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Dokumentenidentifikation DE69930012T2 05.10.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001131162
Titel ELEKTROSTATISCHER ABSCHEIDER
Anmelder MSP Corp., Minneapolis, Minn., US
Erfinder LIU, Y., Benjamin, North Oaks, MN 55127, US;
SUN, J., James, New Brighton, MN 55112, US
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69930012
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.11.1999
EP-Aktenzeichen 999650229
WO-Anmeldetag 22.11.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/27718
WO-Veröffentlichungsnummer 2000030755
WO-Veröffentlichungsdatum 02.06.2000
EP-Offenlegungsdatum 12.09.2001
EP date of grant 22.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.10.2006
IPC-Hauptklasse B03C 3/41(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B03C 3/70(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B03C 3/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B03C 3/017(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01N 3/01(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Ansammlung von Tröpfchenaerosol durch elektrostatisches Abscheiden und Verfahren, die die Wirksamkeit für die Ansammlung von Partikeln verbessern. Die Verbesserungen beinhalten eine oder mehr Verwendungen von mehrfachen, dünndrahtigen Entladungselektroden, die Verwendung eines leitenden, porösen Mediums als eine Sammelfläche, die Verwendung einer elektrostatischen Hochspannungs-Abschirmung, um die Ablagerung von Partikeln auf dem Isolator für die Bauteile zu verhindern und die Verwendung eines erwärmten Isolators, um die Dampfkondensation und die Ablagerung von Partikeln durch Thermophorese zu verhindern.

Elektrostatisches Abscheiden ist eine der am weitesten verbreiteten, verwendeten Verfahren zum Entfernen schwebender Feststoffpartikel aus einem Gas zur Gasreinigung oder zur Kontrolle der Luftverschmutzung. Im Vergleich mit anderen Partikel-Ansammlungsvorrichtungen wie Zentrifugalabscheider, Nass-Staubabscheider, Filter und dergleichen hat ein elektrostatischer Abscheider den Vorteil eines niedrigen Druckabfalls, einer hohen Sammlungswirksamkeit und erfordert relativ geringe Mengen elektrischer Energie für seinen Betrieb. Der niedrige Druckabfall des elektrostatischen Abscheiders macht die Vorrichtung am vorteilhaftesten bei großen volumetrischen Strömungsraten der Gasströmung, die eine Aufbereitung benötigt. Elektrostatisches Abscheiden wurde umfassend für großflächige, industrielle Anwendungen wie der Entfernung von Flugasche aus Kraftwerksanlagen, dem Steuern der Partikelemission von Schmelzöfen, der Stahl- und Zementherstellung und anderen ähnlichen Industriezweigen und für den allgemeinen Zweck der Luftreinigung für die Gebäudeentlüftung verwendet. Ein typischer elektrostatischer Abscheider kann bei mehreren hundert Kubikmetern oder Kubikfuß pro Minute der Strömung in kleinen Systemen und bis zu mehreren Millionen Kubikmetern oder Kubikfuß pro Minute für große Industrieanlagen arbeiten.

Die erste Laborvorführung des elektrostatischen Abscheidens wurde gemäß zuverlässigen Quellen 1824 von Hohifeld vorgenommen. Das erste US Patent für das elektrostatische Abscheiden wurde 1886 als Nr. 342 548 für Walker erteilt. Mit den Jahren wurden zahlreiche weitere Patente für elektrostatische Abscheider erteilt. Diejenigen, die als am bedeutendsten angesehen werden, beinhalten unter anderem das US Patent Nr. 895 729 für Cottrell für die Verwendung von gleichgerichtetem Wechselstrom für das elektrostatische Abscheiden und die Erfindung des Flüssigfilm-Abscheiders von Bums gemäß dem Patent Nr. 1 298 088, das feindrahtige Elektroden- und zweistufige Abscheidungssystem von Schmidt, Patent Nr. 1 329 285, den Luftreinigungs-Abscheider mit niedrigen Ozon des Patents Nr. 2 000 654 für Penney und die Impulsspeisung von Abscheidern, die im Patent Nr. 2 509 548 für White offenbart wurde.

Die Druckschrift EP-A-0 044 361 betrifft einen elektrostatischen Abscheider zum Extrahieren von Partikeln und anderen Verunreinigungen aus einem zu reinigenden, gasförmigen Strom. Die Verunreinigungen wurden mittels eines Entladungs-Elektroden-Aufbaus ionisiert, der eine Säule aus dielektrischem Material aufweist, deren Mittelachse mit der Achse eines Kollektorrohrs zusammenfällt, in dem die Säule angeordnet ist.

Die Druckschrift US-A-3 716 966 betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Reinigen verunreinigter Gase und spezieller einen elektrostatischen Nass-Abscheider. Der Abscheider und die Koronaentladungs-Elektroden werden in einem ringförmigen Durchlass zwischen zwei Rohren aufgehängt, um Partikel aus einem dort vertikal beförderten Gas zu entfernen. Die Koronaentladungs-Spannungen werden in impulsartiger Form angelegt, wogegen eine niedrigere Abscheider-Spannung auf einem konstanten Niveau gehalten wird.

Die grundlegende Ausführung des elektrostatischen Abscheiders ist über die Jahre relativ unverändert geblieben. In seiner einfachsten Form wird für einen einstufigen Abscheider eine Hochspannungselektrode in der Mitte eines geerdeten Rohrs angeordnet. Eine hohe Gleichspannung an der Mittelelektrode mit einem kleinen Durchmesser bewirkt, dass sich eine Koronaentladung zwischen der Elektrode und der Innenfläche des Rohrs entwickelt. Wenn das Gas, das schwebende Partikel enthält, zwischen die Elektrode und die Rohrwand strömt, werden die Partikel durch die Koronaionen elektrisch aufgeladen. Die aufgeladenen Teilchen werden dann elektrostatisch durch das elektrische Feld auf die Innenfläche des Kollektorrohrs abgeschieden.

Ein Nachteil des elektrostatischen Abscheiders ist seine relativ große technische Größe. Gemäß Deutsch (W. Deutsch, Ann. der Physik, Band 68, Seite 335, 1922) ist die Basis-Gleichung, die den Betrieb des elektrostatischen Abscheiders regelt: &eegr; = 1 – e–Aw/Q

Die Gleichung von Deutsch betrifft die Ansammlungswirksamkeit des Abscheiders &eegr;, die Sammlungsfläche des Abscheiders A, die volumetrische Strömungsrate Q durch den Abscheider und die elektrische Wanderungsgeschwindigkeit w der Partikel. e ist die Konstante 2,718, die Basis von natürlichen Logarithmen. Für eine spezifische Anwendung wird die Sammlungsfläche des Abscheiders A bestimmt, wenn die erforderliche, volumetrische Gas-Strömungsrate Q bekannt ist. Um die technische Gesamtgröße des Abscheiders zu verringern, können eng beabstandete Abscheiderplatten verwendet werden. Bei diesem Ansatz, die technische Größe zu verringern, gibt es jedoch eine Begrenzung. Wenn die sich ergebende technische Größe des Abscheiders für die Anwendung immer noch zu groß ist, dann wird ein elektrostatischer Abscheider als unausführbar angesehen.

Es wurden in letzter Zeit verschiedene Anwendungen entwickelt, in denen eine bedeutende Verringerung der technischen Gesamtgröße des elektrostatischen Abscheiders benötigt wird. Eine Anwendung ist die Entfernung der schwebenden Feststoffpartikel aus dem vorbeiströmenden Gas von einem Dieselmotor. In Dieselmotoren hat das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck im Motorzylinder eine Neigung, an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse auszuströmen. Dies wird gewöhnlich als das vorbeiströmende Gas bezeichnet. Dieses vorbeiströmende Gas enthält Schmieröl-Tröpfchen von Schmieröl-Filmen, die durch das mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmende Gas vernebelt wurden, das vom Hochdruckzylinder in das Kurbelgehäuse strömt. Es enthält außerdem Diesel-Abgaspartikel, die aus der unvollständigen Verbrennung des Dieselkraftstoffs im Motorzylinder resultieren. Die Menge des vorbeiströmenden Gases ist für neue Motoren relativ klein, wird aber mit der Zeit, wenn die Motoren altern, ansteigen, wobei die Kolbenringe keine gute Abdichtung mehr bieten. Dieses vorbeiströmende Gas hat in der Regel eine Strömungsrate von wenigen Kubikfuß pro Minute (cubic feet per minute – cfm) und vielleicht 20 cfm (ca. 0,5 m3) für Motoren in einem gutem Betriebszustand.

Das vorbeiströmende Gas des Diesels strömt gegenwärtig direkt in die Atmosphäre aus. Um die Umwelt zu schützen, gibt es einen Bedarf, die schwebenden Öltröpfchen und die Diesel-Abgaspartikel im vorbeiströmenden Gas zu entfernen, so dass das vorbeiströmende Gas zur Frischluft-Einlassseite des Dieselmotors für eine weitere Verbrennung zurückgeführt werden kann. Dieses "Rückführungssystem für vorbeiströmendes Gas" ist nur dann praktisch, wenn die schwebenden Feststoffpartikel entfernt werden, um eine Verunreinigung der Bauteile und der Ausrüstung, die sich an der Luft-Einlassseite des Dieselmotors befinden, zu vermeiden. Ein solches Bauteil ist der Turbolader oder Kompressor, der zum Vorverdichten des Dieselmotors verwendet wird, um die Ausgangsleistung und Wirksamkeit zu erhöhen.

Für die Anwendung im Rückführungssystem für vorbeiströmendes Gas muss der elektrostatische Abscheider kompakt und zuverlässig sein. Es ist außerdem wünschenswert, dass die Betriebsspannung des Abscheiders relativ niedrig ist, so dass eine sehr hohe Versorgungsspannung nicht benötigt wird.

Eine weitere Anwendung für einen elektrostatischen Abscheider, dessen Größe von bestehenden Abscheidern verringert ist, gibt es für die Entfernung von schwebenden Öl- und Schmierpartikeln im Abgas von gewerblichen Küchen, einschließlich Küchen in Fast-Food- sowie herkömmlichen Restaurants.

Eine dritte Anwendung eines elektrostatischen Abscheiders mit verringerter Größe ist die Entfernung von Tröpfchen der Schneidflüssigkeit aus der Umgebung einer Maschinenhalle. Während der Bearbeitung von Metallteilen wird in der Regel eine Schneidflüssigkeit auf das Werkzeug und die bearbeiteten Teile gerichtet, um eine Kühlung sowie eine Schmierung bereitzustellen. Etwas von dieser Schneidflüssigkeit wird vernebelt, so dass durch die höhere Drehzahl des umlaufenden Schneidwerkzeugs kleine Tröpfchen gebildet werden. Dieses Schneidflüssigkeits-Aerosol stellt eine Gesundheitsgefährdung für die Arbeiter dar und muss gefiltert werden, um die schwebenden Tröpfchen zu entfernen. Herkömmliche Faserfilter sind für diese Anwendung nicht geeignet, da die gesammelten Tröpfchen dazu neigen, den Filter zu verstopfen und in kurzer Zeit einen übermäßigen Druckabfall zu erzeugen. Der innewohnende Vorteil der kleinen, kompakten, technischen Größe und die innewohnenden, flammensperrenden Eigenschaften des Abscheiders der vorliegenden Erfindung machen ihn für diese Anwendungen besonders geeignet.

Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff "kompakte Größe" hier im relativen Sinn angewendet wird, um anzuzeigen, dass die Größe des auf der Basis dieser Erfindung ausgeführten Abscheiders im Vergleich zu elektrostatischen Abscheidern einer herkömmlichen Ausführung mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit und dem gleichen Wirksamkeitsniveau kleiner und kompakter ist. Notwendigerweise muss der elektrostatische Abscheider als ein Kollektor für vorbeiströmende Dieselpartikel ausreichend klein sein, um unter die Motorhaube eines Lastwagens zu passen, der durch einen Dieselmotor angetrieben wird. Das Gesamtvolumen des Kollektorrohrs darf nicht mehr als wenige Liter, vorzugsweise unter zwei Litern betragen. Andererseits wird ein elektrostatischer Abscheider, der für Anwendungen der Küchenabluft ausgeführt wird, wegen der hohen Strömungsrate des zu behandelnden Abgases erheblich größer sein müssen. So ein Kollektor kann auch kompakt genannt werden, selbst wenn der Kollektor mehrere Kubikmeter oder Kubikfuß im Gesamtvolumen groß ist, solange der Kollektor der herkömmlichen Ausführung noch, zum Beispiel um 50 oder 100%, größer ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist ein elektrostatischer Abscheider, der eine verbesserte Betriebswirksamkeit hat, während er in seiner technischen Größe kleiner ist als bestehende Vorrichtungen, die mit ähnlichen Strömungsraten umgehen. Diese Aufgaben werden mit der Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 1 erfüllt. Die vorliegende Vorrichtung verwendet mehrfache elektrische Draht-Entladungselektroden, die die Verringerung der Länge des Abscheiders ermöglichen. Als Sammelfläche wird ein elektrisch leitendes, poröses Medium bevorzugt verwendet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine elektrostatische Abschirmung, die verwendet wird, um die Partikelablagerung auf den Isolatoren für Hochspannungsbauteile zu verringern oder zu verhindern. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung von erwärmten Elektroden, die die Dampfablagerung und auch die Partikelablagerung durch Thermophorese verhindern.

Alle Aspekte der Erfindung wirken zusammen, um die Wirksamkeit zu erhöhen und die technische Größe für eine vorgegebene Strömungsrate zu verringern. Diese Verbesserungen haben es möglich gemacht, die technische Gesamtgröße des Abscheiders erheblich zu verringern. Die kleine, kompakte technische Größe hat es wiederum praktisch gemacht, die elektrostatische Partikel-Ansammlung für die obigen Anwendungen zu verwenden, in denen eine kleine technische Größe wichtig ist. Die Aufbereitung des vorbeiströmenden Dieselabgases, um die schwebenden Öltröpfchen und Feststoffpartikel zu entfernen, ermöglicht es, das vorbeiströmende Abgas mit einer minimalen Menge von Partikel-Luftschadstoffen in die Umgebung ausströmen zu lassen oder zur Luft-Einlassseite des Dieselmotors für die Abgas-Rückführung zurückzuführen. Bei der Verwendung zur Entfernung von Öl- und Schmierpartikeln, die im Abgas von gewerblichen Küchen enthalten sind, werden die organischen Feststoffpartikel entfernt. Eine weitere Anwendung ist die Ansammlung von Tröpfchenaerosolen der Schneidflüssigkeit in Maschinenhallen, in denen versprühte Flüssigkeiten in die Atmosphäre dringen.

Während die vorliegende Erfindung hauptsächlich für Anwendungen wie jene entwickelt wurde, die oben beschrieben wurden, macht die kleine, kompakte Größe des neuen Abscheiders die Vorrichtung für eine Vielfalt von weiteren Anwendungen geeignet, selbst in den Fällen, in denen kleine technische Abmessungen kein hauptsächliches Erfordernis ist.

Für den Zweck dieser Offenlegung wird Aerosol als kleine, in einem Gas schwebende Partikel bzw. Tröpfchen definiert. Die Partikel können ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch von beiden sein. Die Partikelgröße kann von ungefähr 0,001 &mgr;m bis 100 &mgr;m reichen, wobei der Größenbereich 0,01 &mgr;m bis 20 &mgr;m von größtem Interesse ist. Für die vorliegende Anmeldung konzentriert sich die größte Masse der zu sammelnden Aerosol-Partikeln im letzteren Größenbereich. Tröpfchen-Aerosol wird als ein Aerosol definiert, in der die schwebenden Partikel hauptsächlich Tröpfchen sind und eine Kugelform haben. Die flüssigen Tröpfchen müssen jedoch keine reine Flüssigkeit sein und können schwebende feste Partikel in jedem Tröpfchen enthalten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines kompakten elektrostatischen Abscheiders entsprechend der vorliegenden Erfindung;

2 eine Schnittansicht an der horizontalen Linie 2-2 in 1;

3A eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Form der Elektrodenhalterung und der Hochspannungsabschirmung, die mit dem Abscheider von 1 verwendet werden;

3B eine weitere modifizierte Form einer Elektrodenhalterung und einer Hochspannungsabschirmung, die mit dem Abscheider von 1 verwendet werden;

4 eine Querschnittsansicht eines Abscheiders entsprechend der vorliegenden Erfindung, aber mit einer rechteckigen Form;

5 eine schematische Darstellung eines Ultraschall-Generators, der verwendet wird, um Aerosole in den elektrostatischen Abscheider in der vorliegenden Erfindung einzuführen;

6 eine Querschnittsansicht eines modifizierten kompakten Abscheiders, der eine unterschiedliche Bauart der Elektrodeanordnung von der in 1 gezeigten verwendet;

7 eine Schnittansicht an der Linie 7-7 in 6;

8 eine Schnittansicht einer noch weiteren modifizierten Form eines elektrostatischen Abscheiders des kompakten elektrostatischen Abscheiders der vorliegenden Erfindung;

9 eine Schnittansicht an der Linie 9-9 in 8;

10 ein schematisches Blockschaltbild eines in einem Dieselmotor verwendeten Rückführungssystems für vorbeiströmendes Gas;

10A ein modifiziertes Rückführungssystem ähnlich dem gemäß 10;

11 ein weiteres modifiziertes Blockschaltbild eines in einem Dieselmotor verwendeten Rückführungssystems für vorbeiströmendes Gas;

12 ein Blockschaltbild ähnlich zu 11 mit einem geregelten Strömungsbegrenzer bzw. einer Strömungsdrossel am Auslass des Zwischenkühlers;

13 eine Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht;

14 eine vertikale Schnittansicht eines weiteren modifizierten, kompakten elektrostatischen Abscheiders;

15 eine Schnittansicht an der Linie 15-15 in 14;

16 eine Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht, wie er entlang der Linie 15-15 von 14 sein würde;

17 eine Querschnittsansicht einer modifizierten Halterung für den Elektrodendraht, wie er entlang der Linie 17-17 von 14 sein würde; und

18 einen flachen Grundriss einer zylindrischen Elektrodenhalterung, die auf eine flache Oberfläche ausgerollt ist, um ein modifiziertes Muster für den Elektrodendraht, der auf der Elektrodenfläche gehalten wird, deutlich zu machen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines elektrostatischen Abscheiders 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 12 hat eine Entladungs-Elektrodenanordnung 14, um die Koronaentladung zu erzeugen. Eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung 16 legt eine Hochspannung (mehrere Tausend Volt) an die Elektrodenanordnung 14 an einen Draht an, der von einer Isolationsbuchse 18 umgeben ist. Die Buchse 18 ist von einer Hochspannungs-Abschirmung 20 umgeben, die aus einem geeigneten, leitenden Material besteht.

Eine elektrische Heizvorrichtung 22 befindet sich mit der Isolationsbuchse 18 in Kontakt, so dass die Isolationsbuchse auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um eine Dampfkondensation und Partikelablagerung an der Buchse 18 zu verhindern.

Das die schwebenden Tröpfchen und andere Feststoffpartikel enthaltende Gas von einer Quelle 23 wird so gerichtet, dass es durch eine Einlassöffnung 24 des Gehäuses 12 strömt und durch ein poröses Medium 26 in den Einlass geführt wird. Das poröse Medium 26 ist ein relativ unwirksamer Tröpfchensammler, um große Verunreinigungen herauszuhalten, so dass die meisten Tröpfchen im Aerosol durch das Gas in den elektrostatischen Elektroden-Bereich oder die Kammer 28 oben befördert werden.

Das eingegebene Gas strömt dann um die Elektrodenanordnung 14, um die Tröpfchen-Partikel im Gas dem hohen elektrischen Feld um die Elektrodenanordnung herum auszusetzen. Die Entladungs-Elektrodenanordnung 14 weist eine starre Mittelhalterung 30 für zwei Haltescheiben 32 und 34 an den gegenüberliegenden Enden der Mittelhalterung auf. Die obere Scheibe 32 kann an der Isolationsbuchse 18 angebracht sein und damit die Scheiben 32 und 34 vom Gehäuse 12 halten. In jeder Scheibe 32 und 34 sind mehrere Löcher 35 (siehe 2) ausgebildet, wobei ein feiner Metalldraht 36 zwischen ihnen gespannt ist. Die Schnittansicht 2 durch die kompakte, elektrostatische Abscheider-Elektrode 14 zeigt, dass es acht Löcher in jeder der Haltescheiben gibt. Durch die Löcher wird ein feiner Metalldraht 36 gefädelt, um acht gerade, parallele Entladungselektroden 36 zu bilden. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen den zwei Haltescheiben 8 Zoll (20,3 cm) beträgt, wird die feine Drahtelektrode 36, die sich zwischen ihnen erstreckt, jeweils 8 Zoll (20,3 cm) lang sein für eine Gesamtlänge der Entladungselektrode von 64 Zoll (1,65 m). Um mehr Entladungselektroden zu bilden, können in den Haltescheiben 32 und 34 mehr Löcher verwendet werden, oder es können weniger Löcher verwendet werden, wenn eine geringere Länge der Entladungselektroden benötigt wird. Mit dem oben erwähnten Abstand von 8 Zoll (20,3 cm) zwischen den Haltescheiben und einem Durchmesser des Elektrodenkreises von 3 Zoll (7,62 cm), beträgt der Durchmesser des Gehäuses 12 ungefähr 5 Zoll (12,7 cm), wobei seine Länge ungefähr 10 Zoll (25,4 cm) beträgt. Durch die Verwendung der herkömmlichen Ausführung mit einer einzelnen Entladungselektrode in der Mitte eines Rohrs, beträgt die Gesamtlänge des elektrostatischen Abscheiders mehr als 64 Zoll (1,65 m). Der Vorteil der vorliegenden Elektrodenausführung beim Verringern der Größe des Abscheiders und seiner kompakten Herstellung gegenüber der herkömmlichen Ausführung wird damit offensichtlich.

Das Gas (Aerosol) strömt um die Drähte 36 herum, wobei in der Koronaentladung Ionen erzeugt werden. Die Ionen stoßen mit den Tröpfchen zusammen, um zu bewirken, dass die Tröpfchen aufgeladen werden. Die aufgeladenen Tröpfchen werden dann von der Gasströmung durch ein elektrisch leitendes, geerdetes, poröses Medium 40 befördert, wenn das Gas zu einem Auslass 42 strömt. Die Tröpfchen sammeln sich durch das elektrostatische Abscheiden auf den geerdeten Sammelelementen im Medium an.

Das saubere Gas strömt dann aus dem ringförmigen Raum 41 zwischen dem porösen Medium 40 und dem äußeren Gehäuse 12 zum Auslass 42. Die angesammelten Öltröpfchen strömen an der Innenfläche des porösen Mediums 40 als ein dünner Film herunter, der durch die Schwerkraft zu einem Ölbehälter oder einer Ölwanne 44 zurückgeführt wird.

Gemäß 1 sind alle Teile des Systems geerdet, abgesehen von der Hochspannungs-Elektrodenanordnung und der Hochspannungs-Abschirmung 20.

Durch die Verwendung eines dünnen Drahtes mit einem gleichförmigen Durchmesser in der obigen Elektrodenanordnung und den anderen offenbarten Ausführungsbeispielen, ist es wichtig, den Abstand zwischen jedem Drahtsegment und der benachbarten Kollektorelektrode für alle Drahtsegmente der Haltekonstruktion gleichzuhalten. Indem der Abstand gleichförmig gehalten und das gleiche Hochspannungspotenzial auf alle Drahtsegmente angewendet wird, kann eine gleichförmige Koronaentladung aufrechterhalten werden. Dadurch wird gewährleistet, dass alle Partikel, die durch die Vorrichtung strömen, gleichförmig und bis zum gleichen, höchstmöglichen Ausmaß aufgeladen werden, um eine hohe Ansammlungswirksamkeit für die Vorrichtung zu gewährleisten.

Bei der Ausführung des elektrostatischen Abscheiders mittels der obigen Elektrodenanordnung muss der Zwischenraum S zwischen den Drahtsegmenten ein richtiges Verhältnis zum Abstand D zwischen dem Drahtsegment und der benachbarten Kollektorelektrodenfläche halten (siehe 2). Ein zu kleiner Zwischenraum S wird bewirken, dass sich die eng beabstandeten Drahtsegmente gegenseitig beeinflussen, wodurch der maximale Strom, den man von jedem Draht erhalten kann, verringert wird. Ein zu großer Zwischenraum wird bewirken, dass einige leere Punkte auf der Kollektor-Oberfläche erscheinen. In diesen leeren Punkten gibt es keinen Koronaentladungsstromfluss. Partikel, die über diese leeren Punkte strömen, werden nicht auf Ionen treffen und damit ungeladen bleiben. Anhand der Erfahrung hat man herausgefunden, dass das Verhältnis S/D zwischen den Grenzen von 0,1 und 10, vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 gehalten werden muss, damit die Elektrodenanordnung richtig funktioniert und eine Leistungsverschlechterung vermieden wird.

Für die Anwendung in einem Diesel-Rückführungssystem für vorbeiströmendes Gas ist das Einlassgehäuse 24 mit einer Öffnung im Kurbelgehäuse verbunden, das an 23 dargestellt ist, wobei der angesammelte Ölfilm ebenfalls direkt in das Kurbelgehäuse zurückgeführt wird. Der Auslass 42 kann zur Atmosphäre hin offen sein, damit das gereinigte, vorbeiströmende Gas in die Atmosphäre ausströmen kann, oder der Auslass 42 kann mit dem Einlass des Dieselmotors zur Abgas-Rückführung verbunden sein.

Die Gesamtlänge der Entladungselektrode ist gegenüber der eines herkömmlichen Abscheiders mit einer einzelnen Entladungselektrode in der Mitte eines Rohrs außerordentlich erhöht. Der Koronaentladungsstrom, der zwischen der Entladungselektrode und dem Kollektorrohr aufrechterhalten werden kann, ist im Allgemeinen zur gesamten Elektrodenlänge proportional. Der hier beschriebene Ansatz macht es möglich, die Elektrodenlänge und damit den gesamten Koronaentladungsstrom außerordentlich zu erhöhen, wodurch die Wirksamkeit sowohl für das Aufladen der Tröpfchen-Partikel als auch für das Abscheiden der geladenen Tröpfchen oder Partikel erhöht wird. Eine Labor-Prototypvorrichtung hat die Praktikabilität dieses Ansatzes nachgewiesen. Es wurden nicht weniger als sechzehn Entladungselektroden verwendet, die annäherungsweise zu einem Faktor einer sechzehnfachen Erhöhung der gesamten Koronaentladung der Labor-Prototypen führten.

Ein weiterer Zweck der gezeigten Elektrodenausführung ist es, dass die Entladungselektrode umlaufend auf einem Kreis gelagert werden kann. Ein Kreis mit einem großen Durchmesser für die Montage der Elektrodenlänge wird die Entladungselektroden (die Drähte) enger an die Sammelfläche des porösen Mediums 40 heranbringen, wodurch die Spannung verringert wird, die benötigt wird, um die Koronaentladung zwischen der Elektrode und der geerdeten, porösen Sammelfläche aufrechtzuerhalten. Eine niedrigere Betriebsspannung als bei den bestehenden Abscheidern ist für die oben beschriebenen Anwendungen wünschenswert, um die Notwendigkeit für eine Höchstspannungsisolierung zu verringern. Wenn eine niedrigere Spannung verwendet wird, kann der Kriechstrom durch die Isolationsbuchse 18 verringert werden. Die Verwendung einer niedrigeren Spannung verringert außerdem die Kosten und die Komplexität der Energieversorgung 16, wodurch die Erzeugung der Vorrichtung ökonomischer gemacht wird. In der vorliegenden Vorrichtung sind Spannungen zwischen 5000 und 10.000 Volt am bevorzugtesten, wobei aber Gleichspannungen bis zu 20.000 Volt verwendet werden können.

Die Verwendung eines Kreises von Elektrodenlängen, die von der Mittelstange beabstandet sind, zwingt das Gas außerdem dazu, radial nach außen zur porösen Sammelfläche zu strömen, so dass sie dem sehr hohen elektrischen Feld ausgesetzt sind, das jede Entladungselektrode umgibt. Im Allgemeinen neigt die elektrische Feldstärke gemäß dem gauß'schen Gesetz dazu, mit zunehmendem Abstand von der Entladungselektrode abzunehmen. Die eng beabstandeten Drähte, die die Entladungselektroden bilden, zwingen das Gas, durch den hohen Feldbereich zwischen den Elektroden hindurchzutreten, so dass sie dem hohen elektrischen Feld um die Drähte herum ausgesetzt sind. Jedes Tröpfchen oder jeder Partikel kann damit auf ein höheres Niveau geladen werden als es mit der herkömmlichen Ausführung einer einzelnen Längenelektrode möglich ist, wodurch eine höhere elektrische Ladung gewonnen wird und die Tröpfchen leichter durch elektrostatisches Abscheiden entfernt werden können.

Obwohl in 1 eine poröse Kollektorelektrode 40 als die Kollektorelektrode gezeigt wurde, arbeitet die grundlegende Ausführung der Entladungselektroden-Anordnung 14 genauso gut, wenn die Kollektorelektrode aus einem festen, leitenden Material besteht, wobei in dem Fall das Gehäuse 12 selbst der Kollektor sein kann. Die Öltröpfchen werden an der Innenfläche der Gehäusewände angesammelt. Die angesammelten Öltröpfchen werden dann die Wände herunter fließen und in die Ölwanne oder das Kurbelgehäuse des Dieselmotors zurückgeführt, wobei das Beseitigen der porösen Kollektorelektrode die Vorrichtung weniger wirksam machen wird, aber die Gesamtgröße, die Komplexität und die Kosten der Vorrichtung ebenfalls verringert.

Die Hochspannungs-Isolationsbuchse 18 wird den schwebenden Tröpfchen oder Partikeln im Gas sowie jedem kondensierbaren Dampf, der vorhanden sein kann, ausgesetzt sein, wenn sie ungeschützt ist. Mit der Zeit wird die Anhäufung von abgelagertem und kondensiertem Material auf dem Isolator den Isolator wirkungslos machen. Der Isolator wird durch den Kontakt mit dem elektrischen Heizelement 22 auf eine Temperatur erwärmt, die hoch genug ist, um eine Dampfkondensation auf der Isolationsbuchse zu verhindern.

Um das Abscheiden von Tröpfchen oder Partikeln auf der Oberfläche der Isolationsbuchse zu verhindern, umgibt eine leitende Ummantelung oder Abschirmung 20 den Isolator. Diese leitende Ummantelung 20 ist mit der gleichen Hochspannungsquelle wie die Entladungselektroden 36 verbunden, so dass ein starkes elektrisches Feld im Bereich zwischen der Ummantelung und den nahe gelegenen, geerdeten Flächen des porösen Mediums 40 oder des Gehäuses 12 erzeugt wird. Die im Gas vorhandenen, aufgeladenen Tröpfchen oder Partikel werden damit auf den geerdeten Flächen und nicht auf der Hochspannungs-Isolationsbuchse abgeschieden.

Ausführungsvariationen der leitenden Ummantelung 20 werden in 3A und 3B gezeigt. Durch die Verwendung eines kleinen Spalt-Zwischenraums zwischen der Bodenplatte und der Abschirmung oder Ummantelung und der nahe gelegenen, geerdeten Fläche kann in diesem Spaltraum ein starkes elektrisches Feld erzeugt werden, um ebenfalls Tröpfchen oder Partikel im Gas abzuscheiden.

In 3A wird die modifizierte Hochspannungs-Abschirmung an 50 gezeigt und hat, wie gezeigt wird, eine Grundplatte 50A und die Umgebungswand 50B, die die Isolationsbuchse 18 umgibt. Das geerdete Gehäuse 12 hat einen Deckelteil 52, der von einer oberen Wand 54 nach oben kommt und eine Öffnung in der Nähe des oberen Endes des Isolators 18 definiert, wie gezeigt wird. Die Umgebungswand 50B ist von der Wand über dem Deckel 52 beabstandet und endet kurz vor der oberen Stirnwand des Deckels. Damit gibt es einen an 56 gezeigten Spalt zwischen der Abschirmungswand 50B und der Gehäusewand 52 um den Isolator. Die an 56 gezeigte Halterung lagert eine obere Platte 32 der Elektrodenanordnung. Die mittlere Halterung und die untere Elektrodenplatte 34 können so wie zuvor bereitgestellt werden.

In 3B umfasst die Hochspannungs-Abschirmung eine flache Scheibe 60, die am unteren Ende der Isolationsbuchse 18 befestigt ist, wobei die Isolationsbuchse 18 in diesem Fall auch von einer Hülse oder einem Deckel 62 des Gehäuses umgeben ist, das geerdet ist.

Die obere Wand 64 des Gehäuses ist von der Platte 60 beabstandet, um einen Spalt 66 zwischen der Gehäusewand 64, die eine obere Wand ist, und der Platte 60 zu bilden, die eine Abschirmungsscheibe ist. Die Halterung 68 kann wie zuvor zum Lagern der oberen Platte 32 der Elektrodenanordnung verwendet werden.

Jede dieser Formen einer leitfähigen Ummantelung zeigt einen Spalt zwischen der Hochspannungs-Abschirmung oder Ummantelung und einem Teil des geerdeten Gehäuses. Der Spalt ist relativ schmal und wird für das Abscheiden von aufgeladenen Partikeln sorgen, die in die Nähe der Hochspannungs-Abschirmung an die Wände des geerdeten Gehäuses kommen.

Durch die Erzeugung eines langen Weges im Spaltraum gemäß 3A und 3B können die aufgeladenen Tröpfchen oder Partikel im Gas wirksam in den Bereichen abgeschieden werden, die die Isolationsbuchse 18 umgeben, um einen besseren Schutz des Hochspannungs-Isolators vor Verunreinigung mit Partikeln zu bieten.

Trotz der wirksamen Ausführung einer Hochspannungs-Isolationsabschirmung dieser Erfindung gibt es die Möglichkeit, dass einige Tröpfchen oder Partikel im Gas ungeladen bleiben. Diese ungeladenen Partikel werden in der Lage sein, den Spaltraum 56 oder 66 zwischen der Ummantelung und der nahe gelegenen, geerdeten Fläche zu durchdringen, um sich auf dem Isolator abzulagern. Das Abscheiden dieser ungeladenen Partikel auf dem Isolator kann durch die Nutzung des Phänomens der Thermophorese verhindert werden. Die Thermophorese betrifft die Bewegung von Aerosolpartikeln in der Richtung eines abnehmenden Temperaturgefälles auf Grund der radiometrischen Kraft, die auf die Partikel einwirkt. Für eine wirksame thermophoretische Bewegung der Partikel, um das Abscheiden der Partikel auf dem Isolator zu verhindern, muss der Isolator auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden. Die Isolatortemperatur muss 10°C oder mehr als die Umgebungsgastemperatur betragen. Um im Gegensatz dazu eine Dampfkondensation zu verhindern, muss der Isolator nur über dem Taupunkt der kondensierbaren Sorte im Gas gehalten werden. In der Regel werden wenigstens ein paar Grad C über der Gastemperatur ausreichend sein.

Um wirksam zu sein, muss das poröse Medium 40 aus einem leitenden Material, in der Regel Metall, hergestellt sein. Es kann aus einem perforierten Metall, einem porösen, gesinterten Metall, einer oder mehr Schichten eines Drahtgeflecht-Materials, das in die gewünschte Zylinderform gerollt wird, einem Kissen aus Metallfasern oder -drähten, das in einen Zylinder geformt wird, und ähnlichen Konfigurationen hergestellt sein. Wenn das Gas in das poröse Medium strömt, werden Partikel in enge Nähe zur Oberfläche der leitenden Elemente im Medium gebracht, wobei damit die aufgeladenen Partikel wirksam auf der Oberfläche der leitenden Elemente des porösen Mediums abgelagert werden können. Im Vergleich dazu müssen im herkömmlichen elektrostatischen Abscheider, der feste Kollektorelektroden wie ein festes Rohr, das die Mittelelektroden umgibt, verwendet, die geladenen Partikel durch elektrische Kraft durch die Fluid-Grenzschicht, die an die Innenfläche des umgebenden Rohrs angrenzt, abgeschieden werden.

Abhängig von der Gasströmungs-Geschwindigkeit können die relativ trägen Grenzschichten, die an den festen Kollektorflächen angrenzen, einen Zentimeter oder mehr dick sein. Die Partikel müssen durch diese Zentimeter dicke, träge Gasschicht abgeschieden werden, um auf der Oberfläche abgelagert zu werden. Im Vergleich dazu wird das Gas bei Verwendung einer porösen Kollektorelektrode, wie sie gezeigt wird, gezwungen, zwischen die eng beabstandeten, leitenden Elemente im porösen Medium zu strömen, wobei dadurch der Abstand, den die Partikel zurücklegen müssen, um die Kollektorfläche zu erreichen, außerordentlich verringert wird. Dies wird die Wirksamkeit des Abscheiders erhöhen und die technische Gesamtgröße der Vorrichtung verringern.

Es kann nicht das ganze elektrisch leitende, poröse Material für den kompakten, in dieser Erfindung beschriebenen, elektrostatischen Abscheider verwendet werden. Um die für diese Anwendung beabsichtigte, hohe Gas-Strömungsrate pro Einheit der Kollektoroberfläche zu handhaben, darf das poröse Material keinen überschüssigen Druckabfall bei der erforderlichen, hohen Gasströmung erzeugen. Zusätzlich müssen die gesammelten Öltropfen leicht durch die Schwerkraft abfließen und dürfen nicht im porösen Medium gesammelt werden, so dass sie das Medium verstopfen oder übermäßig hohe Druckabfälle erzeugen. Abhängig von der Struktur des porösen Mediums und der Oberflächenspannung und Viskosität der angesammelten flüssigen Tröpfchen muss der Abstand zwischen den leitenden Elementen des porösen Mediums über einem kritischen Grenzwert gehalten werden. Ein zu kleiner Abstand wird es ermöglichen, dass die angesammelten Tröpfchen einen Oberflächenfilm bilden, der die benachbarten Elemente überbrückt und die Strömung blockiert. Für eine gewöhnliche Flüssigkeit wie Schmieröle muss der mittlere Abstand zwischen den leitenden Elementen im Medium größer als etwa 5 Mikrometer und vorzugsweise größer als 10 &mgr;m sein. Der mittlere Abstand zwischen den Elementen in einem porösen Medium wird auch als der mittlere Porendurchmesser bezeichnet, der mit einem kommerziellen Porenmessgerät gemessen werden kann. Im Allgemeinen ist ein mittlerer Porendurchmesser, der größer als 5 &mgr;m, vorzugsweise größer als 10 &mgr;m ist, notwendig, damit das Medium erfolgreich als poröse Kollektorelektrode des hier beschriebenen, tröpfchensammelnden Abscheiders arbeiten kann.

Es gibt eine Reihe von Vorrichtungen, die ein poröses Medium verwenden, um aufgeladene Partikel anzusammeln. Eine solche Vorrichtung ist der elektrisch vergrößerte Taschenfilter, der von Penney in US-A-3 910 779 beschrieben wurde. In Penneys Vorrichtung werden die Partikel in einem Koronaaufladegerät aufgeladen. Die aufgeladenen Partikel werden dann von einer Gasströmung durch ein Stoffmedium befördert und auf der Oberfläche des Stoffes abgelagert. Die abzulagernden Partikel müssen ein trockenes, festes Material sein, so dass die abgelagerten Partikel auf dem Stoff einen porösen Filterkuchen bilden werden. Da ein Filterkuchen auf dem Stoff auch bei Nichtvorhandensein einer elektrischen Ladung gebildet wird, werden die elektrostatischen Ladungen von Penney verwendet, um die Eigenschaften dieses Filterkuchens zu modifizieren, nämlich die Porengröße des Filterkuchens zu erhöhen und den Druckabfall zu verringern. Der in einem Stofffilter verwendete textile Stoff ist in der Regel nicht elektrisch leitend, so dass es nicht möglich ist, eine Koronaentladung direkt zwischen der Koronaelektrode und dem Stoff aufrechtzuerhalten. Es wird ein separates Koronaaufladegerät stromaufwärts vom Stofffilter verwendet, um die Partikel für die anschließende Filtration durch den Stoff aufzuladen.

Eine weitere Vorrichtung, die poröse Filtermedien verwendet, ist die, die in der Regel als ein elektrostatisch verstärkter Faserfilter bezeichnet wird, so wie der, der von Carr in US-A-3 999 964 beschrieben wird. Ein herkömmliches Faserfilter-Medium aus Glas-, polymeren und anderen nicht leitenden Fasern wird zwischen zwei Gruppen aus elektrischen Gittern angeordnet. Zwischen den Gittern wird ein Potenzialunterschied aufgebaut, um ein elektrisches Feld im Medium zu erzeugen, so dass die Wirksamkeit des Mediums für die Partikel-Ansammlung durch die elektrostatische Anziehung verstärkt wird. Die Vorrichtung ist am wirksamsten, wenn die Partikel elektrisch aufgeladen sind. Wenn die Partikel nicht aufgeladen sind, kann ein Korona-Ionisator stromaufwärts vom Filter verwendet werden, um die Partikel aufzuladen, so dass die Wirksamkeit des Filters für die Partikelansammlung erhöht wird.

Eine weitere Version des elektrostatisch verstärkten Faserfilters ist der von Argo et al in US-A-4 222 748. In Argos Vorrichtung wird stromaufwärts ein Koronaaufladegerät verwendet, um die Partikel aufzuladen. Wenn die aufgeladenen Partikel im Faserbett gesammelt werden, das aus einem nicht leitenden Material besteht, wird im Bett eine Ladung aufgebaut, um sein elektrisches Potenzial anzuheben. Um einen ununterbrochenen Aufbau der Ladung im Bett zu verhindern, wird das Bett kontinuierlich mit Wasser gespült, um das Bett leitend zu machen. Die im Bett angesammelten Partikel werden außerdem von dem fließenden Wasser mitgerissen.

Der elektrostatische Abscheider der vorliegenden Erfindung ist sehr effizient und kann in einer kleinen, kompakten Größe hergestellt werden. Für viele Anwendungen wie die Filtration von vorbeiströmendem Diesel ist die zylindrische Form mit einem kreisförmigen Querschnitt die angenehmste. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Querschnittsform ein Kreis ist, um die Vorteile von vielen der Merkmale dieser Erfindung aufzunehmen. Rechteckige, elliptische und andere Querschnittsformen können für die Ausführung des elektrostatischen Abscheiders leicht übernommen werden, der durch das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren beschrieben wird.

4 stellt eine Querschnittsansicht durch einen rechteckigen Abscheider dar. Die Elektrodenanordnung 72, die ein Paar von beabstandeten Koronadraht-Halterungen 74 (eine wird nur gezeigt) aufweist, würde wie zuvor bei den zwei Halterungen 74 hergestellt werden, die entlang eines Haltestabs 76beabstandet sind, wobei ein Draht 77 die Elektroden bildet, die sich zwischen den Halterungen erstrecken. Die Drähte 77 werden in den Kreuzungsbereichen zum Einfädeln durch die Löcher gezeigt. Eine Kollektorelektrode 78 aus einem leitenden, porösen Medium umgibt die Hochspannungs-Elektrodenanordnung 72, wobei das poröse Medium und das geerdete äußere Gehäuse 79 eine im Allgemeinen rechteckige Querschnittsform haben.

Bei der Ausführung eines solchen rechteckigen Abscheiders ist es wichtig, die einzelnen Koronadraht-Längen zwischen der Halterung 74 auf ungefähr dem gleichen Abstand von der porösen Kollektorelektrode 78 zu halten. Dadurch wird gewährleistet, dass die Koronaentladung zwischen dem Hochspannungs-Koronadraht 76 und der Kollektorelektrode 78 bei der gleichen angelegten Spannung auf die Drähte gleichförmig sein wird. Wie zuvor kann der seitliche Abstand zwischen den Drahtlängen und der porösen Kollektorelektrode 78 verringert werden, um die erforderliche Betriebsspannung des Abscheiders zu senken.

Obwohl der in dieser Erfindung beschriebene Abscheider für die Ansammlung von Tröpfchenaerosol bestimmt ist, kann er auch verwendet werden, um Aerosole anzusammeln, die nur trockene, feste Partikel enthalten. Um einen Aufbau von festen Partikeln in der porösen Kollektorelektrode zu verhindern, der ein Verstopfen der Poren bewirken wird, können flüssige Tröpfchen, in der Regel Wasser, zum Aerosol hinzugefügt werden, bevor es in den Abscheider eingeführt wird. 5 zeigt einen Ultraschall-Tröpfchengenerator 80, der in Verbindung mit einem elektrostatischen Abscheider 82 zum Hinzufügen von Tröpfchen verwendet wird. Wenn Aerosol von der Quelle 84 durch den Ultraschall-Generator 80 fließt, nimmt es in dem Raum 86 über der aufgerührten Flüssigkeit 88, die durch Ultraschall-Aufrühren mittels eines Ultraschallwandlers 89 erzeugt wird, Tröpfchen auf. Die trockenen Feststoffpartikel werden zusammen mit den hinzugefügten flüssigen Tröpfchen im Abscheider 82 abgeschieden und durch den flüssigen Strom, der sich aus den angesammelten Tröpfchen ergibt, mitgerissen, wobei dadurch ein Aufbau von trockenem, festen Material auf der Kollektorelektrode im Abscheider verhindert wird. Es können auch andere Tröpfchen erzeugende Vorrichtungen wie Druckluftzerstäuber, Rührwerke und dergleichen verwendet werden. Der elektrostatische Abscheider kann gemäß einer beliebigen der offenbarten Formen hergestellt werden.

Wegen der kleinen Tröpfchengröße und des großen Oberflächenbereiches der Tröpfchen, die durch Ultraschall-Aufrühren oder einen Druckluftzerstäuber erzeugt wurden, wird der oben beschriebene, kombinierte elektrostatische Nass-Abscheider und Tröpfchen-Generator ausgezeichnete Gasabsorptionseigenschaften haben und kann als ein kombinierter Gas- und Partikel-Staubabscheider verwendet werden. Der kombinierte Gas- und Partikel-Staubabscheider wird eine Vielzahl von Anwendungen bei der Kontrolle der Luftverschmutzung haben. Zum Beispiel enthält in der Halbleiterindustrie das Abgas von der Vakuumpumpe stromabwärts einer Halbleiter-Verfahrensanlage oft sowohl toxische Gase als auch feine Feststoffpartikel. Ein solches Gas ist Fluor, das am Ende eines Verfahrenszyklus verwendet wird, um die Verfahrenskammer zu reinigen. Fluor ist mit Wasser sehr reaktionsfreudig und wird durch Wassertröpfchen im kombinierten Tröpfchengenerator und elektrostatischen Nass-Abscheider wirksam ausgewaschen. Ähnlich dazu können verschiedene säurehaltige Dämpfe wie Fluorwasserstoff (HF) und Chlorwasserstoff (HCl) durch Wassertröpfchen oder durch eine wässrige Lösung aus KOH und anderen basischen Lösungen absorbiert werden. Durch das Kombinieren eines Tröpfchengenerators mit entsprechenden chemischen Reinigungslösungen und dem elektrostatischen Nass-Abscheider kann man einen äußerst wirksamen, kombinierten Gas- und Partikel-Staubabscheider erhalten.

6 und 7 zeigen einen kompakten, zweistufigen elektrostatischen Abscheider 98, in dem eine Elektrodenanordnung 100 eine kurze Koronaentladungs-Elektrode 102 aufweist, die an einer zylindrischen Abscheidungs-Elektrode 104 angebracht ist, wobei beide auf der gleichen hohen Gleichspannung von einer Spannung- oder Energiequelle 106 gehalten werden. Die kurze Koronaentladungs-Elektrode 102 hat ein Paar beabstandeter Haltescheiben 108 und 110, die mit einer mittleren Halterung 112 zusammengehalten werden. Die Scheiben halten einen feinen Draht 113, der eine Hochspannung überträgt, um eine Koronaentladung zu erzeugen. Die zylindrische Elektrode 104 ist ein röhrenförmiger Zylinder mit einer leitenden Oberfläche. Diese zylindrische Elektrode 104 bildet zusammen mit dem sie umgebenden, porösen Metallmedien-Kollektor 114 einen Abscheidungsbereich, in dem die aufgeladenen Partikel abgeschieden werden.

In dieser zweistufigen Ausführung erzeugen die relativ kurzen Koronadraht-Längen 113A, die die Elektroden bilden, eine Koronaentladung, um die Tröpfchen oder Partikel aufzuladen, die sich an der Koronaentladungs-Elektrode 102 vorbei bewegen. Die kurze Länge der Elektroden 102 verringert die Koronaausgabe von den Drähten, wobei folglich die erforderliche Stromausgabe von der Energiequelle 106 verringert wird, die wiederum deren technische Größe und die Kosten reduziert. Die Ausführung macht es auch möglich, den Radius des Kreises der Koronadraht-Längen 113A unabhängig von dem des Radius der röhrenförmigen Zylinderelektrode 104 zu variieren. Durch das Verändern dieser zwei Radien können sowohl die Koronaentladungs-Elektrode 102, die ein Ionisator ist, als auch die Abscheidungs-Zylinderelektrode 104 unabhängig optimiert werden, was zu einem verbesserten Gesamtbetrieb des Systems führt.

Die Scheiben 108 und 110 werden mit einer mittleren Halterung 112 zusammengehalten. Der feine Draht 113 wird zwischen den Scheiben 108 und 110 eingefädelt und überträgt die Hochspannung von der Quelle 106. Die Hochspannung wird wieder von einem Draht durch eine Isolationsbuchse 118 übertragen, die von einer Hochspannung übertragenden Abschirmung 120 umgebenden wird. Eine Stirnplatte 104A am Rohr 104 überträgt die Spannungen zum Rohr 104. Das Rohr 104 ist wiederum mit der Scheibe 108 verbunden, um die Koronaentladungs-Elektrode 102 zu speisen. Die Gasströmung findet von einem Einlass 116 des Gehäuses 12 zu einem Auslass 117 statt, der das saubere Gas ausströmen lässt.

8 und 9 zeigen eine modifizierte Elektrodenausführung, die mit den ein- und den zweistufigen Abscheidern gemäß 1 und 6 verwendet werden kann. In diesem Fall werden mehrere Haltestangen 120 an den Haltescheiben 122 und 124 angebracht, um eine Montageanordnung zu bilden. Ein einzelner Koronadraht 126 wird spiralförmig um die Haltestangen 120 herum gewickelt, so dass er sich von einer Scheibe zur anderen erstreckt, wobei dies mehrere Segmente eines leitenden Drahtes bildet, der Strom überträgt, um eine Koronaentladung zum Aufladen von Partikeln im Tröpfchenaerosol zu unterstützen, das durch einen Einlass 128 eingeführt wird. Der Kollektor aus porösen Medien 129 wird in 8 mit einem Grobfilter, der auf einer Bodenplatte 130 ausgebildet ist, und einer ausgewählten Porosität an einer Seitenwand aus zylindrischen, elektrisch leitenden, porösen Medien 132 gezeigt. Die zylindrische Seitenwand 132 wirkt, um aufgeladene Tröpfchen und Partikel, so wie zuvor gezeigt wurde, abzuscheiden. Die zylindrische Wand 132 ist wie das Gehäuse 12 geerdet. Ein Auslass 134 vom Gehäuse lässt das saubere Gas ausströmen. Die Isolationsbuchse 18, die Heizvorrichtung 22 und die Spannungsquelle sind die gleichen, wie sie zuvor gezeigt wurden.

Der hier beschriebene, kompakte elektrostatische Abscheider kann verwendet werden, um schwebende Partikel im vorbeiströmendem Gas von einem Dieselmotor oder einem anderen Verbrennungsmotor zu entfernen. Das vorbeiströmende Gas mit den schwebenden Feststoffpartikeln, die entfernt wurden, kann direkt in die Atmosphäre abgelassen oder in den Motor zurückgeführt werden. 10 und 11, die unten beschrieben werden, sind beide für die Anwendung in einem beliebigen elektrostatischen Abscheider, einschließlich dem der herkömmlichen Ausführung, geeignet.

10 zeigt eine Anordnung für die Rückführung von vorbeiströmendem Gas mittels eines elektrostatischen Abscheiders, vorzugsweise einen, der entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Der Dieselmotor 135 hat ein Kurbelgehäuse 136, wobei vorbeiströmendes Gas vom Kurbelgehäuse 136 des Motors zuerst entlang eines Durchgangs durch einen elektrostatischen Abscheider 137 strömt, der wie zuvor gezeigt ausgeführt ist, um die schwebenden Tröpfchen oder Partikel zu entfernen. Das saubere Gas strömt dann in den Einlassabschnitt eines T-Verbinders 138, der in einem Auslassabschnitt eine Lochblende bzw. Lochplatte 138A hat. Das Gas strömt durch eine Öffnung 140 in der Platte 138A und in den Einlass eines Turboladers 142. Der Seiteneinlass-Abschnitt 136B des T-Verbinders 138 ist zur Atmosphäre hin offen.

Dieser T-Verbinder bildet eine Vorrichtung zum Regulieren des Drucks im Kurbelgehäuse, wenn ein elektrostatischer Abscheider verwendet wird, um Partikel aus dem vorbeiströmenden Gas für die Rückführung in den Diesel-Einlass zu entfernen. Seine Arbeitsweise ist wie folgt. Der Einlass 138B des T-Verbinders 138 ist zur Atmosphäre hin offen, wobei sich damit der Auslass des Abscheiders 137 ebenfalls auf atmosphärischem Druck befindet. Der Kurbelgehäuse-Druck Pc relativ zum atmosphärischen Druck Pa beträgt damit Pc – Pa = &Dgr;P, wobei &Dgr;P der Druckabfall des vorbeiströmendem Gases durch den Abscheider 137 ist. Dieser Druckabfall ist in der Regel ganz niedrig, in einer Größenordnung von wenigen Zentimetern (Zoll) der Wassersäule oder weniger. Der Kurbelgehäuse-Druck ist damit auf wenige Zentimeter (Zoll) der Wassersäule über atmosphärischem Druck begrenzt. In einem Verbrennungsmotor darf der Kurbelgehäuse-Druck nicht um mehr als wenige Zentimeter (Zoll) über oder unter atmosphärischem Druck variieren, um ein Auslaufen des Öls im Kurbelgehäuse nach Außen und andere Betriebsschwierigkeiten zu verhindern. Diese Ausführung macht es möglich, eine Regulierung des Kurbelgehäuse-Drucks mit einer einfachen Verbindung und bei niedrigen Kosten zu erreichen.

In einem Dieselmotor, der einen Turbolader oder Turbo-Kompressor verwendet, um die Ausgangsleistung des Motors zu erhöhen, wird gemäß 10 ein Filter 144 am Lufteinlass des Turboladers 142 verwendet, um schwebende Partikel in der Umgebungsluft zu entfernen. Der Druckabfall durch den Filter 144 bewirkt, dass sich der Druck Pt am Einlass des Turboladers unter atmosphärischem Druck befindet. Der Durchmesser der Öffnung 140 im Auslassabschnitt des T-Verbinders 138 wird so gewählt, dass der Druckabfall über die Öffnung 140 (&Dgr;P = Pa – Pt) gerade ausreicht, um zu bewirken, dass die Gasströmung durch die Öffnung 140 die gleiche ist wie die vorbeiströmende Gasströmung Q1 während des normalen Motorbetriebs und wenn der Luftfilter 144 am Motoreinlass neu ist. Wenn der Einlassfilter 144 teilweise verstopft wird, erhöht sich sein Druckabfall. Damit erhöht sich die Gasströmung durch die Öffnung Q2. Die Differenz, Q3 = Q2 – Q1, wird durch die Luftströmung aufgebaut, die von der Umgebung durch den Seiten-Einlassabschnitt 138B des T-Verbinders 138 kommt.

Alternativ kann gemäß 10A ein modifiziertes Blenden-Gehäuse 139 als ein gerades Durchströmrohr ohne Seiteneinlass für atmosphärische Luft hergestellt werden. Ein atmosphärischer Einlass 139A kann mit einer Öffnung im Kurbelgehäuse 136 des Dieselmotors verbunden werden.

In beiden Anordnungen gemäß 10 und 10A hat das vorbeiströmende Gas, dass durch den elektrostatischen Abscheider 137 hindurchströmt, eine relativ hohe Temperatur. Es enthält außerdem Öldämpfe, die nicht durch das elektrostatische Abscheiden entfernt wurden. Diese Öldämpfe werden an den Wärmeübertragungsflächen eines Zwischenkühlers 146 kondensieren, der am Auslass des Turboladers 142 verwendet wird. Mit der Zeit wird das kondensierte Öl in den Zwischenkühler 146 überschwemmen, so dass ein Abfall der Wirksamkeit des Zwischenkühlers und der Ausgangsleistung des Dieselmotors verursacht wird, wenn es nicht behandelt oder entfernt wird.

Um das angesammelte Öl vom Zwischenkühler 146 automatisch zu entfernen, wird eine Ölwanne 148 im Zwischenkühler bereitgestellt, damit das kondensierte Öl durch Schwerkraft in die Wanne fließen kann. Die Luftströmung vom Zwischenkühler 134 wird durch eine Strömungsdrosselung bzw. -begrenzung 150 wie eine Düse oder eine Öffnung gerichtet, um einen Druckabfall zu erzeugen, so dass das Öl vom Zwischenkühler 146 entfernt und durch die Luftströmung in den Motoreinlass befördert wird. Das in der Ölwanne 148 angesammelte Öl kann durch den durch die Strömungsdrosselung 150 erzeugten Staudruck ebenfalls in die Einlassverteilung 131 des Motors 135 gespeist werden.

11 zeigt eine zweite Anordnung zum Zurückführen des vorbeiströmendem Gases in einem Dieselmotor 135. Das Kurbelgehäuse 136 ist wie zuvor mit dem elektrostatischen Abscheider 137 verbunden, wobei aber der T-Verbinder 138 entfernt ist und die Strömung vom Abscheider 137 auf einen Filter-Ansaugluftsammler 154 gerichtet wird und zusammen mit der Einlass-Luftströmung durch den Filter 144 hindurchströmen kann. In diesem Fall wird keine Anordnung zur Begrenzung des Kurbelgehäuse-Drucks benötigt. Da sich der Abscheider-Auslass immer auf atmosphärischem Druck befindet, wird damit der Kurbelgehäuse-Druck automatisch darauf begrenzt sein, was benötigt wird, um den vorbeiströmendem Gasstrom durch den Abscheider 137 aufrechtzuerhalten.

Wenn das heiße, vorbeiströmende Gas auf diese Weise in den Filtereinlass 154 gerichtet wird, werden die Öldämpfe schnell gekühlt, wenn sie mit den kühlen Sammelfilterelementen des Filters 144 in Kontakt kommen. Die Dämpfe werden damit kondensiert und sammeln sich im Filtergehäuse an. Gleichzeitig werden alle Partikel mit Submikrometer-Größe, die vielleicht nicht vollständig durch den elektrostatischen Abscheider entfernt wurden, ebenfalls den starken thermophoretischen Kräften unterzogen, die durch das Temperaturgefälle in der Grenzschicht der Gasströmung um die Kollektorelemente des Filters 144 erzeugt werden. Diese thermophoretische Kraft kann wirksam verwendet werden, um diese Submikrometer-Partikel zu entfernen. Normale Motoreinlass-Luftfilter sind dazu bestimmt, nur Partikel anzusammeln, die größer als ein paar Mikrometer im Durchmesser sind. Kleine Partikel im Submikrometer-Größenbereich werden in der Regel nicht angesammelt. Durch die Nutzung der thermophoretischen Kraft können die feinen Partikel im vorbeiströmendem Gas ebenfalls angesammelt werden, wobei damit die ankommende Luft für den Turbolader sauberer gemacht wird. Mit einer genauen Ausführung kann die Ansammlung von Öl und feinen Partikeln im Zwischenkühler auf ein sehr niedriges Niveau verringert werden.

12 ist ähnlich wie 11, wobei die Teile, die identisch sind, identisch nummeriert werden. In 12 ist ein steuerbarer Strömungsbegrenzer bzw. eine Strömungsdrossel 158 mit dem Auslass des Zwischenkühlers 146 verbunden. Der Strömungsbegrenzer hat einen zurückziehbaren Flügel oder ein Blatt 158A, das in den inneren Durchgang des Begrenzers eingeführt werden kann und das durch eine Zylinderspule 159 gesteuert wird. Die Zylinderspule 159 ist mit dem Flügel oder Blatt 158A verbunden und wird das Blatt in den Strömungsdurchlass verlängern, wenn von der Zylinderspule ein Signal empfangen wird. In der Ölwanne 148 wird ein Ölpegel-Sensor 160 bereitgestellt, und wenn der Ölpegel in der Wanne einen eingestellten Pegel erreicht, wird das Signal bereitgestellt, um die Zylinderspule 159 einzuschalten. Der Flügel oder das Blatt 158A werden in den Strömungsdurchlass im Strömungsbegrenzer 158 bewegt, um die Strömung durch die Auslassleitung zu drosseln.

Diese Wirkung erhöht den Staudruck in der Ölwanne und drängt das angesammelte Öl aus einer Leitung 161 zur Einlassverteilung 131 des Dieselmotors. Die durch die Zylinderspule gesteuerte Drossel kann eine beliebige, gewünschte Form wie ein Ventil, das teilweise geschlossen wird, oder eine Öffnung, die in den Strömungs-Durchlassweg eingeführt wird, haben.

13 ist eine Schnittansicht einer modifizierten Version einer typischen Elektrodenhalterung 170. Sie kann aus Kunststoff geformt sein und hat eine äußere Wand 172 mit mehreren Vorsprüngen oder "Zacken", die an 174 gezeigt werden und die aus der äußeren Oberfläche so etwas wie eine geriffelte Oberfläche machen. Ein an 176 angezeigter Draht mit einem geeigneten Durchmesser kann um die Halterung 170 in einer spiralförmigen Weise, etwa gemäß 8, gewickelt werden, wobei die Punkte der Auszackungen oder Vorsprünge den Draht 176 in eng beabstandeten Intervallen abhängig vom Abstand der Auszackungen halten, um zu gewährleisten, dass der Draht 176 in einer richtigen Position relativ zur Kollektorelektrode aufrechterhalten wird.

14 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer modifizierten Form eines kompakten elektrostatischen Abscheiders 199. In dieser Form der Erfindung bildet eine leitende Hülse 200 einen Durchlass für Fluid mit einer Einlassverbindung 202 zum Aufnehmen eines Aerosols und eine Auslassverbindung 203. Ein Strömungs-Durchlassweg wird durch mehrere Öffnungen 204 in einer Gehäuseplatte 206 definiert, die auf einer Hülse 206Agelagert ist, die an einem oberen Ende der leitenden Hülse 200 angeordnet und auf einer Deckelplatte 208 an einem am Ende der äußeren Hülse 200 ausgebildeten Flansch 210 gelagert wird.

Die Halterungshülse 206A hat eine offene Mitte, wobei ein Isolator-Endteil 215 einer Haupt-Elektrodenhalterung 212 darin angebracht ist. Das obere Isolator-Endteil 215 der Halterung 212 wird auf einer Abdeckung 208 in einer geeigneten Weise gelagert. Das obere Isolator-Endteil hat eine Aufnahme für eine Heizungs-Montageanordnung 216, die Heizvorrichtungen 218 hat, die in einem äußeren Mantel 219 montiert sind, der wärmeleitend und mit dem Isolator-Teil 215 in Kontakt ist. Der äußere Mantel 219 kann aus Kupfer bestehen, das ein sehr guter Wärmeleiter ist, um die Wärme gleichmäßig an seiner äußeren Oberfläche zu verteilen und die Isolator-Oberfläche 213 warm und von Verunreinigungen durch Dampfkondensation und Partikelablagerung sauber zu halten. Die obere Platte 220 ist ein Wärmeisolator, um die Wärmeenergie zu verringern, die erforderlich ist, um die Heizvorrichtung zu betreiben. Die elektrische Energie zum Betreiben der Heizvorrichtung, in der Regel 12 oder 24 Volt, wird durch die elektrischen Leitungen 221 übertragen, die durch die obere Platte 220 geführt werden.

Eine Energieverbindungsleitung 224 kann durch eine mittlere Öffnung eines Deckels 222 herausgeführt werden. Wie gezeigt wird, kann eine Energieversorgung 226 im Deckel 222 eingebettet sein, um die Hochspannung für die Entladungselektrode bereitzustellen, wobei sich die Verbindungsleitung oder -stange 225 im Abscheider befinden kann und sich nicht durch den Deckel erstrecken muss. Die Leitung 224 kann eine relativ niedrige Spannung haben, zum Beispiel könnte eine 24 Volt-Versorgung bereitgestellt werden. Die Heizvorrichtungen 218 würden im Allgemeinen ebenfalls mit einer 24 Volt-Versorgung verbunden werden.

Die Haupthalterung 212 weist eine hohle Elektroden-Mittelhalterung 214 auf, die zum Beispiel mit der Haupthalterung 212 als ein einzelnes Stück spritzgegossen sein kann. Die Elektrodenhalterung 214 hat einen inneren Durchlassweg, in dem sich die Hochspannungs-Verbindungstangen- oder Leitungs-Elektrode 225 erstreckt, wobei sich ein dünner Elektrodendraht 227 erstrecken kann, um direkt mit dem an 228 gezeigten Elektrodendraht verbunden zu werden, der, wie dargestellt, spiralförmig um die isolierende Halterung 214 gewickelt ist. Der Elektrodendraht 228 wird größer gezeigt als er tatsächlich ist, wobei er ein dünner Draht ist, wie zuvor erläutert wurde. Die Hülse aus isolierendem Material 214 kann an der Haupthalterung 212 mit geeigneten Schrauben angebracht werden, die in die Halterung 212 eingeschraubt werden. Der obere Teil der isolierenden Halterung hat eine leitende Hülse 217, die aus Metall bestehen und mit dem gleichen Hochspannungs-Elektrodendraht 226 verbunden sein kann. Die isolierende Halterung 214 kann auf Wunsch einen Querschnitt haben, der zylindrisch ist oder sie könnte gemäß 15 rechteckig sein mit einer äußeren Kollektorelektrode 200, die ebenfalls rechteckig ist, wobei man aufpassen muss, dass es in den Ecken einen gleichförmigen Zwischenraum zwischen dem Draht 228 und der Kollektorelektrode gibt.

Der Querschnitt kann eine beliebige, gewünschte Form annehmen, solange die Abstände für eine Koronaentladung aufrechterhalten werden.

Die Aerosolströmung würde so hereingekommen, wie es durch den Pfeil 234 gezeigt wird, und nach oben und um den Durchlassweg 235 zwischen den Hochspannungs-Elektrodendraht 228 und die Kollektorelektrode 200 strömen. In diesem Fall ist die Kollektorelektrode 200 kein poröses Element, sondern ein festes Element, das entweder zum Beispiel rostfreier Stahl sein kann oder aus einem leitenden Kunststoff bestehen könnte. Wenn die Strömung durch den Raum zwischen dem Elektrodendraht 228 und dem Kollektor 200 geführt wird, werden die Partikel durch die Koronaionen aufgeladen, die durch die Drahtelektrode 228 erzeugt werden. Einige dieser Partikel werden auf dem Kollektor 200 in diesem Bereich abgeschieden. Die übrigen Partikel werden vom Gas in den oberen Teil der Montageanordnung zwischen die Abscheider-Elektrode 217 und die Kollektorelektrode 220 befördert, wo sie auf Grund der Hochspannung an der Elektrode 217 auf dem Kollektor 220 abgeschieden werden. Die Strömung gelangt dann durch die Öffnungen 204 nach oben und durch den Auslass 203, wie gezeigt wird, nach draußen. Die Haupthalterung 212 und die Elektrodenhalterung 214 können auf Wunsch als ein einzelnes Stück mit Leitern spritzgegossen werden, die als Schlupf-Passmäntel oder umwickelte Drähte ausgebildet sind. Die Heizvorrichtungen 218 werden mühelos installiert, um die Temperatur des Isolators auf einem gewünschten Niveau aufrechtzuerhalten.

Die hohe Temperatur an den Heizvorrichtungen hält den Dampf, der in den Raum zwischen der Hülse 206A und dem oberen Hochspannungs-Isolatorteil 215 eindringt, davon ab, auf der Oberfläche 213 des Hochspannungs-Isolatorteils 215 im Bereich um den Mittelteil 215 herum zu kondensieren. Die Heizvorrichtungen stellen außerdem genug Wärme bereit, so dass sie dazu neigen, Verunreinigungspartikel durch die thermophoretische Wirkung abzustoßen und sie daran zu hindern, sich auf der Oberfläche 213 des Hochspannungs-Isolatorteils 215 abzulagern. Die Heizvorrichtungen 218 befinden sich in einem wärmeübertragenden, kontaktierenden Verhältnis zum Isolatorteil 215 und werden die Temperatur der Oberfläche 213 ausreichend hoch aufrechterhalten, um zu verhindern, dass sich Verunreinigungspartikel auf der Fläche des Isolatorteils aufbauen. Die Temperatur der Oberfläche 213 des Isolatorteils 215 beträgt vorzugsweise 10° oder mehr als die Temperatur des Gases in der Nähe der isolierenden Oberfläche 213 im Abscheider-Gehäuse.

16 ist eine Querschnittsansicht einer modifizierten Elektrodenhalterung 250 an der gleichen Linie wie 15. 17 ist eine vertikale Querschnittsansicht der modifizierten Elektrodenhalterung 250. Ein Draht 252, der die Elektrode bildet, befindet sich mit der Oberfläche 254 der Elektrodenhalterung 250 in Kontakt und im Wesentlichen mit ihr in Übereinstimmung. Der Draht 252 kann, wie gezeigt wird, um die Halterung 250 gewickelt werden und an der Oberfläche 254 mittels eines geeigneten Klebstoffmaterials anhaften. Wenn Klebstoffe verwendet werden, kann der Draht 252 verschiedene Muster haben.

Ein solches Muster für den Draht 252 wird in 18 an 258 gezeigt. In 18 wurde eine Oberfläche 262 einer Halterung 260 auf eine flache Oberfläche ausgerollt, um das Drahtmuster auf der Oberfläche 262 zu überblicken. Der elektrisch leitende Entladungsdraht 264 befindet sich mit der Halterungsoberfläche 262 in Kontakt, die aus einem elektrisch isolierenden Material wie einem Kunststoff oder Keramik besteht. Die Drahtelektrode 264 hat einen im Wesentlichen gleichförmigen Durchmesser, wobei der Abstand zwischen den Drahtsegmenten und der benachbarten Kollektorelektrode entlang der Länge des Drahtes im Wesentlichen gleichförmig ist. Mit einem gleichförmigen Abstand zwischen dem Draht 264 und der Kollektorelektrode kann eine im Wesentlichen gleichförmige Koronaentladung aufrechterhalten werden. Alle Teile des Drahtes 267 können damit wirksam genutzt werden, um eine hohe Ladungswirksamkeit in einer kleinen, kompakten technischen Gesamtgröße für einen elektrostatischen Tröpfchenkollektor zu gewährleisten.

Eine weitere Art der Herstellung einer Dünndraht-Entladungselektrode ist die Verwendung eines flachen, dünnen Dielektrikums, im Allgemeinen Kunststoff, mit einer dünnen Schicht, die die äußere Oberfläche umhüllt. Das flache, dünne Dielektrikum mit einer dünnen Schicht an seiner äußeren Oberfläche kann ähnlich denen sein, die bei der Herstellung flexibler, elektrischer Leiterplatten verwendet werden. Das Elektroden-Drahtmuster auf der Oberfläche kann durch Photolithographie geätzt werden. Die dünne Schicht, die das Muster bildet, kann dann auf die Oberfläche der Trägerstruktur durch einen Klebstoff aufgetragen werden. In einem solchen Fall wird der Draht keinen kreisförmigen Querschnitt mehr haben. Die seitlichen Abmessungen der geätzten Elektrode müssen jedoch ausreichend klein sein, um eine Koronaentladung mit dem zugeführten Hochspannungs-Material auszuhalten.

Die gezeigten, kompakten elektrostatischen Abscheider sind hauptsächlich für die Ansammlung von Tröpfchenaerosol vorgesehen. Die hohe Sammlungswirksamkeit für die kompakte Größe macht die Abscheider auch geeignet, um trockene Partikel-Aerosole anzusammeln. Die angesammelten trockenen Partikel werden in der Einheit angehäuft, wobei die Abscheider regelmäßig für die Reinigung und Wartung stillgelegt werden müssen. Dies ist für die meisten Anwendungen in der Regel akzeptabel.

Der hier beschriebene, kompakte elektrostatische Abscheider ist wegen seiner kompakten technischen Größe und hohen Sammlungswirksamkeit besonders attraktiv, obwohl es für die Anwendung nicht notwendig ist.

Die Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, bezieht sich auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele. Andere, die Fachmann sind, werden andere Möglichkeiten und Ausführungsbeispiele erkennen, um die gleichen Aufgaben basierend auf den Grundsätzen und Ansätzen, die in der vorliegenden Patentbeschreibung beschrieben wurden, zu erfüllen.


Anspruch[de]
Elektrodenanordnung (14; 72; 100) mit einer Entladungselektrode (36; 102), einer benachbarten Kollektorelektrode (40; 200; 220) und einer Trägerstruktur mit einer längsgerichteten Länge und einer quergerichteten Breite, wobei die Entladungselektrode (36; 102) mehrere dünne Drahtsegmente (36; 77; 113A; 126; 228) umfasst, die auf der Struktur mit einer Gesamtlänge, die im Wesentlichen länger ist als die Länge und die Breite, gehalten werden, wobei der Draht (36; 77; 113A; 126; 228) im Durchmesser im Wesentlichen gleichförmig ist und jedes Segment in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der benachbarten Kollektorelektrode (40; 200; 220) wie andere Segmente gehalten wird und auf ein hohes Spannungspotenzial relativ zu dem Kollektor aufgeladen wird, wobei das Verhältnis S/D in einem Bereich von 0,3 bis 3 gehalten wird, wobei S der Zwischenraum zwischen den benachbarten Drahtsegmenten und D der Abstand zwischen einem Drahtsegment (36; 77; 113A; 126; 228) und dem nächsten Punkt der benachbarten Kollektorelektroden-Oberfläche ist. Elektrodenanordnung (14; 72; 100) nach Anspruch 1, wobei sich die Drahtsegmente(36; 77; 113A; 126; 228) im Allgemeinen in einer Längsrichtung erstrecken. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Drahtsegmente (36; 77; 113A; 126; 228) im Allgemeinen in einer Querrichtung und im Allgemeinen rechtwinklig zur längsgerichteten Länge erstrecken. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Drahtsegmente (36; 77; 113A; 126; 228) in einem im Allgemeinen spiralförmigen Muster entlang der längsgerichteten Länge erstrecken. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 und des Weiteren eine Abscheider-Elektrode (14; 217) aufweisend, wobei die Abscheider-Elektrode eine leitende Oberfläche hat, die im Wesentlichen zur Kollektorelektrode (40; 200; 220) parallel ist und auf dem im Wesentlichen gleichen Hochspannungspotenzial relativ zu der Kollektorelektrode (40; 200; 220) wie die Entladungselektrode aufrechterhalten wird. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur für die Entladungselektrode (36; 102) ein isolierendes Material aufweist. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur für die Entladungselektrode (36; 102) eine isolierende Oberfläche (213) hat. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12; 79), das die Kollektorelektrode (40; 200; 220) und Entladungselektrode (36; 102) in Verbindung mit einem Dieselmotor (135) mit vorbeiströmendem Gas eines Kurbelgehäuses (136) und eine Verbindung aufweist, um einen Strom des vorbeiströmenden Gases durch das Gehäuse zum Entfernen schwebender Feststoffpartikel aus dem vorbeiströmenden Gas zu befördern, wobei die Entladungselektrode (36; 102) mit der Kollektorelektrode benachbart ist, das Gehäuse die Elektroden, einen Isolator (18; 118; 215), einen Leiter, der durch den Isolator (18; 118; 215) geführt wird und die Hochspannung von der Entladungselektrode im Gehäuse überträgt, und eine Heizvorrichtung (22; 216; 218) aufweist, wobei das Gehäuse (12; 79) ein Gas von einem Einlass (24; 116; 128; 136B; 138B; 202) zu einem Auslass (42; 117; 134; 203) befördern kann, wobei der Isolator eine äußere Oberfläche in Kontakt mit dem Gas in dem Gehäuse (12; 79) hat und der Isolator (18; 118; 215) in Kontakt mit der Heizvorrichtung (22; 216; 218) ist, um die Oberflächentemperatur ausreichend hoch zu halten, so dass ein Aufbau von Verunreinigungen auf der Isolatoroberfläche verhindert wird. Kombination nach Anspruch 8, wobei die Oberflächentemperatur des Isolators (18; 118; 215) bei 10°C oder mehr über der Temperatur des Gases in Kontakt mit dem Isolator in dem Gehäuse (12; 79) aufrechterhalten wird. Kombination nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Isolator (18; 118; 215) wenigstens teilweise von einer leitenden Abschirmung (20; 120) umgeben ist, wobei die Abschirmung auf einer Spannung gehalten wird, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Spannung an der Kollektorelektrode. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die des Weiteren ein Gehäuse aufweist, das ein Gas von einem Einlass zu einem Auslass befördern kann, wobei die Entladungselektrode (36; 102) in dem Gehäuse gelagert wird, wobei die Kollektorelektrode (40; 200; 220) ein poröses, leitendes Medium (26; 40; 114; 129) umfasst, das die Entladungselektrode (36; 102) umgibt und in dem Gehäuse (12; 79) gelagert wird und eine Tröpfchen enthaltende Gasströmung in einen Einlass (24; 116; 128; 136B; 138B; 202) des Gehäuses eindringt und zur Entladungselektrode (36; 102) durch die umgebende Kollektorelektrode (40; 200; 220) und aus einem Auslass (42; 117; 134; 203) des Gehäuses (12; 79) ausströmt, wobei das Hochspannungspotenzial zwischen der Entladungselektrode und der Kollektorelektrode in der Gasströmung eine Ladung für die Partikel bereitstellt, die an der Kollektorelektrode angesammelt werden.






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