DE2405528A1 - Gas-ionisationseinrichtung - Google Patents

Description

Clean Air Aktiengesellschaft Zürich, Hütten (Schweiz)

Gas-Ionisationseinrichtung

j Die Erfindung betrifft eine Gas-Ionisationseinrichtung zur elektrischen Aufladung von Partikeln eines Gasstromes, insbesondere in einem Elektrofilter, mit mindestens einer drahtförmigen Sprühelektrode und mindestens einer Gegenelektrode, an die Hochspannung für Koronaentladung an der Sprühelektrode gelegt wird.

Bei Elektrofiltern z.B. zur Luftreinigung wird die zu reinigende staubbeladene Luft über mehrere meist drahtförmige Sprühelektroden geleitet, um die Staubpartikel in der Koronaentladung der Sprühelektroden elektrisch aufzuladen, und dann durch ein elektrisches Feld zwischen üblicherweise plattenförmigen Elektroden geleitet, so dass sich die elektrisch geladenen Partikel im Feld auf die gewöhnlich auf positivem Potential liegenden und geerdeten Samraelelektroden hin bewegen und

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dort abgeschieden werden. Mit einem Elektrofilter kann Luft nur richtig gereinigt werden, wenn alle auszuscheidenden Partikel aufgeladen werden. Hierzu sind ergiebige Koronaentladungen nötig, die erhalten werden, indem man zur Erzielung hoher Feldstärken an den Sprühelektroden, diese mit einem möglichst kleinen Krümmungsradius ausbildet und an eine möglichst hohe Gleichspannung anlegt, die knapp unterhalb der Durchschlaggrenze liegt und im allgemeinen 30 - 80 kV beträgt. Trotz dieser Massnahmen sind für eine einigermassen befriedigende Reinigung, d.h. ausreichende Aufladung der Partikel, nur verhält nismäss ig geringe Gas-Durchsatzgeschwindigkeiten möglich, im allgemeinen wird die Gasgeschwindigkeit bis auf 30 cm/min heruntergesetzt, so dass zum Reinigen grösserer Luftmengen sehr voluminöse Einrichtungen benötigt werden. Hierbei zeigen sich verschiedene konstruktive und betriebstechnische Probleme. Lange und sehr dünne Sprühelektrodendrähte biegen sich beim Einschalten der Hochspannung weit durch, so dass es zu Kurzschlüssen kommen kann. Um dies zu vermeiden, werden üblicherweise Spannvorrichtungen für die Sprühelektrodendrähte vorgesehen. Anstelle sehr dünner Sprühelektrodendrähte mit Spannvorrichtungen werden auch dickere Drähte mit dreieckigem oder viereckigem Querschnitt benutzt, die stabiler sind und den für die hohen Feldstärken benötigten kleinen Krümmungsradius an ihren Kanten aufweisen. Auch Sprühelektrodendrähte mit Stacheln sind bereits vorgeschlagen worden. Allgemein wird im Elektrofilter bau die Meinung vertreten, dass der Durchmesser eines Sprühdrahtes praktisch keinen Einfluss auf die Sprühwirkung hat, da für diese nicht so sehr der Drahtdurchmesser massgebend ist, sondern vielmehr Oberflächenunregelmässigkeiten und vor allem auch sich an der Drahtoberfläche kurzzeitig absetzende Partikel von Bedeutung sind, die Punkte besonders hoher Feldstärke darstellen, von denen dann das Sprühen ausgeht. Liegt an einem

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Draht' von z.B. 0,07 mm und an einem Draht von O₅2 mm Durchmesser die gleiche negative Spannung, so zeigt sich bei beiden tatsächlich im Dunkeln das gleiche Sprühbild, ungleichmässig verteilte Sprühzentren (helle Punkte), die längs des Drahts wandern. An diesen punktföraigen Sprühzentren sind die Entladungen bei den anliegenden hohen Betriebsspannungen so stark, dass bei Luft-Elektrofiltern Ozon und nitrose Gase gebildet werden. Grosse Filteranlagen für Luftreinigung produzieren verhältnismässig viel dieser für den Menschen giftigen Gase, so dass sie ausserhalb bewohnter Gegenden aufgestellt oder für die Abfuhr dieser Gase Hochkamine vorgesehen werden müssen. Elektrofilteranlagen, die z.B. 10-20 000 m³ Luft pro Stunde reinigen, sind voluminös, Kammern von 20 m Länge und mehr sind keine Seltenheit, teuer, nicht zuletzt auch wegen der erforderlichen Hochspannungsaggregate und kostspieligen Isolierungen, und können nur unter Berücksichtigung von u.U. aufwendigen Vorsicht smassnahmen aufgestellt werden. In geschlossenen V/ohnräumen sind auch kleinere Ausführungen solcher Luft-Elektrofilter wegen der anfallenden nitrosen Gase bedenklich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Gasionisationseinrichtung zu schaffen, die bei einer vergleichsweise niedrigen Betriebs-Hochspannung eine für eine wirkungsvolle Ausscheidung ausreichende Aufladung der im Gasstrom enthaltenen Partikel gewährleistet und die zudem einfach im Aufbau und wirtschaftlich in der. Herstellung ist und sich sowohl für kleine Elektrofilter wie auch für grosse Filteranlagen gleichermassen eignet.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass bei einer Gas-Ionisationseinrichtung der eingangs genannten Art mit mindestens einer drahtförmigen Sprühelektrode und mindestens einer Gegenelektrode erfindungsgemäss die Sprühelektrode aus einem ein faseriges Gefüge aufweisenden dünnen Draht aus hochschmelzendem Metall, bei welchem langgestreckte Kristalle miteinander verzahnt sind₅

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wie z.B. Violfram oder Tantal, besteht. Die mechanische Festigkeit der Sprühelektrode ist hierbei so gross, dass auch ohne Spannvorrichtungen sehr dünne Drähte benutzt werden können. Die Drahtstärke der Sprühelektrode beträgt vorzugsweise weniger als 0,08 mm. Der Sprühelektroden-Draht kann in an sich bekannter Weise thoriert sein und/öder eine Oberflächenschicht aus mindestens einem Erdalkalioxyd aufweisen, wodurch noch niedrigere Betriebs-Hochspannungen ermöglicht werden. Eine Erhöhung der Ladungsdichte im lonisationsraum und damit eine noch bessere Aufladungder Partikel kann mit einem gewendelten, einfach, doppelt oder mehrfach gewendelten Sprühelektroden-Draht erreicht werden, da damit die effektive Sprühelektrodenlänge auf ein 2-Iehrfaches erhöht wird.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine aus einem gewendelten Draht bestehende Sprühelektrode, die an einer Elektrodenplatte befestigt ist,

Fig. 2 eine Gas-Ionisationseinrichtung mit einer Sprühelektrode der Fig. 1 und zwei plattenförmigen Gegenelektroden und

Fig. 3 schematisch im Querschnitt ein Elektrofilter mit mehreren Sprühelektroden der Fig. 1 und mehreren Gegenelektroden, die als Sammelelektroden dienen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Gas-Ionisationseinrichtung nach der Erfindung ist für die Halterung der drahtförmigen Sprühelektrode 1 eine Elektrodenplatte 2, z.B. aus Eisenoder Aluminiumblech, vorgesehen, die auf einer Längsseite an den Enden vorstehende Lappen 2a aufweist. Die drahtförmige Sprühelektrode 1 ist mit ihren Enden an den beiden Lappen 2a der plattenförmigen Elektrode 2 befestigt und erstreckt sich zu den Stirnkanten dieser Elektrodenplatte. Die Sprühelektrode 1 selbst

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besteht aus einem faserigen Gefüge aufweisenden dünnen Draht aus hochschmelzendem Metall, vorzugsweise aus Wolfram oder Tantal, einem Draht, der für verschiedene Zwecke industriell hergestellt wird. Mit Vorteil wird ein thorierter Draht benutzt, da bei diesem die Rekristallisation verzögert und damit ein baldiges Brüchigwerden verhindert ist. Um die Elektronen-Austrittsarbeit herabzusetzen, ist der Sprühelektroden-Draht, wie bekannt, mit einer Schicht aus einem oder mehreren Erdalkalioxyden bedeckt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist für die Sprühelektrode 1 der dünne Draht ein·- oder mehrfach gewendelt. Der gewendelte Draht wird mit Vorspannung an den Lappen 2a der Elektrodenplatte 2 befestigt, z.B. durch Einklemmen, so dass er auch bei temperaturbedingten Längenänderungen genügend gespannt bleibt und sich beim Anlegen der Hochspannung nur wenig durchbiegt. Mit der ein- oder mehrfachen Wendelung wird eine Vergrösserung der für die Ionisation effektiven Sprühelektrodenlänge erreicht, wodurch die Leistungsfähigkeit des Gerätes erheblich heraufgesetzt wird. Kleine Geräte niedriger Leistung können gestreckte Sprühelektroden-Drähte enthalten. Der Drahtdurchmesser beträgt weniger als 0,08 mm, vorzugsweise werden extrem dünne Drähte von z.B. 0,02 mm gewendelt. Mit solchen dünnen Drähten wird eine an sich unerwartete Wirkung erreicht. Wie eingangs erwähnt worden ist, ist bei Elektrofiltern die Sprühwirkung vom Sprühdrahtdurchmesser unabhängig, es tritt bei unterschiedlichen Drahtdurchmessern von auf negativem Potential liegenden Sprühelektroden das gleiche Entladungsbild, nämlich wandernde punktförmige EntladungsZentren auf. Versuche haben nun gezeigt, dass bei einem Elektrofilter mit einer an negativer Spannung liegenden drahtförmigen Sprühelektrode ab einer bestimmten Drahtstärke mit abnehmenden Drahtdurchmesser die punktförmigen EntladungsZentren (Sprühzentren) immer weniger werden und schliesslich ganz verschwinden und es zu einer

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Koronaentladung kommt, bei der das Gas rings um den Draht herum gleichmässig in einer zusammenhängenden Lichthaut leuchtet, ähnlich wie dies bei einem auf gleicher positiver Spannung liegenden Draht der Fall ist. Gerade für ein Luft-Elektrofilter ist dies von besonderer Bedeutung, da Ozon und nitrose Gase hauptsächlich in Sprühentladungen gebildet werden. Mit einer "Sprüh"-Elektrode aus einem extrem dünnen Draht, z.B. 0,02 mm

Durchmesser, sind mit einer angelegten Spannung von 1 kV Felder

stärken von 10 V/cm erreichbar, ohne dass dabei nennenswerte Sprühentladung auftritt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Gas-Ionisationseinrichtung ist die Elektrodenplatte 2 (Fig. 1) mit der drahtförmigen Sprühelektrode 1 zwischen zwei plattenförmigen Elektroden 3 angeordnet. Im Bereich der Sprühelektrode 1 bilden diese plattenförmigen Elektroden 3 die Gegenelektroden für die Koronaentladung, im weiteren dann zusammen mit der Elektrodenplatte 2 einen Kondensator. Eine Gasströmung 4 wird über die Sprühelektrode 1 und zwischen den Elektrodenplatten 2 und 3 hindurchgeleitet. Die plattenförmigen Elektroden 3 liegen wie üblich an positiver Spannung und sind geerdet, die Elektrodenplatte 2 mit der Sprühelektrode liegt an negativer Spannung. Die Spannung wird mittels eines Kochopannungctransformators 5 (Fig. 3} und einer Gleichrichterschaltung aus Dioden 6 und Kondensatoren C z.B. aus dem Netz erhalten. Die geladenen Partikel werden auf den plattenförmigen Elektroden 3, den Sammelelektroden abgeschieden.

Versuchs-Elektrofilter mit einer Gas-Ionisationseinrichtung nach der Erfindung zeigten bei einer Betriebs-Glöichspannung von 3 - 6 kV (Betriebsstromstärke 3 - 4 mA) und einer Luftgeschwindigkeit von 30 - 50 m/min einen im Vergleich zu bekannten Elektrofiltern überraschend hohen Wirkungsgrad, wobei der Anfall von Ozon und nitrosen Gasen vernachlässigbar niedrig war.

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• Für grössere Leistungen werden mehrere solcher Kammern zu einer Baueinheit zusammengefasst, wie dies in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Zwischen je zwei Sammelelektroden 3a befindet sich eine Elektrodenplatte 2 mit Sprühelektrode 1. Für noch grössere Leistungen können dann mehrere solcher Baueinheiten zu einer Anlage zusammengestellt werden.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Iy Gas-Ionisationseinrichtung zur elektrischen Aufladung von Partikeln eines Gasstromes, insbesondere in einem Elektrofilter, mit mindestens einer drahtförmigen Sprühelektrode und mindestens einer Gegenelektrode, an welchen Elektroden Kochspannung für eine Koronaentladung an der Sprühelektrode gelegt ist₃
   dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektrode (1) aus einem ein faseriges Gefüge aufweisenden dünnen Draht aus hochschmelzendem
   Metall, bei welchem langgestreckte Kristalle, miteinander verzahnt sind, besteht.
2. 2. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht einen Durchmesser
   kleiner als 0,08 mm hat.
3. 3. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht mit einer Oxydschicht bedeckt ist.
4. 4. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydschicht des Sprühelektroden-Drahtes
   aus mindestens einem Erdalkalioxyd besteht.
5. 5. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht thoriert ist.
6. 6. Ionisationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht ein Wolfram- oder Tantal-Draht ist.
7. 7. Ionisationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht ein- oder mehrfach gewendelt ist.

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8. 8. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühelektroden-Draht elektrisch mit einer Elektrodenplatte (2) verbunden ist.
9. 9. Ionisationseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatte (2) rechteckiger Form ist. und auf der einen Stirnseite zwei abstehende Lappen (2a) aufweist, zwischen denen der Sprühelektroden-Draht (l) ausgespannt ist.
10. 10. Ionisationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere plattenförmig Gegenelektroden (3) übereinander zu einem Stapel angeordnet sind und zwischen je zwei Gegenelektroden (3) eine Elektrodenplatte (2) jnit einem Sprühelektroden-Draht (1) vorgesehen ist.

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