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EP0265451B1 - Elektrostatische abscheidevorrichtung - Google Patents

Elektrostatische abscheidevorrichtung Download PDF

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Publication number
EP0265451B1
EP0265451B1 EP87902057A EP87902057A EP0265451B1 EP 0265451 B1 EP0265451 B1 EP 0265451B1 EP 87902057 A EP87902057 A EP 87902057A EP 87902057 A EP87902057 A EP 87902057A EP 0265451 B1 EP0265451 B1 EP 0265451B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter cartridge
separation device
electrostatic filter
electrodes
foil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP87902057A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0265451A1 (de
Inventor
Dumitru Cucu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0265451A1 publication Critical patent/EP0265451A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0265451B1 publication Critical patent/EP0265451B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/14—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by the additional use of mechanical effects, e.g. gravity
    • B03C3/155—Filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/60—Use of special materials other than liquids
    • B03C3/64—Use of special materials other than liquids synthetic resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/74—Cleaning the electrodes
    • B03C3/78—Cleaning the electrodes by washing

Definitions

  • the prior art includes two-stage electrostatic precipitators. They have been known for around 45 years and were developed for the purpose of achieving high degrees of separation for solid particles, aerosols or submicron drops from the gas stream.
  • the solid particles are charged by ions of one polarity using a so-called ionizer stage.
  • the ionizer consists of electrodes, also called spray electrodes, in the form of wires or tips on which the electrical field lines are concentrated. These electrodes are arranged between the counter electrodes, consisting of parallel plates. A plasma layer forms around the spray electrodes.
  • the ions of the plasma layer with the same polarity as the spray electrodes migrate to the counter electrodes.
  • the solid particles that flow through this ionic rain are electrically charged because the ions are fixed on their surface.
  • the solid particles are pulled out of the gas stream and fixed on the plates of a collector.
  • the collector consists of separating plates, which are at different potentials under high voltage and between which an electric field is generated.
  • the electrically charged solid particles are eliminated from the gas flow as they flow through the collector thanks to the electrostatic forces that act on the charged solid particles in the electrical field of the collector and are deposited on the collector plates.
  • FR-A-739 673 also describes such a two-stage electrostatic filter, the collector of which consists of concentric metal tubes or parallel metal plates.
  • the object of the present invention is to improve the current state of the art and to manufacture electrostatic filters for filtering solid particles or droplets from gas or air with a higher degree of separation, in particular for submicron particles, that is to say in the range from 0.01 pm to 1 pm particle sizes.
  • One advantage is that such an electrostatic precipitator is, for example, much cheaper to manufacture, about 10-20 times cheaper than a classic two-stage electrostatic precipitator for the same amount of gas stream to be filtered.
  • the implementation of the present invention allows the distances between collector electrodes to be reduced to the smallest distances, on the order of approximately 1 mm. The highest degrees of separation are achieved in this way.
  • the electrostatic filter described can be operated with only a single high-voltage supply.
  • the electrostatic filter described in the invention has a minimal weight. It can be about 20 times lighter than a classic electrostatic precipitator, because the electrodes used are conductive foils of low weight and thickness, e.g. 0.03 mm.
  • the separating device according to the invention can be inserted into any tubular system, whether it already exists on site or not.
  • the positive and negative effects generated by the electrodes at the outlet of the gas flow from the electrostatic filter cartridge neutralize the electrical charge in the room air.
  • the degree of separation of the filter can be increased in a very simple way.
  • This measure i.e. Extension of the cylindrical filter cartridge, separation levels from the area of HEPA filters with 99.99% separation rate for the smallest particles are achieved.
  • An increase in the degree of separation can also be produced by increasing the diameter of the spiral or cylindrical electrostatic filter cartridge and by increasing the high voltage.
  • electrostatic filter cartridge because inexpensive to manufacture, like any mechanical filter made of porous or fibrous medium when loaded with dust, can be equipped with a new cartridge and replaced like any other mechanical filter.
  • the filter cartridge can be replaced as "hazardous waste" when the filtered aerosol is dangerous or toxic to the environment.
  • the current exiting situation in which electrostatic precipitators are cleaned and the toxic dust that is washed out of the electrostatic precipitator can be discharged can be eliminated.
  • this new type of electrostatic precipitator can be used wherever radioactive particles have to be filtered.
  • this new electrostatic filter is an ideal air filter for the nuclear industry, where radioactive particles or aerosols have to be filtered.
  • this invention in the filtration of an oil mist is particularly favorable because the electrode edges on the outlet side of the gas flow are separated from the insulating foils, the electrical field lines no longer concentrating so intensely on the edges and the flowing oil film no longer being in the way a secondary production can turn it back into very fine oil drops.
  • This secondary generation of very fine liquid aerosol is a very unfavorable phenomenon with current electrostatic filters.
  • this invention can be used to filter oil mist or any other mist with the highest degree of separation using the electrostatic filter.
  • Another advantage of this invention is that the price of the deposition device can be reduced even further by using insulating foils which have a conductive layer on one of their sides, or by the foils having special electrical polarization properties or magnetic properties.
  • a further increase in the degree of separation can also be achieved if a centrifugal movement is applied to the gas flow before it enters the collector, so that the adhesion of the particles to the foils is favored.
  • FIG. 1 A gas stream to be cleaned flows through a housing 1 in the direction of the arrow and is irradiated by the UV rays 3 of a UV source 2. It is then passed through a grid electrode 4 and ionized in the ionizer zone 5 by an ion rain. Positive or negative ions are generated in the ionizer zone 5. They result from a corona discharge from the spiral edge, which is located under high voltage potential 9.
  • the particles in the gas flow flow into a third zone, the so-called electrostatic filter cartridge 6.
  • Fig. 1 it can clearly be seen that the length of the insulating foils 8 extend beyond the foil electrodes 7, producing the so-called insulation distance.
  • the particles in the gas stream that are electrically charged after the ionization stage are pulled out of the gas stream thanks to the electrostatic forces in the space between the film electrodes 7 and deposited on the surface of the grounded film electrode and also on the surface of the highly polarized insulating films 8.
  • a so-called fourth stage is formed by a neutralizer 17.
  • the neutralizer zone 17 is formed on the gas outlet side of the electrostatic filter cartridge 6.
  • the fourth stage is formed by the edges of the spiral foil electrodes 7, which generate a corona discharge between them by concentrating the field lines. As a result, ions of both polarities are generated, which in this way bring about an electrical neutralization of both the gas flow and any objects which may be located in the space into which the gas flow flows.
  • the insulating foils 8 protrude from the foil electrodes 7 and that a necessary insulation spacing is thereby achieved. Furthermore, it can be seen in FIG. 1 that a spiral-shaped insulating film 8 is inserted between the grounded housing 1 and the film electrode 7 connected to the high voltage potential 9, which isolates the electrostatic filter cartridge 6 from the housing 1.
  • the charging of the particles on the gas inlet side can also take place in that the corona discharge does not take place between the edge of a foil electrode and the grid electrode, but between the edges of two foil electrodes lying at different potential.
  • the grid electrode can then be omitted.
  • Fig. 2 the spiral design of the electrostatic precipitator is shown.
  • the sectional view shows the top view of the electrostatic filter cartridge 6. It can clearly be seen that the ends of the insulating film 8 protrude beyond the ends of the film electrodes 7, so that there is a safe insulation distance. It can also be seen that an insulating film 8 is inserted between the housing 1 and the film electrode 7, which has been applied to a positive high-voltage potential 9.
  • Fig. 3 the layered structure of an electrostatic filter cartridge 6 is shown in a sectional view.
  • the zigzag films are insulating films 8.
  • the film electrodes 7 are smooth films. It can also be clearly seen here that an insulating film 8 is inserted between the outer film electrode 7 and the housing 1.
  • FIG. 4 shows the sectional structure of an electrostatic filter cartridge 6 in a sectional view, in which case the foil electrodes 7 are folded in a zigzag shape and the insulating foils 8 are smooth foils.
  • an insulating film 8 is inserted between the housing 1 and the outer film electrode 7.
  • FIG. 8 A further possibility of the invention is shown in FIG. In this case, zigzag-shaped insulating foils 8 are placed on top of one another alternately in layers with flat foil electrodes 7. In this way, rectangular electrostatic filter cartridges 6 can also be produced.
  • FIG. 6 A possibility corresponding to that already described in FIG. 5 is shown in FIG. 6.
  • zigzag-shaped foil electrodes 7 are inserted between flat insulating foils 8, so that, for example, rectangular electrostatic filter cartridges 6 are created.
  • FIG. 7 A further embodiment of the folded insulating films 8 is shown in FIG. 7.
  • the film was folded round and, as already described in FIG. 3, wrapped between the film electrodes 7.
  • FIG. 8 similar to FIG. 4, a film electrode, which is folded round, is processed into an electrostatic filter cartridge 6.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which the foil electrodes 7 and the insulating foils 8 represent cylindrical bodies which, when placed coaxially one inside the other, form an electrostatic filter cartridge 6. In this case too, an insulating film 8 is inserted between the outer film electrode 7 and the housing 1.
  • the U-shaped housing 1 can be filled with a cleaning liquid 10 by means of a filler tube 11 to such an extent that the electrostatic filter cartridge 6 is flooded.
  • an ultrasound generator 16 is switched on, which causes the cleaning liquid 10 to vibrate. The vibrations detach the deposited particles from the film electrodes 7 and the insulating films 8. The detached particles sink in the cleaning liquid 10 in the direction of the drain valve 12.
  • the drain valve 12 By means of the drain valve 12, the cleaning liquid 10 with the particles can be drained off and, if necessary, renewed.
  • this device can also in the case of Filtration of an oil mist or other mist-like liquid, the filtered material sinks down, collect in the lower part of the U-shaped housing 1 and are discharged from there, so that a recovery of the filtered liquid aerosols is possible.
  • FIG. 12 shows an embodiment in which the gas flow flowing into the housing is passed through gas flow guides 13 which are arranged directly in front of the electrostatic filter cartridge 6. This makes it possible to direct the gas flow in such a way that it cannot flow through the space between the housing 1 and the electrostatic filter cartridge 6. The same also applies to the core area of the electrostatic filter cartridge 6.
  • the gas flow guides 13 are advantageous because the core area and the edge area are zones with a lower degree of separation.
  • FIG. 13 shows an electrostatic filter device in which a liquid 15 is sprayed onto the electrostatic filter cartridge 6 by means of a nozzle 14. This creates a wet electrostatic precipitator with a high degree of separation.
  • the electrostatic cartridge 6 is formed from only two foils, one of which is smooth and the other of which is zigzag.
  • Each of these foils is conductive on one of its sides, so that when it is wound up, the two conductive layers, which are at different potentials, are separated throughout the cartridge by an insulating layer.
  • FIG. 15 An embodiment is shown in FIG. 15 in which the ionizer is separated from the collector.
  • the ionizer is formed from a spiral-shaped spray electrode 20, which can be the edge of a foil, a fine metal wire or a plurality of tips, which discharges the corona in relation to one or two grid electrodes 4 and thereby forms one or two ionization zones 5.
  • This ionizer is designed such that it can be supplied with current of one polarity, thereby generating ions of this polarity, or with alternating current, thereby generating ions of both polarities.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

  • Zum Stand der Technik gehören zweistufige Elektrofilter. Sie sind seit ungefähr 45 Jahren bekannt und wurden zu dem Zweck entwickelt, hohe Abscheidgrade für Feststoffteilchen, Aerosole oder untermikronische Tropfen aus dem Gasstrom zu erreichen.
  • In der ersten Stufe eines bekannten Elektrofilters wird eine Aufladung der Feststoffteilchen durch Ionen einer Polarität mit Hilfe einer sogenannten lonisatorstufe durchgeführt.
  • Der lonisator besteht aus Elektroden auch Sprüh elektroden genannt, in Form von Drähten oder Spitzen, auf die sich die elektrischen Feldlinien konzentrieren. Diese Elektroden sind zwischen den Gegenelektroden, bestehend aus parallelen Platten, angeordnet. Um die Sprühelektroden bildet sich eine Plasmaschicht.
  • Die Ionen der Plasmaschicht mit gleicher Polarität wie die Sprühelektroden wandern zu den Gegenelektroden. Die Feststoffteilchen, die durch diesen lonenregen hindurchströmen, werden elektrisch aufgeladen, weil sich die Ionen auf ihrer Oberfläche fixieren.
  • In der zweiten Stufe werden die Feststoffteilchen aus dem Gasstrom herausgezogen und auf den Platten eines Kollektors fixiert. Der Kollektor besteht aus Abscheideplatten, die sich auf verschiedenem Potential unter Hochspannung befinden und zwischen denen ein elektrisches Feld erzeugt wird. Die elektrisch aufgeladenen Feststoffteilchen werden beim Durchströmen durch den Kollektor dank der elektrostatischen Kräfte, die auf die aufgeladenen Feststoffteilchen im elektrischen Feld des Kollektors einwirken, aus dem Gasstrom eliminiert und auf den Kollektorplatten abgeschieden.
  • In den Patenten US 2 579 441, US 2 502 560, US 3 798 879, US 2 504 430, DE 19 55 692, DE 12 45 328, DE 23 46 196, DE 11 67 799, die den gegenwärtigen Stand der Technik aufzeigen, werden verschiedene bekannte Ausführungen zweistufiger Elektrofilter gezeigt.
  • Auch in der FR-A-739 673 wird ein derartiges zweistufiges Elektrofilter beschrieben, dessen Kollektor aus konzentrischen Metallrohren oder parallelen Metallplatten besteht.
  • Alle beschreibenen Elektrofilter sind ohne Ausnahme komplizierte und teure Ausführungen mit einem Gewicht von manchmal ca. 30 kg, und alle Elektrofilter unterliegen einer komplizierten Herstellungstechnologie.
  • Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe eine Verbesserung des gegenwärtigen Standes der Technik und soll die Fertigung von Elektrofiltern zur Filtrierung von Feststoffteilchen oder Tropfen aus Gas oder Luft mit einem höheren Abscheidegrad, insbesondere für untermikronische Partikel, also auf dem Gebiet von 0,01 pm bis 1 pm Partikelgrößen, ermöglichen.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind vielfältig. Ein Vorteil ist, daß ein derartiges Elektrofilter zum Beispiel in der Herstellung wesentlich kostengünstiger ist, ungefähr 10-20mal billiger als ein klassisches zweistufiges Elektrofilter für die gleiche zu filtrierende Gasstrommenge.
  • Die Ausführung dieses neuen Elektrofilters ist sehr einfach, wobei die Herstellung mit wenig Aufwand automatisiert werden kann.
  • Die Ausführung der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Reduzierung der Abstände zwischen Kollektorelektroden auf kleinste Abstände, in der Größenordnung von ungefähr 1 mm. Hierdurch werden höchste Abscheidegrade erreicht.
  • Die Realisierung derart kleiner Abstände zwischen den Elektroden und den Kollektorplatten ist bei den bisher existierenden Elektrofiltern mit Metallplatten unmöglich.
  • Das beschriebene Elektrofilter kann mit nur einer einzigen Hochspannungsversorgung betrieben werden.
  • Das in der Erfindung beschriebene Elektrofilter hat ein minimales Gewicht. Es kann etwa 20-mal leichter als ein klassisches Elektrofilter sein, weil als Elektroden leitfähige Folien mit geringem Gewicht und geringer Dicke, z.B. 0,03 mm, eingesetzt werden.
  • Ein anderer Vorteil ist der, daß die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung in jede beliebige rohrförmige Anlage, ob bereits bauseitig vorhanden oder nicht, eingefügt werden kann. Zusätzlich bewirken die von den Elektroden erzeugten Plusund Minusionen am Austritt des Gasstroms aus der elektrostatischen Filterpatrone eine Neutralisierung der elektrischen Raumluftladung.
  • Durch Benutzung von Elektroden mit breiteren Folien kann auf sehr einfache Art der Abscheidegrad des Filters vergrößert werden. Durch diese Maßnahme, d.h. Verlängerung der zylinderförmigen Filterpatrone, werden Abscheidegrade aus dem Gebiet der HEPA-Filter mit 99,99% Abscheidegrad für kleinste Partikel erreicht. Eine Erhöhung des Abscheidegrades kann auch durch eine Vergrößerung des Durchmessers der spiralförmigen oder zylinderförmigen elektrostatischen Filterpatrone erzeugt werden, sowie durch Erhöhung der Hochspannung.
  • Ein anderer Vorteil ist der, daß die elektrostatische Filterpatrone, weil billig in der Herstellung, wie jedes mechanische Filter ausporösem oder faserigem Medium, wenn mit Staub beladen, mit einer neuen Patrone ausgerüstet und wie jedes andere mechanische Filter ausgewechselt werden kann.
  • Auf diese Weise kann die Filterpatrone in dem Fall, in dem das filtrierte Aerosol gefährlich oder giftig für die Umwelt ist, als "Sondermüll" ausgewechselt werden. Folglich kann die gegenwärtige existrierende Situation beseitigt werden, bei der Elektrofilter gereinigt werden und der giftige Staub, der aus dem Elektrofilter ausgewaschen wird, ins Abwasser gelangt.
  • Dank seines sehr niedrigen Herstellungspreises und seiner "Sondermüll"-Eigenschaften kann dieser neue Typ von Elektrofilter dort, wo radioaktive Teilchen filtriert werden müssen, zur Anwendung gelangen. Aus diesem Grund ist dieses neue Elektrofilter ein ideales Luftfilter für den Bereich Atomindustrie, wo radioaktive Teilchen oder Aerosole filtriert werden müssen.
  • Die gegenwärtigen Elektrofilter können nicht für die Filtrierung von radioaktiven Teilchen verwendet werden. Dafür müssen mechanische Filter mit großem Druckverlust und großem Energieverbrauch eingesetzt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil dieses hier vorgeschlagenen neuen Typs von Elektrofilter ist die Trennung der Elektroden von den isolierenden Folien, so daß auch leitfähige Teilchen filtriert werden können, was in den meisten Fällen mit den vom gegenwärtigen Stand der Technik gebotenen Elektrofiltern nicht geeignet ist.
  • Die Anwendung dieser Erfindung bei der Filtrierung eines Ölnebels ist besonders günstig, weil die Elektrodenkanten an der Austrittsseite des Gasstroms von den isolierenden Folien getrennt sind, wobei sich die elektrischen Feldlinien nicht mehr so intensiv auf die Kanten konzentrieren und der fließende Ölfilm sich nicht mehr im Wege einer sekundären Erzeugung wieder in sehr feine Öltropfen verwandeln kann. Diese sekundäre Erzeugung von sehr feinem flüssigen Aerosol ist eine sehr ungünstige Erscheinung bei den gegenwärtigen Elektrofiltern. Hingegen kann man mit dieser Erfindung mit dem Elektrofilter Ölnebel oder jeglichen anderen Nebel mit höchstem Abscheidegrad filtrieren.
  • Auch sehr aggressive Nebel wie zum Beispiel Säuren und Laugen können mit geeigneten Materialien wirtschaftlich günstig abgeschieden werden. Durch genügend große Breiten für die isolierenden Folien können auch Wasserdampf und Tröpfchen abgeschieden werden.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Preis der Abscheidevorrichtung dadurch noch mehr vermindert werden kann, daß isolierende Folien benutzt werden, die auf einer ihrer Seiten eine leitfähige Schicht haben, oder dadurch, daß die Folien spezielle elektrische Polarisierungseigenschaften oder magnetische Eigenschaften aufweisen.
  • Diese Eigenschaften führen zur Erhöhung der TrennungswirkungfürdieTeilchen oderAerosole.
  • Eine weitere Erhöhung des Abscheidegrades kann auch erzielt werden, wenn dem Gasstrom vor seinem Eintritt in den Kollektor eine Zentrifugalbewegung aufgeprägt wird, so daß die Haftung der Teilchen auf den Folien begünstigt wird.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden folgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt eine elektrostatische Abscheidevorrichtung mit einer UV-Lichtquelle 2, mit einer Gitterelektrode 4 und einer elektrostatischen Filterpatrone 6, bestehend aus spiralförmigen isolierenden Folien 8 und Folienelektroden 7, angelegt an eine Hochspannungsquelle 9, und die in einem rohrförmigen Gehäuse 1 montiert ist.
    • Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer spiralförmigen elektrostatischen Filterpatrone 6 im Gehäuse 1.
    • Fig. 3 zeigt eine zickzackförmig isolierende Folie 8 zwischen den Folienelektroden 7 und Gehäuse 1.
    • Fig. 4 zeigt eine glatte isolierende Folie 8 mit zickzackförmigen Folienelektroden 7, eingebaut im Gehäuse 1.
    • Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit der Erfindung, bei der die isolierenden Folien 8 zickzackförmig und die Folienelektroden 7 aufeinander gelegt worden sind, wodurch eine rechteckige elektrostatische Filterpatrone 6 entsteht.
    • Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit der Erfindung, bei der die isolierenden Folien 8 flach und die Folienelektroden 7 zickzackförmig aufeinandergelegtworden sind, wodurch eine rechteckige elektrostatische Filterpatrone 6 entsteht.
    • Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit der Faltung der isolierenden Folie 8 zwischen den Folienelektroden 7 und Gehäuse 1.
    • Fig. 8 zeigt eine Umkehrung von Fig. 7, wobei die isolierenden Folien 8 glatt und die Folienelektroden 7 gefaltet sind.
    • Fig. 9 zeigt eine weitere Möglichkeit einer Faltung der isolierenden Folien 8.
    • Fig. 10 zeigt eine Ausführung eines elektrostatischen Abscheiders, bei dem die isolierenden Folien 8 und die Folienelektroden 7 zylinderförmig koaxial ineinander angeordnet eine elektrostatische Filterpatrone 6 bilden, welche in einem Gehäuse 1 eingebaut worden ist.
    • Fig. 11 zeigt eine Ausführ der Erfindung, bei der die elektrostatische Filterpatrone 6 durch eine automatische Waschvorrichtung mit einem Ultraschallgenerator 16 gereinigt werden kann, indem mittels eines Einfüllrohres 11 eine Reinigungsflüssigkeit 10 einfließt, die nach Gebrauch aus dem Ablaßventil 12 abfließen kann.
    • Fig. 12 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der der Gasstrom im Kernbereich und im Randbereich der elektrostatischen Filterpatrone 6 durch eine Gasstromführung 13 geleitet wird.
    • Fig. 13 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der auf die elektrostatische Filterpatrone 6 eine Flüssigkeit 15 mittels einer Düse 14 aufgesprüht wird, wodurch ein Naßabscheider entsteht.
    • Fig. 14 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die elektrostatische Filterpatrone 6 aus zwei spiralförmigen isolierenden Folien 18,19 gebildet ist, die jeweils auf einer ihrer Seiten eine leitfähige Schicht aufweisen.
    • Fig. 15 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die lonisierungsstufe von der Kollektorstufe getrennt ist und eine spiralförmige Sprühelektrode 20 Korona in Richtung auf eine oder zwei Gitterelektroden 4 entlädt.
  • In Fig. 1 wird das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein zu reinigender Gasstrom durchströmt ein Gehäuse 1 in der Pfeilrichtung und wird von den UV-Strahlen 3 einer UV-Quelle 2 bestrahlt. Danach wird er durch eine Gitterelektrode 4 geleitet und in der lonisatorzone 5 von einem lonenregen ionisiert. In der lonisatorzone 5 werden positive oder negative Ionen erzeugt. Sie entstehen durch eine Koronaentladung von der spiralförmigen Kante, die sich unter Hochspannungspotential 9 befindet.
  • Aus der ersten lonisierungszone, bestehend aus der UV-Quelle 2, und derzweiten lonisierungszone 5, wo die weitere Ionisierung des Gasstroms durch eine sogenannte ionische Bombadierung stattfindet, strömen die Teilchen in dem Gasstrom in eine dritte Zone ein, die sogenannte elektrostatische Filterpatrone 6. Hierin befinden sich die spiralförmigen Folienelektroden 7, die an verschieden gepoltes Potential angelegt und durch isolierende Folien 8 getrennt sind. In Fig. 1 ist deutlich zu sehen, daß die isolierenden Folien 8 in ihrer Länge die Folienelektroden 7 überragen, den sogenannten Isolierungsabstand herstellend.
  • Die im Gasstrom befindlichen, nach der lonisierungsstufe elektrisch geladenen Teilchen werden dank der elektrostatischen Kräfte in dem Raum zwischen den Folienelektroden 7 aus dem Gasstrom herausgezogen und auf der Oberfläche der geerdeten Folienelektrode sowie auch auf der Oberfläche der stark polarisierten isolierenden Folien 8 abgelagert.
  • Eine sogenannte vierte Stufe wird von einem Neutralisator 17 gebildet. Die Neutralisatorzone 17 ist an der Gasaustrittsseite der elektrostatischen Filterpatrone 6 ausgebildet. Die vierte Stufe wird von den Kanten der spiralförmigen Folienelektroden 7 gebildet, die zwischen sich durch Konzentrierung der Feldlinien eine Koronaentladung erzeugen. Hierdurch werden Ionen beider Polaritäten erzeugt, die auf diese Weise eine elektrische Neutralisierung sowohl des Gasstroms als auch der sich eventuell in dem Raum, in den der Gasstrom einströmt, befindlichen Gegenstände bewirken.
  • Es wird auch gezeigt, daß die isolierenden Folien 8 gegenüber den Folienelektroden 7 vorstehen und dadurch ein notwendiger Isolierabstand zustande kommt. Weiterhin ist in Fig. 1 zu sehen, daß zwischen dem geerdeten Gehäuse 1 und der an das Hochspannungspotential 9 angeschlossenen Folienelektrode 7 eine spiralförmige isolierende Folie 8 eingelegt ist, die die elektrostatische Filterpatrone 6 gegenüber dem Gehäuse 1 isoliert.
  • Die Aufladung der Teilchen an der Gaseintrittsseite kann auch dadurch erfolgen, daß die Koronaentladung nicht zwischen der Kante einer Folienelektrode und der Gitterelektrode, sondern zwischen den Kanten zweier auf unterschiedlichem Potential liegender Folienelektroden stattfindet. Die Gitterelektrode kann dann entfallen.
  • In Fig. 2 wird die spiralförmige Ausführung der elektrostatischen Abscheidevorrichtung gezeigt. Die Schnittdarstellung zeigt die Draufsicht auf die elektrostatische Filterpatrone 6. Deutlich zu sehen ist, daß die Enden der isolierenden Folie 8 die Enden der Folienelektroden 7 überragen, so daß ein sicherer Isolierabstand entsteht. Es ist auch zu sehen, daß zwischen dem Gehäuse 1 und der Folienelektrode 7, die an ein positives Hochspannungspotential 9 angelegt worden ist, eine isolierende Folie 8 eingelegt ist.
  • In Fig. 3 wird der schichtartige Aufbau einer elektrostatischen Filterpatrone 6 in Schnittdarstellung gezeigt. In diesem Fall sind die zickzackförmigen Folien isolierende Folien 8. Die Folienelektroden 7 sind glatte Folien. Auch hier ist deutlich zu sehen, daß zwischen der äußeren Folienelektrode 7 und dem Gehäuse 1 eine isolierende Folie 8 eingelegt ist.
  • In Fig. 4 wird der schichtartige Aufbau einer elektrostatischen Filterpatrone 6 in Schnittdarstellung gezeigt, wobei in diesem Fall die Folienelektroden 7 zickzackförmig gefaltet und die isolierenden Folien 8 glatte Folien sind. Auch hier wird zwischen dem Gehäuse 1 und der äußeren Folienelektrode 7 eine isolierende Folie 8 eingelegt.
  • In Fig. 5 wird eine weitere Möglichkeit der Erfindung gezeigt. In diesem Fall werden zickzackförmige isolierende Folien 8 abwechselnd schichtweise mit ebenen Folienelektroden 7 aufeinandergelegt. Hierdurch sind auch rechteckige elektrostatische Filterpatronen 6 herstellbar.
  • In Fig. 6 wird eine Möglichkeit entsprechend der bereits in Fig. 5 beschriebenen gezeigt. Hier werden zickzackförmige Folienelektroden 7 zwischen ebenen isolierenden Folien 8 eingelegt, so daß zum Beispiel rechteckige elektrostatische Filterpatronen 6 entstehen.
  • In Fig. 7 wird eine weitere Ausführung der gefalteten isolierenden Folien 8 gezeigt. Die Folie wurde rund gefaltet und, wie bereits in Fig. 3 beschrieben, zwischen den Folienelektroden 7 eingewickelt.
  • In Fig. 8 wird, ähnlich wie in Fig. 4, eine jedoch rund gefaltete Folienelektrode zu einer elektrostatischen Filterpatrone 6 verarbeitet.
  • In Fig. 9 wird eine weitere Möglichkeit einer Faltungsart gezeigt. Schichtaufbau und Funktion der elektrostatischen Filterpatrone 6 werden beibehalten.
  • In Fig. 10 wird eine Ausführung dargestellt, bei der die Folienelektroden 7 und die isolierenden Folien 8 zylindrische Körper darstellen, die koaxial ineinander gestellt eine elektrostatische Filterpatrone 6 bilden. Auch in diesem Fall wird zwischen äußerer Folienelektrode 7 und dem Gehäuse 1 eine isolierende Folie 8 eingelegt.
  • In Fig. 11 wird eine Möglichkeit gezeigt, bei der eine automatische Reinigung oder Regenerierung der elektrostatischen Filterpatrone 6 möglich ist. Muß die elektrostatische Filterpatrone 6 von angesetztem Staub oder Aerosolen gereinigt werden, so müssen die Filtrierung des Gasstroms und die Versorgung mit elektrischer Energie über das Hochspannungspotential 9 unterbrochen werden. Ist dies geschehen, kann das U-förmige Gehäuse 1 mittels eines Einfüllrohres 11 mit einer Reinigungsflüssigkeit 10 so weit aufgefüllt werden, daß die elektrostatische Filterpatrone 6 überflutet ist. Nach diesem Vorgang wird ein Ultraschallgenerator 16 eingeschaltet, der die Reinigungsflüssigkeit 10 in Schwingung versetzt. Die Schwingungen lösen die abgelagerten Partikel von den Folienelektroden 7 und den isolierenden Folien 8 ab. Die abgelösten Partikel sinken in der Reinigungsflüssigkeit 10 in Richtung Ablaßventil 12. Mittels des Ablaßventils 12 kann die Reinigungsflüssigkeit 10 mit den Partikeln abgelassen und gegebenenfalls erneuert werden.
  • Mit dieser Vorrichtung kann auch im Falle der Filtrierung eines Ölnebels oder anderer nebelförmiger Flüssigkeiten das filtrierte Material abwärts sinken, sich im unteren Teil des U-förmigen Gehäuses 1 sammeln und von dort abgelassenwerden, so daß eine Rückgewinnung der gefilterten flüssigen Aerosolen möglich ist.
  • In Fig. 12 wird eine Ausführung gezeigt, bei der der in das Gehäuse einströmende Gasstrom durch Gasstromführungen 13, die unmittelbar vor der elektrostatischen Filterpatrone 6 angeordnet sind, geleitet wird. Hierdurch ist es möglich, den Gasstrom derart zu lenken, daß er nicht durch den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 1 und der elektrostatischen Filterpatrone 6 hindurchströmen kann. Das gleiche gilt auch für den Kernbereich der elektrostatischen Filterpatrone 6. Die Gasstromführungen 13 sind vorteilhaft, weil der Kernbereich und der Randbereich Zonen mit geringerem Abscheidegrad sind.
  • In Fig. 13 wird eine elektrostatische Filtervorrichtung gezeigt, bei der mittels einer Düse 14 eine Flüssigkeit 15 auf die elektrostatische Filterpatrone 6 aufgesprüht wird. Hierdurch entsteht ein Naßelektrofilter mit hohem Abscheidegrad.
  • In Fig. 14 wird eine Ausführung gezeigt, bei der die elektrostatische Patrone 6 nur aus zwei Folien, von denen eine glatt und die andere zickzackförmig ist, gebildet ist.
  • Jede dieser Folien ist auf einer ihrer Seiten leitfähig, derart, daß durch ihr Aufwickeln die zwei leitfähigen Schichten, die sich auf verschiedenem Potential befinden, überall in der Patrone durch eine isolierende Schicht getrennt werden.
  • In Fig. 15 wird eine Ausführung gezeigt, bei der der lonisator vom Kollektor getrennt ist. Hier ist der lonisator aus einer spiralförmigen Sprühelektrode 20 gebildet, die die Kante einer Folie, ein feiner Metalldraht oder eine Vielzahl von Spitzen sein kann, die Korona gegenüber einer oder zwei Gitterelektroden 4 entlädt und dabei eine oder zwei lonisierungszonen 5 bildet. Dieser lonisator ist derart gebildet, daß er mit Strom einer Polarität versorgt werden kann, dabei Ionen dieser Polarität erzeugend, oder mit Wechselstrom, dabei Ionen beider Polaritäten erzeugend.

Claims (24)

1. Zweistufige elektrostatische Abscheidevorrichtung mit einem lonisator und einem Kollektor zur Trennung von Feststoffteilchen, Tropfen oder Aerosolen, bestehend aus wenigstens zwei an verschiedenes Potential angeschlossenen, aufgewickelten Folienelektroden (7), die unter Abstand voneinander durch isolierende Folien (8) getrennt sind, wodurch das Passieren eines Gasstroms durch die Zwischenräume der so gebildeten elektrostatischen Filterpatrone (6) gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante einer Folienelektrode (7) an der Gaseintrittsseite an ein Hochspannungspotential (9) angeschlossen ist und eine Koronaentladung gegen die Kante einer anderen Folienelektrode (7) oder einer Gitterelektrode (4), die einen Potentialunterschied hierzu aufweisen, entsteht, wodurch ein einströmender Gasstrom eine große lonendichte bekommt, somit eine lonisierungszone für den Gasstrom vor seinem Eintritt in die elektrostatische Filterpatrone (6) gebildet wird, und daß an der Gasaustrittsseite der elektrostatischen Filterpatrone (6) zwischen den Kanten beider Folienelektroden (7) eine Koronaentladung auftritt, wobei Ionen beider Polaritäten erzeugt werden und hierdurch eine Neutralisierungszone (17) für den ausströmenden Gasstrom gebildet wird.
2. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten isolierenden Folien (8) die Kanten der Folienelektroden (7) an der Gaseintritts- und der Gasaustrittsseite um wenigstens 5mm überragen, und daß die Anfänge und Enden der aufgewickelten isolierenden Folien (8) die der Folienelektroden (7) um wenigstens 5 mm überschreiten.
3. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Gaseinströmseite der elektrostatischen Filterpatrone (6) zwei Gasstromführungen (13) befinden, so daß der Gasstrom beim Eintritt und beim Durchtritt den Bereich zwischen der elektrostatischen Filterpatrone (6) und dem Gehäuse (1) sowie den Kernbereich der elektrostatischen Filterpatrone (6) nicht passieren kann.
4. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) zickzackförmig sind und durch zwei isolierende Folien (8) getrennt werden, die aufeinandergelegt und zusammen spiralförmig aufgewickelt eine kompakte spiralförmige elektrostatische Filterpatrone (6) bilden.
5. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Kanten der Folienelektroden (7) der Gaseintrittsseite der elektrostatischen Filterpatrone (6) Spitzen ausgebildet sind, die Ionen durch Koronaentladung erzeugen.
6. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Aufladung der Teilchen in einem getrennten lonisator durchgeführt wird, wobei die zwei Folienelektroden (7), die durch die isolierenden Folien (8) getrennt sind, nur ein Kollektorpack darstellen.
7. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Filterpatrone (6) in einem zylindrischen oder rechteckigen Gehäuse (1) eingebaut ist.
8. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen im Gasstrom vor ihrem Eintritt in die elektrostatische Filterpatrone (6) mit ultravioletten Strahlen (3) bestrahlt werden.
9. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) aus einem leitfähigen Kunststoff bestehen.
10. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Folienelektroden (7) und den isolierenden Folien (8) durch Sicken, Wellen, Fäden oder andere tiefgezogene Formen, die sich an den zusammen aufgewickelten Folien befinden, ein Abstand gebildet ist.
11. Abscheidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) und die isolierenden Folien (8) axial angeordnete einzelne Zylinder verschiedener Durchmesser darstellen, die ineinander gestellt eine elektrostatische Filterpatrone (6) bilden.
12. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) und die isolierenden Folien (8) planförmig übereinander liegen.
13. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Filterpatrone (6) oder/und die lonisatorzone (5) in einem U-förmigen Rohr eingebaut ist, das mit einer Reinigungsflüssigkeit (10) gefüllt werden kann, mit der die elektrostatische Filterpatrone (6) überflutet und gereinigt werden kann, wobei das Rohr an seiner unteren gebogenen Seite ein Ablaßventil (12) zum Austausch der Reinigungsflüssigkeit (10) hat.
14. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb oder außerhalb des U-förmigen Rohres im Bereich der elektrostatischen Filterpatrone (6) ein Ultraschallgenerator (16) befindet, der seine Schwingungen auf die elektrostatische Filterpatrone (6) überträgt, wobei auch die ganze Masse der Reinigungsflüssigkeit (10) die Schwingung des Ultraschallgenerators (16) erhält und eine Reinigung der elektrostatischen Filterpatrone (6) eingeleitet wird.
15. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) mit Gleichspannung versorgt werden.
16. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden (7) mit Wechselspannung versorgt werden.
17. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Folien (8) aus einem im elektrischen Feld polarisierenden Material bestehen.
18. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Gaseintritts in die elektrostatische Filterpatrone (6) eine Düse befindet, durch die die elektrostatische Filterpatrone (6) mit einer Flüssigkeit (15) befeuchtet wird, so daß ein Naßelektrofilter entsteht.
19. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Folienelektrode (7), die die ganze elektrostatische Filterpatrone (6) umschließt, an ein hohes elektrisches Potential angelegt und vom Gehäuse (1) durch eine isolierende Folie (8) isoliert ist.
20. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Filterpatrone (6) mindestens aus zwei isolierenden Folien gebildet ist, die jeweils nur auf einer ihrer Seiten eine leitfähige Schicht aufweisen, wobei eine (19) hiervon zickzackförmig und die andere (18) ebenmäßig ist, so daß sich in der Filterpatrone (6) zwischen den zwei leitfähigen Schichten eine isolierende Schicht befindet.
21. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienelektroden und/oder die isolierenden Folien (7, 8; 18, 19) magnetische Eigenschaften aufweisen, die zusätzlich zur Trennung der Teilchen beitragen.
22. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasstrom vor Eintritt in die Filterpatrone (6) eine Zentrifugalbewegung aufgeprägt wird, so daß er in die Filterpatrone (6) mit einer kreisförmigen Zentrifugalbewegung eintritt.
23. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die lonisierungsstufe von der Kollektorstufe getrennt und aus einer spiral- oder wellenförmigen Sprühelektrode (20) gebildet ist, die sich unter Hochspannung befindet und Korona in der Richtung des Gasstroms gegen eine oder zwei geerdete Gitterelektroden zwischen denen sie sich befindet, entlädt.
24. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gasstromaustrittsseite der elektrostatischen Filterpatrone (6) zwischen der Kante nur einer einzigen Folienelektrode (7) und einer Gitterelektrode, die sich unter Wechsel-Hochspannung befindet, eine Korona-Entladung stattfindet, wobei Ionen beider Polaritäten erzeugt werden.
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