WO1995019226A1

WO1995019226A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung gasgetragener partikel

Info

Publication number: WO1995019226A1
Application number: PCT/EP1995/000026
Authority: WO
Inventors: Andreas Gutsch; Friedrich LÖFFLER
Original assignee: LÖFFLER, Elisabet
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1995-07-20
Also published as: JPH09507429A; EP0740585B1; ATE169246T1; DE59503073D1; ZA95276B; JP3115326B2; MX9602771A; BR9506491A; CA2181138A1; DE4400827C1; ES2120723T3; EP0740585A1; US5824137A

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens insbesondere zur elektrisch induzierten Agglomeration gasgetragener Partikel weist einen geschlossenen Strömungskanal (12) auf, durch den ein Partikel (14) enthaltendes Aerosol geleitet wird. Zur bipolaren Aufladung des Aerosols ist im Strömungskanal (12) zumindest ein Elektrodenpaar (20, 22) angeordnet, dessen Elektrode (20) erdfrei mit dem Pluspol und dessen Elektrode (22) erdfrei mit dem Minuspol einer Stromquelle verbunden ist, deren Stärke zur Erzeugung einer Koronaentladung zwischen den Elektroden (20 und 22) ausreicht. Die Elektroden (20 und 22) eines jeden Elektrodenpaares sind nadelförmig ausgebildet und gegenüber der Strömungskanalwandung isoliert so angeordnet, daß sich ihre Spitzen (26) gegenüberliegen. Mit der Vorrichtung (10) gelingt es, das durch den Strömungskanal (12) geleitete Aerosol zumindest nahezu symmetrisch bipolar aufzuladen, ohne daß dabei eine nennenswerte Partikeldeposition im Bereich der Elektroden (20 und 22) oder im Strömungskanal (12) erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung gasgetragener Partikel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung gasgetra¬ gener Partikel, insbesondere zur elektrisch induzierten Agglo¬ meration gasgetragener Partikel nach dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Solche Verfahren bzw. Vorrichtungen haben eine ganze Reihe von Einsatzbereichen. Insbesondere werden sie auf dem Gebiet der Partikelabscheidung benutzt, um die Wirksamkeit bekannter Parti¬ kelabscheideverfahren und -Vorrichtungen in Richtung kleiner und kleinster Partikel zu erweitern. So kommt es beispielsweise bei der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen, bei der Müll¬ verbrennung, bei metallurgischen Hochtemperaturprozessen und bei katalytischen Gas-FeststoffSynthesen zu Problemen mit her¬ kömmlichen Partikelabscheidetechniken, da die Primärpartikel¬ größe der bei den vorgenannten Prozessen zu behandelnden Aero¬ sole in der Regel deutlich unterhalb von 1 μm liegt und Parti¬ keln dieser Größe mit herkömmlichen Partikelabscheidetechniken nicht oder zumindest nicht wirtschaftlich abscheidbar sind.

Schaltet man jedoch der eigentlichen Partikelabscheidung eine Stufe vor, in der die zu behandelnden Partikel zu Partikel¬ verbänden agglomeriert werden, so verbessert sich bei unver- änderter Abscheidetechnik das erzielbare, durch den Gesamtab- scheidegrad repräsentierte Ergebnis deutlich.

Ein weiterer Einsatzbereich ist die Feststoffsynthese aus Gas¬ phasenreaktionen. Bei derartigen Synthesen beträgt die Primär¬ partikelgröße häufig nur wenige Nanometer. Schon aus wirtschaft¬ lichen Gründen ist hier eine äußerst effektive Partikelabschei¬ dung erforderlich, da die im Aerosol vorliegenden Partikeln den zu gewinnenden Wertstoff darstellen. Primär ist daher auch im Rahmen solcher FeststoffSynthesen die Partikelvergrößerung vor der eigentlichen Partikelabscheidung die Hauptaufgabe, jedoch kann durch das gewählte Agglomerationsverfahren auch die entste¬ hende Agglomeratstruktur beeinflußt werden.

Grundsätzlich kann die gewünschte Partikelvergrößerung auf ver¬ schiedene Weise erreicht werden. Neben sogenannten "nassen" Verfahren, bei denen die Partikelvergrößerung durch Kondensa¬ tion von Wasserdampf aus einer übersättigten Atmosphäre er¬ folgt, sind die auch als "trockene" Verfahren bezeichneten Ag¬ glomerationstechniken bekannt, bei denen die gewünschte Agglo¬ meration durch eine Kollision von Partikeln in einer fluiden Phase erfolgt. Voraussetzung für diese sogenannte direkte Ag¬ glomeration ist demnach, daß die einzelnen Partikeln in der fluiden Phase untereinander eine Relativgeschwindigkeit auf¬ weisen. Diese Relativgeschwindigkeit kann mittels thermischer und turbulenter Diffusion oder durch eine von Kraftfeldern in¬ duzierte Partikelbewegung erzeugt werden. Als Kraftfelder kom¬ men insbesondere Schwerefelder, Zentrifugalfelder, Schallfelder oder elektrische Felder in Frage. Der Vorteil einer elektrisch induzierten Agglomeration, d. h. der Erzeugung von Relativge¬ schwindigkeiten der Partikel mittels eines elektrischen Feldes, liegt in dem beispielsweise im Vergleich zu Schallfeldern er¬ heblich niedrigeren Energiebedarf, insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Partikel, wo elektrische Kräfte bei nur geringem Leistungsbedarf noch einen erheblichen Einfluß auf die Partikelbewegungen ausüben. Aus der DE 37 37 343 AI und aus der US 3 826 063 sind Elektro- filter bekannt, in denen ein partikelbeladener, zu reinigender Gasstrom in zwei räumlich voneinander getrennte Teilgasströme aufgeteilt wird. Jeder Teilgasstrom wird in herkömmlicher Weise durch zumindest ein Elektrodenpaar unipolar aufgeladen. Nach der unipolaren Aufladung der Teilgasströme werden letztere wie¬ der zusammengeführt.

Aus der DE OS 1 407 534 ist ein zur Abscheidung von Partikeln aus Gasströmen dienender Elektrofilter bekannt, der Ionisati¬ onselektroden und Abscheideelektroden aufweist. Die Ionisati- onselektroden sind als gegenüberliegend angeordnete, nadeiför¬ mige Elektroden ausgebildet, wobei je zwei sich gegenüberlie¬ gende Ionisationselektroden in einen als Abscheideelektrode dienenden Hohlkörper ragen. Zur gewünschten Abscheidung der Partikel kommt es aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen den Ionisationselektroden und der diesen zugeordneten Abschei¬ deelektrode, d.h. es findet auch bei dieser Anordnung eine uni¬ polare Aufladung der Partikel statt.

Aus der US Patentschrift 4 734 105 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung fester oder flüssiger Partikel aus einem Gasstrom mittels eines elektrischen Feldes bekannt. Dabei wird der partikelbeladene Gasstrom durch einen Strömungskanal geleitet, in dem mehrere flächig ebene bzw. flächig gekrümmte Elektrodenpaare angeordnet sind. Zumindest die Hauptelektroden weisen in den Strömungskanal hineinragende, nadeiförmige Fort¬ sätze mit kugelförmigen oder halbkugelförmigen Spitzen auf, an denen es nach Anlegen eines elektrischen Feldes zu Koronaentla¬ dungen und damit zur Ionisation von Gasmolekülen kommt. Die ku¬ gelförmigen bzw. halbkugelförmigen Spitzen der nadeiförmigen Elektrodenfortsätze weisen dabei einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser des Nadelschaftes ist. Mittels zwei¬ er beispielsweise gitterförmiger Hilfselektroden soll erreicht werden, daß der Bereich, in dem das Gas ionisiert wird, von demjenigen Bereich in radialer Richtung des Strömungskanals ge¬ trennt ist, in dem die mit Hilfe der Gasionen aufgeladenen Par- tikel zusammenstoßen. Auf diese Weise soll das Anlegen eines starken elektrischen Feldes ermöglicht werden, durch das die Lösung des in der US Patentschrift 4 734 105 angegebenen Pro¬ blems erzielt werden soll, nämlich die in Strömungsrichtung zur Abscheidung von Partikeln notwendige Strecke deutlich zu ver¬ kürzen. Es handelt sich demnach bei der in der US Patentschrift 4 734 105 beschriebenen Vorrichtung um einen weiterentwickelten Elektrofilter.

Der Grundgedanke, die Kollisionsrate von sich in einem Gasstrom befindenden Partikeln durch Anlegen eines elektrischen Feldes zu erhöhen, ist also bekannt. Jedoch ist es bisher nicht gelun¬ gen, mit Hilfe der bekannten Methoden zur Partikelaufladung ein zumindest nahezu symmetrisch bipolar geladenes Aerosol bereit¬ zustellen, das im Hinblick auf eine Erhöhung der Kollisions- wahrscheinlichkeit besonders wünschenswert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung gasgetragener Partikel, ins¬ besondere zur elektrisch induzierten Agglomeration gasgetra¬ gener Partikel bereitzustellen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, ein zumindest nahezu symmetrisch bipolar geladenes Aerosol bereitzustellen und gleichzeitig die Partikeldeposition während der Bereitstellung zu minimieren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die im Anspruch 1 genannten Schritte aufweist, und mit einer Vor¬ richtung gelöst, die die im Anspruch 7 genannten Merkmale auf¬ weist.

Demnach ist erkannt worden, daß es zur erfolgreichen bipolaren Aufladung gasgetragener, fester oder flüssiger Partikeln erfor¬ derlich ist, die gesamten Elektroden nadeiförmig auszubilden und so anzuordnen, daß sich die Spitzen eines jeden Elektro- denpaares im Strömungskanal gegenüberliegen. Der Ausdruck "nadeiförmig" soll die verwendeten Elektroden nicht hinsicht¬ lich ihrer Größe beschränken, sondern sie lediglich in Bezug auf ihre Stiftform und ihre Spitze charakterisieren, deren Rundungsdurchmesser kleiner als der Durchmesser des Elektro- denschaftes ist.

Die Elektroden müssen dabei so beschaltet sein, daß sie erdfrei sind. Weiterhin muß sichergestellt sein, daß das elektrische Feld nur über die nadeiförmigen Elektroden in den Strömungs- kanal eingekoppelt wird und letzterer im übrigen frei von äußeren elektrischen Feldern ist. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß das elektrische Feld in einem räumlich eng be¬ grenzten Bereich eingekoppelt wird, so daß die Partikelagglo¬ meration im wesentlichen in Bereichen stattfindet, in denen kein äußeres elektrisches Feld vorhanden ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß es bei unvollständiger Rekombination ent¬ gegengesetzt geladener Partikel zu einer Partikeldrift in Ra¬ dialrichtung des Strömungskanals und damit zur Abscheidung von Partikeln im Strömungskanal kommt. Eine räumliche Trennung der Aufladezonen, d. h. eine Volumenstromteilung zur getrennten, polaritätsspezifischen Aufladung wie bei herkömmlichen Verfah¬ ren und Vorrichtungen üblich, ist erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich, wodurch die Partikelabscheidung im Bereich der Aufladezonen weitgehend reduziert ist. Darüber hinaus führt, wie Versuche ergeben haben, das Fehlen eines äußeren elektri¬ schen Feldes zu einer erhöhten Kollisionsrate des bipolar ge¬ ladenen Aerosols und damit zu einer wirksameren Agglomeration. Auch ist beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungs- gemäßen Vorrichtung die erforderliche Beschaltung der Elektro¬ den wegen des Fehlens zusätzlicher Hilfselektroden wesentlich einfacher.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung brennen Koronen nicht wie im angegebenen Stand der Technik zwischen Elektroden, die sich auf ein- und derselben Seite eines Strömungskanals befinden, sondern zwischen den Spit¬ zen von je zwei sich gegenüberliegend angeordneten Elektroden. Neben einer Verminderung des konstruktiven Aufwands führt diese Anordnung dazu, daß eine elektrostatische Zerstreuung gleichge- ladener Gasionen im Bereich der Nadelspitzen erfolgt, so daß nahezu der gesamte Raum des Strömungskanals mit Ladungsträgern erfüllt ist, obwohl das zur Einkopplung dienende elektrische Feld räumlich stark begrenzt ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es durch Anlegen eines zumindest nahezu symme¬ trischen Potentialverhältnisses an sich gegenüberliegende Elek¬ troden erstmals möglich, nahezu 100 % der gasgetragenen Parti¬ keln so aufzuladen, daß sich ein nahezu symmetrisch bipolar geladenes Aerosol ergibt. Damit können nun auch Feinstaerosole, d. h. Aerosole, die im wesentlichen Partikel im Submikrometer- bereich enthalten, also Partikel kleiner als 1 μm, bevorzugt kleiner als 0,5 μm und insbesondere kleiner als 0,1 μm, auf effiziente Weise agglomeriert werden.

Neben der Möglichkeit, herkömmliche Partikelabscheidetechniken durch Vorschalten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch für bisher nicht wirtschaft¬ lich abscheidbare Partikeln einzusetzen, eröffnet sich auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine erfindungs¬ gemäße Vorrichtung im Rahmen von FeststoffSynthesen aus Gaspha¬ senreaktionen zur gezielten Beeinflussung entstehender Agglome- rate zu benutzen. Mit Hilfe der elektrisch induzierten Agglome¬ ration können beispielsweise hinsichtlich Konzentration, Struk¬ tur und Größe quasi "in situ" spezifische Agglomeratstrukturen erzielt werden, die sich deutlich von jenen Agglomeratstruktu¬ ren unterscheiden, wie sie bei diffusionsmotivierter Agglomera¬ tion, d. h. Agglomeration aufgrund thermischer und turbulenter Diffusion, auftreten. Anwendungsbeispiele werden derzeit in der Glasfasersynthese, in der TiO -Pigmentsynthese, in der Synthese von Matrixmaterial (AI O ) für die Chip-Industrie sowie in der Halb- und Supraleitersynthese gesehen.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Ver¬ fahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur elektrisch induzierten Agglomeration kleiner und kleinster gas¬ getragener Partikel geeignet sind, d.h., daß selbst Partikel agglomeriert werden können, deren Größe im Nanometer-Bereich liegt. Allerdings hat sich auch herausgestellt, daß das erfindungs¬ gemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ge¬ eignet sind, größere und hoch unipolar geladene, gasgetragene Partikel zu neutralisieren. Mit größeren Partikeln sind hier Partikel gemeint, die größer als ungefähr 1 bis 2 μm und insbe¬ sondere größer als 5 μm sind. Messungen der Ladungsverteilung im Partikelgrößenbereich oberhalb von etwa 1,5 μm haben ge¬ zeigt, daß auch hier bei bipolarer Beschaltung der Elektroden ein bipolar geladenes Aerosol erzeugt wird. Überraschenderweise ist jedoch bei diesen größeren Partikeln die Anzahl der Ele¬ mentarladungen pro Partikel nicht signifikant größer als bei wesentlich kleineren Partikeln, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelt wor¬ den sind. Aufgrund theoretischer Überlegungen wurde eigentlich erwartet, daß die Zahl der Elementarladungen ungefähr propor¬ tional zur Partikelgröße sein müßte.

Somit ist es erfindungsgemäß möglich, sehr stark unipolar auf¬ geladene größere Partikel (ca. 500 bis 1000 Elementarladungen pro Partikel) in ein symmetrisch bipolar geladenes Aerosol um¬ zuwandeln, wobei jedes Partikel nur noch etwa 20 oder weniger Elementarladungen aufweist. Ein solcher Wert gilt bei den ange¬ sprochenen, größeren Partikeln (bevorzugt größer als 2 μm und insbesondere größer als 5 μm) schon als nahezu neutral. Zwar sind elektrische Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Par¬ tikeln noch vorhanden, jedoch wirken sich diese aufgrund der geringen Mobilität der größeren Partikel nicht auf die Parti- keldynamik aus. Das bedeutet, daß mit Hilfe des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung Pro¬ bleme vermieden werden können, die in Prozessapparaturen durch die Anwesenheit hoch aufgeladener und insbesondere hoch uni¬ polar aufgeladener Partikel auftreten können. Als Beispiele für die erwähnten Probleme seien die unerwünschte elektrische Zer¬ streuung, die Ablagerung von Partikeln an Wänden aller Art so¬ wie die Aufladung der gesamten Prozessapparatur und eine daraus resultierende Funkenentladung an der Apparatur genannt. Bei kleineren und kleinsten Partikeln haben Messungen ergeben, daß die Zahl der elektrischen Elementarladungen pro Partikel nach der Aufladung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls im Bereich von 10 bis 20 liegt. Eine stärkere Aufladung ist aufgrund physika¬ lischer Grenzen im Submikrometerbereich jedoch nicht realisier¬ bar. Im übrigen reicht bei kleinen und kleinsten Partikeln die genannte geringe Anzahl an Elementarladungen zur Erhöhung der Agglomerationsrate vollkommen aus, da kleinere Partikel, insbe¬ sondere Partikel mit einer Größe im Nanometer-Bereich, eine sehr hohe Mobilität besitzen, weshalb auch kleinste attraktive Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Partikeln die Partikel- dynamik deutlich beeinflussen.

Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Fokussier- wirkung der nadeiförmigen Elektroden zu sehen, deren gegenüber¬ liegende Anordnung es ermöglicht, entgegengesetzt geladene Par¬ tikel in unmittelbarer Nähe und in einem räumlich eng begrenz¬ ten Bereich zu generieren, wodurch die Agglomerationsgeschwin¬ digkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren bzw. Vorrichtungen wesentlich erhöht ist und eine Abscheidung von Partikeln, ins¬ besondere im Bereich der Koronaelektroden, stark reduziert ist.

Bevorzugt wird das durch den Strömungskanal fließende Aerosol in Strömungsrichtung gesehen wiederholt bipolar aufgeladen, um die bei einer Agglomeration entgegengesetzt geladener Partikel auftretende Ladungsrekombination auszugleichen und eine hohe Kollisionsrate zu gewährleisten. Durch die wiederholte bipolare Aufladung des Aerosols kann auch die Agglomeratgröße gezielt beeinflußt werden. Versuche haben ergeben, daß die stufenweise Zuschaltung weiterer Elektrodenpaare zu einer zusätzlichen Ver¬ schiebung der sich ergebenden Partikelgrößenverteilung in Be¬ reiche größerer Partikelgrößen führt. Eine Sättigung der Agglo¬ merationswirkung aufgrund mehrfacher bipolarer Aufladung des Aerosols konnte nicht festgestellt werden. Es hat sich ferner herausgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, den Bereich, in dem das elektrische Feld in den Strömungs- kanal eingekoppelt wird, so klein wie möglich zu halten. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung dadurch erreicht, daß der Schaft jeder Elek¬ trode von einer elektrischen Isolierung umgeben ist, so daß der Bereich der Ladungsgenerierung auf die Spitzen der nadeiförmi¬ gen Elektroden beschränkt ist.

Die Wandung des Strömungskanals besteht bevorzugt entweder aus elektrisch isolierendem Kunststoff oder aus einem Metall, das innen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Die fokussierende Wirkung der nadeiförmigen Elektroden bezüglich des elektrischen Feldes wird auf diese Weise noch erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnun¬ gen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspekti¬ vischer, teilweise aufgebrochener Darstellung, und

Fig. 2 eine in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommende, nadeiförmige Elektrode in auseinanderge¬ zogener Darstellung.

Eine Vorrichtung 10 zur elektrisch induzierten Agglomeration gasgetragener Partikel besteht im wesentlichen aus einem ge¬ schlossenen Strömungskanal 12, durch den in Pfeilrichtung ein Aerosol strömt, das gasgetragene Partikel 14 enthält, die fest oder flüssig sein können. Die Wandungen des Strömungskanals 12, d. h. die Deckfläche 16, die Bodenfläche 18 und die beiden Sei¬ tenflächen, bestehen aus Metall, das innen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Ebensogut können die Wandungen aber auch aus einem elektrisch isolierenden Kunst¬ stoff bestehen. Der besseren Erkennbarkeit wegen ist die dem Betrachter zugewandte Seitenfläche des Strömungskanals 12 le¬ diglich in der Figur durchsichtig dargestellt. In der Deckfläche 16 und der Bodenfläche 18 des Strömungskanals 12 sind gegenüber diesem elektrisch isoliert stift- bzw. nadei¬ förmige Elektroden 20, 22 befestigt, die die Flächen 16 und 18 durchdringen und sich von ihnen aus rechtwinklig je gleich weit in den Strömungskanal 12 hineinerstrecken. Die Elektroden 20 und 22, deren Aufbau genauer aus Fig. 2 hervorgeht, sind über eine in Fig. 1 nur angedeutete elektrische Leitung 24 mit einer nicht gezeigten Hochspannungsgleichstromquelle verbunden und erdfrei geschaltet, d. h. die in Fig. 1 oberen Elektroden 20 sind mit dem Pluspol der Gleichspannungsstro quelle verbunden, während die jeweils gegenüberliegenden, unteren Elektroden 22 mit dem Minuspol der Gleichspannungsstromquelle verbunden sind. Der Begriff "erdfrei" soll demnach hier bedeuten, daß keine der Elektroden 20 und 22 auf Masse gelegt ist, sondern tatsächlich mit einem Plus- bzw. Minuspotential verbunden ist. Statt der Gleichspannungsstromquelle kann auch eine Hochspannungswechsel- stromquelle verwendet werden.

Je eine Elektrode 20 und eine Elektrode 22 bilden zusammen ein Elektrodenpaar 20, 22, dessen Spitzen 26 sich in einem Abstand, der im Bereich von zumindest etwa 10 mm bis etwa 40 mm liegen kann, direkt gegenüberliegen. Bei einem sehr großen Strömungs- kanal kann der Abstand der Spitzen 26 auch deutlich mehr als 40 mm betragen.

Fünf solcher Elektrodenpaare 20, 22 sind in der Deckfläche 16 bzw. der Bodenfläche 18 mit einem Abstand von je 10 cm in Strö¬ mungsrichtung mittig angeordnet. Der Abstand, in dem aufeinan¬ derfolgende Elektrodenpaare in Strömungsrichtung angeordnet sind, ergibt sich aus der Verweilzeit, die Partikel 14 zwischen aufeinanderfolgenden Elektrodenpaaren 20, 22 haben sollen, hängt also von der Geometrie des verwendeten Strömungskanals und der Strömungsgeschwindigkeit des Aerosols ab. Es hat sich herausgestellt, daß die Verweilzeit zwischen in Strömungsrich¬ tung aufeinanderfolgenden Elektrodenpaaren 20, 22 vorteilhaft im Bereich einer Sekunde liegt. Durch Anlegen der Gleichspannungsstromquelle in der beschrie¬ benen Weise wird an den sich gegenüberliegenden Spitzen 26 der Elektroden 20 und 22 ein elektrisches Potential bereitgestellt, das zur Erzeugung einer stabilen Koronaentladung an jeder Spit¬ ze 26 ausreicht. Hierzu sind Feldstärken von etwa 2.000 V/cm erforderlich. Beträgt der Abstand zwischen den Spitzen 26 eines Elektrodenpaares 20, 22 beispielsweise 20 mm, so muß dennoch eine Spannung von etwa 4.000 V an die Elektroden 20 und 22 angelegt werden.

Die aufgrund den zwischen den Spitzen 26 stabil brennenden Ko¬ ronen erzeugten, lokal sehr hohen elektrischen Feldstärken füh¬ ren zur Ionisation des Trägergases. Die so erzeugten Gasionen und die freien Elektronen bewirken anschließend durch eine Kol¬ lision mit den gasgetragenen Partikeln deren Aufladung. Dabei ist das Potentialverhältnis zwischen den Elektroden 20 und 22 so eingestellt, daß eine weitgehend symmetrische, bipolare Auf¬ ladung des durch den Strömungskanal 12 geleiteten Aerosols er¬ folgt. Die Agglomeration der aufgeladenen Partikeln findet zum Teil schon im Bereich der Aufladezone, d. h. zwischen den Elek¬ troden 20 und 22, im wesentlich jedoch unmittelbar stromabwärts statt. Außerhalb der Aufladezonen ist wegen des durch die Spit¬ zen 26 stark fokussierten elektrischen Feldes und wegen der gegenüber dem Strömungskanal 12 elektrisch isolierten Elektro¬ den 20 und 22 kein äußeres elektrisches Feld vorhanden.

Die fünf Elektrodenpaare 20, 22 sorgen dafür, daß die während der Verweilzeit des Aerosols im Strömungskanal 12 stattfindende Agglomeration entgegengesetzt geladener Partikel und die dabei auftretende Ladungsrekombination, die zu einer Reduktion des attraktiven Wechselwirkungspotentials innerhalb des Partikelkol¬ lektivs führt, ausgeglichen und überkompensiert und damit eine hohe Kollisionsrate über die gesamte Länge des Strömungskanals 12 aufrechterhalten wird. Bei gezielter Überkompensation kann durch die wiederholte bipolare Aufladung des Aerosols die ent¬ stehende Agglomeratgröße im Sinne einer Vergrößerung derselben beeinflußt werden. Fig. 2 zeigt den Aufbau einer nadeiförmigen Elektrode 20 und deren Befestigung in der Deckfläche 16 genauer. Die Elektroden 22 sind gleich aufgebaut und in gleicher Weise in der Bodenflä¬ che 18 des Strömungskanals 12 befestigt.

Das Herzstück der Elektrode 20 ist eine dünne lange Edelstahl¬ nadel 28, an deren bezüglich des Strömungskanals 12 innerem Ende die Spitze 26 ausgebildet ist. Auf dem größeren Teil der Edelstahlnadel 28 ist ein Außengewinde 30 vorhanden. Der Teil des Nadelschaftes 31, der im betriebsfertigen Zustand in den Strömungskanal 12 hineinragt, ist von einer elektrischen Iso¬ lation 32 umschlossen, die nur die Spitze 26 freiläßt und somit vom schaftseitigen Ende der Spitze 26 bis zum Beginn des Außen¬ gewindes 30 reicht.

Mit ihrem Außengewinde 30 wird die Edelstahlnadel 28 in eine Messinghülse 34 geschraubt, die hierfür eine Durchgangsbohrung 36 mit einem passenden Innengewinde 38 aufweist. An ihrem dem Strömungskanal 12 zugewandten Ende hat die Messinghülse 34 ein Außengewinde 40, mit dem sie in die Deckfläche 16 einschraubbar ist, in der hierzu ein Loch mit einem entsprechenden Innengewin¬ de vorgesehen ist. Zum leichteren Einschrauben der Messinghülse 34 ist an ihrem dem Strömungskanal 12 abgewandten Ende ein Maul¬ bzw. Ringschlüsselansatz 42 ausgebildet.

Der elektrische Anschluß der Elektrode 20 erfolgt mittels einer weiteren Hülse 44, die ebenfalls eine Durchgangsbohrung mit ei¬ nem zum Außengewinde 30 der Edelstahlnadel 28 passenden Innenge¬ winde aufweist. Diese Hülse 44, die mit der hier nicht darge¬ stellten Leitung 24 verbunden ist, wird auf den Teil des Außen¬ gewindes 30 geschraubt, der nach außen aus der Messinghülse 34 herausragt. Mit 46 ist ein an der Hülse 44 angebrachtes Griff¬ stück bezeichnet, das gleichzeitig zur elektrischen Isolation dient.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung gasgetragener Partikel, insbe¬ sondere zur elektrisch induzierten Agglomeration solcher Par¬ tikel, mit den Schritten:

Leiten einer partikelbeladenen Gasströmung durch einen geschlossenen Strömungskanal, und

Einkoppeln eines elektrischen Feldes, das zur Ionisation des den Strömungskanal durchströmenden Gases geeignet ist, in den Strömungskanal mittels zumindest eines Elektrodenpaares, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eines jeden Elektrodenpaares sich im Strö¬ mungskanal gegenüberliegen und nadeiförmig ausgebildet sind, die Elektroden erdfrei geschaltet sind, die Ionisation des Gases zwischen Elektroden entgegenge¬ setzter Polarität stattfindet, und eine Agglomeration der Partikeln im Strömungskanal im we¬ sentlichen in Bereichen ohne äußeres elektrisches Feld erfolgt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel nahezu symmetrisch bipolar aufgeladen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in Strömungsrichtung wiederholt bipolar aufgeladen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung der Partikel im Gleichspannungsfeld erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld in einem räumlich sehr eng begrenzten Bereich zwischen den Spitzen der nadeiförmigen Elektroden fokussiert ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuladenden Partikeln kleiner als 1 μm, bevorzugt kleiner als 0,5 μm und insbesondere kleiner als 0,1 μm sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem geschlossenen Strömungskanal (12) , zumindest einem im Strömungskanal (12) angeordneten Elek¬ trodenpaar (20, 22) , und

- einer mit dem oder den Elektrodenpaar(en) verbundenen Strom¬ quelle, deren Stärke zur Erzeugung von Koronaentladungen zwi¬ schen den Elektroden (20 und 22) jedes Elektrodenpaares (20, 22) ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20 und 22) eines jeden Elektrodenpaares (20, 22) sich gegenüberliegend im Strömungskanal (12) angeord¬ net und nadeiförmig ausgebildet sind, die Elektroden (20 und 22) gegenüber der Strömungskanalwan¬ dung isoliert und zudem erdfrei geschaltet sind, und die Koronaentladungen zwischen Elektroden (20 und 22) entgegengesetzter Polarität stattfinden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den gegenüberliegenden Elektroden (20 und 22) anliegende Potentialverhältnis zumindest nahezu symmetrisch ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungskanal (12) mehrere Elektrodenpaare (20, 22) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Hochspan- nungs-Gleichstromquelle ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelschaft (31) jeder Elek¬ trode (20 und 22) von einer elektrischen Isolierung (32) um¬ geben ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare (20, 22) mit einem Abstand von zumindest annähernd 10 cm in Strömungsrich¬ tung angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Spitzen (26) eines jeden Elektrodenpaares (20, 22) einen Abstand von¬ einander im Bereich von 10 mm bis 40 mm aufweisen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20 und 22) mittels zweier Hülsen (34, 44) in der Kanalwandung befestigt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwandung aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwandung aus Metall besteht und innen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung verse¬ hen ist. /

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16 zur Neutralisation hoch unipolar aufgeladener, gasgetragener Partikel.

18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel größer als 1,5 μm, bevorzugt größer als 2 μm und insbesondere größer als 5 μm sind.