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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft die Ansammlung von Tröpfchenaerosol durch elektrostatisches
Abscheiden und Verfahren, die die Wirksamkeit für die Ansammlung von Partikeln
verbessern. Die Verbesserungen beinhalten eine oder mehr Verwendungen von
mehrfachen, dünndrahtigen
Entladungselektroden, die Verwendung eines leitenden, porösen Mediums
als eine Sammelfläche,
die Verwendung einer elektrostatischen Hochspannungs-Abschirmung,
um die Ablagerung von Partikeln auf dem Isolator für die Bauteile
zu verhindern und die Verwendung eines erwärmten Isolators, um die Dampfkondensation
und die Ablagerung von Partikeln durch Thermophorese zu verhindern.
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Elektrostatisches
Abscheiden ist eine der am weitesten verbreiteten, verwendeten Verfahren
zum Entfernen schwebender Feststoffpartikel aus einem Gas zur Gasreinigung
oder zur Kontrolle der Luftverschmutzung. Im Vergleich mit anderen
Partikel-Ansammlungsvorrichtungen wie Zentrifugalabscheider, Nass-Staubabscheider,
Filter und dergleichen hat ein elektrostatischer Abscheider den
Vorteil eines niedrigen Druckabfalls, einer hohen Sammlungswirksamkeit
und erfordert relativ geringe Mengen elektrischer Energie für seinen
Betrieb. Der niedrige Druckabfall des elektrostatischen Abscheiders
macht die Vorrichtung am vorteilhaftesten bei großen volumetrischen Strömungsraten
der Gasströmung,
die eine Aufbereitung benötigt.
Elektrostatisches Abscheiden wurde umfassend für großflächige, industrielle Anwendungen
wie der Entfernung von Flugasche aus Kraftwerksanlagen, dem Steuern
der Partikelemission von Schmelzöfen,
der Stahl- und Zementherstellung und anderen ähnlichen Industriezweigen und
für den allgemeinen
Zweck der Luftreinigung für
die Gebäudeentlüftung verwendet.
Ein typischer elektrostatischer Abscheider kann bei mehreren hundert
Kubikmetern oder Kubikfuß pro
Minute der Strömung
in kleinen Systemen und bis zu mehreren Millionen Kubikmetern oder
Kubikfuß pro
Minute für
große
Industrieanlagen arbeiten.
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Die
erste Laborvorführung
des elektrostatischen Abscheidens wurde gemäß zuverlässigen Quellen 1824 von Hohifeld
vorgenommen. Das erste US Patent für das elektrostatische Abscheiden
wurde 1886 als Nr. 342 548 für
Walker erteilt. Mit den Jahren wurden zahlreiche weitere Patente
für elektrostatische
Abscheider erteilt. Diejenigen, die als am bedeutendsten angesehen
werden, beinhalten unter anderem das US Patent Nr. 895 729 für Cottrell
für die
Verwendung von gleichgerichtetem Wechselstrom für das elektrostatische Abscheiden
und die Erfindung des Flüssigfilm-Abscheiders
von Bums gemäß dem Patent
Nr. 1 298 088, das feindrahtige Elektroden- und zweistufige Abscheidungssystem von
Schmidt, Patent Nr. 1 329 285, den Luftreinigungs-Abscheider mit
niedrigen Ozon des Patents Nr. 2 000 654 für Penney und die Impulsspeisung
von Abscheidern, die im Patent Nr. 2 509 548 für White offenbart wurde.
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Die
Druckschrift EP-A-0 044 361 betrifft einen elektrostatischen Abscheider
zum Extrahieren von Partikeln und anderen Verunreinigungen aus einem
zu reinigenden, gasförmigen
Strom. Die Verunreinigungen wurden mittels eines Entladungs-Elektroden-Aufbaus
ionisiert, der eine Säule
aus dielektrischem Material aufweist, deren Mittelachse mit der Achse
eines Kollektorrohrs zusammenfällt,
in dem die Säule
angeordnet ist.
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Die
Druckschrift US-A-3 716 966 betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung
zum Reinigen verunreinigter Gase und spezieller einen elektrostatischen Nass-Abscheider.
Der Abscheider und die Koronaentladungs-Elektroden werden in einem
ringförmigen Durchlass
zwischen zwei Rohren aufgehängt,
um Partikel aus einem dort vertikal beförderten Gas zu entfernen. Die
Koronaentladungs-Spannungen werden in impulsartiger Form angelegt,
wogegen eine niedrigere Abscheider-Spannung auf einem konstanten
Niveau gehalten wird.
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Die
grundlegende Ausführung
des elektrostatischen Abscheiders ist über die Jahre relativ unverändert geblieben.
In seiner einfachsten Form wird für einen einstufigen Abscheider
eine Hochspannungselektrode in der Mitte eines geerdeten Rohrs angeordnet.
Eine hohe Gleichspannung an der Mittelelektrode mit einem kleinen
Durchmesser bewirkt, dass sich eine Koronaentladung zwischen der
Elektrode und der Innenfläche
des Rohrs entwickelt. Wenn das Gas, das schwebende Partikel enthält, zwischen
die Elektrode und die Rohrwand strömt, werden die Partikel durch
die Koronaionen elektrisch aufgeladen. Die aufgeladenen Teilchen
werden dann elektrostatisch durch das elektrische Feld auf die Innenfläche des
Kollektorrohrs abgeschieden.
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Ein
Nachteil des elektrostatischen Abscheiders ist seine relativ große technische
Größe. Gemäß Deutsch
(W. Deutsch, Ann. der Physik, Band 68, Seite 335, 1922) ist die
Basis-Gleichung,
die den Betrieb des elektrostatischen Abscheiders regelt: η =
1 – e–Aw/Q
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Die
Gleichung von Deutsch betrifft die Ansammlungswirksamkeit des Abscheiders η, die Sammlungsfläche des
Abscheiders A, die volumetrische Strömungsrate Q durch den Abscheider
und die elektrische Wanderungsgeschwindigkeit w der Partikel. e
ist die Konstante 2,718, die Basis von natürlichen Logarithmen. Für eine spezifische
Anwendung wird die Sammlungsfläche
des Abscheiders A bestimmt, wenn die erforderli che, volumetrische Gas-Strömungsrate
Q bekannt ist. Um die technische Gesamtgröße des Abscheiders zu verringern, können eng
beabstandete Abscheiderplatten verwendet werden. Bei diesem Ansatz,
die technische Größe zu verringern,
gibt es jedoch eine Begrenzung. Wenn die sich ergebende technische
Größe des Abscheiders
für die
Anwendung immer noch zu groß ist,
dann wird ein elektrostatischer Abscheider als unausführbar angesehen.
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Es
wurden in letzter Zeit verschiedene Anwendungen entwickelt, in denen
eine bedeutende Verringerung der technischen Gesamtgröße des elektrostatischen
Abscheiders benötigt
wird. Eine Anwendung ist die Entfernung der schwebenden Feststoffpartikel
aus dem vorbeiströmenden
Gas von einem Dieselmotor. In Dieselmotoren hat das Verbrennungsgas
mit hoher Temperatur und hohem Druck im Motorzylinder eine Neigung,
an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse auszuströmen. Dies
wird gewöhnlich
als das vorbeiströmende
Gas bezeichnet. Dieses vorbeiströmende
Gas enthält Schmieröl-Tröpfchen von
Schmieröl-Filmen, die durch
das mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmende Gas vernebelt wurden,
das vom Hochdruckzylinder in das Kurbelgehäuse strömt. Es enthält außerdem Diesel-Abgaspartikel,
die aus der unvollständigen
Verbrennung des Dieselkraftstoffs im Motorzylinder resultieren.
Die Menge des vorbeiströmenden Gases
ist für
neue Motoren relativ klein, wird aber mit der Zeit, wenn die Motoren
altern, ansteigen, wobei die Kolbenringe keine gute Abdichtung mehr
bieten. Dieses vorbeiströmende
Gas hat in der Regel eine Strömungsrate
von wenigen Kubikfuß pro
Minute (cubic feet per minute – cfm)
und vielleicht 20 cfm (ca. 0,5 m3) für Motoren
in einem gutem Betriebszustand.
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Das
vorbeiströmende
Gas des Diesels strömt
gegenwärtig
direkt in die Atmosphäre
aus. Um die Umwelt zu schützen,
gibt es einen Bedarf, die schwebenden Öltröpfchen und die Diesel-Abgaspartikel im
vorbeiströmenden
Gas zu entfernen, so dass das vorbeiströmende Gas zur Frischluft-Einlassseite des
Dieselmotors für
eine weitere Verbrennung zurückgeführt werden
kann. Dieses "Rückführungssystem
für vorbeiströmendes Gas" ist nur dann praktisch,
wenn die schwebenden Feststoffpartikel entfernt werden, um eine
Verunreinigung der Bauteile und der Ausrüstung, die sich an der Luft-Einlassseite des
Dieselmotors befinden, zu vermeiden. Ein solches Bauteil ist der
Turbolader oder Kompressor, der zum Vorverdichten des Dieselmotors
verwendet wird, um die Ausgangsleistung und Wirksamkeit zu erhöhen.
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Für die Anwendung
im Rückführungssystem für vorbeiströmendes Gas
muss der elektrostatische Abscheider kompakt und zuverlässig sein.
Es ist außerdem
wünschenswert,
dass die Betriebsspannung des Abscheiders relativ niedrig ist, so
dass eine sehr hohe Versorgungsspannung nicht benötigt wird.
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Eine
weitere Anwendung für
einen elektrostatischen Abscheider, dessen Größe von bestehenden Abscheidern
verringert ist, gibt es für
die Entfernung von schwebenden Öl-
und Schmierpartikeln im Abgas von gewerblichen Küchen, einschließlich Küchen in
Fast-Food- sowie herkömmlichen
Restaurants.
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Eine
dritte Anwendung eines elektrostatischen Abscheiders mit verringerter
Größe ist die
Entfernung von Tröpfchen
der Schneidflüssigkeit
aus der Umgebung einer Maschinenhalle. Während der Bearbeitung von Metallteilen
wird in der Regel eine Schneidflüssigkeit
auf das Werkzeug und die bearbeiteten Teile gerichtet, um eine Kühlung sowie
eine Schmierung bereitzustellen. Etwas von dieser Schneidflüssigkeit
wird vernebelt, so dass durch die höhere Drehzahl des umlaufenden
Schneidwerkzeugs kleine Tröpfchen
gebildet werden. Dieses Schneidflüssigkeits-Aerosol stellt eine
Gesundheitsgefährdung
für die
Arbeiter dar und muss gefiltert werden, um die schwebenden Tröpfchen zu
entfernen. Herkömmliche
Faserfilter sind für
diese Anwendung nicht geeignet, da die gesammelten Tröpfchen dazu
nei gen, den Filter zu verstopfen und in kurzer Zeit einen übermäßigen Druckabfall
zu erzeugen. Der innewohnende Vorteil der kleinen, kompakten, technischen
Größe und die
innewohnenden, flammensperrenden Eigenschaften des Abscheiders der vorliegenden
Erfindung machen ihn für
diese Anwendungen besonders geeignet.
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Es
sollte angemerkt werden, dass der Begriff "kompakte Größe" hier im relativen Sinn angewendet wird,
um anzuzeigen, dass die Größe des auf
der Basis dieser Erfindung ausgeführten Abscheiders im Vergleich
zu elektrostatischen Abscheidern einer herkömmlichen Ausführung mit
der gleichen Strömungsgeschwindigkeit
und dem gleichen Wirksamkeitsniveau kleiner und kompakter ist. Notwendigerweise
muss der elektrostatische Abscheider als ein Kollektor für vorbeiströmende Dieselpartikel
ausreichend klein sein, um unter die Motorhaube eines Lastwagens
zu passen, der durch einen Dieselmotor angetrieben wird. Das Gesamtvolumen
des Kollektorrohrs darf nicht mehr als wenige Liter, vorzugsweise
unter zwei Litern betragen. Andererseits wird ein elektrostatischer
Abscheider, der für
Anwendungen der Küchenabluft
ausgeführt
wird, wegen der hohen Strömungsrate
des zu behandelnden Abgases erheblich größer sein müssen. So ein Kollektor kann auch
kompakt genannt werden, selbst wenn der Kollektor mehrere Kubikmeter
oder Kubikfuß im
Gesamtvolumen groß ist,
solange der Kollektor der herkömmlichen
Ausführung
noch, zum Beispiel um 50 oder 100%, größer ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist ein elektrostatischer Abscheider, der
eine verbesserte Betriebswirksamkeit hat, während er in seiner technischen
Größe kleiner
ist als bestehende Vorrichtungen, die mit ähnlichen Strömungsraten
umgehen. Diese Aufgaben werden mit der Elektrodenanordnung gemäß Anspruch
1 erfüllt.
Die vorliegende Vorrichtung verwendet mehrfache elektrische Draht-Entladungselektroden,
die die Verringerung der Länge
des Abscheiders ermöglichen.
Als Sammelfläche
wird ein elektrisch leitendes, poröses Medium bevorzugt verwendet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine elektrostatische Abschirmung,
die verwendet wird, um die Partikelablagerung auf den Isolatoren
für Hochspannungsbauteile
zu verringern oder zu verhindern. Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist die Verwendung von erwärmten
Elektroden, die die Dampfablagerung und auch die Partikelablagerung
durch Thermophorese verhindern.
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Alle
Aspekte der Erfindung wirken zusammen, um die Wirksamkeit zu erhöhen und
die technische Größe für eine vorgegebene
Strömungsrate
zu verringern. Diese Verbesserungen haben es möglich gemacht, die technische
Gesamtgröße des Abscheiders
erheblich zu verringern. Die kleine, kompakte technische Größe hat es
wiederum praktisch gemacht, die elektrostatische Partikel-Ansammlung
für die
obigen Anwendungen zu verwenden, in denen eine kleine technische
Größe wichtig
ist. Die Aufbereitung des vorbeiströmenden Dieselabgases, um die
schwebenden Öltröpfchen und
Feststoffpartikel zu entfernen, ermöglicht es, das vorbeiströmende Abgas
mit einer minimalen Menge von Partikel-Luftschadstoffen in die Umgebung
ausströmen
zu lassen oder zur Luft-Einlassseite des Dieselmotors für die Abgas-Rückführung zurückzuführen. Bei der Verwendung zur
Entfernung von Öl-
und Schmierpartikeln, die im Abgas von gewerblichen Küchen enthalten
sind, werden die organischen Feststoffpartikel entfernt. Eine weitere
Anwendung ist die Ansammlung von Tröpfchenaerosolen der Schneidflüssigkeit in
Maschinenhallen, in denen versprühte
Flüssigkeiten
in die Atmosphäre
dringen.
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Während die
vorliegende Erfindung hauptsächlich
für Anwendungen
wie jene entwickelt wurde, die oben beschrieben wur den, macht die
kleine, kompakte Größe des neuen
Abscheiders die Vorrichtung für
eine Vielfalt von weiteren Anwendungen geeignet, selbst in den Fällen, in
denen kleine technische Abmessungen kein hauptsächliches Erfordernis ist.
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Für den Zweck
dieser Offenlegung wird Aerosol als kleine, in einem Gas schwebende
Partikel bzw. Tröpfchen
definiert. Die Partikel können
ein Feststoff, eine Flüssigkeit
oder ein Gemisch von beiden sein. Die Partikelgröße kann von ungefähr 0,001 μm bis 100 μm reichen,
wobei der Größenbereich 0,01 μm bis 20 μm von größtem Interesse
ist. Für
die vorliegende Anmeldung konzentriert sich die größte Masse
der zu sammelnden Aerosol-Partikeln im letzteren Größenbereich.
Tröpfchen-Aerosol wird als
ein Aerosol definiert, in der die schwebenden Partikel hauptsächlich Tröpfchen sind
und eine Kugelform haben. Die flüssigen
Tröpfchen
müssen
jedoch keine reine Flüssigkeit
sein und können
schwebende feste Partikel in jedem Tröpfchen enthalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines kompakten elektrostatischen
Abscheiders entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht an der horizontalen Linie 2-2 in 1;
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3A eine
schematische Schnittansicht einer modifizierten Form der Elektrodenhalterung
und der Hochspannungsabschirmung, die mit dem Abscheider von 1 verwendet
werden;
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3B eine
weitere modifizierte Form einer Elektrodenhalterung und einer Hochspannungsabschirmung,
die mit dem Abscheider von 1 verwendet
werden;
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4 eine
Querschnittsansicht eines Abscheiders entsprechend der vorliegenden
Erfindung, aber mit einer rechteckigen Form;
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5 eine
schematische Darstellung eines Ultraschall-Generators, der verwendet wird, um Aerosole
in den elektrostatischen Abscheider in der vorliegenden Erfindung
einzuführen;
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6 eine
Querschnittsansicht eines modifizierten kompakten Abscheiders, der
eine unterschiedliche Bauart der Elektrodeanordnung von der in 1 gezeigten
verwendet;
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7 eine
Schnittansicht an der Linie 7-7 in 6;
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8 eine
Schnittansicht einer noch weiteren modifizierten Form eines elektrostatischen
Abscheiders des kompakten elektrostatischen Abscheiders der vorliegenden
Erfindung;
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9 eine
Schnittansicht an der Linie 9-9 in 8;
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10 ein
schematisches Blockschaltbild eines in einem Dieselmotor verwendeten
Rückführungssystems
für vorbeiströmendes Gas;
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10A ein modifiziertes Rückführungssystem ähnlich dem
gemäß 10;
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11 ein
weiteres modifiziertes Blockschaltbild eines in einem Dieselmotor
verwendeten Rückführungssystems
für vorbeiströmendes Gas;
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12 ein
Blockschaltbild ähnlich
zu 11 mit einem geregelten Strömungsbegrenzer bzw. einer Strömungsdrossel
am Auslass des Zwischenkühlers;
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13 eine
Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht;
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14 eine
vertikale Schnittansicht eines weiteren modifizierten, kompakten
elektrostatischen Abscheiders;
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15 eine
Schnittansicht an der Linie 15-15 in 14;
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16 eine
Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht,
wie er entlang der Linie 15-15 von 14 sein
würde;
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17 eine
Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht,
wie er entlang der Linie 17-17 von 14 sein
würde;
und
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18 einen
flachen Grundriss einer zylindrischen Elektrodenhalterung, die auf
eine flache Oberfläche
ausgerollt ist, um ein modifiziertes Muster für den Elektrodendraht, der
auf der Elektrodenfläche gehalten
wird, deutlich zu machen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines elektrostatischen Abscheiders 10 entsprechend
der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 12 hat eine Entladungs-Elektrodenanordnung 14,
um die Koronaentladung zu erzeugen. Eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung 16 legt
eine Hochspannung (mehrere Tausend Volt) an die Elektrodenanordnung 14 an
einen Draht an, der von einer Isolationsbuchse 18 umgeben
ist. Die Buchse 18 ist von einer Hochspannungs-Abschirmung 20 umgeben, die
aus einem geeigneten, leitenden Material besteht.
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Eine
elektrische Heizvorrichtung 22 befindet sich mit der Isolationsbuchse 18 in
Kontakt, so dass die Isolationsbuchse auf einer ausreichend hohen Temperatur
gehalten wird, um eine Dampfkondensation und Partikelablagerung
an der Buchse 18 zu verhindern.
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Das
die schwebenden Tröpfchen
und andere Feststoffpartikel enthaltende Gas von einer Quelle 23 wird
so gerichtet, dass es durch eine Einlassöffnung 24 des Gehäuses 12 strömt und durch
ein poröses Medium 26 in
den Einlass geführt
wird. Das poröse Medium 26 ist
ein relativ unwirksamer Tröpfchensammler,
um große
Verunreinigungen herauszuhalten, so dass die meisten Tröpfchen im
Aerosol durch das Gas in den elektrostatischen Elektroden-Bereich oder
die Kammer 28 oben befördert
werden.
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Das
eingegebene Gas strömt
dann um die Elektrodenanordnung 14, um die Tröpfchen-Partikel im
Gas dem hohen elektrischen Feld um die Elektrodenanordnung herum
auszusetzen. Die Entladungs-Elektrodenanordnung 14 weist
eine starre Mittelhalterung 30 für zwei Haltescheiben 32 und 34 an den
gegenüberliegenden
Enden der Mittelhalterung auf. Die obere Scheibe 32 kann
an der Isolationsbuchse 18 angebracht sein und damit die
Scheiben 32 und 34 vom Gehäuse 12 halten. In
jeder Scheibe 32 und 34 sind mehrere Löcher 35 (siehe 2)
ausgebildet, wobei ein feiner Metalldraht 36 zwischen ihnen
gespannt ist. Die Schnittansicht 2 durch
die kompakte, elektrostatische Abscheider-Elektrode 14 zeigt,
dass es acht Löcher
in jeder der Haltescheiben gibt. Durch die Löcher wird ein feiner Metalldraht 36 gefädelt, um
acht gerade, parallele Entladungselektroden 36 zu bilden.
Wenn beispielsweise der Abstand zwischen den zwei Haltescheiben
8 Zoll (20,3 cm) beträgt,
wird die feine Drahtelektrode 36, die sich zwischen ihnen
erstreckt, jeweils 8 Zoll (20,3 cm) lang sein für eine Gesamtlänge der
Entladungselektrode von 64 Zoll (1,65 m). Um mehr Entladungselektroden
zu bilden, können
in den Haltescheiben 32 und 34 mehr Löcher verwendet
werden, oder es können
weniger Löcher
verwendet werden, wenn eine geringere Länge der Entladungselektroden
benötigt wird.
Mit dem oben erwähnten
Abstand von 8 Zoll (20,3 cm) zwischen den Haltescheiben und einem Durchmesser
des Elektrodenkreises von 3 Zoll (7,62 cm), beträgt der Durchmesser des Gehäuses 12 ungefähr 5 Zoll
(12,7 cm), wobei seine Länge
ungefähr 10
Zoll (25,4 cm) beträgt.
Durch die Verwendung der herkömmlichen
Ausführung
mit einer einzelnen Entladungselektrode in der Mitte eines Rohrs,
beträgt
die Gesamtlänge
des elektrostatischen Abscheiders mehr als 64 Zoll (1,65 m). Der Vorteil
der vorliegenden Elektrodenausführung
beim Verringern der Größe des Abscheiders
und seiner kompakten Herstellung gegenüber der herkömmlichen
Ausführung
wird damit offensichtlich.
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Das
Gas (Aerosol) strömt
um die Drähte 36 herum,
wobei in der Koronaentladung Ionen erzeugt werden. Die Ionen stoßen mit
den Tröpfchen
zusammen, um zu bewirken, dass die Tröpfchen aufgeladen werden. Die
aufgeladenen Tröpfchen
werden dann von der Gasströmung
durch ein elektrisch leitendes, geerdetes, poröses Medium 40 befördert, wenn
das Gas zu einem Auslass 42 strömt. Die Tröpfchen sammeln sich durch das
elektrostatische Abscheiden auf den geerdeten Sammelelementen im Medium
an.
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Das
saubere Gas strömt
dann aus dem ringförmigen
Raum 41 zwischen dem porösen Medium 40 und
dem äußeren Gehäuse 12 zum
Auslass 42. Die angesammelten Öltröpfchen strömen an der Innenfläche des
porösen
Mediums 40 als ein dünner Film
herunter, der durch die Schwerkraft zu einem Ölbehälter oder einer Ölwanne 44 zurückgeführt wird.
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Gemäß 1 sind
alle Teile des Systems geerdet, abgesehen von der Hochspannungs-Elektrodenanordnung
und der Hochspannungs-Abschirmung 20.
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Durch
die Verwendung eines dünnen
Drahtes mit einem gleichförmigen
Durchmesser in der obigen Elektrodenanordnung und den anderen offenbarten
Ausführungsbeispielen,
ist es wichtig, den Abstand zwischen jedem Drahtsegment und der
benachbarten Kollektorelektrode für alle Drahtsegmente der Haltekonstruktion
gleichzuhalten. Indem der Abstand gleichförmig gehalten und das gleiche Hochspannungspotenzial
auf alle Drahtsegmente angewendet wird, kann eine gleichförmige Koronaentladung
aufrechterhalten werden. Dadurch wird gewährleistet, dass alle Partikel,
die durch die Vorrichtung strömen,
gleichförmig
und bis zum gleichen, höchstmöglichen
Ausmaß aufgeladen werden,
um eine hohe Ansammlungswirksamkeit für die Vorrichtung zu gewährleisten.
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Bei
der Ausführung
des elektrostatischen Abscheiders mittels der obigen Elektrodenanordnung muss
der Zwischenraum S zwischen den Drahtsegmenten ein richtiges Verhältnis zum
Abstand D zwischen dem Drahtsegment und der benachbarten Kollektorelektrodenfläche halten
(siehe 2). Ein zu kleiner Zwischenraum S wird bewirken,
dass sich die eng beabstandeten Drahtsegmente gegenseitig beeinflussen,
wodurch der maximale Strom, den man von jedem Draht erhalten kann,
verringert wird. Ein zu großer
Zwischenraum wird bewirken, dass einige leere Punkte auf der Kollektor-Oberfläche erscheinen.
In diesen leeren Punkten gibt es keinen Koronaentladungsstromfluss.
Partikel, die über
diese leeren Punkte strömen,
werden nicht auf Ionen treffen und damit ungeladen bleiben. Anhand
der Erfahrung hat man herausgefunden, dass das Verhältnis S/D
zwischen den Grenzen von 0,1 und 10, vorzugsweise zwischen 0,3 und
3 gehalten werden muss, damit die Elektrodenanordnung richtig funktioniert
und eine Leistungsverschlechterung vermieden wird.
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Für die Anwendung
in einem Diesel-Rückführungssystem
für vorbeiströmendes Gas
ist das Einlassgehäuse 24 mit
einer Öffnung
im Kurbelgehäuse
verbunden, das an 23 dargestellt ist, wobei der angesammelte Ölfilm ebenfalls
direkt in das Kurbelgehäuse
zurückgeführt wird.
Der Auslass 42 kann zur Atmosphäre hin offen sein, damit das
gereinigte, vorbeiströmende
Gas in die Atmosphäre
ausströmen kann,
oder der Auslass 42 kann mit dem Einlass des Dieselmotors
zur Abgas-Rückführung verbunden sein.
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Die
Gesamtlänge
der Entladungselektrode ist gegenüber der eines herkömmlichen
Abscheiders mit einer einzelnen Entladungselektrode in der Mitte eines
Rohrs außerordentlich
erhöht.
Der Koronaentladungsstrom, der zwischen der Entladungs elektrode und
dem Kollektorrohr aufrechterhalten werden kann, ist im Allgemeinen
zur gesamten Elektrodenlänge
proportional. Der hier beschriebene Ansatz macht es möglich, die
Elektrodenlänge
und damit den gesamten Koronaentladungsstrom außerordentlich zu erhöhen, wodurch
die Wirksamkeit sowohl für das
Aufladen der Tröpfchen-Partikel
als auch für
das Abscheiden der geladenen Tröpfchen
oder Partikel erhöht
wird. Eine Labor-Prototypvorrichtung
hat die Praktikabilität
dieses Ansatzes nachgewiesen. Es wurden nicht weniger als sechzehn
Entladungselektroden verwendet, die annäherungsweise zu einem Faktor
einer sechzehnfachen Erhöhung
der gesamten Koronaentladung der Labor-Prototypen führten.
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Ein
weiterer Zweck der gezeigten Elektrodenausführung ist es, dass die Entladungselektrode umlaufend
auf einem Kreis gelagert werden kann. Ein Kreis mit einem großen Durchmesser
für die Montage
der Elektrodenlänge
wird die Entladungselektroden (die Drähte) enger an die Sammelfläche des
porösen
Mediums 40 heranbringen, wodurch die Spannung verringert
wird, die benötigt
wird, um die Koronaentladung zwischen der Elektrode und der geerdeten,
porösen
Sammelfläche
aufrechtzuerhalten. Eine niedrigere Betriebsspannung als bei den
bestehenden Abscheidern ist für
die oben beschriebenen Anwendungen wünschenswert, um die Notwendigkeit
für eine
Höchstspannungsisolierung
zu verringern. Wenn eine niedrigere Spannung verwendet wird, kann
der Kriechstrom durch die Isolationsbuchse 18 verringert
werden. Die Verwendung einer niedrigeren Spannung verringert außerdem die
Kosten und die Komplexität
der Energieversorgung 16, wodurch die Erzeugung der Vorrichtung ökonomischer gemacht
wird. In der vorliegenden Vorrichtung sind Spannungen zwischen 5000
und 10.000 Volt am bevorzugtesten, wobei aber Gleichspannungen bis
zu 20.000 Volt verwendet werden können.
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Die
Verwendung eines Kreises von Elektrodenlängen, die von der Mittelstange
beabstandet sind, zwingt das Gas außerdem dazu, radial nach außen zur
porösen
Sammelfläche
zu strömen,
so dass sie dem sehr hohen elektrischen Feld ausgesetzt sind, das
jede Entladungselektrode umgibt. Im Allgemeinen neigt die elektrische
Feldstärke
gemäß dem gauß'schen Gesetz dazu,
mit zunehmendem Abstand von der Entladungselektrode abzunehmen.
Die eng beabstandeten Drähte,
die die Entladungselektroden bilden, zwingen das Gas, durch den
hohen Feldbereich zwischen den Elektroden hindurchzutreten, so dass
sie dem hohen elektrischen Feld um die Drähte herum ausgesetzt sind.
Jedes Tröpfchen
oder jeder Partikel kann damit auf ein höheres Niveau geladen werden
als es mit der herkömmlichen
Ausführung
einer einzelnen Längenelektrode
möglich
ist, wodurch eine höhere
elektrische Ladung gewonnen wird und die Tröpfchen leichter durch elektrostatisches
Abscheiden entfernt werden können.
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Obwohl
in 1 eine poröse
Kollektorelektrode 40 als die Kollektorelektrode gezeigt
wurde, arbeitet die grundlegende Ausführung der Entladungselektroden-Anordnung 14 genauso
gut, wenn die Kollektorelektrode aus einem festen, leitenden Material
besteht, wobei in dem Fall das Gehäuse 12 selbst der
Kollektor sein kann. Die Öltröpfchen werden
an der Innenfläche
der Gehäusewände angesammelt. Die
angesammelten Öltröpfchen werden
dann die Wände
herunter fließen
und in die Ölwanne
oder das Kurbelgehäuse
des Dieselmotors zurückgeführt, wobei
das Beseitigen der porösen
Kollektorelektrode die Vorrichtung weniger wirksam machen wird,
aber die Gesamtgröße, die
Komplexität
und die Kosten der Vorrichtung ebenfalls verringert.
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Die
Hochspannungs-Isolationsbuchse 18 wird den schwebenden
Tröpfchen
oder Partikeln im Gas sowie jedem kondensierbaren Dampf, der vorhanden
sein kann, ausgesetzt sein, wenn sie ungeschützt ist. Mit der Zeit wird
die Anhäufung
von abgelagertem und kondensiertem Material auf dem Isolator den
Isolator wirkungslos machen. Der Isolator wird durch den Kontakt
mit dem elektrischen Heizelement 22 auf eine Temperatur
er wärmt,
die hoch genug ist, um eine Dampfkondensation auf der Isolationsbuchse
zu verhindern.
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Um
das Abscheiden von Tröpfchen
oder Partikeln auf der Oberfläche
der Isolationsbuchse zu verhindern, umgibt eine leitende Ummantelung
oder Abschirmung 20 den Isolator. Diese leitende Ummantelung 20 ist
mit der gleichen Hochspannungsquelle wie die Entladungselektroden 36 verbunden,
so dass ein starkes elektrisches Feld im Bereich zwischen der Ummantelung
und den nahe gelegenen, geerdeten Flächen des porösen Mediums 40 oder
des Gehäuses 12 erzeugt
wird. Die im Gas vorhandenen, aufgeladenen Tröpfchen oder Partikel werden
damit auf den geerdeten Flächen
und nicht auf der Hochspannungs-Isolationsbuchse
abgeschieden.
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Ausführungsvariationen
der leitenden Ummantelung 20 werden in 3A und 3B gezeigt. Durch
die Verwendung eines kleinen Spalt-Zwischenraums zwischen der Bodenplatte
und der Abschirmung oder Ummantelung und der nahe gelegenen, geerdeten
Fläche
kann in diesem Spaltraum ein starkes elektrisches Feld erzeugt werden,
um ebenfalls Tröpfchen
oder Partikel im Gas abzuscheiden.
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In 3A wird
die modifizierte Hochspannungs-Abschirmung an 50 gezeigt
und hat, wie gezeigt wird, eine Grundplatte 50A und die
Umgebungswand 50B, die die Isolationsbuchse 18 umgibt. Das
geerdete Gehäuse 12 hat
einen Deckelteil 52, der von einer oberen Wand 54 nach
oben kommt und eine Öffnung
in der Nähe
des oberen Endes des Isolators 18 definiert, wie gezeigt
wird. Die Umgebungswand 50B ist von der Wand über dem
Deckel 52 beabstandet und endet kurz vor der oberen Stirnwand des
Deckels. Damit gibt es einen an 56 gezeigten Spalt zwischen
der Abschirmungswand 50B und der Gehäusewand 52 um den
Isolator. Die an 56 gezeigte Halterung lagert eine obere
Platte 32 der Elektrodenanordnung. Die mittlere Halterung
und die untere Elektrodenplatte 34 können so wie zuvor bereitgestellt
werden.
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In 3B umfasst
die Hochspannungs-Abschirmung eine flache Scheibe 60, die
am unteren Ende der Isolationsbuchse 18 befestigt ist,
wobei die Isolationsbuchse 18 in diesem Fall auch von einer Hülse oder
einem Deckel 62 des Gehäuses
umgeben ist, das geerdet ist.
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Die
obere Wand 64 des Gehäuses
ist von der Platte 60 beabstandet, um einen Spalt 66 zwischen der
Gehäusewand 64,
die eine obere Wand ist, und der Platte 60 zu bilden, die
eine Abschirmungsscheibe ist. Die Halterung 68 kann wie
zuvor zum Lagern der oberen Platte 32 der Elektrodenanordnung
verwendet werden.
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Jede
dieser Formen einer leitfähigen
Ummantelung zeigt einen Spalt zwischen der Hochspannungs-Abschirmung
oder Ummantelung und einem Teil des geerdeten Gehäuses. Der
Spalt ist relativ schmal und wird für das Abscheiden von aufgeladenen
Partikeln sorgen, die in die Nähe
der Hochspannungs-Abschirmung an die Wände des geerdeten Gehäuses kommen.
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Durch
die Erzeugung eines langen Weges im Spaltraum gemäß 3A und 3B können die aufgeladenen
Tröpfchen
oder Partikel im Gas wirksam in den Bereichen abgeschieden werden,
die die Isolationsbuchse 18 umgeben, um einen besseren Schutz
des Hochspannungs-Isolators vor Verunreinigung mit Partikeln zu
bieten.
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Trotz
der wirksamen Ausführung
einer Hochspannungs-Isolationsabschirmung
dieser Erfindung gibt es die Möglichkeit,
dass einige Tröpfchen
oder Partikel im Gas ungeladen bleiben. Diese ungeladenen Partikel
werden in der Lage sein, den Spaltraum 56 oder 66 zwischen
der Ummantelung und der nahe gelegenen, geerdeten Fläche zu durchdringen,
um sich auf dem Isolator abzulagern. Das Abscheiden dieser ungeladenen
Partikel auf dem Isolator kann durch die Nutzung des Phänomens der
Thermophorese verhindert werden. Die Thermophorese betrifft die
Bewegung von Aerosolpartikeln in der Richtung eines abneh menden
Temperaturgefälles
auf Grund der radiometrischen Kraft, die auf die Partikel einwirkt.
Für eine
wirksame thermophoretische Bewegung der Partikel, um das Abscheiden
der Partikel auf dem Isolator zu verhindern, muss der Isolator auf einer
ausreichend hohen Temperatur gehalten werden. Die Isolatortemperatur
muss 10°C
oder mehr als die Umgebungsgastemperatur betragen. Um im Gegensatz
dazu eine Dampfkondensation zu verhindern, muss der Isolator nur über dem
Taupunkt der kondensierbaren Sorte im Gas gehalten werden. In der
Regel werden wenigstens ein paar Grad C über der Gastemperatur ausreichend
sein.
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Um
wirksam zu sein, muss das poröse
Medium 40 aus einem leitenden Material, in der Regel Metall,
hergestellt sein. Es kann aus einem perforierten Metall, einem porösen, gesinterten
Metall, einer oder mehr Schichten eines Drahtgeflecht-Materials, das in die
gewünschte
Zylinderform gerollt wird, einem Kissen aus Metallfasern oder -drähten, das
in einen Zylinder geformt wird, und ähnlichen Konfigurationen hergestellt
sein. Wenn das Gas in das poröse
Medium strömt,
werden Partikel in enge Nähe
zur Oberfläche
der leitenden Elemente im Medium gebracht, wobei damit die aufgeladenen
Partikel wirksam auf der Oberfläche
der leitenden Elemente des porösen
Mediums abgelagert werden können.
Im Vergleich dazu müssen
im herkömmlichen
elektrostatischen Abscheider, der feste Kollektorelektroden wie
ein festes Rohr, das die Mittelelektroden umgibt, verwendet, die geladenen
Partikel durch elektrische Kraft durch die Fluid-Grenzschicht, die
an die Innenfläche
des umgebenden Rohrs angrenzt, abgeschieden werden.
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Abhängig von
der Gasströmungs-Geschwindigkeit
können
die relativ trägen
Grenzschichten, die an den festen Kollektorflächen angrenzen, einen Zentimeter
oder mehr dick sein. Die Partikel müssen durch diese Zentimeter
dicke, träge
Gasschicht abgeschieden werden, um auf der Oberfläche abgelagert
zu wer den. Im Vergleich dazu wird das Gas bei Verwendung einer porösen Kollektorelektrode,
wie sie gezeigt wird, gezwungen, zwischen die eng beabstandeten,
leitenden Elemente im porösen
Medium zu strömen,
wobei dadurch der Abstand, den die Partikel zurücklegen müssen, um die Kollektorfläche zu erreichen,
außerordentlich
verringert wird. Dies wird die Wirksamkeit des Abscheiders erhöhen und
die technische Gesamtgröße der Vorrichtung
verringern.
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Es
kann nicht das ganze elektrisch leitende, poröse Material für den kompakten,
in dieser Erfindung beschriebenen, elektrostatischen Abscheider verwendet
werden. Um die für
diese Anwendung beabsichtigte, hohe Gas-Strömungsrate pro Einheit der Kollektoroberfläche zu handhaben,
darf das poröse Material
keinen überschüssigen Druckabfall
bei der erforderlichen, hohen Gasströmung erzeugen. Zusätzlich müssen die
gesammelten Öltropfen
leicht durch die Schwerkraft abfließen und dürfen nicht im porösen Medium
gesammelt werden, so dass sie das Medium verstopfen oder übermäßig hohe
Druckabfälle
erzeugen. Abhängig
von der Struktur des porösen
Mediums und der Oberflächenspannung
und Viskosität
der angesammelten flüssigen
Tröpfchen muss
der Abstand zwischen den leitenden Elementen des porösen Mediums über einem
kritischen Grenzwert gehalten werden. Ein zu kleiner Abstand wird
es ermöglichen,
dass die angesammelten Tröpfchen
einen Oberflächenfilm
bilden, der die benachbarten Elemente überbrückt und die Strömung blockiert.
Für eine
gewöhnliche
Flüssigkeit
wie Schmieröle
muss der mittlere Abstand zwischen den leitenden Elementen im Medium
größer als
etwa 5 Mikrometer und vorzugsweise größer als 10 μm sein. Der mittlere Abstand
zwischen den Elementen in einem porösen Medium wird auch als der
mittlere Porendurchmesser bezeichnet, der mit einem kommerziellen
Porenmessgerät
gemessen werden kann. Im Allgemeinen ist ein mittlerer Porendurchmesser,
der größer als
5 μm, vorzugsweise
größer als
10 μm ist, notwendig,
damit das Medium erfolgreich als poröse Kollektorelektrode des hier
beschriebenen, tröpfchensammelnden
Abscheiders arbeiten kann.
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Es
gibt eine Reihe von Vorrichtungen, die ein poröses Medium verwenden, um aufgeladene
Partikel anzusammeln. Eine solche Vorrichtung ist der elektrisch
vergrößerte Taschenfilter,
der von Penney in US-A-3 910 779 beschrieben wurde. In Penneys Vorrichtung
werden die Partikel in einem Koronaaufladegerät aufgeladen. Die aufgeladenen
Partikel werden dann von einer Gasströmung durch ein Stoffmedium
befördert
und auf der Oberfläche
des Stoffes abgelagert. Die abzulagernden Partikel müssen ein trockenes,
festes Material sein, so dass die abgelagerten Partikel auf dem
Stoff einen porösen
Filterkuchen bilden werden. Da ein Filterkuchen auf dem Stoff auch
bei Nichtvorhandensein einer elektrischen Ladung gebildet wird,
werden die elektrostatischen Ladungen von Penney verwendet, um die
Eigenschaften dieses Filterkuchens zu modifizieren, nämlich die
Porengröße des Filterkuchens
zu erhöhen und
den Druckabfall zu verringern. Der in einem Stofffilter verwendete
textile Stoff ist in der Regel nicht elektrisch leitend, so dass
es nicht möglich
ist, eine Koronaentladung direkt zwischen der Koronaelektrode und
dem Stoff aufrechtzuerhalten. Es wird ein separates Koronaaufladegerät stromaufwärts vom
Stofffilter verwendet, um die Partikel für die anschließende Filtration
durch den Stoff aufzuladen.
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Eine
weitere Vorrichtung, die poröse
Filtermedien verwendet, ist die, die in der Regel als ein elektrostatisch
verstärkter
Faserfilter bezeichnet wird, so wie der, der von Carr in US-A-3
999 964 beschrieben wird. Ein herkömmliches Faserfilter-Medium
aus Glas-, polymeren und anderen nicht leitenden Fasern wird zwischen
zwei Gruppen aus elektrischen Gittern angeordnet. Zwischen den Gittern
wird ein Potenzialunterschied aufgebaut, um ein elektrisches Feld
im Medium zu erzeugen, so dass die Wirksamkeit des Mediums für die Partikel-Ansammlung durch
die elektrostatische Anziehung verstärkt wird. Die Vorrichtung ist
am wirksamsten, wenn die Partikel elektrisch aufgeladen sind. Wenn
die Partikel nicht aufgeladen sind, kann ein Korona-Ionisator stromaufwärts vom
Filter verwendet werden, um die Partikel aufzuladen, so dass die
Wirksamkeit des Filters für
die Partikelansammlung erhöht
wird.
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Eine
weitere Version des elektrostatisch verstärkten Faserfilters ist der
von Argo et al in US-A-4 222 748. In Argos Vorrichtung wird stromaufwärts ein Koronaaufladegerät verwendet,
um die Partikel aufzuladen. Wenn die aufgeladenen Partikel im Faserbett
gesammelt werden, das aus einem nicht leitenden Material besteht,
wird im Bett eine Ladung aufgebaut, um sein elektrisches Potenzial
anzuheben. Um einen ununterbrochenen Aufbau der Ladung im Bett zu
verhindern, wird das Bett kontinuierlich mit Wasser gespült, um das
Bett leitend zu machen. Die im Bett angesammelten Partikel werden
außerdem
von dem fließenden
Wasser mitgerissen.
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Der
elektrostatische Abscheider der vorliegenden Erfindung ist sehr
effizient und kann in einer kleinen, kompakten Größe hergestellt
werden. Für viele
Anwendungen wie die Filtration von vorbeiströmendem Diesel ist die zylindrische
Form mit einem kreisförmigen
Querschnitt die angenehmste. Es ist jedoch nicht notwendig, dass
die Querschnittsform ein Kreis ist, um die Vorteile von vielen der
Merkmale dieser Erfindung aufzunehmen. Rechteckige, elliptische
und andere Querschnittsformen können
für die Ausführung des
elektrostatischen Abscheiders leicht übernommen werden, der durch
das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren beschrieben wird.
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4 stellt
eine Querschnittsansicht durch einen rechteckigen Abscheider dar.
Die Elektrodenanordnung 72, die ein Paar von beabstandeten
Koronadraht-Halterungen 74 (eine wird nur gezeigt) aufweist,
würde wie
zuvor bei den zwei Halterungen 74 hergestellt werden, die
entlang eines Haltestabs 76 beabstandet sind, wobei ein
Draht 77 die Elektroden bildet, die sich zwischen den Halterungen
erstrecken. Die Drähte 77 werden
in den Kreuzungsbereichen zum Einfädeln durch die Löcher gezeigt.
Eine Kollektorelektrode 78 aus einem leitenden, porösen Medium
umgibt die Hochspannungs-Elektrodenanordnung 72, wobei
das poröse
Medium und das geerdete äußere Gehäuse 79 eine
im Allgemeinen rechteckige Querschnittsform haben.
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Bei
der Ausführung
eines solchen rechteckigen Abscheiders ist es wichtig, die einzelnen
Koronadraht-Längen
zwischen der Halterung 74 auf ungefähr dem gleichen Abstand von
der porösen
Kollektorelektrode 78 zu halten. Dadurch wird gewährleistet,
dass die Koronaentladung zwischen dem Hochspannungs-Koronadraht 76 und
der Kollektorelektrode 78 bei der gleichen angelegten Spannung
auf die Drähte
gleichförmig
sein wird. Wie zuvor kann der seitliche Abstand zwischen den Drahtlängen und
der porösen
Kollektorelektrode 78 verringert werden, um die erforderliche
Betriebsspannung des Abscheiders zu senken.
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Obwohl
der in dieser Erfindung beschriebene Abscheider für die Ansammlung
von Tröpfchenaerosol
bestimmt ist, kann er auch verwendet werden, um Aerosole anzusammeln,
die nur trockene, feste Partikel enthalten. Um einen Aufbau von
festen Partikeln in der porösen
Kollektorelektrode zu verhindern, der ein Verstopfen der Poren bewirken
wird, können
flüssige
Tröpfchen,
in der Regel Wasser, zum Aerosol hinzugefügt werden, bevor es in den
Abscheider eingeführt
wird. 5 zeigt einen Ultraschall-Tröpfchengenerator 80,
der in Verbindung mit einem elektrostatischen Abscheider 82 zum
Hinzufügen
von Tröpfchen
verwendet wird. Wenn Aerosol von der Quelle 84 durch den
Ultraschall-Generator 80 fließt, nimmt es in dem Raum 86 über der
aufgerührten
Flüssigkeit 88,
die durch Ultraschall-Aufrühren mittels
eines Ultraschallwandlers 89 erzeugt wird, Tröpfchen auf.
Die trockenen Feststoffpartikel werden zusammen mit den hinzugefügten flüssigen Tröpfchen im
Abscheider 82 ab geschieden und durch den flüssigen Strom,
der sich aus den angesammelten Tröpfchen ergibt, mitgerissen,
wobei dadurch ein Aufbau von trockenem, festen Material auf der
Kollektorelektrode im Abscheider verhindert wird. Es können auch
andere Tröpfchen
erzeugende Vorrichtungen wie Druckluftzerstäuber, Rührwerke und dergleichen verwendet
werden. Der elektrostatische Abscheider kann gemäß einer beliebigen der offenbarten
Formen hergestellt werden.
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Wegen
der kleinen Tröpfchengröße und des großen Oberflächenbereiches
der Tröpfchen,
die durch Ultraschall-Aufrühren
oder einen Druckluftzerstäuber
erzeugt wurden, wird der oben beschriebene, kombinierte elektrostatische
Nass-Abscheider und Tröpfchen-Generator
ausgezeichnete Gasabsorptionseigenschaften haben und kann als ein
kombinierter Gas- und Partikel-Staubabscheider
verwendet werden. Der kombinierte Gas- und Partikel-Staubabscheider
wird eine Vielzahl von Anwendungen bei der Kontrolle der Luftverschmutzung
haben. Zum Beispiel enthält
in der Halbleiterindustrie das Abgas von der Vakuumpumpe stromabwärts einer
Halbleiter-Verfahrensanlage oft sowohl toxische Gase als auch feine
Feststoffpartikel. Ein solches Gas ist Fluor, das am Ende eines
Verfahrenszyklus verwendet wird, um die Verfahrenskammer zu reinigen.
Fluor ist mit Wasser sehr reaktionsfreudig und wird durch Wassertröpfchen im
kombinierten Tröpfchengenerator
und elektrostatischen Nass-Abscheider
wirksam ausgewaschen. Ähnlich
dazu können
verschiedene säurehaltige
Dämpfe
wie Fluorwasserstoff (HF) und Chlorwasserstoff (HCl) durch Wassertröpfchen oder durch
eine wässrige
Lösung
aus KOH und anderen basischen Lösungen
absorbiert werden. Durch das Kombinieren eines Tröpfchengenerators
mit entsprechenden chemischen Reinigungslösungen und dem elektrostatischen
Nass-Abscheider kann man einen äußerst wirksamen,
kombinierten Gas- und Partikel-Staubabscheider erhalten.
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6 und 7 zeigen
einen kompakten, zweistufigen elektrostatischen Abscheider 98,
in dem eine Elektrodenanordnung 100 eine kurze Koronaentladungs-Elektrode 102 aufweist,
die an einer zylindrischen Abscheidungs-Elektrode 104 angebracht ist,
wobei beide auf der gleichen hohen Gleichspannung von einer Spannung-
oder Energiequelle 106 gehalten werden. Die kurze Koronaentladungs-Elektrode 102 hat
ein Paar beabstandeter Haltescheiben 108 und 110,
die mit einer mittleren Halterung 112 zusammengehalten
werden. Die Scheiben halten einen feinen Draht 113, der
eine Hochspannung überträgt, um eine
Koronaentladung zu erzeugen. Die zylindrische Elektrode 104 ist
ein röhrenförmiger Zylinder
mit einer leitenden Oberfläche.
Diese zylindrische Elektrode 104 bildet zusammen mit dem
sie umgebenden, porösen
Metallmedien-Kollektor 114 einen Abscheidungsbereich, in
dem die aufgeladenen Partikel abgeschieden werden.
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In
dieser zweistufigen Ausführung
erzeugen die relativ kurzen Koronadraht-Längen 113A, die die Elektroden
bilden, eine Koronaentladung, um die Tröpfchen oder Partikel aufzuladen,
die sich an der Koronaentladungs-Elektrode 102 vorbei bewegen. Die
kurze Länge
der Elektroden 102 verringert die Koronaausgabe von den
Drähten,
wobei folglich die erforderliche Stromausgabe von der Energiequelle 106 verringert
wird, die wiederum deren technische Größe und die Kosten reduziert.
Die Ausführung macht
es auch möglich,
den Radius des Kreises der Koronadraht-Längen 113A unabhängig von
dem des Radius der röhrenförmigen Zylinderelektrode 104 zu variieren.
Durch das Verändern
dieser zwei Radien können
sowohl die Koronaentladungs-Elektrode 102, die
ein Ionisator ist, als auch die Abscheidungs-Zylinderelektrode 104 unabhängig optimiert
werden, was zu einem verbesserten Gesamtbetrieb des Systems führt.
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Die
Scheiben 108 und 110 werden mit einer mittleren
Halterung 112 zusammengehalten. Der feine Draht 113 wird
zwischen den Scheiben 108 und 110 eingefädelt und überträgt die Hochspannung
von der Quelle 106. Die Hochspannung wird wieder von einem
Draht durch eine Isolationsbuchse 118 übertragen, die von einer Hochspannung übertragenden Abschirmung 120 umgebenden
wird. Eine Stirnplatte 104A am Rohr 104 überträgt die Spannungen
zum Rohr 104. Das Rohr 104 ist wiederum mit der
Scheibe 108 verbunden, um die Koronaentladungs-Elektrode 102 zu
speisen. Die Gasströmung
findet von einem Einlass 116 des Gehäuses 12 zu einem Auslass 117 statt,
der das saubere Gas ausströmen
lässt.
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8 und 9 zeigen
eine modifizierte Elektrodenausführung,
die mit den ein- und den zweistufigen Abscheidern gemäß 1 und 6 verwendet
werden kann. In diesem Fall werden mehrere Haltestangen 120 an
den Haltescheiben 122 und 124 angebracht, um eine
Montageanordnung zu bilden. Ein einzelner Koronadraht 126 wird
spiralförmig
um die Haltestangen 120 herum gewickelt, so dass er sich
von einer Scheibe zur anderen erstreckt, wobei dies mehrere Segmente
eines leitenden Drahtes bildet, der Strom überträgt, um eine Koronaentladung zum
Aufladen von Partikeln im Tröpfchenaerosol
zu unterstützen,
das durch einen Einlass 128 eingeführt wird. Der Kollektor aus
porösen
Medien 129 wird in 8 mit einem
Grobfilter, der auf einer Bodenplatte 130 ausgebildet ist,
und einer ausgewählten
Porosität
an einer Seitenwand aus zylindrischen, elektrisch leitenden, porösen Medien 132 gezeigt.
Die zylindrische Seitenwand 132 wirkt, um aufgeladene Tröpfchen und
Partikel, so wie zuvor gezeigt wurde, abzuscheiden. Die zylindrische
Wand 132 ist wie das Gehäuse 12 geerdet. Ein
Auslass 134 vom Gehäuse lässt das
saubere Gas ausströmen.
Die Isolationsbuchse 18, die Heizvorrichtung 22 und
die Spannungsquelle sind die gleichen, wie sie zuvor gezeigt wurden.
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Der
hier beschriebene, kompakte elektrostatische Abscheider kann verwendet
werden, um schwebende Partikel im vorbei strömendem Gas von einem Dieselmotor
oder einem anderen Verbrennungsmotor zu entfernen. Das vorbeiströmende Gas mit
den schwebenden Feststoffpartikeln, die entfernt wurden, kann direkt
in die Atmosphäre
abgelassen oder in den Motor zurückgeführt werden. 10 und 11,
die unten beschrieben werden, sind beide für die Anwendung in einem beliebigen
elektrostatischen Abscheider, einschließlich dem der herkömmlichen Ausführung, geeignet.
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10 zeigt
eine Anordnung für
die Rückführung von
vorbeiströmendem
Gas mittels eines elektrostatischen Abscheiders, vorzugsweise einen, der
entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Der Dieselmotor 135 hat
ein Kurbelgehäuse 136,
wobei vorbeiströmendes
Gas vom Kurbelgehäuse 136 des
Motors zuerst entlang eines Durchgangs durch einen elektrostatischen
Abscheider 137 strömt,
der wie zuvor gezeigt ausgeführt
ist, um die schwebenden Tröpfchen
oder Partikel zu entfernen. Das saubere Gas strömt dann in den Einlassabschnitt
eines T-Verbinders 138, der in einem Auslassabschnitt eine
Lochblende bzw. Lochplatte 138A hat. Das Gas strömt durch
eine Öffnung 140 in
der Platte 138A und in den Einlass eines Turboladers 142.
Der Seiteneinlass-Abschnitt 136B des T-Verbinders 138 ist
zur Atmosphäre
hin offen.
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Dieser
T-Verbinder bildet eine Vorrichtung zum Regulieren des Drucks im
Kurbelgehäuse,
wenn ein elektrostatischer Abscheider verwendet wird, um Partikel
aus dem vorbeiströmenden
Gas für
die Rückführung in
den Diesel-Einlass zu entfernen. Seine Arbeitsweise ist wie folgt.
Der Einlass 138B des T-Verbinders 138 ist
zur Atmosphäre
hin offen, wobei sich damit der Auslass des Abscheiders 137 ebenfalls
auf atmosphärischem
Druck befindet. Der Kurbelgehäuse-Druck
Pc relativ zum atmosphärischen Druck
Pa beträgt
damit Pc – Pa
= ΔP, wobei ΔP der Druckabfall
des vorbeiströmendem
Gases durch den Abscheider 137 ist. Dieser Druckabfall
ist in der Regel ganz niedrig, in einer Größenordnung von wenigen Zentimetern
(Zoll) der Wassersäule
oder weniger. Der Kurbelgehäuse-Druck
ist damit auf wenige Zentimeter (Zoll) der Wassersäule über atmosphärischem
Druck begrenzt. In einem Verbrennungsmotor darf der Kurbelgehäuse-Druck
nicht um mehr als wenige Zentimeter (Zoll) über oder unter atmosphärischem
Druck variieren, um ein Auslaufen des Öls im Kurbelgehäuse nach
Außen
und andere Betriebsschwierigkeiten zu verhindern. Diese Ausführung macht
es möglich,
eine Regulierung des Kurbelgehäuse-Drucks
mit einer einfachen Verbindung und bei niedrigen Kosten zu erreichen.
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In
einem Dieselmotor, der einen Turbolader oder Turbo-Kompressor verwendet,
um die Ausgangsleistung des Motors zu erhöhen, wird gemäß 10 ein
Filter 144 am Lufteinlass des Turboladers 142 verwendet,
um schwebende Partikel in der Umgebungsluft zu entfernen. Der Druckabfall
durch den Filter 144 bewirkt, dass sich der Druck Pt am
Einlass des Turboladers unter atmosphärischem Druck befindet. Der
Durchmesser der Öffnung 140 im
Auslassabschnitt des T-Verbinders 138 wird so gewählt, dass der
Druckabfall über
die Öffnung 140 (ΔP = Pa – Pt) gerade
ausreicht, um zu bewirken, dass die Gasströmung durch die Öffnung 140 die
gleiche ist wie die vorbeiströmende
Gasströmung
Q1 während
des normalen Motorbetriebs und wenn der Luftfilter 144 am Motoreinlass
neu ist. Wenn der Einlassfilter 144 teilweise verstopft
wird, erhöht
sich sein Druckabfall. Damit erhöht
sich die Gasströmung
durch die Öffnung
Q2. Die Differenz, Q3 = Q2 – Q1,
wird durch die Luftströmung
aufgebaut, die von der Umgebung durch den Seiten-Einlassabschnitt 138B des
T-Verbinders 138 kommt.
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Alternativ
kann gemäß 10A ein modifiziertes Blenden-Gehäuse 139 als
ein gerades Durchströmrohr
ohne Seiteneinlass für
atmosphärische Luft
hergestellt werden. Ein atmosphärischer
Einlass 139A kann mit einer Öffnung im Kurbelgehäuse 136 des
Dieselmotors verbunden werden.
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In
beiden Anordnungen gemäß 10 und 10A hat das vorbeiströmende Gas, dass durch den elektrostatischen
Abscheider 137 hindurchströmt, eine relativ hohe Temperatur.
Es enthält
außerdem Öldämpfe, die
nicht durch das elektrostatische Abscheiden entfernt wurden. Diese Öldämpfe werden
an den Wärmeübertragungsflächen eines Zwischenkühlers 146 kondensieren,
der am Auslass des Turboladers 142 verwendet wird. Mit
der Zeit wird das kondensierte Öl
in den Zwischenkühler 146 überschwemmen,
so dass ein Abfall der Wirksamkeit des Zwischenkühlers und der Ausgangsleistung
des Dieselmotors verursacht wird, wenn es nicht behandelt oder entfernt
wird.
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Um
das angesammelte Öl
vom Zwischenkühler 146 automatisch
zu entfernen, wird eine Ölwanne 148 im
Zwischenkühler
bereitgestellt, damit das kondensierte Öl durch Schwerkraft in die
Wanne fließen
kann. Die Luftströmung
vom Zwischenkühler 134 wird
durch eine Strömungsdrosselung
bzw. -begrenzung 150 wie eine Düse oder eine Öffnung gerichtet,
um einen Druckabfall zu erzeugen, so dass das Öl vom Zwischenkühler 146 entfernt
und durch die Luftströmung
in den Motoreinlass befördert
wird. Das in der Ölwanne 148 angesammelte Öl kann durch
den durch die Strömungsdrosselung 150 erzeugten
Staudruck ebenfalls in die Einlassverteilung 131 des Motors 135 gespeist
werden.
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11 zeigt
eine zweite Anordnung zum Zurückführen des
vorbeiströmendem
Gases in einem Dieselmotor 135. Das Kurbelgehäuse 136 ist
wie zuvor mit dem elektrostatischen Abscheider 137 verbunden,
wobei aber der T-Verbinder 138 entfernt ist und die Strömung vom
Abscheider 137 auf einen Filter-Ansaugluftsammler 154 gerichtet
wird und zusammen mit der Einlass-Luftströmung durch den Filter 144 hindurchströmen kann.
In diesem Fall wird keine Anordnung zur Begrenzung des Kurbelgehäuse-Drucks
benötigt.
Da sich der Abscheider-Auslass immer auf atmosphärischem Druck befindet, wird
damit der Kurbelgehäuse-Druck
automatisch darauf begrenzt sein, was benötigt wird, um den vorbeiströmendem Gasstrom
durch den Abscheider 137 aufrechtzuerhalten.
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Wenn
das heiße,
vorbeiströmende
Gas auf diese Weise in den Filtereinlass 154 gerichtet
wird, werden die Öldämpfe schnell
gekühlt,
wenn sie mit den kühlen
Sammelfilterelementen des Filters 144 in Kontakt kommen.
Die Dämpfe
werden damit kondensiert und sammeln sich im Filtergehäuse an.
Gleichzeitig werden alle Partikel mit Submikrometer-Größe, die
vielleicht nicht vollständig
durch den elektrostatischen Abscheider entfernt wurden, ebenfalls
den starken thermophoretischen Kräften unterzogen, die durch
das Temperaturgefälle
in der Grenzschicht der Gasströmung
um die Kollektorelemente des Filters 144 erzeugt werden.
Diese thermophoretische Kraft kann wirksam verwendet werden, um
diese Submikrometer-Partikel zu entfernen. Normale Motoreinlass-Luftfilter
sind dazu bestimmt, nur Partikel anzusammeln, die größer als
ein paar Mikrometer im Durchmesser sind. Kleine Partikel im Submikrometer-Größenbereich
werden in der Regel nicht angesammelt. Durch die Nutzung der thermophoretischen Kraft
können
die feinen Partikel im vorbeiströmendem
Gas ebenfalls angesammelt werden, wobei damit die ankommende Luft
für den
Turbolader sauberer gemacht wird. Mit einer genauen Ausführung kann
die Ansammlung von Öl
und feinen Partikeln im Zwischenkühler auf ein sehr niedriges
Niveau verringert werden.
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12 ist ähnlich wie 11,
wobei die Teile, die identisch sind, identisch nummeriert werden. In 12 ist
ein steuerbarer Strömungsbegrenzer bzw.
eine Strömungsdrossel 158 mit
dem Auslass des Zwischenkühlers 146 verbunden.
Der Strömungsbegrenzer
hat einen zurückziehbaren
Flügel oder
ein Blatt 158A, das in den inneren Durchgang des Begrenzers
eingeführt
werden kann und das durch eine Zylinderspule 159 gesteuert
wird. Die Zylinderspule 159 ist mit dem Flügel oder
Blatt 158A verbunden und wird das Blatt in den Strömungsdurchlass verlängern, wenn
von der Zylinderspule ein Signal empfangen wird. In der Ölwanne 148 wird ein Ölpegel-Sensor 160 bereitgestellt,
und wenn der Ölpegel
in der Wanne einen eingestellten Pegel erreicht, wird das Signal
bereitgestellt, um die Zylinderspule 159 einzuschalten.
Der Flügel
oder das Blatt 158A werden in den Strömungsdurchlass im Strömungsbegrenzer 158 bewegt,
um die Strömung durch
die Auslassleitung zu drosseln.
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Diese
Wirkung erhöht
den Staudruck in der Ölwanne
und drängt
das angesammelte Öl
aus einer Leitung 161 zur Einlassverteilung 131 des
Dieselmotors. Die durch die Zylinderspule gesteuerte Drossel kann
eine beliebige, gewünschte
Form wie ein Ventil, das teilweise geschlossen wird, oder eine Öffnung, die
in den Strömungs-Durchlassweg
eingeführt
wird, haben.
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13 ist
eine Schnittansicht einer modifizierten Version einer typischen
Elektrodenhalterung 170. Sie kann aus Kunststoff geformt
sein und hat eine äußere Wand 172 mit
mehreren Vorsprüngen oder "Zacken", die an 174 gezeigt
werden und die aus der äußeren Oberfläche so etwas
wie eine geriffelte Oberfläche
machen. Ein an 176 angezeigter Draht mit einem geeigneten
Durchmesser kann um die Halterung 170 in einer spiralförmigen Weise,
etwa gemäß 8,
gewickelt werden, wobei die Punkte der Auszackungen oder Vorsprünge den
Draht 176 in eng beabstandeten Intervallen abhängig vom
Abstand der Auszackungen halten, um zu gewährleisten, dass der Draht 176 in
einer richtigen Position relativ zur Kollektorelektrode aufrechterhalten
wird.
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14 ist
eine vertikale Querschnittsansicht einer modifizierten Form eines
kompakten elektrostatischen Abscheiders 199. In dieser
Form der Erfindung bildet eine leitende Hülse 200 einen Durchlass für Fluid
mit einer Einlassverbindung 202 zum Aufnehmen eines Aerosols
und eine Auslassverbindung 203. Ein Strömungs-Durchlassweg wird durch
mehrere Öffnungen 204 in
einer Gehäuseplatte 206 definiert,
die auf einer Hülse 206A gelagert
ist, die an einem oberen Ende der leitenden Hülse 200 angeordnet
und auf einer Deckelplatte 208 an einem am Ende der äußeren Hülse 200 ausgebildeten
Flansch 210 gelagert wird.
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Die
Halterungshülse 206A hat
eine offene Mitte, wobei ein Isolator-Endteil 215 einer Haupt-Elektrodenhalterung 212 darin
angebracht ist. Das obere Isolator-Endteil 215 der Halterung 212 wird
auf einer Abdeckung 208 in einer geeigneten Weise gelagert.
Das obere Isolator-Endteil hat eine Aufnahme für eine Heizungs-Montageanordnung 216,
die Heizvorrichtungen 218 hat, die in einem äußeren Mantel 219 montiert
sind, der wärmeleitend und
mit dem Isolator-Teil 215 in Kontakt ist. Der äußere Mantel 219 kann
aus Kupfer bestehen, das ein sehr guter Wärmeleiter ist, um die Wärme gleichmäßig an seiner äußeren Oberfläche zu verteilen
und die Isolator-Oberfläche 213 warm
und von Verunreinigungen durch Dampfkondensation und Partikelablagerung
sauber zu halten. Die obere Platte 220 ist ein Wärmeisolator,
um die Wärmeenergie
zu verringern, die erforderlich ist, um die Heizvorrichtung zu betreiben.
Die elektrische Energie zum Betreiben der Heizvorrichtung, in der
Regel 12 oder 24 Volt, wird durch die elektrischen Leitungen 221 übertragen,
die durch die obere Platte 220 geführt werden.
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Eine
Energieverbindungsleitung 224 kann durch eine mittlere Öffnung eines
Deckels 222 herausgeführt
werden. Wie gezeigt wird, kann eine Energieversorgung 226 im
Deckel 222 eingebettet sein, um die Hochspannung für die Entladungselektrode bereitzustellen,
wobei sich die Verbindungsleitung oder -stange 225 im Abscheider
befinden kann und sich nicht durch den Deckel erstrecken muss. Die Leitung 224 kann
eine relativ niedrige Spannung haben, zum Beispiel könnte eine
24 Volt-Versorgung bereitgestellt
werden. Die Heizvorrichtungen 218 würden im Allgemeinen ebenfalls
mit einer 24 Volt-Versorgung verbunden werden.
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Die
Haupthalterung 212 weist eine hohle Elektroden-Mittelhalterung 214 auf,
die zum Beispiel mit der Haupthalterung 212 als ein einzelnes
Stück spritzgegossen
sein kann. Die Elektrodenhalterung 214 hat einen inneren
Durchlassweg, in dem sich die Hochspannungs-Verbindungstangen- oder
Leitungs-Elektrode 225 erstreckt,
wobei sich ein dünner Elektrodendraht 227 erstrecken
kann, um direkt mit dem an 228 gezeigten Elektrodendraht
verbunden zu werden, der, wie dargestellt, spiralförmig um
die isolierende Halterung 214 gewickelt ist. Der Elektrodendraht 228 wird
größer gezeigt
als er tatsächlich
ist, wobei er ein dünner
Draht ist, wie zuvor erläutert
wurde. Die Hülse
aus isolierendem Material 214 kann an der Haupthalterung 212 mit
geeigneten Schrauben angebracht werden, die in die Halterung 212 eingeschraubt
werden. Der obere Teil der isolierenden Halterung hat eine leitende
Hülse 217,
die aus Metall bestehen und mit dem gleichen Hochspannungs-Elektrodendraht 226 verbunden
sein kann. Die isolierende Halterung 214 kann auf Wunsch
einen Querschnitt haben, der zylindrisch ist oder sie könnte gemäß 15 rechteckig
sein mit einer äußeren Kollektorelektrode 200,
die ebenfalls rechteckig ist, wobei man aufpassen muss, dass es
in den Ecken einen gleichförmigen
Zwischenraum zwischen dem Draht 228 und der Kollektorelektrode
gibt.
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Der
Querschnitt kann eine beliebige, gewünschte Form annehmen, solange
die Abstände
für eine
Koronaentladung aufrechterhalten werden.
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Die
Aerosolströmung
würde so
hereingekommen, wie es durch den Pfeil 234 gezeigt wird, und
nach oben und um den Durchlassweg 235 zwischen den Hochspannungs-Elektrodendraht 228 und die
Kollektorelektrode 200 strömen. In diesem Fall ist die
Kollektorelektrode 200 kein poröses Element, sondern ein festes
Element, das entweder zum Beispiel rostfreier Stahl sein kann oder
aus einem leitenden Kunststoff bestehen könnte. Wenn die Strömung durch
den Raum zwischen dem Elektrodendraht 228 und dem Kollektor 200 geführt wird,
werden die Partikel durch die Koronaionen aufgeladen, die durch
die Drahtelektrode 228 erzeugt werden. Einige dieser Partikel
werden auf dem Kollektor 200 in diesem Bereich abgeschieden.
Die übrigen
Partikel werden vom Gas in den oberen Teil der Montageanordnung zwischen
die Abscheider-Elektrode 217 und die Kollektorelektrode 220 befördert, wo
sie auf Grund der Hochspannung an der Elektrode 217 auf
dem Kollektor 220 abgeschieden werden. Die Strömung gelangt dann
durch die Öffnungen 204 nach
oben und durch den Auslass 203, wie gezeigt wird, nach
draußen. Die
Haupthalterung 212 und die Elektrodenhalterung 214 können auf
Wunsch als ein einzelnes Stück
mit Leitern spritzgegossen werden, die als Schlupf-Passmäntel oder
umwickelte Drähte
ausgebildet sind. Die Heizvorrichtungen 218 werden mühelos installiert, um
die Temperatur des Isolators auf einem gewünschten Niveau aufrechtzuerhalten.
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Die
hohe Temperatur an den Heizvorrichtungen hält den Dampf, der in den Raum
zwischen der Hülse 206A und
dem oberen Hochspannungs-Isolatorteil 215 eindringt, davon
ab, auf der Oberfläche 213 des
Hochspannungs-Isolatorteils 215 im Bereich um den Mittelteil 215 herum
zu kondensieren. Die Heizvorrichtungen stellen außerdem genug
Wärme bereit,
so dass sie dazu neigen, Verunreinigungspartikel durch die thermophoretische
Wirkung abzustoßen
und sie daran zu hindern, sich auf der Oberfläche 213 des Hochspannungs-Isolatorteils 215 abzulagern.
Die Heizvorrichtungen 218 befinden sich in einem wärmeübertragenden,
kontaktierenden Verhältnis
zum Isolatorteil 215 und werden die Temperatur der Oberfläche 213 ausreichend
hoch aufrechterhalten, um zu verhindern, dass sich Verunreinigungspartikel
auf der Fläche
des Isolatorteils aufbauen. Die Temperatur der Oberfläche 213 des
Isolatorteils 215 beträgt
vorzugs weise 10° oder
mehr als die Temperatur des Gases in der Nähe der isolierenden Oberfläche 213 im
Abscheider-Gehäuse.
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16 ist
eine Querschnittsansicht einer modifizierten Elektrodenhalterung 250 an
der gleichen Linie wie 15. 17 ist
eine vertikale Querschnittsansicht der modifizierten Elektrodenhalterung 250.
Ein Draht 252, der die Elektrode bildet, befindet sich
mit der Oberfläche 254 der
Elektrodenhalterung 250 in Kontakt und im Wesentlichen
mit ihr in Übereinstimmung.
Der Draht 252 kann, wie gezeigt wird, um die Halterung 250 gewickelt
werden und an der Oberfläche 254 mittels
eines geeigneten Klebstoffmaterials anhaften. Wenn Klebstoffe verwendet
werden, kann der Draht 252 verschiedene Muster haben.
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Ein
solches Muster für
den Draht 252 wird in 18 an 258 gezeigt.
In 18 wurde eine Oberfläche 262 einer Halterung 260 auf
eine flache Oberfläche
ausgerollt, um das Drahtmuster auf der Oberfläche 262 zu überblicken.
Der elektrisch leitende Entladungsdraht 264 befindet sich
mit der Halterungsoberfläche 262 in
Kontakt, die aus einem elektrisch isolierenden Material wie einem
Kunststoff oder Keramik besteht. Die Drahtelektrode 264 hat
einen im Wesentlichen gleichförmigen
Durchmesser, wobei der Abstand zwischen den Drahtsegmenten und der benachbarten
Kollektorelektrode entlang der Länge des
Drahtes im Wesentlichen gleichförmig
ist. Mit einem gleichförmigen
Abstand zwischen dem Draht 264 und der Kollektorelektrode
kann eine im Wesentlichen gleichförmige Koronaentladung aufrechterhalten
werden. Alle Teile des Drahtes 267 können damit wirksam genutzt
werden, um eine hohe Ladungswirksamkeit in einer kleinen, kompakten
technischen Gesamtgröße für einen
elektrostatischen Tröpfchenkollektor
zu gewährleisten.
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Eine
weitere Art der Herstellung einer Dünndraht-Entladungselektrode
ist die Verwendung eines flachen, dünnen Dielektrikums, im Allgemeinen Kunststoff,
mit einer dünnen Schicht,
die die äußere Oberfläche umhüllt. Das
flache, dünne
Dielektrikum mit einer dünnen
Schicht an seiner äußeren Oberfläche kann ähnlich denen
sein, die bei der Herstellung flexibler, elektrischer Leiterplatten
verwendet werden. Das Elektroden-Drahtmuster auf der Oberfläche kann
durch Photolithographie geätzt
werden. Die dünne
Schicht, die das Muster bildet, kann dann auf die Oberfläche der
Trägerstruktur
durch einen Klebstoff aufgetragen werden. In einem solchen Fall
wird der Draht keinen kreisförmigen
Querschnitt mehr haben. Die seitlichen Abmessungen der geätzten Elektrode
müssen
jedoch ausreichend klein sein, um eine Koronaentladung mit dem zugeführten Hochspannungs-Material
auszuhalten.
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Die
gezeigten, kompakten elektrostatischen Abscheider sind hauptsächlich für die Ansammlung von
Tröpfchenaerosol
vorgesehen. Die hohe Sammlungswirksamkeit für die kompakte Größe macht
die Abscheider auch geeignet, um trockene Partikel-Aerosole anzusammeln.
Die angesammelten trockenen Partikel werden in der Einheit angehäuft, wobei
die Abscheider regelmäßig für die Reinigung
und Wartung stillgelegt werden müssen.
Dies ist für
die meisten Anwendungen in der Regel akzeptabel.
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Der
hier beschriebene, kompakte elektrostatische Abscheider ist wegen
seiner kompakten technischen Größe und hohen
Sammlungswirksamkeit besonders attraktiv, obwohl es für die Anwendung nicht
notwendig ist.
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Die
Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, bezieht sich auf die
bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Andere, die Fachmann sind, werden andere Möglichkeiten und Ausführungsbeispiele
erkennen, um die gleichen Aufgaben basierend auf den Grundsätzen und
Ansätzen,
die in der vorliegenden Patentbeschreibung beschrieben wurden, zu
erfüllen.