DE3237780A1 - Elektrostatische hochleistungs-filteranordnung - Google Patents

Elektrostatische hochleistungs-filteranordnung

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Description

Elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrostatisches Filter einer hohen Leistung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrostatische Luftfilteranordnung, die so entworfen ist, daß sie zur Reinigung der Luft eines Raumes verwandbar ist, wobei die Anordnung einen großen Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub und eine lange Lebensdauer aufweist.
Die sogenannten HEPA-Filter sind im allgemeinen beim Auffangen von Gas sehr wirksam. Bei ihnen tritt jedoch ein hoher Gefälleverlust auf, wenn ein Staubteilchen enthaltendes Gas durch sie hindurchtritt.
Wenn bei derartigen Filtern die Filtermaschen vergrößert werden, um den Gefälleverlust zu verringern, ergibt sich eine Verringerung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub. Wenn man versucht, den Gefälleverlust dadurch zu verringern, daß man die Zufuhrrate des Gases verringert, ist eine Vergrößerung des Filters unvermeidlich. Derartige Filter wiesen auch die Nachteile auf, die darin bestanden, daß der Gefälleverlust dann stark anstieg* wenn sich die Filtermaschen auffüllten und daß die Lebensdauer kurz ist. Es wurde daher allgemein versucht, die Lebensdauer der Filter dadurch zu vergrößern, daß ein geeignetes Vorfilter vor dem Hauptfilter vorgesehen wurde.
Die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung entwickelten früher eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung, die einen weitaus größeren Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub und eine längere Lebensdauer aufwies, als herkömmliche Filter. Eine derartige Filteranordnung enthält, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist., einen'Ladebereich 4„ der aus einem den Durchgang eines Staub aufweisenden Gases ermöglichenden Rahmen 1, einer Mehrzahl von geerde-
ten parallelen Plattenelektroden 2, die parallel zur Richtung des Gasflusses in dem Rahmen 1 untergebracht und befestigt sind, und eine Mehrzahl von Entladungsdrähten 3 aufweist, die so vorgesehen sind, daß sie sich jeweils in den Räumen zwischen benachbarten Plattenelektroden 2 erstrecken und an die eine Hochspannung anlegbar ist. Ein den Staub auffangender Bereich 8 dieser Filteranordnung weist einen Rahmen 5, durch den das den Ladebereich 4 verlassende, den Staub enthaltende Gas hindurchtreten kann, ein Filtermedium 6, das in dem Rahmen 5 untergebracht und meanderförmig in der Richtung senkrecht zum Gasfluß, d.h. in der Richtung, in der der Gasstrom abgefangen wird, angeordnet ist, und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Separatorelektroden 7 auf, die den Durchgang des Staub enthaltenden Gases ermöglichen.' Diese Separatorelektroden
7 werden zwischen allen benachbarten Teilen des meanderförmigeri Filtermediums 6 sowohl von der stromaufwärts gelegenen Seite als auch von der stromabwärts gelegenen Seite des Gasflusses eingeführt, wobei eine Hochspannung zwisehen den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden angelegt wird. Dabei wird ein beträchtlicher Teil der in dem Ladebereich 4 zuvor aufgeladenen Staubpartikel zu den Oberflächen der jeweiligen stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden des Auffangbereiches 8 gezogen, wobei die Staubpartikel ihre Ladung verlieren und in dem Bereich
8 eingefangen werden, um zu verhindern, daß sich das Filtermedium 6 in einem höchsten Grad durch die Staubpartikel verstopft.
Wenn bei dieser Filteranordnung ein elektrischer Strom den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Separator— elektroden direkt zugeführt wird und eine elektrische Entladung auch nur an einem Teil einer bestimmten Separatorelektrode auftritt, bewegen sich die Ladungen aller
Separatorelektroden zu dem Entladeteil, um die Entladeenergie zu vergrößern. Dies hat zur Folge, daß ein zeitweiliger Abfall der Separatorspannung und eine zeitweilige Verminderung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub oder sogar eine Beschädigung des Filtermediums 6, wie beispielsweise die Ausbildung von Löchern in dem Filtermedium, eintritt.
Bei einem derartigen elektrostatischen Hochleistungs-Filter wird die Funkenspannung durch die Dicke t des Filtermediums 6 und die zwischen den Separatorelektroden angelegte Spannung unabhängig von dem Raum oder der Entfernung h zwischen benachbarten Teilen des Filtermediums 6, die, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, durch die jeweiligen Separatorelektroden 7,7 beabstandet sind. Es ist auch festzustellen, daß die elektrische Isolation des Filtermediums 6 schwächer wird, wenn die Feuchtigkeit oder Temperatur der Umgebung hoch ist, wodurch ein Anstieg des Verluststromes und/oder ein Abfall der Spannung der Spannungsquelle bewirkt wird. Dies führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades beim Auffangen von Staub. Eine derartige Abschwächung der elektrischen Isolation tritt besonders dann deutlich in Erscheinung, wenn als Filtermedium Glasfasern verwendet werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung anzugeben* bei der, wenn eine elektrische Entladung an einem Teil einer Separatorelektrode auftritt, der Betrag dieser elektrischen Entladung begrenzbar ist und bei der vermieden werden kann, daß sich die Ladungen aller Separatorelektroden zum Entladungsteil bewegen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung anzugeben, deren Verluststrom verringert und deren Funkenspannung selbst dann vergrößert ist, wenn der elektrische Isolationswiderstand des Filtermediums infolge einer hohen Umgebungstemperatur oder Feuchtigkeit verringert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung anzugeben, bei der Störungen, die beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß das Filtermedium durch die Separatorelektroden bei der Herstellung des den Staub auffangenden Bereiches zerbrochen wird, nicht auftreten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung anzugeben, bei der so gut wie kein zusätzlicher Gefälleverlust auftritt und bei der der Anstieg der Materialkosten selbst dann verringert ist, wenn weitere isolierende Abstandsteile eingebaut werden.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer herkömmlichen elektrostatischen Hochleistungsfilteranordnung;
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild dieser Filteranordnung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Beziehung zwischen dem Filtermedium und den Separatorelektroden der Filter-. anordnung; und
ORIGINAL
Fig. 4 bis 22 bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung.
Dabei zeigt die Fig. 4 eine teilweise ausgeschnittene perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines beispielsweise verwendeten elektrisch leitenden Materials, Fig. 6 einen teilweise ausgeschnittenen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 7 einen teilweise ausgeschnittenen Querschnitt der erfindungsgemäßen An- Ordnung, Fig. 8 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemässen Anordnung, Fig. 9 ein Ersatzschaltbild für eine Anordnung, bei der die Leistung direkt an die jeweiligen Separatorelektroden angelegt wird, Fig. 10 eine schematische Darstellung des durch den den Staub auffangenden Bereich verlaufenden den Staub enthaltenden Gasstromes, Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Richtung des elektrischen Feldes und den Bewegungsrichtungen der elektrisch geladenen Partikel, wenn diese durch das Filtermedium hindurchtreten, Fig. 12 eine teilweise schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung,in die eine ersteweitere Ausführungsform des elektrisch leitenden Materials eingebaut ist., Fig. 13 eine zum Teil schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung., in die eine zweite weitere Ausführungsform des elektrisch leitenden Materials eingebaut istr Fig. 14 eine perspektivische Darstellung des Zustandes, in dem die durch isolierende Abstandsteile eingehüllten.Separatorelektroden gerade in den Räumen, die von dem meanderförmigen Filtermedium gebildet werden, an den richtigen Stellen angeordnet werden, Fig. 15 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung., die einen den Staub auffangenden Bereich mit einem meanderförmigen Filtermedium aufweist, in dem die durch die isolierenden Abstandsteile
umhüllten Separatorelektroden gehalten werden, Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Beziehung ^wischen dem Filtermedium, den isolierenden Abstandsteilen und den Separatorelektroden, Fig. 17 eine schematische Darstellung des durch den den Staub auffangenden Bereich der Fig. 15 verlaufenden den Staub enthaltenden Gasstromes, Fig. 18 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Richtung des elektrischen Feldes und den Bewegungsrichtungen der durch das Filtermedium in dem den Staub auffangenden Bereich der Fig. 15 durchtretenden elektrisch geladenen Partikel, Fig. 19 ein Beispiel, bei dom die isolierenden Abstandsstücke an beiden Seiten des Filtermediums vorgesehen sind,' Fig.' 20 das Beispiel, bei dem die isolierenden Abstandsstücke an einer Seite des Filtermediums vorgesehen sind, Fig. 21 eine erste weitere Ausführungsform eines isolierenden Abstandsteiles und Fig. 22 eine zweite weitere Ausführungsform eines isolierenden Abstandsteiles.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren ausführlich erläutert.
In den Fig. 4 bis 11 bezeichnet das Bezugszeichen 9 den Rahmen der Vorrichtung, der so aufgebaut ist, daB Staub enthaltende Gase hindurchtreten können. Der Rahmen 9 besteht aus zwei Seitenwänden 10, 11, einer oberen Platte 12 und einer Bodenplatte 13. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Filtermedium, das aus Glasfaser oder einem anderen Material besteht. Dieses Filtermedium 14 ist so innerhalb des Rahmens 9 angeordnet, daß es sich meanderförmig von einer Seitenwand 10 zu der anderen Seitenwand 11, d.h.
in der Richtung senkrecht zur Richtung des Stromes des . . Staub enthaltenden Gases erstreckt und daß das obere und untere Ende des Filtermediums bis zur Innenseite der oberen Platte 12 bzw. bis zur Innenseite der Bodenplatte
13 reichen. Die Bezugszeichen 15 und 16 bezeichnen Separatorelektroden, die zwischen den benachbarten Bereichen des meanderförmigen Filtermediums 14 jeweils von der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des durch den Rahmen 9 hindurchtretenden Staub enthaltenden Gases eingebaut sind. Diese Separatorelektroden bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einer Aluminiumfolie, und können die benachbarten Bereiche des Filtermediums '14 so stützen, daß die-
TO se voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Jede Separatorelektrode ist außerdem in der Form von von ihrem oberen Ende zu ihrem unteren Ende aufeinanderfolgenden Wellen gebogen. Die oberen Endbereiche des Filtermediums 14 und der Separatorelektroden 15, 16 sind von den Wänden 17 flankiert, die von der Innenseite der oberen Platte 12 vorstehen. In einer ähnlichen Weise sind auch die unteren Endbereiche des Filtermediums 14 und der Separatorelektroden 15, 16 durch die Wände 18 flankiert, die von der Innenseite der Bodenplatte 13 vorstehen. Ein Dichtungsmittel wird in die Innenseiten der Seitenwände 17, 18 gegossen und verfestigt, um die oberen und unteren Endseiten des Filtermediums 14 und der Separatorelektroden 15, 16 jeweils luftdicht mit der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 zu verbinden. Die Bezugszeichen 20 und 21 bezeichnen elektrisch leitende Gummiblätter, die in die Zwischenräume eingeführt sind, die zwischen den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 und der Seitenwand 18 und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden 16 und der Seitenwand 18 bestehen. Dabei werden die Gummiblätter eingeführt, bevor das Dichtungsmittel vergossen wird. Die Gummiplatten werden durch das Vergießen und die Verfestigung des Dichtungsmittels 9 in der richtigen Position fixiert. Jedes elektrisch leitende Gummiblatt weist, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, ein längliches Gummiblatt auf, das entlang seiner Mittellinie zu einer V-Form gebogen ist und ist so angeordnet, daß die Kanten der beiden gebogenen Bereiche 22, 23 normaler-
weise geöffnet bleiben. In dem Bereich 22, der den Separatorelektroden 15, 16 gegenüberliegt, ist eine Mehrzahl von von der Kante aus verlaufenden Einschnitten 24 vorgesehen, um eine Mehrzahl von kleinen Kontaktstücken 25 zu bilden, von denen jede gegen eine entsprechende Separatorelektrode 15, 16 gedrückt wird. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen porösen Deckel, wie beispielsweise eine Metallgaze bzw. ein feines Drahtgeflecht, das den Einlaß des Rahmens 9 verdeckt. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet die geerdeten parallelen Plattenelektroden, die zwischen dem porösen Deckel 26 und dem Filtermedium 14 innerhalb des Rahmens 9 vorgesehen sind. Diese Plattenelektroden 27 sind parallel zueinander in derselben Richtung wie der den Staub enthaltende Gasstrom angeordnet. Mit 28 sind zylindrische, elektrisch leitende Abstandsstücke bezeichnet, die die Plattenelektroden 27 voneinander beabstandet halten und eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden herstellen. Diese Abstandsstücke werden durch jeweilige Drehzapfen gehalten, die durch drei Orte, einen oberen Teil, einen mittleren Teil und einen unteren Teil jeder Elektrode 27 verlaufen. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet die ionisierenden Drähte, von denen jeweils einer für jede Elektrode 27 vorgesehen ist. Die ionisierten Drähte sind zu denselben Intervallen wie die Elektroden 27 vorgesehen. Jeder ionisierende Draht 30 ist straff zwischen der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 durch Federn 31, 32 angeordnet. Mit 33 ist ein Verbindungsanschluß zum Anlegen einer Hochspannung von einer Hochspannungsquelle 34 an die elektrisch leitenden Gummiblätter 21 bezeichnet. Das Bezügszeichen 35 bezeichnet einen weiteren Verbindungsanschluß zum Anlegen einer Hochspannung der Leistungsquelle34 an die ionisierenden Drähte 30. Mit 36 ist ein Erdanschluß bezeichnet, der elektrisch mit einer Aluminiumfolie 37 verbunden ist, die in Kontakt
zu der stromaufwärts gelegenen Seite der Separatorelektroden 15, dem. elektrisch leitenden Gummiblatt 20 und den Elektroden 27 steht, von denen alle die Innenseite der Seitenwand 11 des Rahmens 9 kontaktieren. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet ein Dichtungsmittel, das vorgesehen ist, um die stromabwärts gelegenen Endflächen des Filtermediums 14 luftdicht mit beiden Seitenwänden 10, 11 des Rahmens zu verbinden. Dieses Dichtungsmittel kann als Dichtung wirken, um die Erzeugung von puderförmigem Staub von der Innenseite beider Seitenwände 10, 11 an deren stromabwärts ■ gelegener Seite in dem Fall zu vermeiden, in dem die Seitenwände 10, 11 aus einem Material, wie beispielsweise aus Holz, bestehen, das möglicherweise pulverigen Staub erzeugt.
In dem Staub sammelnden bzw. auffangenden Bereich, der das Filtermedium 14 und die Separatorelektroden 15, 16 der Anordnung aufweist, sind Kondensatoren zwischen den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden 16 vorgesehen und wird eine Hochspannung über die elektrischen Widerstände der elektrisch leitenden Gummiblätter 20, 21 angelegt, wobei ein geringfügiger Leck- bzw. Verluststrom durch das Filtermedium 14 fließt, so daß., wenn die elektrostatischen Kapazitäten zwischen den jeweiligen Separatorelektroden durch
C , die Widerstände der elektrisch leitenden Gummiblätter 20, 21 durch R1, R-, ..... R_, und die Widerstände des Filtermediums 14'durch Rl-, RI5» ^l gegeben sind, das Ersatzschaltbild des den Staub auffangenden Bereiches gemäß der Fig.. 8 dargestellt werden kann.
In dem Fall, in dem eine Leistung direkt an die jeweiligen Separatorelektroden 15, 16 angelegt wird, ohne daß elektrisch leitende Gummiblätter 20, 21 vorgesehen sind, kann das Ersatzschaltbild die in der Fig. 9 dargestellte Form
/ti/.
aufweisen. Wenn in diesem Fall eine elektrische Ladung auch nur an einem Teil einer bestimmten Separatorelektrode auftritt, wird bewirkt, daß alle Ladungen der Separatorelektroden 15, 16 sich augenblicklich zu dem Entladungsteil bewegen, um die Entladungsenergie zu vergrößern. Die zu dieser Zeit bestehende Entladungsenergie kann im wesentlichen durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
E1 =-f (C1 + C2+ + Cn) V2.
Diese Entladungsenergie wird durch die elektrostatische Kapazität und die Spannung bestimmt, die zwischen die Separatorelektroden 15, 16 angelegt wird. Sie wird nicht durch den Widerstand Rx beeinträchtigt, der mit der Außenseite verbunden ist.
Wenn jedoch die Separatorelektroden 15, 16 voneinander getrennt sind und eine Leistung getrennt über die jeweiligen. Widerstände R1 - Rn angelegt wird, wird der Betrag der Entladung durch die Widerstände R1-R beschränkt, selbst wenn die Entladung nur an einem Bereich einer bestimmten Separatorelektrode auftritt. Außerdem bewegen sich die zwischen den Separatorelektroden vorhandenen Ladungen nicht zum Entladungsteil, so daß in diesem Fall die Entladungsenergie etwa 1 /n der Entladungsenergie beträgt, die erzeugt wird, wenn die Widerstände R1-R nicht zwischengeschaltet sind. In diesem Fall ergibt sich daher die Entladungsenergie:
Ε = CnV =
« = ~— CnV = ■—
22 η
Es wurden Versuche unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Äußere Abmessungen des Rahmens 9: 610 mm χ 610 mm
χ 150 mm
Spannung der Spannungsquelle: Verlustwiderstand des Filtermediums:
Verluststrom des Filtermediums:
Elektrostatische Kapazität
zwischen den Separatorelektroden: 3x10
1 KV
200 MTL
5. μΑ pro Separatorelektrodenstufe
-8
Dabei wurde herausgefunden, daß sich die Wirkung der Beschränkung des Betrages der Entladung zeigt r wenn der Wert des Widerstandes Rn 10 KiIoder mehr erreicht, obwohl dies von der elektrostatischen Kapazität zwischen den Separatorelektroden abhängt und daß die Bewegung der Ladüngen zwischen den Separatorelektroden umso kleiner ist, je größer der Widerstand·ist. Wenn jedoch der Wert des Widerstandes Rn zu hoch ist, tritt ein Spannungsabfall an beiden Enden des Widerstandes Rn entsprechend dem Verluststrom auf, wodurch ein beträchtlicher Abfall der an die Separatorelektroden angelegten Spannung bewirkt wird, um den Wirkungsgrad beim Auffangen von Staub zu vermindern. In einem praktischen Fall beträgt der Widerstand Rn:
1000 χ 0,05 -= 107 (SL) , 5 χ 10"6
wenn vorausgesetzt wird, daß ein Spannungsabfalll von 5% für eine Spannung der Spannungsquelle von 1 KV toleriert wird, da der Verluststrom pro Separatorelektrodenstufe 5 μΑ beträgt, wie dies oben ausgeführt wurde.
Mit anderen Worten kann der Hereich des Widerstandos Rn der dem·Spannungsabfall entspricht, vernachlässig werden, wenn er kleiner als 10 Μ-ίΙ-ist.
Im Falle des oben angegebenen experimentellen Beispieles ist es daher angemessen, den Widerstand Rn in einen Bereich von 10 Κ.Ω. bis 10, Μ.Ω-zu legen.
■ Im folgenden wird nun der Betrieb der oben beschriebenen elektrostatischen Hochleistungs-Filteranordnung beschrieben.
Es wird eine hohe Gleichspannung an die ionisierenden Drähte und din Abstandsoiektrodon 28 angelegt und unter dieser Bedingung wird ein Staub enthaltendes Gas über den Einlaß des Rahmens 9 geliefert. Die Staubpartikel 4 7 werden durch eine Corona-Entladung elektrisch geladen, während sie den Ladebereich passieren, der aus den geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und den ionisierenden Drähten 30 besteht. Das die geladenen Staubpartikel 47 führende Gas verläuft durch den Staub auffangenden Bereich, wie dies durch die durch unterbrochene Linien dargestellten Pfeile in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Bei diesem Vorgang werden die meisten der geladenen Partikel 47 zu den Separatorelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite · gezogen und an- den Oberflächen dieser Separatorelektroden 15 abgc?schiedon.. Auf diese Weise werden die meisten Staubpartikel des behandelten Gases entfernt. Je größer der Umfang der Partikel ist, desto größer ist die Wirkung der Staubentfernung. Die Gasströme 48, die die restlichen geladenen Partikel 4 7 enthalten, schreiten weiter fort, um infolge des extrem hohen Gefälleverlustes des Filtermediums 14 auf dem kürzesten Wege durch das Filtermedium 14 zu gelangen. Aus diesem Grunde bewegen sich die Gasströme 4 8, wie dies in der Fig. 11 dargestellt ist, im wesentlichen
parallel, aber entgegengesetzt zu den Linien der elektrischen Kraft 49, die von der Separatorelektrode 16 zu der Separatorelektrode 15 verlaufen. Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit des Gasstromes 4 8 durch das Filtermedium 14 im Vergleich zu der Geschwindigkeit (pro Einheit der Querschnittsfläche), die die Gasströme stromaufwärts von dem den Staub auffangenden Bereich aufweisen, extrem vermindert. Wenn daher die Richtung des elektrischen Feldes eine entgegengesetzte Richtung der Gasströme einnimmt, wird die Geschwindigkeit der elektrischen Bewegung der geladenen Partikel 47, d.h. die Geschwindigkeit ihrer Bewegung in der Richtung der Linien des elektrischen Feldes 49, größer als die Geschwindigkeit der Gasströme 48, die durch das Filtermedium 14 verlaufen, so daß die geladenen Partikel 47 nicht in das Filtermedium 14 eintreten können. Da · jedoch die Geschwindigkeit des Gasstromes außerhalb des Filtermediums hoch ist, werden die geladenen Partikel 4 7 gezwungen, sich schließlich in einem porösen bzw. durchlässigen Zustand an der Oberfläche des Filtermediums 14 abzusetzen. Diejenigen geladenen Partikel 47, die sich nicht in einem durchlässigen Zustand abscheiden, sondern in das Filtermedium 14 gelangen, bewegen sich weiter entlang der elektrischen Kraftlinien, die durch den Einfluß des zwischen den Separatorelektroden 15,16 angelegten Feldes mit den Fasern des Filtermediums 14 zusammenlaufen, so daß sich der Anteil dps durch die Fasern aufgefangenen Staubos schnell· erhöht.
Durch einen derartigen Staubauffangmechanismus wird der Wirkungsgrad beim Staubauffangen in einem außergewöhnlichen Maße verbessert und am Ausgang des Rahmens 9 tritt ein sauberes Gas aus. Außerdem wird die Möglichkeit des Verstopfens des Filtermediums verringert, um dessen Haltbarbarkeit bzw. Lebensdauer beträchtlich zu vergrößern, da
die geladenen Partikel mit einem größeren Umfang bevorzugt von den Separatorelektroden 15 aufgefangen werden.
Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform, bei der ein Gummiblatt, das eine Mehrzahl von geschnittenen Stücken 25 aufweist, als elektrisch leitende Gummiblätter· 20, 21 verwendet wird, besteht ein Vorteil darin, daß kein Teil mit einem gestörten oder schlechten Kontakt geschaffen wird, weil jedes individuell geschnittene Stück 25 selbst dann gegen eine entsprechende Separatorelektrode gedrückt wird, wenn die Separatorelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite oder die Separatorelektroden 16 an der stromabwärts gelegenen Seite Positionen einnehmen, in denen sie gewisse Unregelmäßigkeiten aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung aber,, bei der sichergestellt ist/ daß die stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden oder die stromabwärts gelegenen Separatorelektroden in Positionen gehalten werden, in denen sie vollkommen ausgerichtet sind, ist es möglich, ein elektrisch leitendes Gummiblatt zu verwenden, das lediglich V-förmig gebogen ist und keine getrennt geschnittenen Stücke aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist bezüglich ihres Aufbaues nicht auf die obenbeschriebene Ausführungsform beschränkt. Es ist auch eine Anordnung möglich, bei der, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, zwei Dichtungsschichten, d.h.
eine elektrisch leitende Dichtungsschicht 39, die einen elektrischen Widerstand aufweist, um die Bewegung der Ladungen der Separatorelektroden 15, 16 zu verhindern, und eine isolierende Dichtungsschicht 40 an der Innenseite der oberen Platte 12 des Rahmens 9 vorgesehen sind, während zwei ähnliche Schichten 41 und 42 an der Innenseite der Bodenplatte 13 vorgesehen sind, so daß jede der elektrisch leitenden Separatorelektroden 15, die in dem meanderförmigen
Filterinedium 14 von der stromaufwärts gelegenen Seite des-Gasstromes angeordnet sind, an ihrem oberen Ende in der elektrisch leitenden Dichtungsschicht 3 9 und an ihrem unteren Ende in der isolierenden Dichtungsschicht 4 2 eingebettet ist, während jede elektrisch leitende Separatorelektrode 16, die in dem Filtermedium von der stromabwärts gelegenen Seite des Gasstromes aus angeordnet ist, an ihrem unteren Ende in der elektrisch leitenden Dichtungsschicht 41 und an ihrem oberen Ende in der isolierenden Dichtungsschicht 4 0 eingebettet ist. Dabei ist jede der stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 nur mit einer elektrisch leitenden Dichtung verbunden, während jede der stromabwärts gelegenen Separatorelektroden 16 nur mit der anderen elektrisch leitenden Dichtung verbunden ist, wobei eine hohe negative oder positive Spannung an die stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 angelegt wird, während eine hohe positive oder negative Spannung an die stromabwärts gelegenen Separaturelektroden angelegt wird.
In diesem Fall kann, weil ein elektrisch leitendes flüssiges Dichtungsmittel in die Kanten der Separatorelektroden 15, 16 gegossen und verfestigt wird, die Leistungszufuhr sicher erfolgen, ohne daß sie durch die Kantenform der Separatorelektroden 15, 16 beeinträchtigt wird. Der Mechanisrnus ist daher in hohem Maße zuverlässig.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in der Fig. 13 dargestellt ist, sind die Gummiblätter 43, 44, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, um eine Ladungsbewegung zu verhindern,, jeweils mit der Innenseite der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 des Rahmens 9 verbunden bzw. verklebt und ein am oberen Ende jeder elektrisch leitenden Separatorelektrode 15 ausgebildetes
Kontaktstück, das in dem meanderförmigen Filtermedium 14 von der stromaufwärts gelegenen Seite des Gasstromes montiert ist,steht mit dem Gummiblatt 4 3 federnd in Berührung, während ein am unteren Ende jeder elektrisch leitenden Separaturelektrode 16, die in der stromabwärts gelegenen Seite des Gasstromes montiert ist, federnd mit dem Gummiblatt 4 4 in Berührung steht. Eine hohe negative oder positive Spannung wird an die Separatorelektroden 15 an der stromaufwärts gelegenen Seite angelegt, während eine hohe positive oder negative Spannung an die Separatorelektroden 16 an der stromabwärts gelegenen Seite angelegt wird. In der Fig.13 bezeichnen die Bezugszeichen 4 5 und 46 ein Dichtungsmittel, durch das die oberen und unteren Enden des Filtermediums und der Separatorelektroden 15, 16 jeweils luftdicht mit der oberen Platte 12 und der Bodenplatte 13 verbunden werden.
In diesem Fall wird ein in hohem Maße zuverlässiger Kontakt geschaffen, weil die jeweiligen Kontaktstücke und die entsprechenden elektrisch leitenden Gummiblätter miteinander unter einem dauerhaften Druck in Berührung stehen.
Beim obigen Ausführungsbeispiel sind der Ladebereich und der Staubauffangbereich in einem einstückig geformten Rahmen vorgesehen. Diese beiden Bereiche können aber auch in getrennten Rahmen angeordnet sein, die später miteinander verbunden werden.
Bei der vorherigen Ausführungsform kann eine Hochspannungsquelle über ein elektrisch leitendes Material mit den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden und den stromabwärte gelegenen Separatorelektroden, die in dem meanderförmigen Filter angeordnet sind, verbunden werden. Das elektrisch leitende Material weist einen elektrischen Widerstand auf, ' um eine Bewegung der Ladungsträger auf den Separatorelektroden zu vermeiden, so daß in dem Fall, in dem eine elek-
trische Entladung an einem Teil einer bestimmten Separatorelektrode auftritt, die Menge dieser Entladung durch den elektrischen Widerstand begrenzt wird und es möglich ist zu verhindern, daß sich die Ladungen aller Separatorelektroden zu dem Entladungsteil bewegen, wodurch die Entladungsenergie verringert wird. Es tritt daher niemals der Fall auf, daß die Spannung der Separatorelektrode infolge der elektrischen Entladung zeitweise abfällt, wodurch jede Wahrscheinlichkeit beseitigt wird, daß die Wirksamkeit beim Auffangen von Staub zeitweise verringert wird. Es besteht auch nicht die Gefahr, daß das Filtermedium beispielsweise durch die Ausbildung von Löchern in dem Filtermedium beschädigt wird.
Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Separatorelektroden 15, 16 direkt in die durch das meanderförmige Filtermedium gebildeten Räume von der stromaufwärts gelegenen Seite und von der stromabwärts gelegenen Seite eingeführt. Es sind aber, isolierende Abstandsteile zwischen dem Filtermedium und. den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden und/oder zwischen dem Filtermedium und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden vorgesehen. Diese Ausführungsform wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 14 bis 22 erläutert. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 15' die isolierenden Abstandsteile, die zwisehen dem Filtermedium 14 und den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 angeordnet sind. Mit 16' sind die isolierenden Abstandsteile bezeichnet, die zwischen dem Filtermedium 14 und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden 16 angeordnet sind. Jedes dieser Abstandsteile 15', 16' kann beispielsweise eine aus Polyethylen gefertigte Gaze sein, die in zwei Hälften gefaltet ist, so daß eine Separatorelektrode in ihr gehalten wird, wie dies in der Fig. 14 dargestellt ist.
Das Filtermedium 14, in dem die Separatorelektroden 15, 16
durch die jeweiligen Gazen 15*y 16' richtig angeordnet sind, wird in dem Rahmen 9 in der richtigen Lage eingebaut (Fig.15) und es wird eine·hohe Gleichspannung an die stromabwärts gelegenen Separatorelektroden 16 angelegt, während die stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden 15 mit einem geerdeten elektrischen Kreis 50 verbunden werden, um einen Staubauffangbereich 51 zu bilden. Der allgemein durch das Bezugszeichen 52 bezeichnete Ladebereich enthält die geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und die ionisierenden Drähte 30 und ist -so angeordnet, daß das den' Staub aufweisende Gas, das den Ladebereich 52 durchlaufen hat, in den den Staub auffangenden Bereich 51 eintritt..
Bei der diesen Aufbau aufweisenden Filteranordnung sind zwischen dem Filtermedium 14 und den Separatorelektroden 15, 16 durch die Abstandsteile 15', 16.' Spalte ausgebildet, wie dies in der Fig. 16 dargestellt ist, die einen direkten Kontakt zwischen den Separatorelektroden 15, 16 und dem Filtermedium 14 vermeiden. In diesem Fall wird die Funkenspannung durch die Summe der Dicke t des Filtermediums 14 und der Dicken t' der beiden Abstandsteile 15' und 16' (t + t1 + t1) bestimmt und die Hochspannung Vc wird an den Separatorelektroden 15, 16 angelegt.
Beim Betrieb dieser Ausführungsform der elektrostatischen Filtervorrichtung wird eine hohe Gleichspannung an die ionisierenden Drähte 30 in dem Ladeteil 52 und die Separatorelektroden 16 in dem den Staub auffangenden Bereich 51 angelegt und es wird unter diesen Bedingungen ein Staub enthaltendes Gas in die Vorrichtung geliefert. Die Staubpartikel 47 werden durch eine Corona-Entladung elektrisch geladen, während sie den durch die geerdeten parallelen Plattenelektroden 27 und die ionisierenden Drähte 30 gebildeten Ladeteil durchlaufen, und das die geladenen
Partikel 47 mitführende Gas strömt durch den den Staub auffangenden Bereich 51, wie dies in den Fig. 17 und 18 durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist. Bei diesem Vorgang wird Staub durch denselben Staub auffangenden Mechanismus aufgefangen, der im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 11 erläutert wurde.
Bei der vorangehenden Ausführungsform sind beide Gruppen von Separatorelektroden 15, 16 durch die doppelten Gazen 15', 16' eingehüllt, es kann aber auch nur eine Gruppe dieser Elektroden, d.h. entweder die Separatorelektroden 15 oder die Separatorelektroden 16, durch die Gazen eingehüllt sein. Es ist auch nicht erforderlich, die Gazen 15', 16' so auszubilden, daß sie die Separatorelektroden 15, 16 einzeln umgeben. Sie können auch so angeordnet sein, daß sie sich meanderförmig entlang beider Seiten des meanderförmigen Filters 14, wie dies in der Fig. 19 dargestellt ist, oder entlang einer Seite des meanderförmigen Filtermediums 14, wie dies in der Fig. 20 dargestellt ist, erstrecken, so daß die Gazen zwischen dem Filtermedium 14 und den Separatorelektroden 15, 16 angeordnet sind. Während im Zusammenhang mit der obenbeschriebenen Ausführungsform Polyethylengazen als isolierende Abstandsteile verwendet werden, ist es auch möglich, Gazen oder Netze zu verwenden, die aus zahlreichen anderen Arten isolierender Materialien gefertigt sind, oder gasdurchlässige Materialien zu verwenden. In diesem Fall kann die Größe der Maschen oder Poren in einer geeigneten Weise aus dem Bereich ausgewählt werden, der den Durchgang des zu behandelnden, den Staub aufweisenden Gases ermöglicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein isolierendes Material an den höchsten Punkten der wellenförmigen Separatorelektroden 15, 16 zu verkleben oder auf eine andere Weise zu befestigen, um die in der Fig. 21 dar·^ gestellten isolierenden Schichten 53 zu bilden. Es ist auch
möglich, ein isolierendes Material nur an den Teilen der Oberfläche dos Filtermediums zu verkleben oder auf eine andere Weise zu befestigen, an denen die höchsten Punkte der Separatorelektroden 15, 16 angreifen, um die isolierenden Schichten' 54 zu bilden, wie.dies in der Fig. 22 dargestellt ist. Da diese isolierenden Schichten 53 oder 54 die Bereiche der höchsten Punkte der Separatorelektroden bedecken, an denen das elektrische Feld konvergiert, wird eine sehr hohe Funkenspannung geschaffen. Da die Separatorelektroden infolge der isolierenden Schichten nicht direkt mit dem Filtermedium in Kontakt stehen, besteht auch keine Gefahr, daß ihr isolierendes Verhalten unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur oder Feuchtigkeit verschlechtert wird.
Auf diese Weise wird bei dieser beschriebenen Ausführungsform ein direkter Kontakt zwischen dem Filtermedium und beiden Separatorelektroden 15, 16 oder einer Separatorelektrode vermieden und die Funkenspannung wird durch die Summe der Dicke des Filtermediums und der Dicke der isolierenden Abstandsteile und die an die Separatorelektroden'angelegte Hochspannung bestimmt, so daß selbst dann, wenn der elektrische Isolationswiderstand des Filtermediums infolge einer hohen Umgebungstemperatur oder Feuchtigkeit verkleinert wird, der Verluststrom verringert wird und kein Abfall der Spannung der Spannungsquelle eintritt. Es wird eher die Funkenspannung erhöht, um das Anlegen einer höheren Spannung an die Separatorelektroden zu ermöglichen, wodurch, die Wirksamkeit beim Auffangen von Staub erhöht wird. Der Sicherheitsfaktor bei der Anlegung einer hohen Spannung zwischen den Separatorelektroden wird noch vergrößert und die Vorrichtung kann verwendet werden, ohne daß ein Einfluß durch die Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise die Temperatur, die Feuchtigkeit etc., am Orte der Installation zu befürchten ist. Außerdem wird in dem Fall, in dem die
elektrisch leitenden Separatorelektroden mit einer Gaze oder dgl. bedeckt sind, jede. Gefahr beseitigt, daß die Separatorelektroden während der Herstellung des den Staub auffangenden Bereiches durch das Filtermedium brechen, was zu einem Kurzschluß führen könnte, wenn teilweise ein Kontakt zwischen den stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden auftreten würde. Der Einbau der Abstandsteile, wie beispielsweise der Gazen, führt zu keinem bedeutenden Anstieg des Gefälleverlustos und da für diese Abstandsteile ein im Vergleich zu dem Filtermaterial billiges Material verwendet werden kann, führt dies dazu, daß der sich ergebende Anstieg der Materialkosten klein ist.
Leerseite

Claims (1)

  1. «·:NTA^vwylti·;"
    .-·-- ^ ? ? 7 7 P Π STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ
    WIDENMAYERSTRASSE 17. I)-BOOO MÜNCHEN 22
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    I)IPI. CIIKM. I)K. UKSULA SCHtMlKl. HOPF*
    DlPL-PIIYS. I)K. KÜTCKK SCHULZ·
    AUCH UECIITSANWALT I)II1L. ING. KKINIIAKU WKlSE
    •ALSO EUKOPKAN PATKNT ATK)KNlCY
    TKLKK)N K)HSD 22:1!) Il TKLKX Π 21 40:Ui SSSM I) TKLKCOPIKk K)Hi)) WWJWi
    DEA-13 710
    12. Oktober 1982
    Patentansprüche
    1. Elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladeoereich (52), in dem die Staubpartikel eines den Staub enthältenden durch den Ladebereich hindurchtretenden Gases durch eine Corona-Entladung elektrisch aufladbar sind und ein den StauD auffangender Bereich (51), vorgesehen sind, der ein FiI-termedium (14), das sich meanderförmig in der Richtung erstreckt, die senkrecht zur Richtung des aus dem Ladebereich austretenden, den Staut) enthaltenden Gases steht, und eine Mehrzahl von Separatorelektroden (15, 16) aufweist, die den Durchtritt des den Staub enthaltenden Gases ermöglichen und in den zwischen benachbarten Teilen des meanderförmigen Filtermediums (14) von der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des Gasstromes bestehenden Räumen angeordnet sind, daß eine Hochspannung zwischen die stromaufwärts gelegenen SeparatoreleKtroden und die stromabwärts gelegenen Separatorelektroden anlegDar ist, daß elektrisch leitende Elemente (20, 21; 39, 41; 43, 44) die einen elektrischen Widerstand auf
    01
    weisen, um die Bewegung der Ladungen der Separatorelektroden (15, 16) zu verhindern, so vorgesehen sind, daß sie einen Kontakt mit den stromaufwärts und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden (15,16) aufweisen und daß die elektrisch leitenden Elemente mit einer Hochspannungsquelle (34) verbunden- sind.
    2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die elektrisch leiten-, den Elemente jeweils aus einem den elektrischen Widerstand aufweisenden Gummiblatt (20,21) bestehen, das V-förmig gebogen ist.
    3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein gebogener Teil (22) des. Gummiblattes eine Mehrzahl von von der Kante aus. verlaufenden Einschnitten (25) aufweist, um eine Mehrzahl von kleinen Kontaktstücken zu bilden.
    .4. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrisch leitende Element aus einer elektrisch leitenden Dichtung . (39) besteht, die dadurch gebildet ist, daß ein flüssiges elektrisch leitendes Dichtungsmittel., das einen elektrischen " Widerstand zur Vermeidung der Bewegung der Ladungen der Separatorelektroden (15,16) aufweist, in den Bereich zwischen dem Rahmen (9) der Anordnung, dam Ende des meanderförmigen Filtermediums (14) und den Enden der stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden, die in dem Filtermedium (14) gehalten werden, gegossen und verfestigt wird, und daß eine weitere elektrisch leitende Dichtung (41) dadurch gebildet wird, daß das flüssige, elektrisch leitende Dichtungsmittel in den Raum zwischen dem Rahmen (9), dem .
    Ende des meanderförmigen Filtermediums (14) und den Enden
    02
    der in dem Piltermedium (14) gehaltenen stromabwärts gelegenen Separatorelektroden gegossen und verfestigt wird.
    5. Filteranordnung nach Anspruch 4., dadurch
    gekennzeichnet, daß die eine elektrisch leitende Dichtung (39) auf einer der sich gegenüberliegenden Wandflächen des Rahmens (9) und die andere elektrisch leitende Dichtung (41) an der anderen der sich gegenüberliegenden Wandflächen des Rahmens (9) vorgesehen sind.
    6. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrisch leitende Element (43, 44) aus. einem elektrisch leitenden Blatt besteht, das einen elektrischen Widerstand zur Vermeidung der Bewegung der Ladungen der Separatorelektroden (15, 16) aufweist und so angeordnet ist, daß es elastisch mit den Enden der in dem meanderförmigen Filtermedium gehaltenen stromaufwärts gelegenen Separatorelektroden in Verbindung steht und daß ein weiteres elektrisch leitendes Blatt (44) so angeordnet ist, daß es elastisch mit den Enden der in dem meanderförmigen Filtermedium gehaltenen stromabwärts gelegenen Separatorelek- troden in Verbindung steht.
    7. Filteranordnung nach Anspruch 6, dadurch
    gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Blatt (43) an einer Flache von sich gegenüberliegenden Wänden des Rahmens (9) vorgesehen ist und daß die andere elektrisch leitende Schicht an der anderen Fläche der sich gegenüberliegenden Wände des Rahmens (9) vorgesehen ist.
    8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß gasdurchlässige isolierende Abstandsteile (15', 16') zwischen dem Filtermedium (14) und den stromaufwärts gelegenen Separator- elektroden (15) und/oder zwischen dem Filtermedium (14) und den stromabwärts gelegenen Separatorelektroden (16) vorgesehen sind.
    9. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsteile die Form einer aus einem Kunststoff oder einem anderen isolierenden Material hergestellten Gaze aufweisen.
    10. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile die Form von isolierenden Schichten (53) aufweisen, die an den höchsten Punkten der wellenförmig ausgebildeten Separatorelektroden vorgesehen sind.
    11. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsteile die Form von weiteren isolierenden Schichten (54) aufweisen, die an den Bereichen der Oberfläche des Filtermediums (14) vorgesehen sind, an denen die höchsten Punkte der Separatorelektroden (15,16) anliegen.
    12. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsteile die Form von isolierenden Gazen aufweisen., die die Separatorelektroden (15, 16) einzeln umhüllen.
    13. Filteranordnurtg nach Anspruch 8* dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsteile die Form von isolierenden Gazen aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie sich entlang beider Seiten oder einer Seite des meanderförmigen Filtermediums (14) erstrecken.
    04
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