindestens zwei Zusatzelektrodenplatten (8) aufweist, wobei ein Verhältnis eines Abstandes zwischen den zwei Zusatzelektrodenplatten (8) zum Abstand zwischen dem lonisierungselement (4) und der hinteren Kante (14) der Elektrodenplatte (7) 1,5 bis 2,5, vorzugsweise 1,8 bis 2,2 beträgt.
Elektrostatischer Filter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzelektrodenplatte (8) eine äußere Platte der Gegenelektrode (6) bildet.
Elektrostatischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisierungseinheit (2) mit einer Vielzahl von lonisierungselementen (4) ausgerüstet ist, die in einer Ebene (E) senkrecht zur Anströmungsrichtung (12) angeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten lonisierungselementen (4) die Zusatzelektrodenplatte (8) der Gegenelektrode (6) angeordnet ist.
Elektrostatischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatte (7) an der hinteren Kante (14) spitzförmig zusammenläuft.