DE102005021220A1 - Elektrostatischer Abscheider mit gepulstem Hochspannungsnetzteil - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft elektrostatische Abscheider oder Kollektoren, einschließlich der Verwendung in elektrostatischen Kurbelgehäuseentlüftungssystemen von Motoren, insbesondere von Dieselmotoren, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Anordnung eines elektrostatischen Tröpfchenkollektors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13 sowie ein Verfahren zur elektrostatischen Abscheidung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.
- Elektrostatische Kollektoren oder Abscheider, auch bekannt als elektrostatische Tröpfchenkollektoren (EDC – Electrostatic Droplet Collector), sind aus dem Stand der Technik bekannt. In deren einfachster Ausgestaltung ist eine Hochspannungselektrode für eine Coronaentladung in der Nähe einer Kollektorelektrode angeordnet. Z. B. ist eine Hochspannungselektrode für eine Coronaentladung in der Mitte einer geerdeten Röhre oder eines Behälters angeordnet. Die geerdete Röhre oder der Behälter bildet eine ringförmige Massefläche, die eine Kollektorelektrode um die Entladungselektrode herum bereitstellt. Eine hohe Gleichspannung im Bereich einiger Tausend Volt, beispielsweise 15 kV, an der mittigen Entladungselektrode bewirkt, daß sich eine Coronaentladung in der Nähe der Entladungselektrode aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke bildet. Dadurch werden Ladungsträger erzeugt, die eine Ionisation von Gas im Bereich zwischen der Entladungselektrode und der Kollektorelektrode bewirken. Wenn Gas, welches Schwebstoffe enthält, durch diesen Bereich strömt, werden die Schwebstoffe durch die Ionen elektrisch geladen. Die geladenen Schwebstoffe werden dann durch das elektrische Feld elektrostatisch an der inneren Oberfläche der Kollektorelektrode abgeschieden.
- Elektrostatische Abscheider werden in Kurbelgehäuseentlüften für Dieselmotoren zum Entfernen von Schwebstoffen einschließlich Öltröpfchen aus dem Leckgas (Blow-By-Gas) verwendet und zwar beispielsweise so, daß das Leckgas (Blow-By-Gas) in die Atmosphäre oder zu dem Frischlufteinlaß des Dieselmotors zur weiteren Verbrennung geleitet werden kann und so eine Leckgas-(Blow-By-Gas)Rezirkulation bereitgestellt wird. Elektrostatische Abscheider werden auch in Kurbelgehäuseentlüftungen anderer Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise zur Öldampfrezirkulation in einem Kompressor, und für verschie dene andere Anwendungen zur Sammlung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld, das durch eine Hochspannungsentladungselektrode erzeugt wird.
- Eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung von Coronaentladungen, wie sie derzeit im Stand der Technik verwendet wird (
US 6,221,136 B1 ), weist einen Halter oder eine Spule mit einem in diagonaler Richtung gespannten Draht auf, der einen Durchmesser von ca. 0,15 mm (0,06 inch) aufweist. Die Spule wird von einer zentral angeordneten, sich entlang einer Achse erstreckende Trommel mit zwei ringförmigen Flanschen gebildet, die in axialer Richtung entlang der Trommel voneinander beabstandet sind und sich von der Trommel radial nach außen erstrecken. Der Draht ist einstückig ausgeführt und mehrfach zwischen den ringförmigen Flanschen hin und hergespannt, um eine Mehrzahl von Segmenten bereitzustellen, die sich zwischen den Flanschen erstrecken, axial und teilweise spiralförmig diagonal zwischen den ringförmigen Flanschen gespannt sind und von den ringförmigen Flanschen gehalten werden. - Wenn der elektrostatische Abscheider bei einem Dieselmotor eingesetzt wird, bilden sich oftmals Ölrückstände an der Kollektorelektrode, d. h. an der ringförmigen Massefläche, die durch den Behälter bereitgestellt wird. Diese Ölrückstände können zu einer Herabsetzung der Leistung des elektrostatischen Abscheiders führen und zu einem Anstieg der Häufigkeit von Lichtbogenüberschlägen. Die Menge der Rückstände wird durch die Lichtbogenüberschläge erhöht und die Häufigkeit von Lichtbogenüberschlägen wird wiederum durch die Rückstände erhöht. Letztendlich sinkt die Effizienz des Abscheiders aufgrund von Hochfrequenzlichtbogenüberschlägen (d. h. 400 Hz und höher) und anderer instabiler Prozesse, die eine Dauer in der Größenordnung von einer Minute aufweisen können. Zusätzlich zur Minderung der Effizienz belasten die Lichtbogenüberschläge die elektrischen Komponenten einschließlich des Netzteils aufgrund der bei Lichtbogenüberschlägen auftretenden Entladungs-/Ladungsprozesse. Dies ist insbesondere problematisch bei Anwendungen im Automobilbereich, die eine lange Lebensdauer erfordern oder wenigstens ausgedehnte Wartungsintervalle. Diese Problematik begrenzt die Anwendung dieser Technologie.
- Eine Lösung des Problems besteht darin, die Kollektorelektrode regelmäßig zu reinigen, um die Rückstände von dieser zu entfernen. Die Reinigung kann beispielsweise durch Stöße oder Vibrationen erfolgen, die mechanisch induziert werden, wie z. B. mechanisches Klopfen, oder durch akustische Vibrationen. Dies ist im Fall von Leckgas von Kurbelgehäuseentlüftungssystemen nicht ausreichend, da die Schwebstoffe flüssig und die Rückstände klebrig sind, insbesondere beim Auftreten von Lichtbogenüberschlägen.
- Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung besteht darin, die Elektrode durch einen mechanischen Abstreifer automatisch während des Betriebs zu reinigen. Eine solche Lösung ist nicht erstrebenswert, da zusätzliche mechanische Teile erforderlich sind, die wiederum Fehler verursachen können. Ferner ist eine solche Lösung aufgrund der zusätzlichen Teile kostenintensiv.
- Eine Vorgängeranmeldung (
DE 10 2005 013 184.0 - Bei diesem Stand der Technik wird die Elektrodenanordnung in weiter bevorzugter Ausführung in einem einfachen Abschraub-/Aufschraub-Schritt ausgewechselt, vergleichbar mit dem Wechseln eines Ölfilters. Diese Vertrautheit ist wünschenswert, um eine Wartung in den empfohlenen Intervallen durch Servicepersonal zu fördern, ohne daß dieses das neue Wartungsverfahren lernen muß. In einer Ausführung werden die Kollektorelektrode und die Entladungselektrode gemeinsam als Einheit von einem Montagekopf der Elektrodenanordnung entfernt. In einer anderen Ausführung wird nur die Kollektorelektrode entfernt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Lösung für das Problem der Ölrückstände anzugeben.
- Das obige Problem wird bei einem elektrostatischen Abscheider mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 sowie bei einer EDC-Anordnung gemäß Anspruch 13 und einem Verfahren zur elektrostatischen Abscheidung gemäß Anspruch 17. gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Lösung für das Problem der Ölrückstände bereit und ermöglicht so ausgedehnte Wartungsintervalle, eine verbesserte Leistung des elektrostatischen Abscheiders, eine erhöhte Lebensdauer des Netzgeräts und einen reduzierten Energieverbrauch.
- Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, bereits die Bildung der Ölrückstände zu verringern und bereits bestehende Rückstände zu lösen. Hierzu weist der elektrostatische Abscheider eine Kollektorelektrode auf, die durch ein Netzteil mit Hochspannungsimpulsen versorgt wird. Die Hochspannungsimpulse bewirken ein Ablösen der bereits vorhandenen Rückstände an der Kollektorelektrode.
- In bevorzugter Ausführung erfolgt die Versorgung der Coronaentladungselektrode durch eine gepulste Spannung zwischen einer Spitzenimpulsspannung und einer Impulsbodenspannung. Die Impulsbodenspannung ist dabei niedriger als eine Lichtbogenüberschlagsspannung, so daß in diesem Betriebszustand Lichtbogenüberschläge vermieden werden. Die Dauer der Spitzenimpulsspannung ist dabei insbesondere so kurz bemessen, daß eine thermische Beanspruchung des gepulsten Hochspannungsnetzteils minimiert ist. Lichtbogenüberschläge können sich bei einer entsprechend angepaßten Dauer der Spitzenimpulsspannung nicht ausbilden.
- Von besonderer Bedeutung ist ein gepulstes Hochspannungsnetzteil auch bei einer EDC-Anordnung gemäß Anspruch 13. Bei einer solchen Anordnung, bei der der Behälter und/oder die Elektrodenanordnung relativ einfach abnehmbar ist, werden die Wartungsintervalle zusätzlich durch die gepulste Hochspannung verlängert, so daß sich insgesamt eine besonders lange Lebensdauer der EDC-Anordnung ergibt.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die
1 bis10 sind der Vorgängeranmeldung (DE 10 2005 013 184.0 -
1 eine perspektivische Ansicht eines elektrostatischen Tröpfchenkollektors in Übereinstimmung mit der Vorgängeranmeldung, -
2 eine Schnittansicht der Anordnung aus1 , -
3 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils aus2 , -
4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus2 , -
5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus2 , -
6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus2 , -
7 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus2 , -
8 eine Explosionsansicht eines Ausschnitts aus1 , -
9 eine Schnittansicht eines Ausschnitts aus8 , -
10 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ähnlich zu2 , -
11 ein Netzgerät für einen elektrostatischen Abscheider in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, -
12 ein Diagramm, das den Betrieb in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt. - Die folgende Beschreibung der
1 bis10 ist der Vorgängeranmeldung (DE 10 2005 013 184.0 -
1 zeigt einen elektrostatischen Abscheider bzw. genauer eine EDC-Anordnung20 (Anordnung eines elektrostatischen Tröpfchenkollektors) für einen Verbrennungsmotor22 mit einer elektrostatischen Kurbelgehäuseentlüftung. Die EDC-Anordnung20 weist einen Einlaß24 auf zur Aufnahme von Gas von dem Motor, wie Leckgas (Blow-By-Gas) des Dieselmotors, wie bei Pfeil26 gezeigt, und weist einen Auslaß28 auf zur Rückleitung des gereinigten Gases in die Atmosphäre oder zu dem Motor, wie bei Pfeil30 gezeigt. Die gesammelten Schwebstoffe werden durch ein Ventil an einem Ablaufanschluß32 abgelassen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Anordnung20 weist einen zylindrischen Behälter34 mit dem Einlaß24 auf und einen Montagekopf36 mit dem Auslaß28 . Eine Coronaentladungselektrodenanordnung38 (2 ) ist innerhalb des Behälters34 angeordnet und als Einheit mit diesem von dem Montagekopf36 abnehmbar, wie im folgenden beschrieben wird. - Die Coronaentladungselektrodenanordnung
38 weist einen elektrisch isolierenden Halter oder eine Spule40 mit einem Draht als elektrischen Leiter42 in diagonaler Richtung gespannt auf, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Spule40 wird durch eine mittige hohle Trommel gebildet, die sich axial entlang einer Achse44 erstreckt und zwei ringförmige Flansche46 ,48 aufweist. Die beiden Flansche46 ,48 sind entlang der Trommel voneinander beabstandet angeordnet und erstrecken sich von der Trommel radial nach außen. Der elektrische Leiter42 ist einstückig ausgeführt und mehrfach zwischen den ringförmigen Flanschen46 ,48 hin und her gespannt, um eine Mehrzahl von Segmenten bereitzustellen, die sich zwischen den ringförmigen Flanschen46 ,48 erstrecken, axial und teilweise spiralförmig diagonal zwischen den ringförmigen Flanschen46 ,48 gespannt sind und von den ringförmigen Flanschen46 ,48 gehalten werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Coronaentladungselektrodenanordnung20 ausgeführt sein, wie es in der deutschen PatentanmeldungDE 10 2005 013 183.2 - Die Spule
40 ist angefügt an einen als elektrisch isolierende Scheibe50 ausgeführten elektrischen Isolator50 (2 ,4 ), beispielsweise mittels Schrauben in Löchern52 . Die isolierende Scheibe50 weist eine Hochspannungselektrode52 auf, die an der Scheibe50 mittels einer Gewindemutter54 befestigt ist, um die Elektrode52 mit einem Leitungsstreifen56 zu verbinden, um so Strom zu dem elektrischen Leiter42 zu leiten, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die isolierende Scheibe50 weist eine Mehrzahl von Ausgangsöffnungen58 entlang ihres Umfangs auf, um Gas durch diese von der Coronaentladungszone60 in eine Kammer62 zu leiten. Das Gas strömt von dem Einlaß24 durch die Coronaentladungszone60 zwischen der Hochspannungselektrode52 und der Kollektorelektrode, die durch den ringförmigen, geerdeten Behälter34 bereitgestellt wird, dann durch die Öffnungen58 in die Kammer60 und anschließend durch den Montagekopf36 zu dem Auslaß28 bei Pfeil30 . - Der Behälter
34 erstreckt sich axial entlang der Achse44 und weist ein offenes axiales Ende60 auf, das dem Montagekopf36 zugewandt ist. Ein Montageblech63 (2 ,5 ,7 ) weist einen ersten Abschnitt64 auf, der an den Behälter34 angefügt ist, beispielsweise durch Schweißen oder durch Bördeln des Endes des Behälters34 um den Abschnitt64 , wie bei66 gezeigt ist. Das Montageblech63 weist einen zweiten Abschnitt68 auf, der abnehmbar an dem Montagekopf36 befestigbar ist, vorzugsweise mittels eine Gewindeverbindung70 . Der als isolierende Scheibe ausgeführte elektrische Isolator50 ist vorzugsweise durch eine dauerhafte Klebung mit dem Montageblech63 verbunden. Das Montageblech63 weist den ersten Abschnitt64 auf, der an dem Behälter34 befestigt ist. Der Abschnitt64 ist gegenüber dem Montagekopf36 mit einem Dichtungsring dazwischen, beispielsweise aus Gummi oder einem anderen elastischen Material, abgedichtet. Der zweite Abschnitt68 des Montageblechs63 ist mit dem Montagekopf36 mittels der Gewindeverbindung70 verbunden. Der Abschnitt64 des Montageblechs63 ist an den Behälter34 an dem offenen axialen Ende60 des Behälters34 angefügt. Der Abschnitt64 und das offene axiale Ende60 sind gegen den Montagekopf36 durch den Dichtungsring72 dazwischen abgedichtet. - Das Montageblech
63 (2 ,5 ,7 ) weist eine zwischenliegende Schulter74 auf, die sich radial von dem ersten Abschnitt64 nach innen zu dem zweiten Abschnitt68 erstreckt. Der erste Abschnitt64 erstreckt sich axial von der Schulter74 nach oben und stützt die Dichtung72 . Der zweite Abschnitt68 erstreckt sich axial von der Schulter74 nach unten. Der Abschnitt68 weist eine erste Seite76 auf, die radial nach innen gewandt ist und die Gewindeverbindung70 mit ausbildet. Abschnitt68 weist eine zweite Seite78 auf, die radial nach außen gewandt ist. Der elektrische Isolator50 weist einen äußeren L-förmigen Flansch80 mit einem ersten Abschnitt82 und einem zweiten Abschnitt84 auf. Der erste Abschnitt82 erstreckt sich axial nach oben entlang der zweiten Seite78 des zweiten Abschnitts68 des Montageblechs63 . Der zweite Abschnitt84 des L-förmigen Flanschs80 erstreckt sich von dem ersten Abschnitt82 radial nach innen und unter dem zweiten Abschnitt68 des Montageblechs63 . Die Kammer62 ist radial innerhalb der Gewindeverbindung70 des zweiten Abschnitts68 des Montageblechs63 und des Montagekopfs36 angeordnet. - Der Montagekopf
36 weist einen invertierten L-förmigen Flansch86 (2 ,6 ,7 ) mit einem ersten Abschnitt88 und einem zweiten Abschnitt90 auf. Der erste Abschnitt88 erstreckt sich radial nach außen und oberhalb des ersten Abschnitt64 des Montageblechs63 und des offenen axialen Endes60 des Behälters34 und ist dagegen mittels der Dichtung72 durch axiale Kompression abgedichtet. Der zweite Abschnitt90 des invertierten L-förmigen Flanschs86 erstreckt sich axial nach unten und weist eine erste Seite92 auf, die radial nach außen gewandt ist und die Gewindeverbindung70 mit der ersten Seite76 des zweiten Abschnitts68 des Montageblechs63 bildet. Der zweite Abschnitt90 des invertierten L-förmigen Flanschs86 weist eine zweite Seite94 auf, die radial nach innen gewandt ist und die Kammer62 definiert. Der zweite Abschnitt90 des invertierten L-förmigen Flanschs86 erstreckt sich axial nach unten zu einem unteren Ende96 oberhalb des zweiten Abschnitts84 des L-förmigen Flanschs80 des elektrischen Isolators50 . Die Öffnungen58 erstrecken sich axial durch den zweiten Abschnitt84 des L-förmigen Flanschs80 radial innerhalb des zweiten Abschnitts90 des invertierten L-förmigen Flanschs86 . Das Gas strömt von Einlaß24 durch einen ersten Ringraum60 zwischen dem elektrischen Leiter42 und dem Behälter34 . Der elektrische Isolator50 ist als Scheibe ausgeführt und weist einen äußeren Abschnitt mit dem L-förmigen Flansch80 auf, der sich von dort nach außen erstreckt, und weist einen mittleren Abschnitt mit einem säulenartigen Stiel98 auf. Der säulenartige Stiel98 erstreckt sich axial von dort nach oben in die Kammer62 und ist radial nach innen von dem zweiten Abschnitt90 des invertierten L-förmigen Flanschs86 durch einen zweiten Ringraum100 dazwischen beabstandet. Der zweite Ringraum100 bildet die Kammer62 . Der zweite Ringraum100 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als der erste Ringraum60 . Der Außendurchmesser des zweiten Ringraums100 ist im wesentlichen gleich groß wie der Innendurchmesser des ersten Ringraums60 . - Die gezeigte Konstruktion stellt eine abnehmbare und auswechselbare EDC-Anordnung bereit. Das Montageblech
63 greift in den Montagekopf36 durch ei ne Schraubverbindung70 radial innerhalb der Dichtung72 ein. Die erste Seite76 und die zweite Seite78 des Montageblechs63 sind in radial entgegengesetzte Richtungen gerichtet. Das Montageblech ist mit diesen Seiten76 ,78 radial zwischen dem Montagekopf36 bei90 und dem elektrischen Isolator50 bei Abschnitt82 an radial einander gegenüberliegenden Seiten dieser angeordnet. Der elektrische Isolator50 weist eine Seite102 auf, die radial nach innen gewandt ist und an die Seite78 des Montageblechs63 anliegt. Seite102 des elektrischen Isolators50 ist radial außerhalb der Seite92 des Montagekopfs36 angeordnet. - Der invertierte L-förmige Flansch
86 ist an Schrauben- oder Nietenlöchern104 (6 ) an einer oberen Kappe oder einem Gehäuse106 des Montagekopfs36 befestigt (1 ,2 ,6 ,8 ). Die Kappe106 ist an Bolzenlöchern108 an dem Motor oder einem bestimmten Ort in dem Motorraum befestigt. Eine erste Wand oder ein Teiler110 ist an der Kappe106 an Bolzen- oder Schraubenlöchern112 befestigt und bildet die obere Wand der Kammer62 . Eine zweite Wand oder ein Teiler114 ist an der Kappe106 an Bolzen- oder Schraubenlöchern116 befestigt und ist oberhalb der Wand110 durch verschieden hohe Abstandselemente in der Kappe106 angeordnet, beispielsweise längere Abstandselemente118 für die Wand110 und kürzere Abstandselemente120 für die Wand114 . Die Wand114 ist daher oberhalb der Wand110 mit einem Raum oder Abstand dazwischen angeordnet. Die Wand114 wird durch eine Leiterplatine bereitgestellt. Die Leiterplatine weist einen Netzversorgungsschaltkreis auf, der elektrisch mit einem nach außen führenden Steckanschluß122 verbunden ist. Der Steckanschluß122 dient zur elektrischen Versorgung des Netzschaltkreises. Der Netzschaltkreis versorgt eine Elektrodenbuchse124 (9 ) mit der notwendigen Hochspannung. Die Elektrodenbuchse124 ist an der Leiterplatine befestigt und mit einer elektrische Isolation126 ummantelt. Die Elektrodenbuchse124 weist eine Fassung128 zur Aufnahme eines oberen Endes130 der Hochspannungselektrode52 bei der Montage des Behälters34 und der Coronaentladungsanordnung an dem Montagekopf36 auf. Der säulenartige Stiel98 erstreckt sich nach oben durch eine Öffnung132 in der Wand110 . Die Wände110 und114 weisen jeweils Ausnehmungen oder Öffnungen134 und136 auf, die an der ringförmigen Öffnung138 , gebildet durch die Kappe106 , ausgerichtet sind und den Auslaß28 freihalten, um Gas von der Kammer62 durch die Ausnehmungen134 ,136 zu leiten und dann durch einen ringförmigen Kanal138 zu dem Auslaß28 zur Rückführung zu dem Motor. - Die Erfindung stellt ein Verfahren zur leichten Wartung einer Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors mit einem EDC (elektrostatischen Tröpfchenkollektor) bereit, durch Abnehmen der Coronaentladungselektrodenanordnung
38 und des Behälters34 gemeinsam als Einheit von dem Montagekopf36 , zum Auswechseln durch Einfügen einer neuen Coronaentladungselektrodenanordnung sowie eines neuen Behälters und Befestigung dieser gemeinsam als Einheit an dem Montagekopf36 . Der Montagekopf36 einschließlich der Kappe106 , des Flanschs86 und der darin angeordneten Komponenten bleibt an den Motor oder einer anderen Stelle in dem Motorraum angefügt. Der Behälter34 mit der Coronaentladungselektrodenanordnung38 darin wird entsorgt. Der Behälter34 , das Montageblech63 , der Isolator50 und der Leiter42 sind als Einheit eingesetzt durch eine lösbare Befestigung des Befestigungsblechs63 an dem Montagekopf36 an der Gewindeverbindung70 . Der Behälter34 wird einfach aus der Gewindeverbindung70 mit dem Montagekopf36 herausgeschraubt, vergleichbar dem Entfernen eines Ölfilters. Diese Vertrautheit ist wünschenswert, um eine Wartung in den empfohlenen Intervallen durch Servicepersonal zu fördern, ohne daß dieses neue Wartungsverfahren lernen muß. - Durch fortschreitende Entwicklungen werden verschiedenen Alternativen in Betracht kommen, einschließlich der Integration von Gewinden, Flanschen und dgl. bei der Formgebung von Komponenten, wie dem Gehäuse der Netzversorgung oder des Montagekopfs, verschiedene alternative elektrische Verbindungen für die Hochspannungselektrode sowie eine Anschlußstift- und Anschlußdose-Steckverbindung, die eine formschlüssige Verbindung bereitstellt und dabei geringe Abweichungen innerhalb vorgegebener Toleranzen zuläßt.
-
10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die gleichen Bezugszeichen wie zuvor verwendet werden, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu erleichtern. Bei dieser Ausführungsform wird nur die Kollektorelektrode, die durch den äußeren Behälter34 gebildet wird, von dem Montagekopf36 abgenommen während die Elektrodenanordnung38 an dem Montagekopf36 befestigt bleibt. Die EDC-Anordnung20a weist einen Behälter34a auf, der an dem Montagekopf36a befestigt ist. Die Elektrodenanordnung38a ist in dem Behälter34a angeordnet und von dem Behälter34a durch einen Abstand60 beabstandet. Der Behälter34a bildet die Kollektorelektrode. Der Abstand60 zwischen dem Be hälter34 und der Elektrodenanordnung38a stellt eine Coronaentladungszone bereit. - Der Behälter
34a ist abnehmbar an dem Montagekopf36a mittels einer Gewindeverbindung35 befestigt, um ein Abnehmen der durch den Behälter34a bereitgestellten Kollektorelektrode und ein Auswechseln mit einer neuen Kollektorelektrode, bereitgestellt durch einen neuen Behälter, zu ermöglichen. In2 ist die Elektrodenanordnung38 an dem Behälter34 befestigt, wie zuvor beschrieben, und mit diesem gemeinsam als Einheit von dem Montagekopf36 abnehmbar. In10 ist die Elektrodenanordnung38a an dem Montagekopf36a befestigt, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben o. dgl. an einer Übergangsstelle37 . Die Elektrodenanordnung38a bleibt an dem Montagekopf36a auch während des Abnehmens des Behälters34a von dem Montagekopf36a befestigt. Der Behälter34a greift in den Montagekopf36a an der Gewindeverbindung35a ein, so daß der Behälter34a an dem Montagekopf36a durch Aufschrauben befestigt ist und von dem Montagekopf36a durch Abschrauben abnehmbar ist. - Der Behälter
34a erstreckt sich axial entlang einer Achse44 zwischen einem ersten axialen Ende34b und einem zweiten axialen Ende34c . Das Ende34b ist geschlossen und weist den Einlaß24 auf. Das Ende34c ist offen und dem Montagekopf36a zugewandt. Das Ende34c weist das Gewinde auf, mit dem der Behälter34a an dem Montagekopf36a die Gewindeverbindung35 bildet. Der obere Abschnitt des Montagekopfs36a ist wie der Montagekopf36 ausgeführt und weist den Auslaß28 auf. Die Elektrodenanordnung38a ist wie die Elektrodenanordnung38 entlang einer Spule40 ausgeführt und weist den elektrischen Leiter42 auf, der an einen durch die Spule40 bereitgestellten elektrischen Isolator angefügt ist, und eine elektrisch isolierende Scheibe50a , die eine oder mehrere Öffnungen58a aufweist, um Gas axial durch diese von dem Behälter34a zu dem Montagekopf36a zu leiten. Die Öffnungen58a sind radial innerhalb der Gewindeverbindung35 angeordnet und axial mit dem Abstand60 ausgerichtet, der die Coronaentladungszone bereitstellt. Das Gas strömt durch die Öffnungen58a in die Kammer62a in dem Montagekopf36 , wobei die Kammer62 radial innerhalb der Gewindeverbindung35 angeordnet ist. Das Gas strömt von dem Einlaß24 durch eine erste Ringkammer60 und strömt dann durch zweite Ringkammer in die Kammer62a . Die erste Ringkammer weist einen größeren Innendurchmesser als die zweite Ringkammer auf. -
11 und12 zeigen die vorliegende Erfindung und verwenden die gleichen Bezugszeichen wie zuvor, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu erleichtern. - Der elektrostatische Abscheider
20 weist die Kollektorelektrode34 auf, die die in einem elektrischen Feld geladenen Partikel sammelt. Das elektrische Feld wird durch die Coronaentladungselektrodenanordnung38 erzeugt, die gepulst unter Hochspannung gesetzt wird. Hierzu ist ein gepulstes Hochspannungsnetzteil150 vorgesehen, das die Hochspannungselektrode52 (2 ,10 ,11 ) zur Weiterleitung an den Leitungsdraht (3 ) oder an eine Coronaentladungselektrode versorgt, wie zuvor für weitere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wie sie beispielsweise in derDE 10 2005 013 183.2 150 versorgt die Coronaentladungselektrode52 mit einer gepulsten Spannung (12 ). Die Coronaentladungselektrode52 wird gepulst zwischen einer Spitzenimpulsspannung152 , die durch eine Impulsspannungsquelle154 bereitgestellt wird, und einer Impulsbodenspannung156 , die durch eine Impulsbodenspannungsquelle158 bereitgestellt wird.12 zeigt auf der horizontalen X-Achse die Zeit in Millisekunden und auf der vertikalen Y-Achse die Spannung in Kilovolt. - Die Impulsbodenspannung
156 ist so ausgewählt, daß sie niedriger ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode52 und der Kollektorelektrode34 , da sie sonst eine Plasmaleitung zwischen der Coronaentladungselektrode52 und der Kollektorelektrode34 verursachen würde. Die Dauer der Spitzenimpulsspannung152 , d. h. die Impulsweite, ist so gewählt, daß sie kurz genug ist, um die thermische Beanspruchung des Netzteils zu minimieren und dadurch die Lebensdauer zu erhöhen. Diese Impulsweite wird gesteuert durch einen Hochspannungsschalter160 . - In einer Ausführungsform wird die Coronaentladungselektrode
52 mit der Impulsspannung156 ,152 unter Ausschluß einer konstanten Gleichspannung, wie sie üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, versorgt. In einer anderen Ausführungsform überlagert die Impulsspannung156 ,152 eine Gleichspannung162 . - In einer Ausführungsform liegen beide, die Spitzenimpulsspannung
152 und die Impulsbodenspannung156 , in einem Bereich oberhalb der für die Coronaentladung zwischen der Coronaentladungselektrode52 und der Kollektorelektrode34 . notwendigen Spannung164 – Coronaentladungsspannung –. Die aus dem Stand der Technik bekannten Abscheider weisen üblicherweise eine Nenngleichspannung auf, die eine ausreichend Ionisation für eine gewünschte Effizienz des Abscheiders bereitstellt. Diese Spannung ist höher als die Coronaentladungsspannung164 , wie z. B. gezeigt bei der Gleichspannung162 , die größer als die Coronaentladungsspannung164 ist. In bevorzugter Ausführungsform des vorliegenden elektrostatischen Abscheiders ist die Impulsbodenspannung156 niedriger als die Nenngleichspannung162 und größer als die Coronaentladungsspannung164 . Weiter ist in der bevorzugten Ausführungsform die Differenz zwischen der Impulsbodenspannung156 und der Coronaentladungsspannung164 geringer als die Differenz zwischen der Spitzenimpulsspannung152 und der Impulsbodenspannung156 . Ferner ist in der bevorzugten Ausführungsform die Impulsbodenspannung156 im wesentlichen näher an der Coronaentladungsspannung164 als an der Spitzenimpulsspannung152 . In anderen Ausführungsformen ist die Impulsbodenspannung156 niedriger als die Coronaentladungsspannung164 und in noch weiteren Ausführungsformen kann die Impulsbodenspannung156 Null sein. - Bei einem bevorzugten Verfahren zur Steuerung eines elektrostatischen Abscheiders wird die Coronaentladungselektrode
52 zwischen der Impulsbodenspannung156 im Bereich von 0 kV bis 20 kV und einer Spitzenimpulsspannung152 im Bereich von 10 kV bis 50 kV gepulst. Die Impulsweite liegt im Bereich von 50 ns bis 100 ms. Die Impulsfrequenz liegt im Bereich von 2 Hz bis 100 Hz.
Claims (20)
- Elektrostatischer Abscheider mit einer Kollektorelektrode (
34 ) und einer Coronaentladungselektrode (52 ), wobei die Coronaentladungselektrode (52 ) ein elektrisches Feld zwischen der Kollektorelektrode (34 ) und der Coronaentladungselektrode (52 ) erzeugt, wobei die Kollektorelektrode (34 ) in dem elektrischen Feld ionisierte Partikel sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein gepulstes Hochspannungsnetzteil (150 ) vorgesehen ist, das die Coronaentladungselektrode (52 ) mit einer gepulsten Spannung versorgt. - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Spannung zwischen einer Spitzenimpulsspannung (
152 ) und einer Impulsbodenspannung (156 ) gepulst ist und daß die Impulsbodenspannung (156 ) niedriger ist als eine Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode (52 ) und der Kollektorelektrode (34 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Spitzenimpulsspannung (
152 ) kurz genug ist, um eine thermische Beanspruchung des gepulsten Hochspannungsnetzteils (150 ) zu minimieren und dessen Lebensdauer zu erhöhen. - Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gepulste Hochspannungsnetzteil (
150 ) die gepulste Spannung unter Ausschluß einer konstanten Gleichspannung bereitstellt. - Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gepulste Hochspannungsnetzteil (
150 ) eine Gleichspannung (162 ) mit der gepulsten Spannung überlagert. - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenimpulsspannung (
152 ) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164 ) zwischen der Coronaentladungselektrode (52 ) und der Kollektorelektrode (34 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbodenspannung (
156 ) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164 ) zwischen der Coronaentladungselektrode (52 ) und der Kollektorelektrode(34 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 5 und ggf. Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider eine Nenngleichspannung (
162 ) aufweist, die eine ausreichende Ionisation für eine gewünschte Effizienz in der Abwesenheit eines Spannungsimpulses bereitstellt, daß die Nenngleichspannung (162 ) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164 ) und daß die Impulsbodenspannung (156 ) niedriger ist als die Nenngleichspannung (162 ) und größer als die Coronaentladungsspannung (164 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 6 und ggf. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Impulsbodenspannung (
156 ) und der Coronaentladungsspannung (164 ) geringer ist als die Differenz zwischen der Spitzenimpulsspannung (152 ) und der Impulsbodenspannung (156 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 6 und ggf. Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbodenspannung (
156 ) wesentlich näher an der Coronaentladungsspannung (164 ) liegt als an der Spitzenimpulsspannung (152 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 6 und ggf. einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbodenspannung (
156 ) niedriger ist als die Coronaentladungsspannung (164 ). - Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbodenspannung (
156 ) Null ist. - EDC-Anordnung für eine Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors (
22 ), mit einem Einlaß (24 ) und einem Auslaß (28 ), wobei der Einlaß (24 ) Gas von dem Verbrennungsmotor (22 ) aufnimmt und der Auslaß (28 ) gereinigtes Gas ableitet, mit einem Behälter (34 ) und mit einem Montagekopf (36 ), wobei der Behälter (34 ) an dem Montagekopf (36 ) befestigt ist, und mit einer Coronaentladungselektrodenanordnung (38 ) in dem Behälter (34 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (34 ) abnehmbar an dem Montagekopf (36 ) befestigt ist, um ein Abnehmen und Auswechseln des Behälters (34 ) und/oder der Elektrodenanordnung (38 ) zu ermöglichen und daß ein gepulstes Hochspannungsnetzteil (150 ) vorgesehen ist, das die Coronaentladungselektrodenanordnung (38 ) mit einer gepulsten Spannung versorgt. - EDC-Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (
38 ) von dem Behälter (34 ) durch einen Abstand (60 ) beabstandet ist, daß der Abstand (60 ) eine Coronaentladungszone bildet und daß der Behälter (34 ) eine Kollektorelektrode bildet. - EDC-Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (
38 ) an dem Behälter (34 ) angebracht ist und gemeinsam mit diesem von dem Montagekopf (36 ), insbesondere als Einheit, abnehmbar ist. - EDC-Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (
38 ) an dem Montagekopf (36 ) angebracht ist und bei Entfernung des Behälters (34 ) von dem Montagekopf (36 ) an dem Montagekopf (36 ) angebracht bleibt. - Verfahren zur elektrostatischen Abscheidung bei dem an einer Kollektorelektrode (
34 ) eines Abscheiders in einem elektrischen Feld ionisierte Partikel gesammelt werden, bei dem das elektrische Feld durch eine Coronaentladungselektrode (52 ) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Coronaentladungselektrode (52 ) gepulst wird. - Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Coronaentladungselektrode (
52 ) zwischen einer Impulsbodenspannung (156 ) im Bereich von 0 kV bis 20 kV und einer Spitzenimpulsspannung (152 ) im Bereich von 10 kV bis 50 kV gepulst wird. - Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenimpulsspannung (
152 ) für eine Dauer im Bereich von 50 ns bis 100 ms angelegt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 195, dadurch gekennzeichnet, daß die Coronaentladungselektrode (
52 ) mit einer Frequenz im Bereich von 2 Hz bis 100 Hz gepulst wird.
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