FI90734B - Menetelmä sähköisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamiseksi ja sähköinen suodatinlaite - Google Patents

Description

90734

Menetelmä sähköisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamiseksi ja sähköinen suodatinlaite

Keksinnön kohteena on menetelmä kaasujen, erityises-5 ti ilman, puhdistukseen tarkoitetun sähköisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamiseksi, johon suodatinlaitteeseen liittyy puhallin ja joka käsittää sähköisen suodatinkennon, jossa on ionisointivyöhyke ja keruuvyöhyke. Keksinnön kohteena on myös suodatinlaite menetelmän toteuttamiseksi ja 10 tarkemmin sanottuna sähköinen suodatinlaite pölyn, savun ja muiden pienien hiukkasten keräämiseksi ilmasta tai muusta kaasusta, joka suodatinlaite käsittää puhaltimen, suurjännitelähteen sekä ionisointivyöhykkeen ja keruuvyöhykkeen.

Sähkösuodatinlaitteet, joissa on ionisointivyöhyke 15 ja keruuvyöhyke ovat varsin tunnettuja. Näiden suodatin-laitteiden toimintaperiaate on se, että puhdistettavaa kaasua, yleensä ilmaa, ohjataan puhaltimen avulla sähköiseen kennorakenteeseen, joka käsittää sekä ionisointivyöhykkeen että keruuvyöhykkeen. Ionisointivyöhykkeessä puh-20 distettavassa ilmassa olevat hiukkaset varautuvat voimakkaan sähkökentän johdosta. Sähkökenttä aikaansaadaan suur-jännitelähteellä, joka syöttää korkean jännitteen vastakkaismerkkisiin elektrodeihin. Ionisointivyöhykkeessä vallitseva jännite on tyypillisesti 8-12 kV. Varautuneet eli 25 ionisoituneet hiukkaset kulkeutuvat ionisointivyöhykkeestä keruuvyöhykkeeseen, jossa hiukkaset kerääntyvät hiukkasiin nähden vastakkaismerkkisiin elektrodeihin. Keruuvyöhykkeen jännite on tyypillisesti 4-8 kV. Jotta puhdistettavassa ilmassa olevat hiukkaset varautuisivat ionisointivyöhykkees-30 sä, tässä olevien elektrodien potentiaalieron on oltava riittävän suuri. Mitä enemmän erotettavia tai suodatettavia hiukkasia on ilmassa tai mitä nopeammin ne liikkuvat sitä suurempi jännite vaaditaan ionisointivyöhykkeessä, koska muutoin jotkut hiukkaset ohittavat ionisointivyöhyk-35 keen varautumatta eikä niitä vastaavasti saada kerätyiksi 2 keruuvyöhykkeessä. Syötettäessä ionisointivyöhykkeeseen suuri sähköteho, kuten tehdään tekniikan tasoa olevissa suodatinlaitteissa, saadaan kylläkin hyvä erotuskyky, mutta vastaavasti ionisointivyöhykkeeseen syntyy ionisoituneen 5 ilman johdosta suuri koronavirta. Suuren koronavirran haitta on, että se tuottaa haitallista otsonia. Myös fysiologisesti haitallisia typpioksideja muodostuu. Ärsyttävien ja haitallisten yhdisteiden, kuten otsonin, määrä on suoraan verrannollinen koronavirran suuruuteen. Koska otsoni suuri-10 na pitoisuuksina on epäterveellistä, sille on annettu työ-suo jelunormeissa enimmäispitoisuudet. Mikäli puhdistettava kaasu sisältää vain vähän erotettavia hiukkasia, ei tarvita suurta koronavirtaa hyvän erotuksen aikaansaamiseksi; tällöin suuri koronavirta on pelkästään haitaksi. 15 Vaikka tekniikan tasoa olevien suodatinlaitteiden suodatus-teho toisinaan on säädettävissä, tehonsäätö perustuu pelkästään suodatinlaitteen puhallustehon säätöön: pientä puh-allustehoa käytetään kun erotettavien hiukkasten lukumäärä on pieni ja suurempaa puhallustehoa kun erotettavien hiuk-20 kasten lukumäärä on suurempi. Ongelmana tekniikan tasossa olevilla laitteilla on kuitenkin se, että vaikka puhallus-teho ja erotettavien hiukkasten lukumäärä on pieni syntyy merkittäviä määriä haitallisia yhdisteitä, ja erityisesti mainittua otsonia.

25 Esillä olevan keksinnön päätarkoituksena on vähen tää turhan otsonin tuottoa sähkösuodattimissa.

Tämän päämäärän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että ionisointivyöhykkeen koronavirran suuruutta säädetään suodatinkennossa virtaavan 30 puhdistettavan kaasun nopeuden funktiona siten, että pienellä kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus säädetään alhaiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus 35 säädetään suuremmaksi niin, että koronavirran aiheuttama

II

90734 3 otsonituotto on suhteellisesti alhainen. Koronavirran suuruutta säädetään toisin ilmaistuna siten, että pienellä kaasun nopeudella, kun hiukkasen pidättämiseen vaadittava ionisointiaste on pieni, koronavirta säädetään alhaiseksi, 5 ja suurella kaasun nopeudella, kun hiukkasen pidättämiseen vaadittava ionisointiaste on suuri, koronavirta säädetään suuremmaksi, jolloin koronavirran aiheuttama otsonituotto on alhainen virtaavan kaasun tilavuusvirtaan nähden.

Haluttaessa koronavirran suuruuden säätö voidaan 10 järjestää tarkasti vaikuttamalla suodatinkennon suurjänni- telähteen virtasäätimeen, jolloin voidaan käyttää puhdistettavan kaasun virtausnopeuden mittauselintä, jonka antama signaali ohjaa suurjännitelähteen toimintaa. Hyvin yksinkertainen ja helppo tapa järjestää koronavirran karkeasäätö 15 on se, että koronavirran suuruutta säädetään ohjaamalla suodatinkennon suurj ännitelähdettä puhaltimen tehonvalinta-kytkimestä. Eräs helppo keino säätää koronavirran suuruus on vaikuttaa käytössä olevaan koronalankalukumäärään. Muita keinoja säätää koronavirran suuruus on esitetty oheiste-20 tuissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa 4-6.

Keksinnön mukaiselle suodatinlaitteelle on vastaavasti tunnusomaista, että suodatinlaite käsittää säätövä-lineet ionisointivyöhykkeen koronavirran suuruuden säätämiseksi puhdistettavan kaasun virtausnopeuden funktiona 25 siten, että pienellä kaasun nopeudella, kun suodatinkennol-ta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus säädetään alhaiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus säädetään suuremmaksi niin, että koronavirran 30 aiheuttama otsonituotto on suhteellisesti alhainen. Keksin nön mukaisen laitteen yksinkertaisessa ja halvalla toteutettavassa suoritusmuodossa puhaltimen tehonvalintakytkin on kytketty ohjaamaan suurjännitelähdettä. Muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaati-35 muksissa.

4

Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta saadaan vähennetyksi haitallisten yhdisteiden, erityisesti otsonin tuottoa sähköisissä suodatinlaitteissa. Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa tästä huolimatta tehokkaan erotus-5 asteen.

Seuraavassa keksintöä selitetään seikkaperäisemmin muutaman sen edullisen suoritusmuodon avulla viittaamalla oheistettuun piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen erästä 10 suoritusmuotoa ylhäältä katsottuna, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen vaih toehtoista suoritusmuotoa ylhäältä katsottuna, kuvio 3 havainnollistaa vielä erästä keksinnön mukaista suoritusmuotoa ylhäältä katsottuna ja 15 kuvio 4 havainnollistaa edelleen erästä keksinnön mukaista suoritusmuotoa ylhäältä katsottuna.

Kuviossa 1 esitetty sähköinen suodatinlaite käsittää yleisesti viitenumerolla 1 merkityn sähköisen suoda-tinkennon, jossa on ionisointivyöhyke, jota osoittaa vii-20 tenumero 2, ja keruuvyöhyke, jota osoittaa viitenumero 3. Ionisointivyöhyke käsittää positiivisen elektrodin 4, eli koronaelektrodin, ja kaksi negatiivista elektrodia 5. Ko-ronaelektrodi 4 muodostuu lankamaisesta elimestä, joka on yhdensuuntainen levymäisten negatiivisten elektrodien 5 25 kanssa. Suurjännitelähde 6 syöttää noin 8 kV:n jännitteen koronaelektrodin 4 ja negatiivisten elektrodien 5 välille. Suodatinkennon 1 keruuvyöhyke 3 käsittää levymäisen positiivisen elektrodin 7, joka on yhdensuuntainen mainittujen negatiivisten elektrodien 5 kanssa. Negatiiviset elektro-30 dit 5 ovat siis yhteisiä ionisointi- ja keruuvyöhykkeessä. Suurjännitelähde 5 syöttää noin 6 kV:n jännitteen keruu-vyöhykkeen positiivisen elektrodin 7 ja negatiivisten elektrodien 5 välille. Suodatinlaite käsittää edelleen puhdistettavan ilman tulopuolella puhaltimen 8 ilmavirran syöttä-35 miseksi suodatinkennoon 1. Nuolet osoittavat ilman virtaus-

II

90734 5 suuntaa. Ionisointivyöhykkeessä 2 erotettavat hiukkaset 9 varautuvat positiivisiksi ja kulkeutuvat ilmavirran johdosta keruuvyöhykkeen negatiivisten elektrodien 5 pinnalle. Elektrodit 5 puhdistetaan ravistamalla tai pesemällä. Pu-5 haltimen 8 tehonvalintakytkimestä 10 kulkee johto 11 suur-jännitelähteeseen 6 säätöyksikön 12 kautta. Säätöyksikkö 12 ohjaa suurjännitelähteen 6 toimintaa siten, että mitä pienemmäksi puhaltimen 8 teho valitaan, niin sitä vähemmän tehoa syötetään ionisointivyöhykkeeseen 2. Tällä tavalla 10 saadaan ionisointivyöhykkeen 2 koronavirta ja otsonituotto pieneksi kun suodatinlaitteelta vaaditaan vain pientä erotus- eli suodatuskykyä. Koska puhaltimen 8 puhallusteho ei ole aivan suoraan verrannollinen ilman virtausnopeuteen, suurjännitelähteen ohjaus ei luonnollisestikaan ole tarkin 15 mahdollinen.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto. Kuvion 2 ratkaisu vastaa kuvion 1 ratkaisua, lukuun ottamatta, että käytetään ilmavirran nopeuden mittauselin-tä 13, joka ohjaa säätöyksikön 12' toimintaa. Tämän rat-20 kaisun etuna on, että suurjännitelähteen 6 toimintaa ohjataan ilmavirran todellisen nopeuden mukaan, jolloin ohjaus saadaan ensimmäistä suoritusmuotoa johdonmukaisemmaksi ja tarkemmaksi. Kuviossa 2 on käytetty vastaavia viitenumerolta kuin kuviossa 1 vastaaville komponenteille.

25 Kuviossa 3 on esitetty suoritusmuoto, jossa suoda- tinlaitteen ionisointiyksikössä on useita vierekkäin järjestettyjä koronaelektrodeja 4,f. Vaikka kuvioon on piirretty vain kolme koronaelektrodia 4'', niitä voi olla useampia. Ideana tässä suoritusmuodossa on se, että tar-30 vittavan suodatuskyvyn ja ilmavirran nopeuden mukaan oh-j ataan käytössä olevien koronaelektrodien 4'' lukumäärää: mikäli suodatinlaitteelta ei vaadita suurta suodatustehoa, käytetään vain yhtä tai kahta koronaelektrodia, mutta jos suodatustehon on oltava suurin mahdollinen, kytketään jän-35 nite kaikkiin koronaelektrodeihin 4*'. Ilmavirran nopeu- 6 den mittauselin 13 ohjaa säätöyksikköä 12'', joka kytkee tarvittavan määrän koronaelektrodeja 4' ' toimintaan. Kuvattu säätö on helppo toteuttaa, koska minkäänlaista sisäistä säätöä suurjännitelähteessä 6' ' ei tehdä, vaan suurjännite-5 lähteen jännite pidetään vakiona. Näin ollen tässä suoritusmuodossa ainoastaan kytkettävien koronaelektrodien 4" lukumäärää muutetaan, jolloin pienennetään koronavirtojen lukumäärää kun vaadittava suodatusteho on pieni. Kuvion 3 viitenumerointi vastaa kuvioiden 1 ja 2 viitenumerointia. 10 Kuviossa 4 on vielä esitetty keksinnön suoritusmuo to, joka vastaa kuvion 3 suoritusmuotoa, lukuun ottamatta, että ei käytetä ilmavirran nopeuden mittauselintä, vaan kytkettävien koronalankojen 4'' lukumäärää ohjaavaa säätö-yksikköä 12''' ohjataan puhaltimen 8 tehonvalintakytkimes-15 tä 10. Suoritusmuodon käytännön toteutus on erittäin helppo ja säätö voidaan useita koronaelektrodeja 4'' hyväksi käyttäen toteuttaa varsin tarkkaan siten, että koronavir-ran suuruus saadaan suoraan verrannolliseksi ilmavirran nopeuteen, vaikka säätöyksikkö 12''' saa ohjauksensa puhal-20 timen 8 tehonvalintakytkimestä 10. Kuviossa 4 on käytetty samoja viitenumerolta kuin kuviossa 3 vastaavien osien osalta.

Kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodossa suur jännitelähteen 6 säätö on toteutettu siten, että vaikutetaan suurjännite-25 lähteen virtasäätimeen. Tämä voidaan toteuttaa sähköalan ammattimiehelle tunnetuilla keinoilla, erilaisilla kytken-nöillä, jotka säätävät suurjännitelähteen sisäistä vastusta. Vaikuttamalla suurjännitelähteen virtasäätimeen suoda-tinlaitteen toiminnasta saadaan hyvin hallittu ja tarkka. 30 Mikäli virran säädön sijasta kuvioiden 1 ja 2 tapauksissa vaihtoehtoisesti säädetään ionisointijännitettä, koronavir-ta kylläkin pienenee, mutta samalla suodattimen suodatusky-ky pienenee olennaisesti, koska suodatettavien partikkelei-den saama sähkövaraus ja siitä johtuva suodatuskyky piene-35 nee ionisointijännitteen pienentyessä. Lisäksi ionisointi-

II

90734 7 jännitteen säätö ei ole yhtä nopea ja hallittu kuin virran säätö. Jännitteen säädön etuna on kylläkin helppo toteutus.

Keksinnön mukainen ratkaisu, josta ei ole kuviota ja jonka tarkoituksena on säätää koronavirran suuruus, voisi 5 toteutukseltaan olla esimerkiksi kuvioita 3 ja 4 muistuttava, mutta sellainen, että ei vaikuteta koronaelektrodien lukumäärään, vaan valitaan muodoltaan tai pinnantasaisuu-deltaan tiettyyn ilmavirran nopeuteen sopiva koronaelektro-di.

10 On edelleen ajateltavissa, että vaikutetaan ioni- sointivyöhykkeen geometriaan. Tällöin voidaan käytännössä menetellä siten, että ionisointivyöhykkeen negatiivisten elektrodien etäisyyttä tai sijaintia säädetään koronaelek-trodiin nähden.

15 Koska ilman ominaisvastus vaikuttaa koronavirran suuruuteen, on keksinnön mukaisesti ajateltavissa, että vaikutetaan ilman (tai puhdistettavan kaasun) ominaisvastukseen kun halutaan säätää koronavirtaa. Tällöin voidaan edullisesti menetellä siten, että ilmavirran nopeuden mit-20 tauselimestä ohjataan suodatinkennon tulokohtaan kytkettyä sähkölämmitintä (ei esitetty), joka pystyy hallitusti kuumentamaan puhdistettavaa ilmaa.

Keksintöä on edellä kuvattu vain muutaman edullisen suoritusmuodon avulla. On huomattava, että keksintöä voi-25 daan yksityiskohdiltaan toteuttaa monella tavalla oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Näin ollen suodatinlaitteen elektrodien kokonaislukumäärä voi luonnollisesti vaihdella; elektrodien navat voidaan vaihtaa vastakkaismerkkisiksi; ilmavirran nopeuden mittauselin voi sijaita sähkökennon 30 poistopuolella tulopuolen sijasta ja laitetta voidaan soveltaa muunkin kaasun kuin ilman puhdistamiseen.

Claims (10)

8

1. Menetelmä kaasujen, erityisesti ilman, puhdistukseen tarkoitetun sähköisen suodatinlaitteen toiminnan 5 ohjaamiseksi, johon suodatinlaitteeseen liittyy puhallin (8) ja joka käsittää sähköisen suodatinkennon (1), jossa on ionisointivyöhyke (2) ja keruuvyöhyke (3), tunnettu siitä, että ionisointivyöhykkeen (2) koronavirran suuruutta säädetään suodatinkennossa (1) virtaavan puhdistettavan 10 kaasun nopeuden funktiona siten, että pienellä kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus säädetään alhaiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus säädetään suurem- 15 maksi niin, että koronavirran aiheuttama otsonituotto on suhteellisesti alhainen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koronavirran suuruutta säädetään vaikuttamalla suodatinkennon (1) suurjännitelähteen 20 (6) virtasäätimeen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koronavirran suuruutta säädetään ohjaamalla suodatinkennon (1) suurjännitelähdettä (6, 6"') puhaltimen (8) tehonvalintakytkimestä (10) siten, 25 että mitä pienemmäksi puhaltimen teho valitaan, niin sitä pienemmäksi säädetään suurj ännitelähteen (6, 6") virta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koronavirran suuruutta säädetään vaikuttamalla ilman ominaisvastukseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koronavirran suuruutta säädetään vaikuttamalla käytössä olevien koronaelektrodien (4' ', 4' ' ' ) lukumäärään tai muuntamalla koronaelektrodigeo-metriaa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koronavirran suuruutta sää- li 90734 9 detään muuttamalla suodatinkennon (1) ionisointivyöhykkeen (2) geometriaa.

7. Sähköinen suodatinlaite pölyn, savun ja muiden pienien hiukkasten (9) keräämiseksi ilmasta tai muusta 5 kaasusta, joka suodatinlaite käsittää puhaltimen (8), suur-jännitelähteen (6, 6' ', 6''') sekä sähköisen suodatinkennon (1), jossa on ionisointivyöhyke (2) ja keruuvyöhyke (3), tunnettu siitä, että suodatinlaite käsittää säätö-välineet (12, 12'', 12''') ionisointivyöhykkeen (2) korona-10 virran suuruuden säätämiseksi puhdistettavan kaasun virtausnopeuden funktiona siten, että pienellä kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta (1) vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus säädetään alhaiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava 15 erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus säädetään suuremmaksi niin, että koronavirran aiheuttama otsoni tuotto on suhteellisesti alhainen.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhaltimen (8) tehonvalintakytkin 20 (10) on kytketty ohjaamaan suur jännitelähteen (6) virtasää- dintä siten, että mitä pienempi teho on valittu, niin sitä pienemmäksi säädetään suurjännitelähteen virta.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää kaasuvirran nopeu- 25 den mittauselimen (13), joka on säätöyksikön (12' ) välityksellä kytketty ohjaamaan suurjännitelähdettä (6) siten, että mitä hitaampi on virtaus, niin sitä pienempi on suur-jännitelähteen virta.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, 30 tunnettu siitä, että ionisointivyöhyke (2) käsittää vähintään kaksi, mutta edullisesti useita koronaelektrodia (4", 4''') ja välineet koronaelektrodien päälle- ja pois-kytkemiseksi siten, että puhdistettavan kaasun pienellä virtausnopeudella toiminnassa on pienempi lukumäärä koro-35 naelektrodeja kuin jos puhdistettavan kaasun virtausnopeus on suuri. 10