EP4056282B1

EP4056282B1 - Sprühelektrode und elektrofilter mit einer solchen sprühelektrode

Info

Publication number: EP4056282B1
Application number: EP21161869.9A
Authority: EP
Inventors: Rolf Kurtsiefer
Original assignee: KMA Umwelttechnik GmbH
Current assignee: KMA Umwelttechnik GmbH
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2026-06-03
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: EP4056282C0; CN115069421A; EP4056282A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprühelektrode für einen Elektrofilter, gebildet aus einem sich in einer Ebene erstreckenden Blechstreifen mit einer Längsachse, der an seinen Längsrändern mit quer zur Längsachse abstehenden Sprühspitzen ausgebildet ist, wobei die Sprühspitzen jeweils eine Fuß- und einen Spitzenabschnitt aufweisen und die Fußabschnitte in der Ebene verlaufen und die Spitzenabschnitte an beiden Längsrändern entgegengesetzt um einen Winkel gegenüber der Ebene geneigt angeordnet sind.
Elektrofilter mit Sprühelektroden werden beispielsweise zur Reinigung von Gasströmen eingesetzt, wobei ihre Arbeitsweise auf der elektrostatischen Aufladung von Partikeln, Aerosolen und Gasen beruht. Dabei wird ein Hochspannungsfeld zwischen mehreren benachbart angeordneten, üblicherweise plattenförmigen Niederschlagselektroden und Sprühelektroden von beispielsweise 10 bis 15 kV angelegt, wodurch die im Gasstrom enthaltenen Partikel, Aerosole und Gase an den Sprühelektroden ionisiert werden und sich anschließend an den Niederschlagselektroden absetzen. Ein Beispiel einer solchen Sprühelektrode für einen Elektrofilter ist in der AT 2 55590 B1 angegeben.
Die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung vertreibt überdies seit vielen Jahren unter der Handelsbezeichnung Ultravent^® Elektrofilter mit gattungsgemäßen Sprühelektroden, die aus einem sich in einer Ebene erstreckenden Blechstreifen gebildet sind, der an seinen Längsrändern mit quer zur Längsachse abstehenden Sprühspitzen ausgebildet ist. Solche aus einem flachen Blechabschnitt gebildete Sprühelektroden ohne abgewinkelte Spitzenabschnitte sind überdies in der CN 111 437 996 A , WO 2013/065906 und US 7 942 952 B2 offenbart.
Gattungsgemäße Sprühelektroden sind beispielsweise in der EP 0 437 849 A1 und der EP 0 629 449 A2 offenbart. Sie weisen Spitzenabschnitte mit geteilten Spitzen auf, die sich entgegengesetzt aus der Ebene erstrecken. Ähnliche Ausgestaltungen finden sich auch in der JP 2000 197833 A , der DE 12 01 816 B , US 4 514 195 A und EP 1 439 913 A1 .
Im Laufe des Betriebs eines Elektrofilters lagern sich die ausgefilterten Partikel auf der Oberfläche der Niederschlagselektroden und auch auf den Sprühelektroden, vorzugsweise im Bereich der Sprühspitzen ab und bilden einen Überzug, der allmählich die Wirkung des Elektrofilters verschlechtert, sodass eine regelmäßige Abreinigung dieser Oberflächen und der Sprühspitzen erforderlich ist. Dies erfolgt üblicherweise über eine Reinigungsvorrichtung, welche bei Bedarf ein flüssiges Reinigungsmittel, beispielsweise Heißwasser unter Druck auf die Oberflächen der Niederschlagselektroden und der Sprühelektroden versprüht, um die Anhaftungen und Verkrustungen abzulösen. Dabei tritt regelmäßig das Problem auf, dass die Sprühspitzen aufgrund ihrer geringen Oberfläche und ihrer parallelen Anordnung zu den Niederschlagselektroden, zwischen denen der Strahl der Reinigungsflüssigkeit hindurchtritt, nur unzureichend gereinigt werden können, da die Sprühspitzen vom Reinigungsstrahl nur schlecht erreicht werden können. Dies erscheint verbesserungswürdig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sprühelektrode der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit geringer baulicher Modifikation eine bessere Reinigung und auch eine verbesserte Ionisierungsleistung erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Ausgestaltung einer Sprühelektrode gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wurde überraschend festgestellt, dass eine verbesserte Reinigung und überdies verbesserte Ionisierungsleistung der Sprühelektrode dadurch erreicht werden kann, dass alle Spitzenabschnitte eines Längsrandes um den gleichen Winkel in gleicher Richtung aus der Ebene des Blechstreifens und des Fußabschnittes geneigt sind und die Spitzenabschnitte des gegenüberliegenden Längsrandes um den gleichen Winkel in der entgegengesetzten Richtung aus der Ebene des Blechstreifens und des Fußabschnittes geneigt sind.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung sind die Sprühspitzen gegenüber der Ebene, in welcher sich die Sprühelektrode erstreckt, unter dem vorgesehenen Winkel geneigt angeordnet und stehen gleichmäßig über die Ebene hervor, sodass ein Sprühstrahl einer Reinigungsvorrichtung, der zwischen den Niederschlagselektroden hindurch auf die sich üblicherweise parallel zu den Niederschlagselektroden erstreckende Sprühelektrode gerichtet ist, auf die entsprechend schrägstehende Sprühspitzen auftrifft, was sich in einer deutlich verbesserten Reinigungswirkung insbesondere am freien Ende der Sprühspitzen äußert.
Die erfindungsgemäße geneigte Anordnung der Spitzenabschnitte verringert ferner den Abstand zu den benachbarten Niederschlagselektroden im Vergleich zu sich lediglich in der Ebene erstreckenden Sprühspitzen, wodurch zwischen den Sprühspitzen und den Niederschlagselektroden ein stärkeres elektrisches Feld und eine höhere Ionisierungsleistung erreicht werden kann.
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist der Winkel, mit welchem die Spitzenabschnitte gegenüber der Ebene geneigt angeordnet sind, aus einem 5° bis 25° umfassenden Bereich ausgewählt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sprühspitzen integral aus dem Blechstreifen ausgeformt sind, wobei zwischen benachbarten Sprühspitzen etwa U-förmig ausgebildete Freiräume vorgesehen sind. Eine solche Konfiguration der Sprühelektrode kann beispielsweise durch Stanzen oder Laserschneiden eines entsprechenden Blechstreifens von ursprünglich rechteckförmiger Gestalt erfolgen und erfordert nur geringen Fertigungsaufwand.
Für eine gleichmäßige ionisierende Leistung wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die Sprühspitzen entlang der Längsränder der Sprühelektrode gleiche Abstände voneinander aufweisen, wobei weiterhin bevorzugt ist, dass alle Sprühspitzen gleichförmig ausgebildet sind.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sprühspitzen am gegenüberliegenden Längsrand einem Freiraum zwischen zwei benachbarten Sprühspitzen gegenüberliegend angeordnet sind, d. h. die Sprühspitzen entlang des einen Längsrandes sind mit einer regelmäßigen Teilung angeordnet und die Sprühspitzen am gegenüberliegenden Längsrand sind um die halbe Teilungslänge versetzt zu den Sprühspitzen des einen Längsrandes und ebenfalls regelmäßig angeordnet.
Schließlich kann die Sprühelektrode gemäß der Erfindung auch an den Stirnseiten in Richtung der Längsachse weisende Sprühspitzen aufweisen, um auch in diesem Bereich eine gute ionisierende Leistung abzugeben.
Ein im Rahmen der Erfindung vorgesehener Elektrofilter zeichnet sich durch Ausgestaltung mit mindestens einer derartigen Sprühelektrode gemäß den vorangehenden Erläuterungen aus.
Insbesondere kann der Elektrofilter eine Vielzahl von plattenförmigen Niederschlagselektroden und benachbart sowie parallel zu den Niederschlagselektroden angeordnete Sprühelektroden und eine Reinigungsvorrichtung zum Versprühen einer Reinigungsflüssigkeit auf die Oberflächen der Niederschlags- und Sprühelektroden aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1: die Seitenansicht einer Sprühelektrode gemäß der Erfindung;
Figur 2: die Sprühelektrode gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung;
Figur 3: die Ansicht auf die Sprühelektrode in Richtung der Längsachse;
Figur 4: einen Teil eines Elektrofilters mit einer Sprühelektrode gemäß Figur 1.

Aus den Figuren 1 bis 3 ist eine Sprühelektrode 1 für einen nachfolgend noch näher erläuterten Elektrofilter zur Reinigung eines Gasstromes ersichtlich.
Die Sprühelektrode 1 ist aus einem elektrisch gut leitfähigen Metallblech in Form eines Blechstreifens 10 zum Beispiel mittels Laserschnitt hergestellt, wobei sich der Blechstreifen in einer Ebene entlang der Längsachse L erstreckt, die mit der Zeichenebene in Fig. 1 zusammenfällt. Beidseits der Längsachse L sind regelmäßig und quer zur Längsachse L abstehende Sprühspitzen 11 ausgeformt, indem im Wesentlichen U-förmig ausgebildete Freiräume 12 zwischen den Sprühspitzen 11 im Rahmen der Herstellung aus dem Blechstreifen 10 entfernt worden sind. Sämtliche Sprühspitzen 11 sind mit übereinstimmender Geometrie und in gleichen Abständen voneinander entlang der Längsachse L aufgereiht.
Vergleicht man die in der Darstellung gemäß Figur 1 nach oben abstehenden Sprühspitzen 11 am einen Längsrand mit den nach unten abstehenden Sprühspitzen 11 an gegenüberliegenden Längsrand, so erkennt man, dass sich jeweils eine Sprühspitze 11 am einen Längsrand und ein Freiraum 12 am gegenüberliegenden Längsrand gegenüberliegen, d. h. die mit regelmäßiger Teilung angeordneten Sprühspitzen 11 sind am jeweils gegenüberliegenden Längsrand um die halbe Teilungslänge versetzt angeordnet.
Darüber hinaus weist die Sprühelektrode 1 an ihren beiden Enden jeweils eine Befestigungsöffnung 13 für die Befestigung im Elektrofilter sowie eine in Längsrichtung L weisende weitere Sprühspitze 11 an jedem Ende auf.
Wie insbesondere aus den Darstellungen gemäß Figur 2 und 3 ersichtlich, sind die Sprühspitzen 11 so aufgebaut, dass sie ausgehend vom mittleren Blechstreifen 10 zunächst einen sich in der vom Blechstreifen 10 aufgespannten Ebene erstreckenden Fußabschnitt 110 aufweisen, der integral aus dem Blechabschnitt 10 im Bereich des Längsrandes desselben absteht, woran sich zum freien Ende hin ein Spitzenabschnitt 111 anschließt, der gegenüber der vom Blechstreifen 10 und dem Fußabschnitt 110 aufgespannten Ebene um einen Winkel (α) geneigt angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel (α) beispielsweise 10°.
Weiterhin erkennt man, dass entlang eines Längsrandes alle Spitzenabschnitte 111 um den gleichen Winkel (α) in gleicher Richtung aus der Ebene des Blechstreifens 10 und des Fußabschnitts 110 geneigt sind, während die Spitzenabschnitte 111 entlang des gegenüberliegenden Längsrandes um den gleichen Winkel (α) in der entgegengesetzten Richtung aus der Ebene des Blechstreifens 10 und des Fußabschnitts 110 geneigt sind.
Eine solche Sprühelektrode 1 kann in an sich bekannter Weise gemäß Darstellung in der Figur 4 in einen Elektrofilter eingebaut werden, der zum Beispiel zur Reinigung eines Gasstroms G dient. Dazu werden in an sich bekannter und hier nicht näher dargestellter Weise eine Vielzahl von plattenförmigen Niederschlagselektroden 2 in einer Halterung 4 parallel zueinander gehaltert, sodass zwischen den Niederschlagselektroden 2 der mit Pfeil G angedeutete Gasstrom parallel zu diesen hindurchgeführt werden kann.
Es versteht sich, dass der dargestellte Elektrofilter lediglich in einem Teilausschnitt über seine Gesamtbreite dargestellt ist, d.h. in der Zeichnung nach links anschließend können weitere Anordnungen von Niederschlagselektroden 2 und im Gasstrom G vorgelagert angeordneten Sprühelektroden 1 vorgesehen sein.
Die Niederschlagselektroden 2 umfassen abwechselnd parallele Platten 20, 21, wobei die Platten 21 etwas kürzer als die Platten 21 ausgebildet sind und die kürzeren Platten 21 über eine Kontaktplatte 30 und Gewindestangen 31 an eine nicht dargestellte Hochspannungsquelle anschließbar sind. Die hierzu parallelen Platten 20 sind hingegen mit einem die Gewindestangen 31 umgebenden Isolatorrohr 32 verbunden und geerdet.
In Strömungsrichtung vorgelagert zu den Niederschlagselektroden 2 werden Sprühelektroden 1 angeordnet, von denen in der Figur 4 lediglich eine dargestellt ist. Diese Sprühelektroden 1 sind ebenfalls parallel zu den Niederschlagselektroden 2 ausgerichtet, um dem Gasstrom G möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen und werden in entsprechenden Haltestangen 3, die durch die Befestigungsöffnungen 13 hindurchtreten, gehaltert und elektrisch kontaktiert und ebenso wie die Platten 21 mit der Hochspannungsquelle verbunden.
In an sich bekannter Weise wird sodann ein Hochspannungsfeld an die Sprühelektroden 1 sowie die Platten 21 angelegt, um die im Gasstrom G mitgeführten Partikel, Aerosole etc. zu ionisieren und auf die Platten 20 abzulenken, woraufhin sie sich auf den geerdeten Platten 20 niederschlagen. Darüber hinaus bildet sich aber unvermeidlich auch ein allmählich anwachsender Überzug auf den Platten 21 und der Sprühelektrode 1, insbesondere im Bereich der Sprühspitzen 111 aus. Dieser sich bildende Überzug beeinträchtigt mit der Zeit die Leistung des Elektrofilters, sodass üblicherweise mittels einer hier nicht im Detail dargestellten Reinigungsvorrichtung eine Reinigungsflüssigkeit, wie Heißwasser unter Druck zwischen die Niederschlagselektroden 2, beispielsweise vertikal von oben nach unten gemäß Pfeilen R sowie auf die Sprühelektroden 1 gesprüht wird, um die oberflächlichen Anhaftungen abzureinigen.
Aufgrund der vorangehend erläuterten Abwinklung der Spitzenabschnitte 111 der Sprühspitzen 11 um den Winkel (α) stehen diese, wie aus der Figur 4 ersichtlich, leicht schräg zu dem parallel durch den Freiraum zwischen den Niederschlagselektroden 2 hindurchtretenden Flüssigkeitsstrahl R der Reinigungsvorrichtung, weshalb Anhaftungen an den Spitzenabschnitten 111 besser erfasst und ab gereinigt werden können.
Überdies wird durch diese geneigte Anordnung der Sprühspitzen 11 im Bereich der Spitzenabschnitte 111 der Abstand zu den Platten 20 verringert, was sich in einer verbesserten Ionisierungsleistung niederschlägt.
Es versteht sich, dass die vorangehend erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Richtungen für des Gasstrom G und die Reinigungsflüssigkeit R lediglich bespielhaft sind und auch entgegengesetzt oder z.B. auch in horizontaler Orientierung ausgebildet sein können.
Die vorangehend erläuterten Sprühelektroden 1 können sowohl in neu aufgebauten Elektrofiltern als auch in Form von Nachrüstteilen an bereits bestehenden Elektrofiltern eingesetzt werden.

Claims

Sprühelektrode (1) für einen Elektrofilter, gebildet aus einem sich in einer Ebene erstreckenden Blechstreifen (10) mit einer Längsachse (L), der an seinen Längsrändern mit quer zur Längsachse (L) abstehenden Sprühspitzen (11) ausgebildet ist, wobei die Sprühspitzen (11) jeweils einen Fuß- und einen Spitzenabschnitt (110, 111) aufweisen und die Fußabschnitte (110) in der Ebene verlaufen und die Spitzenabschnitte (111) an beiden Längsrändern entgegengesetzt um einen Winkel (α) gegenüber der Ebene geneigt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spitzenabschnitte (111) eines Längsrandes um den gleichen Winkel (α) in gleicher Richtung aus der Ebene des Blechstreifens (10) und des Fußabschnittes (110) geneigt sind und die Spitzenabschnitte (111) des gegenüberliegenden Längsrandes um den gleichen Winkel (α) in der entgegengesetzten Richtung aus der Ebene des Blechstreifens (10) und des Fußabschnittes (110) geneigt sind.
Sprühelektrode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) etwa 5 bis 25 ° beträgt.
Sprühelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühspitzen (11) integral aus dem Blechstreifen (10) ausgeformt sind und zwischen benachbarten Sprühspitzen (11) etwa U-förmig ausgebildete Freiräume (12) vorgesehen sind.
Sprühelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühspitzen (11) entlang der Längsränder der Sprühelektrode (1) gleiche Abstände voneinander aufweisen.
Sprühelektrode (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühspitzen (11) am gegenüberliegenden Längsrand einem Freiraum (12) zwischen zwei benachbarten Sprühspitzen (11) gegenüberliegen.
Sprühelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnseiten in Richtung der Längsachse (L) weisende Sprühspitzen (11) ausgebildet sind.
Elektrofilter mit mindestens einer Sprühelektrode (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Elektrofilter nach Anspruch 7, umfassend eine Vielzahl von plattenförmigen Niederschlagselektroden (2) und benachbart sowie parallel zu den Niederschlagselektroden (2) angeordneten Sprühelektroden (1) und einer Reinigungsvorrichtung zum Versprühen einer Reinigungsflüssigkeit auf die Niederschlags- und Sprühelektroden (2, 1).