DE2216436A1 - Staubfiltervorrichtung - Google Patents

Description

No. 954, Ichiban-cho, Hiyoshidai, Takatsuki-shi, Osaka, Japan

" Staubfiltervorrichtung "

Priorität: 5. April 1971, Japan, Nr. 20354/71

11. Juni 1971, Japan, Nr. 41022/71

4. November 1971, Japan, Nr. 87121/71

4. November 1971, Japan, Nr. 87122/71

Die Erfindung betrifft Staubfiltervorrichtungen.

Es sind verschiedene Staubsammler bekannt, die in großem Um-? fang zur Verhinderung der Verunreinigung der Luft verwendet werden. Zu den bekannten Staubsammlern gehören die mechanischen Staubsammler, zum Beispiel Zyklone und Venturi-Reiniger, und elektrische Staubsammler, welche die Ionisierung der mitgeschleppten Staubteilchen ausnützen. Ferner werden auch Sack-

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filter und ähnliche Anordnungen in großem Umfang in den verschiedenen Industriezweigen zur Reinigung gasförmiger Medien, wie etwa verunreinigte Luft, durch Entfernung der in ihnen enthaltenen Staubteilchen verwendet.

Die Staubsammler, die ein Filtermaterial zum Beispiel aus faserigem Stoff, aus einem feinen Drahtnetz oder dgl. verwenden, werden vorzugsweise wegen ihres einfachen Aufbaus und wegen ihres hohen Wirkungsgrades insbesondere zur Entfernung kleiner Staubteilchen aus zu reinigenden gasförmigen Medien verwendet. Bei längerem Betrieb sammeln sich auf den Filtern dieser Staubsammler die Staubteilchen an, so daß sie einen Filterkuchen bilden, der die Filterporen weitgehend verstopft und so den dadurch verursachten Druckabfall erhöht. Um diesen Druckabfall, der den Wirkungsgrad des Filters erheblich reduziert, zu vermeiden, müssen die Filterporen durch mechanische Schläge oder Blasen häufig, vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen, gereinigt werden. Alternativ kann auch der gesamte Filter ausgewechselt werden. Dies ist jedoch nicht nur wegen der damit verbundenen Kosten unerwünscht, sondern auch deshalb, weil der Betrieb des Staubsammlers während dieses Austausches unterbrochen werden muß.

Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, das Filtermaterial selbst mechanisch zu erschüttern, vorzugsweise in regelmäßigen Zeitintervallen, um dadurch die angesammelten Staubteilchen von dem Filter zu entfernen. Es ist auch bereits bekannt, zu diesem Zweck einen pulsierenden

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— *i ·.

Luftstrom auf den Filter zu leiten.

.Diesen bekannten Verfahren wohnt der Nachteil inne, daß die Lebensdauer des Filtermaterials aufgrund der starken örtlichen Beanspruchungen, die es durch die wiederholte Anwendung der bekannten Verfahren zur Entfernung des angesammelten Staubs erfährt, erheblich reduziert wird. ,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Staubsammler zu schaffen, von dessen Filtermaterial der angesammelte Staub ohne nennenswerte örtliche Beanspruchung des Filtermaterials entfernt werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch mehrere staubabstoßende Elektroden, die nahe bei dem Filtermaterial angeordnet oder in dieses eingebettet sind und denen eine einphasige oder eine mehrphasige hohe Wechselspannung zugeführt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird der Gasstrom, welcher die Staubteil- ■ chen mitreiCt und deshalb gereinigt werden soll, normalerweise zunächst durch ein Nest hindurchgeführt, das aus mehreren Elektrodenpaaron besteht. Je eine Elektrode eines Paares liegt an einer hohen Gleichspannung, während die andere Elektrode geerdet ist, so daß die hxndurchströrnenden Staubteilchen elektrisch geladen oder ionisiert werden. Danach werden die so ionisierten oder geladenen Teilchen von dem Gasstrom weiter mitgerissen, bis dieser durch ein Filtermaterial strömt, welches die Staub- ·

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teilchen von dem Strom trennt und einen beträchtlichen Teil der so abgetrennten Teilchen an seiner dem Gasstrom zugewendeten Oberfläche ablagert. Das so gereinigte Gas strömt durch die Ausgangsöffnung des Staubsammlers wieder hinaus.

Bei fortgesetztem Betrieb werden immer mehr Staubteilchen aus dem Gasstrom zurückgehalten und an der dem Gasstrom zugewendeten Seite des Filters abgelagert, bis sie schließlich einen Filterkuchen bilden,und der Druckabfall am Filter entsprechend zunimmt, wodurch der Wirkungsgrad des Filters herabgesetzt wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden, vorzugsweise in genau gewählten, regelmäßigen Zeitintervallen oder nach Feststellung eines vorbestimmten Druckabfalls stromabwärts vom Filter, die staubabweisenden Elektroden eingeschaltet, so daß ihnen eine hohe Wechselspannung zugeführt wird; den Elektroden kann eine mehrphasige Wechselspannung, vorzugsweise eine dreiphasige Wechselspannung zugeführt werden, wie im folgenden näher beschrieben wird. Auf diese Weise wird der Filterkuchen elektrodynamisch von dem Filter entfernt. Auf diese Weise wird clor Filter durch Reinigung der vorher verstopften Poren oder Maschen regeneriert und sein alter Wirkungsgrad wieder hergestellt.

Die Erfindung weist somit den Vorteil auf, daß der Filter wirkungsvoll ohne jede mechanische Beanspx-uchung gereinigt werden kann, so daß die sonst mögliche Wirkungsgradverminderung im wesentlichen verhindert und seine Lebensdauer nicht durch die Anzahl der Reinigungs- oder Regenerationsvorgänge verkürzt wird.

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Hinzu kommt der Vorteil, daß die Reinigung ohne Unterbrechung des Filterbetriebs vorgenommen werden kann.

Nach Entfernung des· Filterkuchens werden die staubabstoßenden Elektroden wieder abgeschaltet.

Falls eine mehrphasige, vorzugsweise eine dreiphasige Wechselspannung den staubabstoßenden Elektroden zugeführt wird, geschieht dies nacheinander, so daß der Effekt einer fortschreitenden Welle eintritt.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Ionisierüngseffekt der Staubpartikel, der bei der Passage des Gasstroms durch das Ionisierungsnest erzeugt wird und bei der weiteren Strömung zu dem mechanischen Filter erhalten bleibt/ insbesondere dadurch erzeugt wird, daß die Gasmoleküle ionisiert und an die Gesaratoberflächen der Staubteilchen gebunden werden, die sich daraufhin wie einzelne, ionisierte Moleküle verhalten.

Wenn es erwünscht ist, kann das ionisierende Elektrodennest durch eine oder mehrere elektrische Staubsammeleinheiten ersetzt werden. Auf diese Weise werden die gröberen Staubteilchen von dem elektrischen Staubsammler beziehungsweise den elektrischen Staubsammlern gefangen, während die kleineren Staubteilchen auf dem mechanischen Filter gesammelt werden, von dem sie dann nach Ablagerung auf dem Filtermaterial des mechanischen Filters durch Energiezufuhr zu den staubabs'tossenden Elektroden wieder abgestoßen werden.

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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die hohe Viechseispannung in Form einzelner Impulse zugeführt werden.

Unter Umständen kann das Gas, welches gereinigt v/erden soll, hinreichend vorgeladen sein, so daß die ionisierenden Elektroden entfallen können. So enthält zum Beispiel Abgas, das aus einem elektrischen Ofen zur Herstellung von Eisenlegierungen ausströmt, Eisen-Silicium und/oder anderes Material in Form von Staubteilchen, die bereits hinreichend stark ionisiert sind, bevor sie durch die lonisierungskammer strömen, in der die Ionisierungselektroden paarweise angeordnet sind. In diesem Fall kann deshalb das verunreinigte Gas direkt beim Strom durch das Filtermaterial behandelt werden, das so angeordnet ist, daß es elektrodynamisch mit den staubabstoßenden Elektroden zusammenwirkt, wie es im folgenden näher beschrieben wird. Die Vorionisierung wird in diesem Fall durch den Einfluß der Induktionseinrichtungen in dem Ofen ausgeführt.

Ähnliche Phänomene können bei der Behandlung der Abgase von Heißwasseranlagen auftreten. Man nimpit an, daß die Vor ionisierung der Staubteilchen unter dem Einfluß der hohen Temperatur in dem Heizteil der Heißwasseranlage durchgeführt wird.

Die von einer mechanischen Zerkleinerungsanlage abgegebene, verunreinigte ruft kann als Beispiel für die Vorionisierung ausgeregneter Staubteilchen dienen, die durch Reibungtselektri-.zität verursacht wird.

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Wenn das Gas, das gereinigt v/erden soll, viele Pollen bestimmter lebender Pflanzen, zum Beispiel von Kiefern, enthält, können diese Teilchen hinreichend stark ionisiert sein, damit sie direkt an dem Filter behandelt werden können, welches mit den staubabweisenden Elektroden zusammenwirkt.

Diesen staubabweisenden Elektroden kann eine hohe Wechselspannung, anstatt intermittierend und vorzugsweise regelmäßig, auch kontinuierlich zugeführt werden, so daß eine Ausbildung eines Filterkuchens auf dem Filtermaterial, welches nichtleitend · oder dielektrisch sein muß, weitgehend vermieden wird. Auf diese Weise kann die Ausbildung des schädlichen Filterkuchens im wesentlichen vermieden werden und die Filterporen können stets freigehalten werden, um einen noch ziemlich gesteigerten Wirkungsgrad zu schaffen. In diesem Fall kann die Spannung auf etwa 70 % der normalen Spannung herabgesetzt werden, die bei intermittierender und regelmäßiger hoher Wechselspannung angewendet wird.

Den staubabveisenden Elektroden kann, falls es notwendig ist, einleitend eine Wechselspannung von 1000 V bis 2000 V zugeführt werder., bevor die betrachtete, regelmäßige, hohe Hauptwechselspannung an sie angelegt wird.

Wenn der Reihe der staubabweisenden Elektroden eine hohe einphasige Viechseispannung' zugeführt wird, wird zwischen zwei benachbarten Elektroden ein wechselndes elektrisches Feld erzeugt, das in der Mitte zwischen diesen Elektroden einen ma-

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ximal ausgebauchten Querschnitt aufweist. Im allgemeinen bewegen sich alle diese Teilchen längs den Kraftlinien, die sich mit der Frequenz der Wechselspannung ändern. Deshalb werden die Teilchen dem kombinierten Einfluß der so erzeugten Coulomb-Kraft und der Zentrifugalkraft unterworfen, die entsprechend der jeweiligen Position des einzelnen Partikels auf der Kraftlinie verschieden stark ist. Da die resultierende Kraft in der Nähe einer staubabstoßenden Elektrode unter dem starken Einfluß der Coulomb-Kraft sehr stark ist, werden die Teilchen in diesem Bereich einer sehr großen Stoßkraft unterworfen. Andererseits sind im Bereich der Mitte zwischen zwei Elektroden beide Kraftkomponenten im wesentlichen so wirksam, daß die abstoßende resultierende Kraft ziemlich klein wird. In jedem Fall kann durch Anwendung einer geeignet ausgewählten hohen Wechselspannung von zum Beispiel 10 000 V bis 15 000 V der.abgelagerte Filterkuchen wirksam von dem Filtermaterial entfernt werden, wobei der Einfluß des Gasstroms im Betrieb und die Kohäsionskraft zwischen den einzelnen Teilchen, die den Filterkuchen bilden, überwunden werden. Wie oben erwähnt wurde, kann das Filtermaterial die Trennung der verunreinigenden Staubteilchen aus dem Gas durchführen; und das elektrische Feld kann die Ausbildung eines FiI-terkuchens auf dem Filter selbst verhindern.

Die hohe, einphasige Wechselspannung kann den staubabstoßenden Elektroden in Form von Spannungs impulsen, zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Wechselspannungsenergie akzentuiert verwendet werden, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.

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Wenn den staubabstoßenden Elektroden eine in geeigneter Weise ausgewählte mehrphasige Rechseispannung zugeführt wird, kann eine Übertragungskraft direkt in Phasenrichtung erzeugt werden; eine solche Kraft wirkt wie eine fortschreitende Welle.

Weitere. Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.

Die Erfindung ist im folgenden an einigen Ausführungsbeispielen anhand schematischer Zeichnungen noch näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels von der Seite;

Fig. 2 eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Teiles der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verdrahtung der staubabstoßenden Elektroden der Fign. 1 und 2 mit einem System, das eine dreiphasige Wechselspannung liefert;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,' das durch Veränderung des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels geschaffen wurde;

Fig. 5 bis 7

bruchstückhafte Schnittansichten von drei verschiedenen Anordnungen der staubabstoßenden Elektroden und damit zusammenwirkendes Filtermaterial;

Fig. 8 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, die eine weitere Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt;

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Fig. 9 eine schematische, bruchstückhafte Teilansicht einer Kombination aus staubabstoßenden Elektroden und aus Filtermaterial, bei der die Anordnung so ausgelegt iüt, daß eine größere Filterfläche als bei den anderen Ausführungsbeispielen entsteht;

Fig. 10 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, die eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;

Fig. 11 eine schematische Darstellung der Verdrahtung der staubabstoßenden Elektroden mit der Speisespannungsvorrichtung;

Fig. 12 ein Diagramm der Spannungsimpulse, die der in Fig. 11 gezeigten Anordnung zugeführt werden;

Fig. 13 bis 15

drei verschiedene Diagramme, welche die idealisierten Kurven ("centrode") der Teilchen darstellen, wenn diese der Wirkung eines einphasigen, hohen Spannungswechself sides, bzw. eines Wechselfeldes mit starken Spannungsimpulsen bzw. eines dreiphasigen Wechselfeldes unterworfen werden; und

Fig; 16 ein schematisches Feld einer einphasigen Wechselspannung und die hohen Spannungsimpulse, die gemäß der Erfindung verwendet werden.

In den Fign. 1 und 2 der zugehörigen Zeichnungen ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen dargestellt

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Ein abgeschlossenes starres Gehäuse loo der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eiiie Einlaßöffnung 5 und eine Auslaßöffnung auf, die lediglich schematisch dargestellt sind. Ein Pfeil A zeigt die Richtung des einströmenden Gases an_r das in dem Gehäuse loo entstaubt werden soll. Ein zweiter Pfeil B zeigt die Strömungsrichtung des gereinigten Gases an, welches das Gehäuse loo verläßt.

Zwei ionisierende Stangenelektroden 1 und 1* sind in dem Innenraum des Gehäuses in einem gewissen Abstand von der Einlaßöffnung durch geeignete Aufhängevorrichtungen,nicht dargestellt, befestigt. Diese Aufhängevorrichtung kann aus Zug- oder Stützstangen bestehen, die an der Wand bzw. den Wänden des Gehäuses loo befestigt sind. Das Aufhängen, insbesondere der oberen Elektrode 1, kann von der Decke des Gehäuses erfolgen, während das Unterstützen, vorzugsweise der unteren Elektrode 1', von der Bodenfläche des Gehäuses in Form von Streben erfolgt.

Alternativ können die Stangenelektroden 1 und 1' mit ihren beiden Enden an den vorderen und an den hinteren (Seiten-) Wänden des Gehäuses loo befestigt sein. In diesem Fall sind die Elektroden im wesentlichen als Träger ausgebildet. Wenn es notwendig ist, können wesentlich mehr als zwei Elektroden verwendet werden, damit eine, hinreichend starke Ionisierung gewährleistet ist. Diese Möglichkeit ist durch zwei Punkte la und la' schematise!! dargestellt, welche die Position zweier weiterer Elektroden anzeigen.

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Durch die Anordnung dieser lonisierungselektroden 1 und 1' und gegebenenfalls weiterer Elektroden la, la',.... wirkt der grössere Teil 2 des Innenraums des Gehäuses loo als Ionisierungskanuner.

Im Inneren des Gehäuses loo ist in einem bestimmten Abstand von der Auslaßöffnung 6 ein Filterschirm 3 angeordnet, der aus einem Nylontuch, aus Glasfiber, aus Asbest oder einem ähnlichen Material bestehen kann und mit seinem Umfang an den Wänden des Gehäuses loo befestigt ist, so daß das zu reinigende Gas durch ihn hindurchströmen muß. Dieser Filter kann auch aus einem feinen Drahtnetz aus nichtrostendem Stahl bestehen. Das Tuch oder das Drahtnetz 3 kann mit einem besonders ausgewählten überzug von Filtermaterial versehen sein. In einer vertikalen Reihe sind staubabstoßende Stangenelektroden 4 horizontal und parallel zueinander angeordnet; jede dieser Stangenelektroden 4 ist von einer Isolatorschicht 4¹ eingehüllt, deren beide Enden fest, an der vorderen bzw. an der hinteren (Seiten-) Wand, nicht dargestellt, befestigt sind. Diese Isolatorhüllen dienen zur Verhinderung eines direkten Kontakts der von dem Gasstrom mitgeschleppten Staubteilchen mit den Elektroden 4.. Der Filterstoff oder das Filternetz 3 liegt im Zickzack an den Isolatorhüllen 4¹ an, wie die Fig. 2 es zeigt. Die Auslaßöffnung 6 ist, obwohl es in der Fig. 1 nicht gezeigt ist, über einen Kanal mit dem Eingang eines Absaugventilators oder einer ähnlichen Saugvorrichtung verbunden.

Das Gehäuse loo weist an seiner Unterseite einen Abschnitt 7

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auf, der ähnlich einem Trichterbehälter ausgebildet ist und an dessen unterem Ende ein Ablaßventil 8 eingebaut ist.

Wie die Fig'.- 3 zeigt, sind die Elektroden sukzessive mit den drei Phasenleitungen R, T und S eines dreiphasigen Hochspannungssysteins 9 elektrisch verbunden.

Getrennt von oder zusätzlich zu dem Absaugventilator kann ein Zuführventilator über einen geeigneten Kanal mit der Eingangs·^· öffnung 5 des Gehäuses loo verbunden sein.

Die bisher gezeigte und beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: ein Gas, welches Staub enthält, strömt unter der Wirkung eines oder beider Ventilatoren durch die Eingangsöffnung in den Innenraum des Gehäuses loo hinein. Die Elektrode 1, an der zum Beispiel ein hohe Gleichspannung liegen kann, wirkt als Entladungselektrode. In gleicher Weise kann beispielsweise die gegenüberliegende Elektrode 1' geerdet sein. Wenn, mehr als ein solches Elektrodenpaar vorgesehen ist, sind die Elektroden abwechselnd als Entladungs- und als geerdete Elektroden geschaltet.

Während das Gas zwischen den Paaren aus Entladungs- oder Hochspannungselektroden und geerdeten Elektroden hindurchströmt, werden die in dem Gas enthaltenen Teilchen elektrisch aufgeladen und gelangen nach Durchströmen der Ionisierungskammer ,2 zu dem Filterbereich, in dem das Filtermaterial 3 angeordnet ist, welches die Staubteilchen aus dem Gasstrom abtrennt. Der

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derart gereinigte Gasstrom tritt durch die Auslaßöffnung 6 aus.

Während der fortgesetzten Reinigung sammeln sich die herausgefilterten Staubteilchen an der inneren Oberfläche des Filtermaterials 3 an, so daß sie einen zunehmenden Widerstand für den Gasstrom bilden. Wenn dieser Strömungswiderstand einen vorbestimmten Wert erreicht, werden die Elektroden 4 von Hand oder automatisch durch öffnung einer bestimmten Schaltervorrichtung, nicht dargestellt/ mit den drei Phasenleitern R, S und T der Wechselspannungsquelle 9 verbunden, wie es oben kurz beschrieben wurde.

Indem diesen Elektroden 4 nacheinander die Phasenspannungen zugeführt werden, werden die gesammelten Staubteilchen von dem Filtermaterial 3 durch die erzeugten elektrodynamischen Kräfte abgestoßen, und der Strömungswiderstand nimmt wieder seinen normalen Wert an. Wenn der Strömungsv/iderstand seinen normalen Wert wieder angenommen hat, wird eine bestimmte herkömmliche Steuervorrichtung, nicht dargestellt, betätigt, welche die Spannungszufuhr zu den Elektroden 4 beendet. Die Steuervorrichtung kann eine herkömmliche, vom Druck des Strömungsmittels betätigte Einrichtung umfassen, die stromabwärts von dem einen Druckabfall erzeugenden Filter 3 und den Elektroden 4,4* in dem Raum 100a angeordnet ist.

Die von dem Filtermaterial 3 durch elektrodynamische Kräfte abgestoßenen Staubteilchen sammeln sich in dem Vorratstrichter-

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bereich 7 und werden diesem durch öffnen des Ventils 8 entnom

men.

Wenn Gasströme gereinigt werden sollen, deren Staubteilchen vorher bis zu einem hinreichend starken Grad elektrisch aufgeladen sind, kann man auf die Ionisierungskammer oder den Ionisierungsbereich mit den Ionisierungselektroden 1 und 1' oder dgl. Verzichten.

Bei eigenen Versuchen wurde im Bereich des Filtermaterials 3 eine Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/sec des Gases gemessen, das feine Steinteilchen enthielt, die im Mittel etwa 30 ,um dick waren; es wurde so viel Gas gereinigt, bis sich auf dem Filter eine Staubschicht von etwa 5 mm angesammelt hatte. Dann.wurden die staubabstoßenden Elektroden 4 etwa 30 see lang mit den drei Phasen eines Spannungswechselfeldes von 14,5 kV nacheinander verbunden. Dabei wurde festgestellt, daß praktisch alle Staubteilchen elektrodynamisch von dem Filter abgestoßen wurden und in der Kammer lOOa der anfängliche Druck wieder hergestellt wurde. ,

Wenn die staubabstoßenden Elektroden 4 mit den drei Phasen der Wechselspannung elektrisch gemäß Fig. 3 verbunden werden, wirken auf die aufgeladenen Staubteilchen eine elektrodynamische Abstoßkraft F,, die von dem Wechselfeld erzeugt wird, und eine Fortbewegungskraft F 2, die durch die fortschreitende Welle erzeugt wird, zusätzlich zu der gegebenen Schwerkraft. Deshalb werden diese Teilchen durch die kombinierte Wirkung dieser

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verschiedenen einwirkenden Kräfte nach unten getrieben.

Wenn statt der dreiphasigen Wechselspannung eine einphasige .Wechselspannung diesen Elektroden 4 zugeführt wird, ist die nach unten gerichtete Kraft erheblich kleiner, sie reicht jedoch aus, wenn die Teilchen hinlänglich groß sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Staubteilchen, die aus dem gereinigten Gasstrom herausgefiltert sind, zunächst einmal auf dem Filterstoff oder dem Filternetz 3 gesammelt; dabei werden sie in einen zusammenhaftenden Zustand gebracht, so daß sie leichter als sonst nach unten abgeführt werden können.

Die Fig. 4 zeigt eine Modifikation des obigen Ausführungsbeispiels. Bei diesem geänderten Ausführungsbeispiel sind die Filter in zwei aufeinanderfolgenden Stufen angeordnet. Die erste, stromaufwärts angeordnete Stufe ist so ausgebildet, daß sie die gröberen Teilchen auffängt, und die zweite oder stromabwärts angeordnete Stufe ist so ausgebildet, daß sie die feineren Teilchen auffängt. In diesem Fall hat das Filtermaterial der ersten Stufe natürlich größere Poren oder Maschen als der Filterstoff oder das Filternetz der zweiten Stufe. Da beide Stufen ähnliche Funktionen ausführen, sind der Einfachheit halber bei beiden die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Falls es notwendig ist, können auch mehr als zwei Filterstufen verwendet werden.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurden die elektrisch geladenen Staubteilchen aus dem Gas ausgefiltert und allmählich

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gesammelt. Die gesammelten Staubteilchen wurden aufgrund einer Wechselspannung, welche den abstoßenden Elektroden 4 zugeführt wurde, elektrodynamisch abgestoßen, wie es oben beschrieben wurde. Diese Reinigung der Filter geschieht also ohne mechanische Erschütterungen oder Vibrationen und ohne Unterbrechung des Filterbetriebs. Die Sammlung der Staubteilchen und die Entfernung der angesammelten Staubteilchen kann also gleichzeitig geschehen, was einen großen Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik darstellt.

Bei Verwendung eines herkömmlichen Sackfilters beispielsweise ist die Filtergeschwindigkeit auf maximal etwa 2 cm/sec beschränkt. Im Gegensatz dazu kann nach unseren praktischen Versuchen bei Verwendung der erfindungsgemäßen Staubfiltervprrichtung mit einer zehn- bis fünfzigfachen Geschwindigkeit gefiltert werden; die Filtergeschwindigkeit kann somit auf 30 cm/sec bis 1 m/sec erhöht werden, was im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen ein beachtlich hoher Wert ist.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die elektrischen, staubabweisenden Elektroden 4 jeweils mit einer Isolatorhülle 4¹ überzogen, so daß die geladenen Teilchen lediglich diese Isolatorhüllen 4¹ berühren können, und nicht die Elektroden selbst. Bei dieser Anordnung können die geladenen Staubteilchen ihre elektrische Ladung nicht verlieren, und sie verharren lange Zeit in ihrem geladenen Zustand. Somit können sie auch nach sehr langen Zeitperioden, während der sie sich an dein Filtermaterial angesammelt haben und in einen zusammen-

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haftenden Zustand übergegangen sind, den elektrodynamischen Trennkräften unterworfen werden. Es soll zusätzlich darauf hingewiesen werden, daß auch leitende Teilchen gleichermaßen und genauso erfolgreich behandelt werden können.

Falls es erwünscht ist, können die staubabstoßenden Elektroden in zwei Gruppen unterteilt werden, von denen der einen Gruppe eine dreiphasige Wechselspannung zugeführt wird, während die andere Gruppe mit einer einphasigen Wechselspannung verbunden sein kann.

In den Fign. 5 bis 7 sind drei abgewandelte Anordnungen der staubabstoßenden Elektroden 4 relativ zu dem Filtermaterial 3 gezeigt. In Fig. 5 sind die Elektroden 4 in einem gegebenen kurzen Abstand vor dem Filtermaterial 3 angeordnet, in Fig. 6 sind diese Elektroden 4 vollständig in dem Filtermaterial eingebettet, und in Fig. 7 sind die Elektroden 4 hinter dem Filtermaterial 3 angeordnet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Fig. 8 dargestellt ist, sind die Elektroden 1, I¹, la und la¹,.... durch eine Gruppe von Draht- oder Stangenelektroden lol ersetzt, die in zwei aufeinanderfolgenden Stufen und entsprechenden Gruppen angeordnet sind, während zwei plattenförr.ige Staubsammelelektroden lol¹ jeweils gegenüber diesen Entladungs™ elektroden angeordnet sind, wie bei der herkömmlichen elektrischen Staubsammelstufen.

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Die Entladungselektroden lol sind über geeignete Leitungen, nicht dargestellt, mit dem positiven Anschluß einer Gleichstrom-Hochspannungsquelle verbunden, während die Plattenelektroden lol¹ geerdet sind. .

Während das Gas zwischen diesen elektrischen Staubsammeistufen hindurchströmt, können lediglich die* gröberen Staubteilchen in bekannter Weise gesammelt werden, während die feineren und elektrisch geladenen Teilchen wie vorstehend weitergetragen und an dem Filtermaterial aufgefangen werden, von dem sie durch Erregung der Elektroden 4 wirksam abgestoßen werden können, nachdem sie sich an der inneren Seite des Filtermaterials angesammelt haben*

Die Staubsammelelektröden lol¹ sind in herkömmlicher Weise so angeordnet, daß sie in bekannter Weise periodisch zur Entfernung der angesammelten Staubteilchen gestoßen oder gerüttelt werden können; die so ausgefilterten Staubteilchen fallen nach unten in die zugehörigen Vorratstrichter 7 zu den Entnahmeventilen 8. ■

Die einmal gesammelten feineren Staubteilchen, die eine Größe von mehreren Mikrometern oder weniger haben, fallen dabei nicht in die Vorratstrichter 7, da sie von dem Gasstrom wieder mitgerissen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel können diese feineren Teilchen jedoch in der Filter- und elektrodynamisch wirkenden Abstoß-Einheit 3,4 wirksam aufgefangen werden, wie es oben anhand der Fign. 1-bis 7 beschrieben wurde.

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In Fig. 9 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Filtereinheit 3, 4 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist das Filtermaterial 3 zur Erzielung einer größeren Gesamtfilterfläche verti-

. kai im Zickzack angeordnet. Diese Anordnung ist also derart ausgebildet, daß das Filtermaterial im ganzen als auch zwi-

, sehen den einzelnen Eckpunkten im Zickzack verläuft.

In Fig. 10 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform, bei der das Gehäuse der Einfachheit halber fortgelassen ist, gibt eine Reihe von parallelen Pfeilen A¹ die wesentliche Strömungsrichtung des Gases an, das gereinigt werden soll. Zwei Entladungselektroden 21 sind mit geeignet gewähltem Abstand voneinander in horizontaler Reihe angeordnet. Die Staubsammelelektroden 22 sind in vertikaler Übereinstimmung mit den entsprechenden Entladungselektroden 21 angeordnet. Nur schematisch dargestellt besitzt jede dieser Elektroden 22 an ihren beiden Enden randartige Vorsprünge, die auf die Gaseinströmrichtung zugerichtet sind, wobei die Einströmöffnung lediglich zur Vereinfachung in der Zeichnung weggelassen ist. Der gegenseitige Effektivabstand, zwischen diesen beiden Elektroden 22 wird praktisch gleich ihrer effektiven Horizontalausdehnung gewählt. Die Zahl der Elektroden 21 und 22 ist selbstverständlich als Beispiel be-' zeichnet und kann auf irgendeine geeignete Zahl erhöht wer-

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den. Diese Staubsammelelektroden 22 sind ersichtlich in einer horizontalen Reihe, wie gezeichnet, angeordnet. Jedes vertikale Paar von Elektroden 21, 22 bildet eine Staubsamme1-einheit "a". ·

Ähnlich sind beispielsweise drei Staubsammeleinheiten "b" in einer horizontalen Reihe einer weiteren, stromabwärts gelegenen Stufe angeordnet. Die Einheiten "a" der ersten Stufe sind versetzt gegenüber den Einheiten "b" der zweiten Stufe angeordnet und bestehen aus einer Entladungselektrode 21 und einer Staubsammelelektrode 22, die in ähnlicher Weise wie oben beschrieben angeordnet sind. Zwei Filtertücher oder Filternetze 24 sind einander gegenüberliegend und parallel angeordnet, in ähnlicher Weise wie die Filter 3 in der vorhergehenden Ausführungsform. Jeder dieser Filter 24 ist in einer bestimmten Entfernung von der entsprechenden Staubsammeleinheit "a" oder "b" angeordnet und überdeckt die gesamte Querschnittfläche des Strömungskanals des Gasstroms.

Eine Reihe staubabweisender Elektroden 23 ist jeweils unmittelbar hinter dem betreffenden Filtermaterial 24 angeordnet, wobei diese Elektroden 23 bezüglich ihrer elektrischen Funktion den oben beschriebenen Elektroden 4 ähnlich sind. Diese Elektroden 23 können ähnlich wie in Fig. 6 in das Filtermaterial 24 eingebettet sein.

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Es sind zwei einander ähnliche Impulsgeneratoren 25 und 26 vorgesehen, deren negative Anschlüsse jeweils mit den oberen Elektroden 23 abwechselnd elektrisch verbunden sind, während die positiven Anschlüsse dieser Impulsgeneratoren geerdet sind, wie die Pig. Io es zeigt.

Die unteren Elektroden 23 sind in ähnlicher Weise mit diesen Impulsgeneratoren verbunden, nicht dargestellt.

Bei Zuführung eines elektrischen Impulses erzeugt jedes Elektrodenpaar 21 und 22 ein elektrisches Feld.

Wenn das verunreinigte Gas mit Hilfe eines Ventilators oder dergl., nicht dargestellt, durch die Einlaßöffnung, nicht dargestellt, herangeführt wird, werden die in dem Gas enthaltenen gröberen Staubteilchen gegen die Elektroden 22 gestoßen und von diesen gesammelt.

Die feineren Staubteilchen, die nicht, von den Elektroden 22 aufgefangen worden sind, die aber beim Durchströmen der Einheiten "a" elektrisch aufgeladen sind, werden von dem Filtertuch oder dem feinmaschigen Netz 24 aufgefangen. Diese Teilchen wurden durch den nach oben gerichteten Gasstrom mitgerissen (Fig. lo) und dann auf der unteren Oberfläche dieser mechanischen Filtcr 24 abgeschieden,- wobei sie ihre elektrische Ladung nicht verlieren. Wenn sich so viele herausgefiltsr'-.e Staubteilchen an dem Filter angesammelt haben, daß stromabwärts von dem Filter ein erheblicher Druckabfall festgestellt wird, wird mit Hilfe eines

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Steuerzeichens eine elektrische Steuerschaltung, nicht dargestellt, eingeschaltet, wobei die Schalter zu den Impulsgeneratoren 25 und 26, lediglich schematisch dargestellt, geschlossen werden. Auf diese Weise werden die Impulsgenerato- ' ren 25 und 26 zu einem' Kreis geschaltet, und den staubabstoßenden Elektroden 23 werden von den Impulsgeneratoren starke Spannungsimpulse zugeführt. Wie man aus der Zeichnung sieht, sind diese Elektroden 23 alternativ mit den Impulsgeneratoren

25 und 26 verbunden"; Auf diese Weise' wird zwischen den staubsammelnden Elektroden 22 einerseits und den staubabstoßenden Elektroden 23 andererseits ein pulsierendes elektrisches Feld erzeugt, so daß entsprechende Impulskräfte auf die Staubteilchen wirken, di^e sich an dem Filter -24 angesammelt haben» Es wird darauf hingewiesen, daß die elektrische Verbindung zu dem unteren Filter 24 lediglich der Einfachheit halber in der Zeichnung fortgelassen wurde. Auf diese Weise werden die angesammelten Staubteilchen intermittierend von den entsprechenden mechanischen Filtern 24 entfernt, und zwar stärker und effektiver als dann, wenn den Elektroden 23 eine starke, sinusförmige Wechselspannung zugeführt wird.

Bei Verwendung von zwei getrennten Impulsgeneratoren 25 und

26 können zwei Gruppen von staubabstoßenden Elektroden 23 alternativ starke Spannungsimpulse zugeführt'werden; so daß das. angestrebte Entfernen der angesammelten Teilchen wesentlich verbessert wird.

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In dem in Fig. lcr gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mechanische Filter 24 zusammen mit den staubabstoßenden Elektroden 23 jeweils stromabwärts von der ersten und der zweiten Stufe der Staubsammeleinheiten "a" und "b" angeordnet. Falls es jedoch notwendig ist) kann der Filter 24 zusammen mit den ihm zugeordneten staubabstoßenden Elektroden 23 auch lediglich stromabwärts von der Staubsammeleinheit der zweiten Stufe "b" angeordnet werden.

Wie man aus der obigen Beschreibung sieht', siiid die an sich bekannten Staubsammeielektroden 22 im wesentlichen gegenüber einer Reihe von staubabstoßenden Elektroden 23 angeordnet, die negativ aufgeladen sind, wodurch es möglich wird, den elektrischen Wirkungsgrad der Anordnung zu erhöhen und die gesainte Anordnung sehr klein auszubilden.

In Fig. 11 ist die Verdrahtung der Wechselspannungsquelle mit den staubabstoßenden Elektroden 4 dargestellt, wie sie bei mehreren der obigen Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 1 bis 9 dargestellt sind, verwendet wird. Der an sich bekannte Hochspannungs-Impulsgenerator lol erzeugt eine Reihe von star-

ken Spannungsimpulsen mit wechselndem Vorzeichen, wie die Fig. 12 zeigt. Die Funktion dieses Impulsgenerators lol ergibt sich aus der obigen Beschreibungi

Das Wesen der Erfindung, gemäß der starke elektrodynamische Abstoßkräfte erzeugt werden, ergibt sich ferner aus den sche-

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matisehen Darstellungen der Fig. 13 bis 16 im Zusammenhang mit einer beigefügten Tabelle»

Die Fig. 13 zeigt schematisch die Bahn eines Staubteilchens,

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welches den Kräften eines einphasigen elektrischen Hochspannungs-Wechselfeldes unterworfen wird, welches durch Erregung einer Reihe von staubabstoßenden Elektroden, z.B. eines Elektrodenpaars Io4, Io5, erzeugt wird.

In diesem Fall ist die Bahn ("Centrode") der Teilchen idealisiert dargestellt, wobei der Einfluß weiterer, ähnlicher Elektroden auf das Elektrodenpaar nicht berücksichtigt ist. Die gleiche Idealisierung wird auch in den Fig. 14 und 15 vorgenommen..

In Fig. 14 werden die staubabweisenden Elektroden Io2 und Io3 mit einer stärkeren, einphasigen Wechselspannungsguelle ver·*· bunden. . .

In Fig. 16 sind die Elektroden Io6 bis Io8 mit einer dreiphasigen hohen Wechselspannung verbunden.

Die in den Fig. 13 bis 15 schematisch dargestellten Anordnungen erzeugen eine elektrodynamische Abstoßkraft., die im wesentlichen horizontal von rechts nach links auf die Staubteilchen wirkt. Diese Darstellungen sind rein schematisch und idealisiert und berücksichtigen nicht Kollisionen zwischen den einzelnen Staubteilchen oder dergl., was tatsächlich vorkommen kann,

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Aus. der obigen Beschreibung ergibt sich, wie elektrodynamische Kräfte erzeugt und zur Reinigung von Filtern verwendet werden. Die genauen experimentellen Bedingungen kann man aus der folgenden Tabelle entnehmen.

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l\^Tr. Symbol

1 ¹PL Wechselseitiger Elektroden

abstand · ' ■

2 R Radius der Elektrode

3 X1 Anfangswert längs der X-Achse

4 ' 11 Anfangswert längs der .Y-Achs?

5 N Position mit Nullpotential

Impulsspitzenspannung (Elektro-

6 71 de T)

Impulsspitzenspannung (Elek- ; 72 trode 2) Q Teilchenladung H Zeitskaleneinheit AT Zeitintervall zwischen TP1 Impulsperiode TP2 Impulslänge ET Tj-skositätskoeffizient ■ D Durchmesser der Teilchen ¹M. Massen der Teilchen

NJ γ O ' co 8 co

Ji. 7,

M.E.S.-Einheiten

(o) (m) (a)

(m)

Dreiphasiger

Wechselstrom

(sec)

(sec)

(sec) ..(sec) . sec/m )

"²

1.0 χ 1o
.ο χ
-0.6 χ 1o
0.2 χ 1ο"*²
t.o χ 1o

4.0 χ

-2
-2
-1

5.0 χ 1o
,1.0 χ

-14

1.83 x 1o"°

1.4 χ io"⁵

1.5 χ lo"·¹²

Einphasiger- Einphasige Wechsel-V/echselstrom stromimpulse

1.0 χ 1o ~

0.5 x 1o 0.5 χ To 0.2 χ 1o t.o χ 1o

1.0X

5.0 χ 1o"
1.0 χ 1o"

-3
-2
-2
-1

1*83 x 1o"^p

1.4 x 1o"⁵

1.5 x Ιο'¹²

1.0 χ 1 ο

1.0 χ 1ο

0.5 x 1o

0.2 χ 1o

1.0 χ 1o

-2

-1o -2

-2 -1

1.0 χ 1 ο

1 .ο χ 1o^/ 5.0 χ 1o" 1 .ο χ 1o"

2.0 χ To"⁵ 4.0 χ ΊΌ-

I.oxi o"-1.83 x 1o'

1.4 x Io ■1.5 x 1o

-5 -12

V = 4 x 1o^; sm 2TCft
f = 5o «so

Tabelle: Experimentelle Daten

Claims (8)

Ansprüche

1. Staubabscheider mit einem in einen staubhaltigen Gasbzw. Luftstrom eingeschalteten Filtermaterial, gekennzeichnet durch mehrere staubabstoßende Elektroden (4;23) , die nahe bei dem Filtermaterial (3;24) angeordnet oder in dieses eingebettet und an eine ein- oder mehrphasige Quelle hoher Wechselspannung anschließbar sind.

2. Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubabscheider ein den staubbehafteten Gasstrom zwangsführendes Gehäuse mit einer unten angebrachten Austrageinrichtung (7,8) für abgeschiedenen Staub aufweist.

3. Staubabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4;23) sich als Stabgitter längs des Filtermaterials (3.; 24) erstrecken.

4. Staubabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schientförmige Filtermaterial (3;24) in die Stäbe des Stabgitters eingeflochten ist.

5. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem staubbehafteten Gasstrom vor dem Filtermaterial (3;24) an sich bekannte Aufladeelcktroden (1, I¹) angeordnet sind.

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6. Anwendung des Staubabscheiders nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Nachordnung zu einem an sich bekannten elektrostati*-
schen Staubabscheider (Fign. 8 und 10).

7. Staubabscheider nach einem der Ansprüche t bis 5 zur äuse~ führung der Anwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auch den elektrostatischen Staubabscheider
einschließt,.

8 * Staubabscheider nach einem der Ansprüche i bis S zur Ausführung der Anwendung nach Anspruch 6* dladtiiich gekennzeichnet _t daß der elektrostatische Staubabscheider p^ättenföritiige Elektroden £22) senkrecht zur Str,öntüngS'ifichtung des staubbehafteten ßasstroms aufweist*

2ÖSS4SMG10