FI90734C - Menetelmä sähköisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamiseksi ja sähköinen suodatinlaite - Google Patents

Description

i 90734

Menetelmå sShkOisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamisek-si ja sShkOinen suodatinlaite

Keksinn5n kohteena on menetelma kaasujen, erityises-5 ti ilman, puhdistukseen tarkoitetun sShkdisen suodatinlaitteen toiminnan ohjaamiseksi, johon suodatinlaitteeseen liittyy puhallin ja joka kSsittSå sahkdisen suodatinkennon, jossa on ionisointivyohyke ja keruuvyOhyke. KeksinnOn kohteena on myds suodatinlaite menetelm&n toteuttamiseksi ja 10 tarkemmin sanottuna sShkOinen suodatinlaite pOlyn, savun ja muiden pienien hiukkasten keraamiseksi ilmasta tai muusta kaasusta, joka suodatinlaite kSsittSå puhaltimen, suurjån-niteiahteen seka ionisointivydhykkeen ja keruuvy5hykkeen.

SåhkOsuodatinlaitteet, joissa on ionisointivydhyke 15 ja keruuvydhyke ovat varsin tunnettuja. Naiden suodatin-laitteiden toimintaperiaate on se, etta puhdistettavaa kaasua, yleenså ilmaa, ohjataan puhaltimen avulla sShkGi-seen kennorakenteeseen, joka kasittaa seka ionisointivyd-hykkeen etta keruuvyOhykkeen. Ioni sointivyOhykkeessa puh-20 distettavassa ilmassa olevat hiukkaset varautuvat voimak-kaan såhkdikentån johdosta. SåhkOkenttS aikaansaadaan suur-janniteiahteellå, joka sydttaå korkean jannitteen vastak-kaismerkkisiin elektrodeihin. Ionisointivydhykkeessa val-litseva jannite on tyypillisesti 8-12 kV. Varautuneet eli 25 ionisoituneet hiukkaset kulkeutuvat ionisointivyohykkeesta keruuvybhykkeeseen, jossa hiukkaset keraantyvat hiukkasiin nahden vastakkaismerkkisiin elektrodeihin. Keruuvydhykkeen jannite on tyypillisesti 4-8 kV. Jotta puhdistettavassa ilmassa olevat hiukkaset varautuisivat ionisointivyOhykkees-30 sa, tassa olevien elektrodien potentiaalieron on oltava riittavån suuri. Mita enemman erotettavia tai suodatetta-via hiukkasia on ilmassa tai mita nopeammin ne liikkuvat sita suurempi jannite vaaditaan ionisointivyOhykkeessa, koska muutoin jotkut hiukkaset ohittavat ionisointivyOhyk-35 keen varautumatta eika niita vastaavasti saada keratyiksi 2 keruuvydhykkeesså. Syotettåesså ionisointivydhykkeeseen suuri såhkSteho, kuten tehdåån tekniikan tasoa olevissa suodatinlaitteissa, saadaan kyllåkin hyvå erotuskyky, mut-ta vastaavasti ionisointivydhykkeeseen syntyy ionisoituneen 5 ilman johdosta suuri koronavirta. Suuren koronavirran hait-ta on, etta se tuottaa haitallista otsonia. Myds fysiologisesti haitallisia typpioksideja muodostuu. Arsyttåvien ja haitallisten yhdisteiden, kuten otsonin, mSåra on suoraan verrannollinen koronavirran suuruuteen. Koska otsoni suuri-10 na pitoisuuksina on epaterveellista, siile on annettu tyiJ-suojelunormeissa enimmaispitoisuudet. Mikali puhdistetta-va kaasu sisaitaa vain vahan erotettavia hiukkasia, ei tarvita suurta koronavirtaa hyvan erotuksen aikaansaami-seksi; tailfiin suuri koronavirta on pelkastaan haitaksi. 15 Vaikka tekniikan tasoa olevien suodatinlaitteiden suodatus-teho toisinaan on saadettavissa, tehonsaatO perustuu pelkastaan suodatinlaitteen puhallustehon saatOOn: pienta puh-allustehoa kaytetaan kun erotettavien hiukkasten lukumaara on pieni ja suurempaa puhallustehoa kun erotettavien hiuk-20 kasten lukumaara on suurempi. Ongelmana tekniikan tasossa olevilla laitteilla on kuitenkin se, etta vaikka puhallus-teho ja erotettavien hiukkasten lukumaara on pieni syntyy merkittaviå maariå haitallisia yhdisteitå, ja erityisesti mainittua otsonia.

25 Esilla olevan keksinndn paatarkoituksena on våhen- taa turhan otsonin tuottoa sahkdsuodattimissa.

Taman paamaaran toteuttamiseksi keksinndn mukaisel-le menetelmaile on tunnusomaista, etta ionisointivydhykkeen koronavirran suuruutta saadetaan suodatinkennossa virtaavan 30 puhdistettavan kaasun nopeuden funktiona siten, etta pie-nelia kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus saadetaan al-haiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus 35 saadetaan suuremmaksi niin, etta koronavirran aiheuttama

II

90734 3 otsonituotto on suhteellisesti alhainen. Koronavirran suu-ruutta saadetåån toisin ilmaistuna siten, etta pienelia kaasun nopeudella, kun hiukkasen pidSttSmiseen vaadittava ionisointiaste on pieni, koronavirta saadetaan alhaiseksi, 5 ja suurella kaasun nopeudella, kun hiukkasen pidattamiseen vaadittava ionisointiaste on suuri, koronavirta saadetaan suuremmaksi, jolloin koronavirran aiheuttama otsonituotto on alhainen virtaavan kaasun tilavuusvirtaan nahden.

Haluttaessa koronavirran suuruuden sååto voidaan 10 jSrjestSå tarkasti vaikuttamalla suodatinkennon suurjanni- teiahteen virtasaatimeen, jolloin voidaan kåyttaa puhdis-tettavan kaasun virtausnopeuden mittauselinta, jonka antama signaali ohjaa suurjanniteiahteen toimintaa. Hyvin yksin-kertainen ja helppo tapa jarjestaa koronavirran karkeasaatO 15 on se, etta koronavirran suuruutta saadetaan ohjaamalla suodatinkennon suurj anniteiahdetta puhaltimen tehonvalinta-kytkimesta. Eras helppo keino saataa koronavirran suuruus on vaikuttaa kaytOssa olevaan koronalankalukumaaraan. Muita keinoja saataa koronavirran suuruus on esitetty oheiste-20 tuissa epaitsenaisissa patenttivaatimuksissa 4-6.

KeksinnOn mukaiselle suodatinlaitteelle on vastaa-vasti tunnusomaista, ettå suodatinlaite kasittåå sååtOva-lineet ionisointivyOhykkeen koronavirran suuruuden såata-miseksi puhdistettavan kaasun virtausnopeuden funktiona 25 siten, etta pienelia kaasun nopeudella, kun suodatinkennol-ta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus saadetaan alhaiseksi, ja suurella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus saadetaan suuremmaksi niin, ettå koronavirran 30 aiheuttama otsonituotto on suhteellisesti alhainen. Keksin nOn mukaisen laitteen yksinkertaisessa ja halvalla toteu-tettavassa suoritusmuodossa puhaltimen tehonvalintakytkin on kytketty ohjaamaan suurjanniteiahdetta. Muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty epaitsenaisissa patenttivaati-35 muksissa.

4

Keksinndn mukaisen ratkaisun ansiosta saadaan vå-hennetyksi haitallisten yhdisteiden, erityisesti otsonin tuottoa såhkOisisså suodatinlaitteissa. Keksinnån mukainen ratkaisu mahdollistaa tåstå huolimatta tehokkaan erotus-5 asteen.

Seuraavassa keksintbå selitetåån seikkaperåisemmin muutaman sen edullisen suoritusmuodon avulla viittaamalla oheistettuun piirustukseen, jossa kuvio 1 esittåå keksinndn mukaisen laitteen eråstå 10 suoritusmuotoa ylhååltå katsottuna, kuvio 2 esittåå keksinndn mukaisen laitteen vaih- toehtoista suoritusmuotoa ylhååltå katsottuna, kuvio 3 havainnollistaa vielå eråstå keksinndn mu-kaista suoritusmuotoa ylhååltå katsottuna ja 15 kuvio 4 havainnollistaa edelleen eråstå keksinndn mukaista suoritusmuotoa ylhååltå katsottuna.

Kuviossa 1 esitetty såhkdinen suodatinlaite kåsit-tåå yleisesti viitenumerolla 1 merkityn såhkoisen suoda-tinkennon, jossa on ionisointivydhyke, jota osoittaa vii-20 tenumero 2, ja keruuvyohyke, jota osoittaa viitenumero 3. Ionisointivydhyke kåsittåå positiivisen elektrodin 4, eli koronaelektrodin, ja kaksi negatiivista elektrodia 5. Ko-ronaelektrodi 4 muodostuu lankamaisesta elimestå, joka on yhdensuuntainen levymåisten negatiivisten elektrodien 5 25 kanssa. Suurjånnitelåhde 6 sydttåå noin 8 kV:n jånnitteen koronaelektrodin 4 ja negatiivisten elektrodien 5 vålille. Suodatinkennon 1 keruuvyGhyke 3 kåsittåå levymåisen positiivisen elektrodin 7, joka on yhdensuuntainen mainittujen negatiivisten elektrodien 5 kanssa. Negatiiviset elektro-30 dit 5 ovat siis yhteisiå ionisointi- ja keruuvyohykkeesså. Suurjånnitelåhde 5 syottåå noin 6 kV:n jånnitteen keruu-vytthykkeen positiivisen elektrodin 7 ja negatiivisten elektrodien 5 vålille. Suodatinlaite kåsittåå edelleen puhdis-tettavan ilman tulopuolella puhaltimen 8 ilmavirran syOttå-35 miseksi suodatinkennoon 1. Nuolet osoittavat ilman virtaus-

II

90734 5 suuntaa. IonisointivyGhykkeesså 2 erotettavat hiukkaset 9 varautuvat positiivisiksi ja kulkeutuvat ilmavirran johdos-ta keruuvyGhykkeen negatiivisten elektrodien 5 pinnalle. Elektrodit 5 puhdistetaan ravistamalla tai pesemållå. Pu-5 haltimen 8 tehonvalintakytkimestå 10 kulkee johto 11 suur-jånnitelåhteeseen 6 sååtGyksikGn 12 kautta. SååtGyksikkG 12 ohjaa suurjånnitelåhteen 6 toimintaa siten, etta mita pie-nemmåksi puhaltimen 8 teho valitaan, niin si tå våhemman tehoa syGtetåån ionisointivyGhykkeeseen 2. Tallå tavalla 10 saadaan ionisointivyOhykkeen 2 koronavirta ja otsonituotto pieneksi kun suodatinlaitteelta vaaditaan vain pientå ero-tus- eli suodatuskykyå. Koska puhaltimen 8 puhallusteho ei ole aivan suoraan verrannollinen ilman virtausnopeuteen, suurjånnitelåhteen ohjaus ei luonnollisestikaan ole tarkin 15 mahdollinen.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnGn toinen suoritus-muoto. Kuvion 2 ratkaisu vastaa kuvion 1 ratkaisua, lukuun ottamatta, etta kåytetåån ilmavirran nopeuden mittauselin-tå 13, joka ohjaa sååtGyksikOn 12' toimintaa. Tåmån rat-20 kaisun etuna on, ettå suurjånnitelåhteen 6 toimintaa oh-jataan ilmavirran todellisen nopeuden mukaan, jolloin ohjaus saadaan ensimmåistå suoritusmuotoa johdonmukaisemmak-si ja tarkemmaksi. Kuviossa 2 on kåytetty vastaavia viite-numeroita kuin kuviossa 1 vastaaville komponenteiIle.

25 Kuviossa 3 on esitetty suoritusmuoto, jossa suoda- tinlaitteen ionisointiyksikGsså on useita vierekkåin jår-jestettyjå koronaelektrodeja 4,f. Vaikka kuvioon on piir-retty vain kolme koronaelektrodia 4'', niitå voi olla useampia. Ideana tåsså suoritusmuodossa on se, ettå tar-30 vittavan suodatuskyvyn ja ilmavirran nopeuden mukaan oh-j ataan kåytOsså olevien koronaelektrodien 4'' lukumååråa: mikåli suodatinlaitteelta ei vaadita suurta suodatustehoa, kåytetåån vain yhta tai kahta koronaelektrodia, mutta jos suodatustehon on oltava suurin mahdollinen, kytketåån jån-35 ni te kaikkiin koronaelektrodeihin 4*'. Ilmavirran nopeu- 6 den mittauselin 13 ohjaa sååtoyksikkdå 12'', joka kytkee tarvittavan mSår&n koronaelektrode ja 4' ' toimintaan. Kuvat-tu sååto on helppo toteuttaa, koska minkåånlaista sisSista sååtoS suurjannitelåhteesså 6' ' ei tehdå, vaan suurjånnite-5 lahteen jånnite pidetaan vakiona. Nain olien tassa suori-tusmuodossa ainoastaan kytkettavien koronaelektrodien 4" lukumaaraa muutetaan, jolloin pienennetaan koronavirtojen lukumaaraa kun vaadittava suodatusteho on pieni. Kuvion 3 viitenumerointi vastaa kuvioiden 1 ja 2 viitenumerointia. 10 Kuviossa 4 on viela esitetty keksinnon suoritusmuo- to, joka vastaa kuvion 3 suoritusmuotoa, lukuun ottamatta, etta ei kayteta ilmavirran nopeuden mittauselinta, vaan kytkettavien koronalankojen 4' ' lukumaaraa ohjaavaa saatO-yksikkoa 12''' ohjataan puhaltimen 8 tehonvalintakytkimes-15 ta 10. Suoritusmuodon kaytannOn toteutus on erittain helppo ja saata voidaan useita koronaelektrodeja 4'' hyvåksi kåyttaen toteuttaa varsin tarkkaan siten, etta koronavir-ran suuruus saadaan suoraan verrannolliseksi ilmavirran nopeuteen, vaikka saatOyksikkG 12''' saa ohjauksensa puhal-20 timen 8 tehonvalintakytkimestå 10. Kuviossa 4 on kaytetty samoja viitenumeroita kuin kuviossa 3 vastaavien osien osalta.

Kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodossa suurjannitelahteen 6 saato on toteutettu siten, ettå vaikutetaan suurjannite-25 lahteen virtasååtimeen. Tamå voidaan toteuttaa sahkdalan ammattimiehelle tunnetuilla keinoilla, erilaisilla kytken-ndilia, jotka sååtåvat suurjånniteiahteen sisåista vastus-ta. Vaikuttamalla suurjånniteiahteen virtasaatimeen suoda-tinlaitteen toiminnasta saadaan hyvin hallittu ja tarkka. 30 Mikali virran saadon sijasta kuvioiden 1 ja 2 tapauksissa vaihtoehtoisesti saadetaan ionisointijannitetta, koronavir-ta kyliakin pienenee, mutta samalla suodattimen suodatusky-ky pienenee olennaisesti, koska suodatettavien partikkelei-den saama sahkdvaraus ja siita johtuva suodatuskyky piene-35 nee ionisointijannitteen pienentyessa. Lisaksi ionisointi-

II

90734 7 jénnitteen sååtij ei ole yhta nopea ja hallittu kuin virran saato. Jånnitteen saadOn etuna on kyliakin helppo toteutus.

KeksinnOn mukainen ratkaisu, josta ei ole kuviota ja jonka tarkoituksena on saataa koronavirran suuruus, voisi 5 toteirtukseltaan olla esimerkiksi kuvioita 3 ja 4 muistut-tava, mutta sellainen, etta ei vaikuteta koronaelektrodien lukumaaraan, vaan valitaan muodoltaan tai pinnantasaisuu-deltaan tiettyyn ilmavirran nopeuteen sopiva koronaelektro-di.

10 On edelleen ajateltavissa, etta vaikutetaan ioni- sointivydhykkeen geometriaan. TailOin voidaan kaytannOssa menetelia siten, etta ionisointivyohykkeen negatiivisten elektrodien etaisyyttå tai sijaintia saådetaån koronaelek-trodiin nahden.

15 Koska ilman ominaisvastus vaikuttaa koronavirran suuruuteen, on keksinndn mukaisesti ajateltavissa, etta vaikutetaan ilman (tai puhdistettavan kaasun) ominaisvas-tukseen kun halutaan saataa koronavirtaa. Taildin voidaan edullisesti menetelia siten, etta ilmavirran nopeuden mit-20 tauselimesta ohjataan suodatinkennon tulokohtaan kytkettya sahkOiammitinta (ei esitetty), joka pystyy hallitusti kuu-mentamaan puhdistettavaa ilmaa.

Keksintda on edelia kuvattu vain muutaman edullisen suoritusmuodon avulla. On huomattava, etta keksintoa voi-25 daan yksityiskohdiltaan toteuttaa monella tavalla oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Nain olien suodatinlaitteen elektrodien kokonaislukumaara voi luonnollisesti vaihdella; elektrodien navat voidaan vaihtaa vastakkaismerkkisiksi; ilmavirran nopeuden mittauselin voi sijaita sahkOkennon 30 poistopuolella tulopuolen sijasta ja laitetta voidaan so-veltaa muunkin kaasun kuin ilman puhdistamiseen.

Claims (10)

1. 8
2. 1. Menetelmå kaasujen, erityisesti ilman, puhdis-tukseen tarkoitetun såhkGisen suodatinlaitteen toiminnan 5 ohjaamiseksi, johon suodatinlaitteeseen liittyy puhallin (8) ja joka kåsittåå såhkOisen suodatinkennon (1), jossa on ionisointivyåhyke (2) ja keruuvyåhyke (3), tunnettu siitå, ettå ionisointivyåhykkeen (2) koronavirran suuruutta såådetåån suodatinkennossa (1) virtaavan puhdistettavan 10 kaasun nopeuden funktiona siten, ettå pienellå kaasun no-peudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus såådetåån alhaiseksi, ja suu-rella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus såådetåån suurem- 15 maksi niin, ettå koronavirran aiheuttama otsonituotto on suhteellisesti alhainen.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå koronavirran suuruutta sååde-tåån vaikuttamalla suodatinkennon (1) suurjånnitelåhteen 20 (6) virtasååtimeen.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå koronavirran suuruutta sååde-tåån ohjaamalla suodatinkennon (1) suurjånnitelåhdettå (6, 6"') puhaltimen (8) tehonvalintakytkimestå (10) siten, 25 ettå mitå pienemmåksi puhaltimen teho valitaan, niin sitå pienemmåksi såådetåån suurj ånnitelåhteen (6, 6") virta.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå koronavirran suuruutta såådetåån vaikuttamalla ilman ominaisvastukseen.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå koronavirran suuruutta såådetåån vaikuttamalla kåytGsså olevien koronaelektrodien (4' ', 4' ' ' ) lukumååråån tax muuntamalla koronaelektrodigeo-metriaa.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå koronavirran suuruutta såå- li 90734 9 detåån muuttamalla suodatinkennon (1) ionisointivydhykkeen (2) geometriaa. 7. sahkdinen suodatinlaite pdlyn, savun ja muiden pienien hiukkasten (9) kerSåmiseksi ilmasta tai muusta 5 kaasusta, joka suodatinlaite kasittaa puhaltimen (8), suur-janniteiahteen (6, 6' ', 6''') seka sShkOisen suodatinkennon (1), jossa on ionisointivyohyke (2) ja keruuvydhyke (3), tunnettu siitå, etta suodatinlaite kåsittaa sSStO-vålineet (12, 12'12''' ) ionisointivydhykkeen (2) korona-10 virran suuruuden sååtåmiseksi puhdistettavan kaasun vir-tausnopeuden funktiona siten, etta pienellå kaasun no-peudella, kun suodatinkennolta (1) vaadittava erotuskyky on pieni, koronavirran suuruus saadetaSn alhaiseksi, ja suu-rella kaasun nopeudella, kun suodatinkennolta vaadittava 15 erotuskyky on suuri, koronavirran suuruus sSSdetaan suu-remmaksi niin, etta koronavirran aiheuttama otsonituotto on suhteellisesti alhainen.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siita, etta puhaltimen (8) tehonvalintakytkin 20 (10) on kytketty ohjaamaan suurjannitelåhteen (6) virtasaa- dinta siten, etta mitå pienempi teho on valittu, niin sita pienemmaksi saadetaan suurjånniteiahteen virta.
9. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitå, etta se kasittaa kaasuvirran nopeu- 25 den mittauselimen (13), joka on saatdyksikdn (12' ) vaiityk-selia kytketty ohjaamaan suurjanniteiahdetta (6) siten, ettå mita hitaampi on virtaus, niin sita pienempi on suurjånniteiahteen virta.
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, 30 tunnettu siita, etta ionisointivyOhyke (2) kasittaa våhintaån kaksi, mutta edullisesti useita koronaelektrodia (4", 4''') ja vålineet koronaelektrodien påålle- ja pois-kytkemiseksi siten, etta puhdistettavan kaasun pienellå virtausnopeudella toiminnassa on pienempi lukumaara koro-35 naelektrodeja kuin jos puhdistettavan kaasun virtausnopeus on suuri. 10