Elektrofilter Die Erfindung bezieht sieh auf einen Elektrofilter, bei welchem die aus einem Gas abzuseheideiiden Teilchen infolge einer durch selbständige Glasentladung bewirkten Ionisa tion des Gases unipolar aufgeladen werden und bei welchem die Abseheidung der aufge ladenen Teilehen an einer der Elektroden eines polarisierten Elektrodenspstems erfolgt.
Es ist bekannt, die aus einem Gas abzu- seheidenden Teilchen - also Flüssigkeits tröpfehen oder Sta.ubteilehen - aufzuladen, indem das Gas durch ein. elektrisches Feld geleitet wird, in welchem infolge Feldüber- höhung an Spitzen oder dünnen Drähten eine Ionen erzeugende Corona-Entladung stattfin det.
Da das elektrische Feld, welches die Gas- entladung bewirkt, gleichzeitig die Ionen eines Vorzeichens aus der eigentlichen, die Spitze angebenden Coronahaut herauszieht, entsteht #iussci-halb der Coronahaut ein unselbständiger Strom unipolarer Ionen in Richtung auf die Gegenelektrode. Diese Ionen lagern sieh zum Teil an die abzuseheidenden Teilehen an.
-odureh letztere unipolar aufgeladen werden Lind anschliessend an einer der Elektroden eines elektrostatischen Abseheiders abgesehie- (leii -erden.
Der Nachteil derartiger Anlagen lag bisher vor allem darin begründet, dass der Ionisator eine bestimmte 1Iindestgrösse nicht unter schreite n konnte, weil bei geometrischer Ver- kleinerung der Abmessungen anstelle der ("orona-Entlacltul,r ofleich ein i'"hersehla;@s- funke zur Clegenelektrode auftritt.
Dies liegt daran, dass der die Corona-Entladung stabi lisierende Ausbreitungswiderstand, der mit der unselbständigen Elektrizitätsleitung ausser halb der Corona gegeben ist, beim Unter schreiten bestimmter Abmessungen zu klein wird.
Eine neuere Erkenntnis besteht ferner darin, dass die aufzuladenden Teilchen mög lichst in der Nähe des Entstehungsortes der Ionen mit diesen in Berührung kommen sollen. Es hat sieh nämlich herausgestellt, dass die Ionen auf ihrem Wege zur Gegenelektrode altern . Ein frisch erzeugtes Ion lagert in verhältnismässig kurzer Zeit eine Anzahl Gas moleküle an sieh an, büsst dadurch an Beweg lichkeit ein und wird daher für die Teilchen- aufladung mehr oder weniger unwirksam.
Es besteht also ein Interesse daran, alle Moleküle des zu ionisierenden Gases möglichst dicht an die Corona heranzuführen, das heisst also, die den Feldraum und den Strömungsquerschnitt begrenzenden Gegenelektroden möglichst. nahe den Sprühelektroden anzuordnen. Gerade dies war aber aus den oben erwähnten Gründen bisher nicht möglich.
Die Erfindung ist. dadurch gekennzeich net, dass einer Elektrode mit wenigstens an nähernd glatter Oberfläche eine Vielzahl der Coronaentladung dienender Spitzen gegen übersteht, von denen jede mit. einem hoch ohmigen Vorsehaltwiderstand ausgestattet ist, welcher die Stromstärke des von der zugehöri- gen Spitze ausgehenden Ionenstromes be grenzt.
Da nunmehr die von jeder Spitze ausgehende Entladung durch einen hoch ohmigen Vorschaltwiderstand stabilisiert ist, der die Bildung von Büscheln oder Funken verhindert, da also die von jeder Spitze aus gehenden Ströme unabhängig vom Ausbrei tungswiderstand in dem Gasraum zwischen den Elektroden sind, kann man ohne weiteres die Elektroden einander nähern und dadurch den Ionisator verkleinern. Ausserdem erreicht man hierbei, dass die Wege, welche die Ionen im Entladungsraum zurücklegen, kurz werden und die aufzuladenden Teilchen dadurch nur mit verhältnismässig jungen Ionen in Be rührung kommen.
Die Begrenzung des von jeder Spitze aus gehenden Stromes bringt zudem den Vorteil mit sich, dass sieh die Bildung von Fremd gasen bei der Ionisation auf ein Minimum herabsetzen lässt. Der erfindungsgemässe Elek trofilter eignet sich deshalb auch für die Rei nigung der Atemluft, weil der Organismus nicht mehr durch hohe Konzentrationen von Ozon oder Stickoxyden gefährdet werden kann.
Darüber hinaus ergibt sieh noch eine wei tere Vereinfaehung. Zweifellos wäre es von Vorteil, wenn man das die Gasentladung be wirkende elektrische Feld gleichzeitig zur Abscheidung der im Gas mitgeführten, auf geladenen Teilchen heranziehen könnte. Durch den Strom unipolarer Ionen, der von der Corona-Entladung ausgeht, wird nämlich in Richtung auf die Gegenelektrode ein Wind - der sogenannte Ionenwind - erzeugt, der die Abscheidung wesentlich unterstützt Lind insbesondere auch kleinste Teilchen, welche sich mir schwach aufladen lassen, auf die Gegenelektrode niederschlägt.
Bei den bis herigen Anordnungen dieser Art benötigte man aber bereits für geringe Abscheidewir- kungen sehr lange Elektroden, da wegen der Gefahr eines von den Spitzen ausgehenden Funkenüberschlages der Elektrodenabstand im Vergleich zu den normalen Abscheideelek- troden gross Lind die Feldstärke, welche die Ablenkung der abzuseheidenden Teilchen aus der Strömungsriehtung des Gases bewirkt, weit unterhalb der Dux-ehbriichsfeldst.ärke ge wählt werden musste.
Wenn man aber -von zwei verschieden polarisierten Elektroden des Abseheidesystems die eine Elektrode wenig stens über einen Teil ihrer Oberfläche mit einer Vielzahl gleich hoher Spitzen besetzt von denen jede über einen hochohmigen Widerstand mit dieser Elektrode verbunden ist, dann kann man gefahrlos die kleinen, für Abseheider üblichen Elektrodenabstände und grosse Feldstärken anwenden, so dass die Ioni sation Lind Abseheidnng zwischen den gleichen. verhältnismässig kurzen Elektroden erfolgt.
Damit ist der Vorteil der Ausnutzung des Ionenwindes bei der Abseheidung, wie er bei den Cotrell-Anlagen vorlag, erstmals für den Plattenabseheider anwendbar, wobei zusätz- lieh Unstabilitäten beim Ionenwind in Fort fall kommen.
Weiterhin zeigt, sich, dass eine Vielzahl von Spitzen eine grössere unipolare Raum ladung und deshalb ein stärkeres Feld in der Nähe der Gegenelektrode ergeben. Diese Er- seheinungen sind wesentlich ausgeprägter als bei zylindrisehen Anordnungen und sie ermög lichen es, dass auch nur schwach aufgeladene Partikel, die infolge des Ionenwindes in R.ieh- tung auf die Gegenelektrode getrieben werden, an dieser Elektrode abgVesehieden werden kön nen.
Technisch kann das V orsehalten eines hochohmigen Widerstandes vor jede dieser Spitzen dadurch gelöst werden, dass die Spitzen jeweils von deinem Ende stäbehenför- miger Körper gebildet werden, welche mit ihrem der Trägerelektrodenoberfläehe zuge wandten Ende borstenartig in einer Schiebt aus elektrisch schwach leitendem Material ein gebettet sind,
so dass die Schicht in der Um gebung jeder Einbettungsstelle als hoehohmi- ger Vorschaltwiderstand für die zugehörige Spitze wirkt. Vorzugsweise besteht die elek- triseh schwach leitende Schicht aus einem porenfreien Kunststoff.
Eine andere Möglichkeit ist darin zu sehen, dass die Spitzen. jeweils von einem Ende elek- triseh sehwaeh leitender, stäbehenförmige r etwa senkrecht zur Trägerelektrodenober- fläehe stehender Körper gebildet werden, so < lass jeder Körper selbst. als hochohmiger Vor für die zugehörige Spitze wirkt. Da.
hierbei die Kapazität und der Widerstand in den stäbehenförmigen Körpern kontinuierlich verteilt sind, vermeidet man disruptive Entladungen, die durch die Kapa zität der Spitzen bzw. der stäbehenförmigen Körper zu der sie tragenden Elektrode be- dingt sein können.
Vorzugsweise werden die Spitzen jeweils @,on einem Ende gleich langer Fasern eines elektrisch schwachleitenden Kunststoffes, bei- @.,pieIsweise aus Polcvinlehlorid, gebildet.
Damit der von den Spitzen ausgehende \troni unipolarer Ionen den Beladungsraum möglichst homogen durchsetzt, damit. aber anderseits ausreichende Feldüberhöhungen an den Spitzen erzielt werden, ist es von Vorteil, wenn die Quersehnittsfläehe aller, die Spitzen tra(1)-enden, stäbehenförmigen Körper zusam- men-genommen kleiner als ein Zehntel der ge- sainten,
von den Spitzen besetzten Elektroden- o1iei#fläelie ist und dass die gegenseitigen Ab stände der Spitzen nicht grösser sind als die Länge der die Spitzen tragenden Körper.
Von 1 ein= der Elektrodenoberfläehe dürften also höchstens 7.0 mm2 von den stäbchenförmigen Körpern eingenommen sein.
Weiterhin muss bei der Bemessung dafür gesorgt werden, dass die die Spitzen tragenden, stäbehenförmigen Körper so dicht nebeneinander stehen, dass der Strömungswiderstand für Gase, welche in denn Raum zwischen den Elektroden strömen, zwi schen der Elektrodenoberfläclre und den Spitzen um ein Vielfaches grösser ist als der Sti-önrun(-rswiderstand zwischen den Spitzen und der Gegenelektrode. Auf diese Weise arbeitet der Elektrofilter in befriedigender Weise,
da das Gas in dem von den stäbchen- förmigen Körpern angefüllten Raum stek- kenbleibt ; denn dieses Gasvolumen wird ja im (leg-ensatz zu dem im Raum zwischen den Spitzen und der Gegenelektrode befindlichen Gasvolumen nicht von einem Strom unipolarer Ionen durchsetzt. Diese Bedingung ist.
aber in praktisch ausreichendem --N1asse erfüllt, wenn die gegenseitigen Abstände der Spitzen ge ringer als 1 mm und der Abstand zwischen den Spitzen und der Gegenelektrode grösser als 1 mm ist.
Die Bedingung, dass der Widerstand für das durchströmende Gas im Bereich der die Spitzen tragenden Körper wesentlich grösser als im darüberliegenden Raum ist, lässt sich besonders leicht verwirklichen, wenn eine An zahl von Spitzen jeweils in quer zur Strö mungsriehtung des Gases verlaufenden Rei hen angeordnet ist. Ausgehend von dieser Überlegung, kann man die Spitzen immer enger aneinander rücken, bis schliesslich die in einer Reihe stehenden Spitzen mit hochohmi- gen V orschaltwiderständen ausgestattet sind, die miteinander zu einem Band vereinigt sind.
Wenn man dieses Band aus elektrisch schwach leitendem Material herstellt, ist in jedem Fall der der Erfindung zu Grunde liegende Ge danke erfüllt, da der jeder Spitze vorge schaltete Widerstand in dem senkrecht. unter der Spitze befindlichen Teil des Bandkörpers liegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindiuig erge ben sich aus der Beschreibung im Zusammen hang mit der Zeichnung. Hierin zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Schnitt durch den Elektro filter, Fig. 2 eine Ausführungsform der Anbrin- gung der hochohmigen Vorsehaltwiderstände und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Anbringung der hochohmigen Vorschaltwider- stä.nde.
Das Gas strömt in Pfeilrichtung durch den Raum zwischen der Elektrode 1 und der Gegenelektrode 2, welche über eine Gleich spannungsquelle 3 miteinander verbLinden sind, so dass zwischen ihnen ein elektrisches Feld herrscht. Ein Teil der Oberfläche der Elek trode 1 ist mit stäbchenförmigen Körpern 4 besetzt, deren von der Elektrode abgewandte Enden als Spitzen 5 dienen. Da an diesen Spitzen eine Feldüberhöhung auftritt, findet im Bereich der Spitzen eine Corona-Entladung statt, die eine Ionisation des Gasstromes und damit eine Aufladung der abzuscheidenden Teilchen bewirkt.
Die Abscheidung selbst erfolgt an der Gegenelektrode 2, und zwar teilweise bereits an der Fläche oberhalb der Spitzen 5.
Damit trotz des geringen Abstandes zwi schen den Spitzen 5 und der Gegenelektrode 2 keine Überschläge erfolgen, ist jeder Spitzen körper mit einem hochohmigen Vorschalt- widerstand ausgestattet. In Fig. 2 sind die stäbchenförmigen Körper 4 in eine poren freie Kunststoffschicht 6 eingebettet, so dass die Schicht in der unmittelbaren Nähe einer jeden Einbettungsstelle jeweils als Vorschalt- widerstand für die zugehörige Spitze dient.
In Fig. 3 bestehen die stäbchenförmigen Körper 4 selbst aus einem elektrisch schwach leitenden Material. Sie stehen in direktem Kontakt mit der Elektrode 1 und dienen selbst als Vorschaltwiderstand für ihre Spit zen 5. Hierbei können die Körper 4 mit. einer isolierenden oder ebenfalls elektrisch schwach leitenden Klebstoffschieht 7 auf der Elektrode gehalten werden.
Für die Herstellung einer solchen mit Spitzen besetzten Elektrode bietet sich ein ein faches und elegantes Verfahren an. Die Elek- trodenplatte wird mit einer erst später erhär tenden Klebstoffschicht überzogen, dann wird über ihr ein starkes elektrostatisches Feld errichtet, in welchem die stäbehenförmigen Körper - also beispielsweise gleich lange Ab schnitte einer Kunststoffaser - aus einer Schale gegen die Elektroden springen.
Schon während ihres Fluges zur Elektrode stellen sich die Fasern in Feldrichtung, also senk recht zur Elektrodenoberfläehe. Schliesslich sorgt die erhärtete Klebstoffschicht für eine dauerhafte Einbettung der Faserabschnitte. Auf diese Weise erhält die Elektrode einen samtartigen Überzug, der sich für den vor stehenden Zweck sehr gut eignet.
Die erfindungsgemässe Sprühelektrode lässt sich natürlich nicht nur in unmittelbarer Ver bindung mit den Abscheideelektroden verwen den: Bei bestimmten Konstruktionen ist es zweckmässig, sie lediglich als Ionisator zii be nutzen.
Die Form der Elektroden kann be- liebig gewählt werden; es braucht sieh nieht nur um ebene Platten zu handeln, es können auch zy lindrisehe, hegli;
e und andere Formen zur Anwendung kommen. Insbesondere die Kegelform hat in Verbindung mit Spitzen, deren Vorsehaltwiderstände zu einem Band zusammengefasst sind, den -grossen Vorteil, dass man beispielsweise eine Kunststoff-Folie in eine zusammenhängende Spirale zerschneiden kann, welche über die keglige Elektrode ge stülpt wird und ohne weiteres eine spiralför mige Schraubenbahn mit konstanter Gang höhe bildet. Auch der Abstand der Elektroden voneinander braucht nicht über ihre ganze Länge konstant zu sein, beispielsweise könnte bei einem Elektrofilter, bei dem die Bleiehen.
Elektroden sowohl die Ionisation als auch die Abscheidung bewirken, der mit Spitzen be setzte Teil der Elektrode einen grösseren Ab stand von der CTeoenelelzti-ode haben als der anschliessende, unbesetzte Teil dieser Elek trode.