(57)【要約】  静電集塵装置を通過するエアロゾルのガス流を洗浄するための静電集塵装置の静電イオン化段において、個々の高電圧電極の自由端部はノズルの下流に露出されており、ケーシングの壁面はイオン化段を通過するガス流に対して透過的である。ケーシングは等距離の間隔で配置された格子又は多孔薄板又はロッドから成り、ケーシングの両端部は個々の支持リングで終端している。
2009508669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集塵装置を貫いて導かれるガス流の洗浄のための集塵装置における静電イオン化段であって、該静電イオン化段は次のものから成る、すなわち、
基準電位に接続された導電性プレート（４）から成り、該導電性プレート（４）は前記集塵装置のフローチャネルの内のりの断面に亘って組み込まれており、さらにガス流の通過のための内のりの断面内の同じ様な多数の貫通路（３）、ノズル（３）を有し、各ノズル（３）にケーシング（７）が形状的にぴったりと及び前記ノズル（３）の軸に対して同軸に配置されており、前記ケーシング（７）は前記プレート（４）の両側面に突き出ており、前記プレート（４）の基準電位にあり、
高電圧格子（５）から成り、該高電圧格子（５）は前記プレート（４）の下流に又は上流に電気的に絶縁されてチャネル区間の内のりの断面に亘って組み込まれており、チャネル区間の壁面の中の引き込み線路を介して高電圧電位に接続されており、
前記ノズル（３）に相応する多数のロッド状の高電圧電極（１）から成り、該多数のロッド状の高電圧電極（１）は、その一方の端部によって前記高電圧格子（５）に固定されており、その自由端部によってそれぞれ同じように前記プレート（４）の前記ノズル（３）を中心に取り囲むギャップ形成部の下に露出されており、さらに前記高電圧格子（５）の電位にある、集塵装置を貫いて導かれるガス流の洗浄のための集塵装置における静電イオン化段において、
それぞれの高電圧電極（１）の自由端部はノズル（３）の下流に露出されており、
ケーシング（７）の壁面は、イオン化段を貫いて導かれるガス流（６）に対して透過的であり、さらに格子から又は多孔薄板から又は互いに一定の間隔で延在するロッドから製造されており、これらのロッドのそれぞれ２つの端部はそれぞれ支持リングで終端していることを特徴とする、集塵装置を貫いて導かれるガス流の洗浄のための集塵装置における静電イオン化段。
【請求項２】
それぞれ高電圧電極（１）の自由端部はロッド端部から成るか又は高電圧電極（１）のこれらの自由端部領域はだんだん小さくなるロッド断面積により終端することを特徴とする、請求項１記載の静電イオン化段。
【請求項３】
それぞれ高電圧電極（１）の自由端部は前記高電圧電極（１）の自由ロッド端部の中心にあるディスク（２）から成り、該ディスク（２）は外周に等分配されて前記高電圧電極の長手方向軸から半径方向に少なくとも２つの同じような拡張部を有することを特徴とする、請求項１記載の静電イオン化段。
【請求項４】
ロッド状の高電圧電極（１）の先端部が自由電極端部である場合及び自由ロッド端部の中心にディスク（２）がある場合には、そのように存在する自由電極端部はノズル（３）の出口まで範囲０≦Ｈeｌ≦０．５Ｄgに位置決めされており、ここでＤgはケーシング（７）の内壁までの自由電極端部の最小間隔であることを特徴とする、請求項２又は３記載の静電イオン化段。
【請求項５】
高電圧電極（１）の自由端部をノズル（３）の内のりの断面の形状に類似した形状で含む包絡面はノズル（３）の縁部まで一定の間隔Ｄgを有し、ケーシング（７）の高さＨは範囲０．５Ｄg≦Ｈ≦３Ｄｇ内にあることを特徴とする、請求項４記載の静電イオン化段。
【請求項６】
各ケーシング（７）はその周囲に括れを有し、この括れによってケーシング（７）はそのノズル（３）に固定式にかみあうことを特徴とする、請求項５記載の静電イオン化段。
【請求項７】
各ケーシング（７）には周囲を取り囲むリングディスク（９）が取り付けられており、該リングディスク（９）はノズル（３）に対して同心のノズルプレート（４）の切欠部（８）にはめ込まれていることを特徴とする、請求項５記載の静電イオン化段。
【請求項８】
高電圧電極（１）の自由端部がロッド端部である場合、高電圧格子（５）及び高電圧電極の自由端部はノズルプレート（４）の下流にあることを特徴とする、請求項６又は７記載の静電イオン化段。
【請求項９】
高電圧電極（１）の自由端部がディスク（２）である場合、高電圧電極の自由端部はノズルプレート（４）の下流にあることを特徴とする、請求項６又は７記載の静電イオン化段。
【請求項１０】
ケーシング（７）がエアロゾル下流側の端面において一定の又はだんだん大きくなる内のりの断面で終端していることを特徴とする、請求項８又は９記載の静電イオン化段。
【請求項１１】
ノズル（３）の軸は該ノズル（３）に差し込んであるケーシング（７）の空間的に下の端面によって垂直に囲まれており、又は、この端面においてさらにケーシング材料から成るケーシング壁面の領域的な延長部（１０）を有し、この結果、自由下部端面により取り囲まれた面はノズル（３）の軸によってはもはや垂直には貫通されないことを特徴とする、請求項１０記載の静電イオン化段。
【請求項１２】
単純な丸いシリンダ状の又は柱状の多角形断面の構造のケーシング（７）にはそのそれぞれのフロー入口にフィルタ（１０）が設けられており、該フィルタ（１０）は、透過的なケーシング壁面の透過通路幅の少なくとも網目幅を有し、動作時にはノズルプレート（４）の電位となることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載の静電イオン化段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば集塵装置を貫通して導かれるエアロゾルから成るガス流の洗浄のための静電的な、とりわけ湿式静電集塵装置における静電イオン化段に関する。
【０００２】
湿式静電集塵器は、ガス導入チャネルのチャネル区間に組み込まれ、微細に分散した固体の又は液体の粒子をガス流／エアロゾル流から分離する装置である。それゆえ、このような装置は、多様な製造領域において不可欠な構成部材である。
【０００３】
微細に分散した粒子のガス流からの分離プロセスは次のステップから成る：
粒子の静電的帯電；
帯電した粒子の１つの電極の又は複数の電極の表面における収集；
収集電極の表面からの帯電した粒子の除去。
【０００４】
エアロゾル、すなわちガスの中の微細に分散した粒子の静電的洗浄は普通は負／正に帯電した粒子、イオンを介して達成される。これらはコロナ放電によって発生され、電気的に正の／負の基準電位、大抵の場合はアース電位にある電極と反対に電気的な電位にある負のイオン化電極との間の空隙を貫いて実際の電流となる。これらの電極は要求された極性の直流供給高電圧源に接続されている。印加される電圧の値は電極間の間隔及び処理されるガス流の特性に依存する。
【０００５】
静電集塵器の効果は広い領域に亘って電荷の強さに依存し、この電荷は帯電区間を通過して粒子へと送出される。電荷の強さは集塵器のイオン化区間における静電界の上昇によって増大される。静電界の通常の最大強度はせいぜいフラッシュオーバが始まる値に制限される。
【０００６】
湿式静電集塵器ではイオン化及び収集ゾーンが装置の中でつなぎあわされている。収集管はしばしば長く、それゆえ放電電極のアライメントによる問題を喚起する。また収集管の内部表面の水による洗浄／洗い流しはイオン化領域におけるコロナ放電安定性に影響を及ぼす。これらの問題はＤＥ１０１３２５８２Ｃ１及びＤＥ１０２４４０５１Ｃ１においては排除され、そこでは湿式静電集塵器は別個のイオン化及び収集領域から成る。粒子は強い静電界においてコロナ放電を介して帯電される。コロナ放電は、針又は星形電極がＤＣ高電圧に置かれる乃至はある場合に、針又は星形電極とアースされたプレートの孔／ノズルとの間のギャップにおいて発生する。ガスフローの方向に注目すると、放電電極が下流からアースされたプレートの孔/ノズルへと突き出している。帯電した粒子は高電圧電極の下流にあるアースされた管束収集器で収集され、この管束収集器はイオン化装置の下流に組み込まれている。
【０００７】
ＤＥ１０１４４０５１から湿式静電イオン化段の構造が公知である。これはアース電位又は正の基準又は逆電位に接続されたプレートから成り、このプレートはフローチャネル区間の内のりの断面に亘って組み込まれており、洗浄すべきガスの貫流のための多数の同じような孔を有する。下流にはそれに続いて高電圧格子があり、この高電圧格子は電気的に絶縁されてチャネル区間の内のりの断面に亘って組み込まれており、さらにチャネル区間の壁の引き込み線路を介して高電圧電位に接続されている。この高電圧格子には、孔に相応する多数のロッド状の高電圧電極が端部によって固定され配向されている。これらの高電圧電極はその自由端部によって同じように及びそれぞれプレートの孔／ノズルの中心に向いている又は突き出している。
【０００８】
このような高電圧電極の各自由端部には電気的に接続されて導電性材料から成るディスクがあり、このディスクは少なくともプレートの中心に及びプレートに対してパラレルに、このプレートには接触せずに、このような導電性材料によってコーティングされている。ディスクは周囲に等分配されて少なくとも２つの半径方向の外側への湾曲部／突起部を有し、これらの外側への湾曲部／突起部は半径方向に又は少し外側へとガス流に対して傾斜して配向されている。
【０００９】
湿式静電集塵器の作動は印加される電圧の上昇を示し、これは電極ギャップにおける電界強度の上昇を意味し、スパーク放電を誘発し、このスパーク放電は電極と孔／ノズルのエッジとの間の不均一な電界に相応して発生する。これは粒子帯電の効率及び静電集塵器における粒子収集の効率を低下させる。
【００１０】
ＤＥ１０２００５０２３５２１には、エアロゾル、ガス中に微細に分散した輸送される粒子のガスの洗浄のための静電集塵装置の湿式静電イオン化段が発表されている。これはアーク電位又は基準逆電位に接続されたプレートから成り、このプレートはフローチャネル区間の内のりの断面に亘って組み込まれており、洗浄すべきガスの貫流のための多数の同じような孔を有する。イオン化段は高電圧格子を有し、この高電圧格子はプレートに関して下流に又はガス上流に電気的に絶縁されてチャネル区間の内のりの断面に亘って組み込まれており、さらにチャネル区間の壁面における引き込み線路を介して高電圧電位に接続されている。さらに、イオン化段は孔／ノズルに相応する多数のロッド状の高電圧電極を有し、これらの高電圧電極はその一方の端部によって高電圧格子に固定されており、その自由端部によってそれぞれ同じようにノズルプレートのノズルの中に中心に突き出ている。これらの自由端部には同じようにそれぞれ導電性材料から成るディスクがノズルプレートに対して中心に及びパラレルに、このノズルプレートに接触することなく配置されている。ディスクはその周囲に等分配されて少なくとも２つの半径方向の外側への湾曲部／外側への突起部を有する。
【００１１】
高電圧格子とこの高電圧格子に向かい合ったケーシングの端面との間の間隔Ｄはサイズ及び電位条件に応じて少なくともこれらの２つの構造上のモジュールの間のスパーク放電の可能性がこの集塵器の動作中に生じないようにする。これはプロセス環境を考慮した高電圧技術的な設計である。
【００１２】
各ノズルには同じように単に凸状の丸い又は多角形の内のりの断面によって同じような断面のケーシングが形状的にぴったりと差し込まれており、そのケーシングの軸は基準電位、しばしばアース電位にあるプレートに対して垂直である。動作条件を考慮して、とりわけガスフローの強さを考慮して、ケーシングはノーマルな動作影響を中和して摩擦結合でぴったりとはまっており、さらにメンテナンス作業のゆえに取り外し可能にノズルに取り付けられている／位置決めされている。
【００１３】
ディスクはケーシング内部でこのロッド状の高電圧電極の自由端部に露出されている。ケーシングに対するディスクの単に凸状の丸い又は多角形の包絡線は周りを取り囲んで一定の間隔Ｌを有する。ケーシング内壁とディスク縁部との間のギャップには高電圧電位と基準／アース電位との電位差がある。
【００１４】
静電集塵器の効率的な長時間動作のためには、電気的な状態が維持される乃至は維持されうることが決定的に重要である。これは、とりわけノズルプレートとこのプレートの近くに位置決めされた高電圧電極との間の調整されたジオメトリが不変であることを意味し、この結果、電気的フラッシュオーバが制限され、乃至は、強い電流の放電が阻止される。
【００１５】
本発明の課題は、安定した長時間挙動を有する静電集塵器のためのイオン化段を提供することであり、それゆえ最小の個数のフラッシュオーバ／放電がノズルプレートのノズルと高電圧電極の位置決めされた端部との間のギャップにおいて発生する。これは、ノズルにおいて分離される粒子がガス流から即座にかつ効率的に除去されることも要求する。構造上ではイオン化段は単純でかつメンテナンスしやすく構成されるべきである。製造コストは市場競争にふさわしく低く保たれるべきである。
【００１６】
上記課題は請求項１に記述されたイオン化段の構造の改良によって達成される。実験によれば、いつものように形成される高電圧電極の自由端部がこれに割り当てられたノズルの後ろの下流に露出されるべきである。粒子分離はこの場合極めて効率的であった。
【００１７】
イオン化段の構造において、ＤＥ１０２００５０２３５２１に記述されているように、比較的長時間の動作の際には非透過性のケーシング壁面上の粒子の堆積は回避できなかった。これは、この場合、ノズル／ケーシングとそれぞれ割り当てられた高電圧電極との間のギャップにおける電気的状況を不利なことにフラッシュオーバの増大へと変化させ、さらに最終的な短絡によって効力のない状態へともたらした。
【００１８】
解決策はこのギャップにおける電気的状況の劣悪化の回避にあり、粒子透過性ケーシングによって得られる。ケーシング壁面は少なくとも１つの内のりの断面を有する貫通路を持たなければならず、この内のりの断面はガス流と共に運ばれる粒子の最も大きな粒子断面よりも大きく、この断面は今やフィルタのようであるか又はギャップのようである。このために、ケーシング壁面は相応の最小網目幅を有する格子から成るか又はこのような最小の内のりの断面の孔を有する又は互いに一定の間隔で延在するロッドを有する多孔性のバンド／薄板から成る。これらのロッドのそれぞれ両端部はそれぞれ支持リングで終端している。後者の場合には、ケーシング壁面貫通路は帯状であり、直ぐ隣のロッドは少なくとも最大粒子直径の間隔を有する。ロッドはノズル軸に対してパラレルに経過するか又はこのノズル軸の周りに多少傾斜して巻きつく。ロッドから成るケーシング壁において、ケーシング毎に関与するロッドはその両端部において２つのリングを介してはめ込まれており、しかもノズル縁部と類似する輪郭に製造されている。さらに形状的にフィットした及び摩擦結合による位置決めのためにノズルとの接触箇所に第３のリングがある。
【００１９】
ケーシング壁の貫通路は任意に大きくてはならない。ケーシング壁面の孔／貫通路における電位面はケーシング壁面の電位面に続かなければならず、場合によっては僅かにそこから湾曲していてもよい。この結果、ガス流において共に運ばれる粒子への電気作用は基本的にそれぞれのギャップに制限されたままである。
【００２０】
一般的にノズル材料は要求される電位調整を提供するために導電性をもつ。金属性の材料はだれもが思い付くものである。良導電性ファイバー複合材料はケースバイケースで考慮の対象にもなる。ガス流における良導電性の湿気及びそこから分離されたギャップ表面上の液体膜により予め設定された電位分布が確実にかつ中断なく実現される場合には、非導電性材料がケーシング材料として考えられる。どの材料がケーシング壁として選択されるかは晒される雰囲気で決定され、それは機械的及び電気的な作用の他に化学的に不活性でなければならない。金属、ファイバー複合材料及びプラスチックはこれによりケーシング材料のベースマテリアルである。
【００２１】
従属請求項において有利な実施形態が記述されている。
【００２２】
請求項２によれば、高電圧格子に固定された高電圧電極の自由端部は最も簡単な場合には高電圧電極の断面形状のロッドの端部からなる。しかしまた、高電圧電極の自由端部領域はだんだん小さくなるロッド断面積によって先がとがって又は先が丸くなって終わる両方の解決策は構造上簡単である。
【００２３】
請求項３には高電圧電極の自由端部の他の実施形態が記述されており、すなわち高電圧電極のそれぞれ自由端部は高電圧電極の自由ロッド端部の中心にあるディスクから成り、このディスクは外周において等分配されて高電圧電極の長手方向軸から半径方向に少なくとも２つの同じような拡張部を有する。例えば形状は実施例の記述において記載される。
【００２４】
一般的に高電圧電極の材料は確実な電位形成のために金属性であり、しかしいずれにせよ周囲環境に適さなくてはならない。
【００２５】
ギャップ形成のために重要な高電圧電極の有効な自由端部領域は請求項４によればノズルの出口まで範囲０≦Ｈel≦０．５Ｄgに位置決めされており、よって、いずれにせよノズルプレートの割り当てられたノズルの出口領域の下流に位置決めされている。Ｄgはケーシングの内壁に対する自由電極端部の最小間隔、すなわち最小のギャップ幅である。
【００２６】
すなわちノズルの内のりの断面の形状に類似の形状の高電圧電極の自由端部を含む包絡面がノズルの縁部に対して一定の間隔Ｄgを有し、さらにケーシングの高さＨが０．５Ｄg≦Ｈ≦３Ｄgの範囲にある（請求項５）場合、ケーシング内壁と自由電極端部との間のギャップ幅Ｄgとしてこの範囲が有利であると分かっている。
【００２７】
重要なのは、ノズルが動作中に固定式にかつ形状がぴったりフィットしてノズルプレートに設けられることである。形状のぴったりフィットした取り付けはケーシングの周囲からのガス流の迂回路を回避するために必要不可欠である。ガス流、エアロゾルは完全にケーシング及びこのケーシングの中に位置決めされた高電圧電極の自由端部からそれぞれ形成されるイオン化ギャップを通過するべきである。例示的かつ構造上簡単な解決策が請求項６に記述されている。この請求項６によれば、各ケーシングはその周囲に括れを有し、この括れによってケーシングはそのノズルに固定式にかみ合う。同様に例示的な別の変形実施形態は請求項７に記述されている。この請求項７によれば、外側にケーシング壁にケーシング軸と同心に周囲を取り囲むリングディスクが設けられ、このリングディスクは形状的にぴったりとノズル軸に対して同心の切欠部にはめ込まれており、例えばこのディスクは少しの圧力でこの切欠部に押し込まれなければならず、これによってこの切欠部の中に固定される。これにより、形状がぴったりフィットすること及び摩擦結合によりフィットすることならびに取り外し可能であることがもたらされる。経済的かつ技術的にあまりにもコスト高でなければ、ケーシング設置のための他の技術的解決策はこれにより排除されない。
【００２８】
高電圧格子及びノズルプレートの空間的な連続のために実験的に高電圧電極の自由端部がロッド端部である場合に高電圧格子及び高電圧電極の自由端部がノズルプレートの下流に設けられると有利であることが判明した（請求項８）。これは上から下へと及びその反対方向に垂直なガス/エアロゾルフローがある場合でも水平方向のフローがある場合でも有利であり、フロー軸は常にノズル／ケーシング軸にパラレルであり、従って、その位置における組み込みが確定される。
【００２９】
請求項９による高電圧電極の自由端部の実施形態では、高電圧電極の自由端部がディスクである場合に高電圧電極のこれらの自由端部だけがノズルプレートの下流に設けられる。高電圧格子は、この場合、ガス／エアロゾルフロー方向を考慮して、ノズルプレートの前方又は後方に設けられる。組み込み位置は両方のフロー方向に対して垂直であるが、装置状況に応じて水平も可能である。
【００３０】
高電圧電極の自由端部が０≦Ｈel≦０．５Ｄgの範囲で下流にノズル出口の前方に設けられると有利であることが実験的に分かっており、０．１Ｄg〜０．２Ｄgが最良の範囲としてもとめられた。Ｈelはノズルプレートの下流側面から高電圧電極の有効自由端部までの間隔である。
【００３１】
貫流するガスの洗浄の改善を請求項１０で説明されたケーシング形状は示唆しており、すなわちケーシングはエアロゾル下流の端面において一定の又はだんだんと大きくなる内のりの断面で終端する。
【００３２】
ケーシング形状は最も簡単な場合にはシリンダ状であり、すなわち断面が丸いか、又は、角柱形、すなわち断面が多角形状である。ケーシングはノズルプレートの両側に張り出している。張り出し部分が両側で同じである場合、すなわちノズルプレートの上流側の張り出し部分Ｈupが下流側の張り出し部分Ｈdsとほぼ同じある場合、これは変わりうる。この場合、単純なケーシングジオメトリはノズルプレートジオメトリの変更なしで１８０°折り返される。
例えばノズルにおけるフロー速度が６ｍ／ｓを越えており、さらにフロー方向が下から上へと重力に反している場合、張り出し部分の関係をＨup＝（１〜５）Ｈdsの範囲に保持すると有利である。
フロー方向が垂直に下へと重力の方向である場合には、張り出し部分の関係の最適範囲はＨup＝（０．１〜１）Ｈdsである。
【００３３】
貫流するガス流からケーシング壁面で収集される液体の改善された収集及び滴下のためには、ケーシングの壁面が空間的に下の端部で領域的に延長されると有利である。これは例えばケーシング軸に対して斜めの切断面によって達成され、この切断面はまっすぐか又は単に曲げられる。しかし、ケーシングの下の端部はケーシング軸に対して２つの傾斜した切断面によっても得られ、この場合、他の端部よりも下方にある２つの端部箇所を有する。これは請求項１１において、この下部端面においてさらに領域的にケーシング材料から成るケーシング壁面の延長部分を有することによって記述されており、この結果、自由下部端面によって囲まれた面はノズルの軸によってもはや垂直には貫通されない。
【００３４】
しばしばエアロゾル流の中で時たま比較的大きな粒子が運ばれ、これらの比較的大きな粒子は比較的長期的な視野から見るとケーシング内部空間のギャップを塞ぐことが起こりうる。フローチャネルの中で手の届く箇所にフィルタ（こし器）がフロー断面に亘って組み込まれ、このフィルタの網目幅が差し障りの無いサイズの粒子だけがさらに流れるような大きさを有することによって、これを防止することができる。このようなフィルタは規則的に洗浄されなければならない。しかし、このような大きな粒子の阻止フィルタをイオン化装置の中に移すこともできる。これは請求項１２によれば、ケーシング入口に各フィルタが設けられ、このフィルタの網目幅がギャップ幅に合わせて調整されて、詰まりそうな粒子として大きな粒子はケーシングの中へ流入できないことによって達成される。さらに、単純な丸いシリンダ状の又は柱状の、断面において多角形の構造のケーシングにそのそれぞれのフロー入口においてフィルタが設けられており、このフィルタが少なくとも透過性ケーシング壁面の透過通路幅の網目幅を有し、動作中にノズルプレートの電位をもつ。
【００３５】
粒子透過性壁面を有するケーシングの使用はケーシング内壁とケーシング内部に位置決めされた所属の高電圧電極の自由端部との間のギャップ、すなわち粒子の帯電のためのゾーンにおける電界の分布を改善する。電界は基本的に自由電極端部とケーシングの内壁との間に形成される。これによって、ノズルはノズルプレートにおいて非常に簡単に作られる。ノズルのエッジは、穿孔、切削又は打ち抜きにより作られ、そのまま残されるか又はフラッシュオーバを誘発しないために少なくとももはや入念に丸められる必要はない。
【００３６】
ガスフロー及び電気風の影響のもとで、後者はコロナ放電においてギャップで発生されるが、ケーシングの内壁で収集されるエアロゾルは網目／孔/貫通路を突き抜けてケーシングの外壁にぶつかり、そこで電気的に中和されて流れ去る。これはマッシブな壁面を有するケーシングにおいて観察されたスパーク放電を阻止し、少なくとも著しくスパーク放電の数を低減する。
【００３７】
透過性壁面を有するケーシングは湿式静電コレクタの収集効率も改善する。というのも、液体状のエアロゾルの一部がケーシングの内壁において収集／分離されるからである。収集されたエアロゾルは大きな滴の形状でケーシングの外壁上を流れ去り、この場合電気的に放電／中和される。これらの滴は主にケーシングの外壁にあり、スパーク放電を誘発しない。滴の形状の収集された液体状のエアロゾルはケーシングを下方へと流れ落ち、ケーシングの下端部から滴下する。これはケーシングに対する自己洗浄効果を提供し、イオン化段の付加的な外側洗浄の余地も残す。透過性ケーシングの使用はノズルプレートの下流部分の収集されたエアロゾルによるコンタミネーションの程度を低下させる。
透過性ケーシングの使用はイオン化段の動作の安定性を高める。
【００３８】
本発明を次に図面に基づいてさらに説明する。この場合、
図１は針状の高電圧電極を有するイオン化段を示し、
図２は網目格子から成るケーシングを示し、
図３はトランペット状の出口を有するケーシングを示し、
図４は外側リングを有するケーシングを示し、
図５は様々な配置を有するイオン化段を示し、
図６はディスク形状の高電圧電極の自由端部を示し、
図７は組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示し、
図８組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示し、
図９は網目格子から成るケーシングにおける様々なフィルタを示し、
図１０は組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示す。
【００３９】
壁面透過性ケーシング７を有する静電集塵器の作動方法は次のとおりである：
粒子を含んだガス、エアロゾルが静電集塵器に入ると、それはイオン化段においてノズルプレート４のノズル３を通過する。ノズルプレート４はフローチャネルの中に内のりのチャネル断面全体に亘って組み込まれており、この結果、洗浄すべきガスは壁面透過性ケーシング７を備えたノズル３のみを通過する。ノズルプレート４にささっているケーシング７と一緒にノズルプレート４は基準電位、大抵の場合アース電位に接続されており、これにより等電位面を形成する。エアロゾルのフローの際には、ノズル張り出し部分に依存して、一部分がケーシング７を貫流し、他の部分がケーシング壁面を通過する。
【００４０】
高電圧格子５が高電圧にある場合、ケーシング７とこのケーシング７の中央に突き出ている高電圧電極１の自由端部との間のギャップＤgに静電界が存在する。電圧の上昇につれて電界強度は高まり、さらにこの電界強度は高電圧電極１の自由端部の先の尖った領域において非常に不均一である。そこでコロナ放電が始まる。コロナ放電は電子及びイオンを発生し、これによって流れてくる粒子を帯電させる。これらの粒子は静電集塵器の収集部で収集され／堆積する。
【００４１】
コロナ放電により喚起されて、イオンの運動は電界を貫く空気の付加的な運動を発生する。この効果は電気風と呼ばれる。電気風はコロナ放電の箇所からケーシングの透過性壁面の方向に吹く。電気風の速度は５〜８ｍ／ｓまでになりうる。これはイオン化段を貫くガス流のフロー速度に匹敵し、これによってこの場合、結果的に生じる速度はフロー速度及び電気風速度から成立する。
【００４２】
静電集塵器の動作の際には帯電した液滴の一部がケーシングの内壁に集まり、液体膜又は大きな液滴を形成する。電気風が液体薄膜又は液滴をケーシングの透過性壁を貫いて吹き飛ばし、ケーシングの外壁に分離された粒子／分離された液体が、電気的に中和されて、集まる。厚いノズルプレートを有する集塵器と湿式静電集塵器における管状集塵器の比較において、壁面透過性ケーシングを有するノズルプレートの使用はイオン化段におけるスパーク放電の減少をもたらす。ケーシング内壁及び外壁に集められた液体は基準／アース電位に基づいて電気的に中和され、これによって比較的容易に流れ落ちる／滴下する。こうして、コンタミネーションは低減され、少なくとも時間的に大幅に長引かせられ、これにより集塵器の動作の安定性がはるかに高まる。
【００４３】
図１はイオン化段の一部を示す。このイオン化段は、円形ディスク形状の同じようなノズル３を有するアースされたプレート４、すなわちノズルプレート及び下流の、しかし空間的には上方の高電圧格子５（横にあるガスフロー及び重力Ｆｇを示す座標系を参照）から成る。ガスフロー６の方向はここでは垂直に上方へと向かう。ここでロッド／針状の高電圧電極１は、その端部によって高電圧格子５に固定されており、その針状の自由端部によって網目格子から成る円形状の断面を有するケーシング７内部の中心に電極軸／ノズル軸の中心にすなわち同軸に位置決めされている。ノズルプレート４、高電圧格子５及び高電圧電極１はここでは例えば特殊鋼から成り、ケーシングも同様であるが、ケーシングは動作中に導電性液体薄膜によって覆われる場合には誘電体又は半導体材料から成ることもある。液体は湿式静電集塵器において貫流するガスから由来する。網目格子から成るケーシング７は形がぴったりとフィットするように配置されており、この結果、ガス流６は下からケーシング７を通過しなくてはならず、このケーシング７の傍らを流れ過ぎたり、迂回することはできない。高電圧電極１の先端部はここでは範囲０≦Ｈel≦０．５Ｄgに位置決めされ、有利にはＨel＝０．１〜０．２Ｄgである。
【００４４】
図２は網目格子から成る透過性ケーシングの断面図及びノズルプレートの領域を示し、このノズルプレートの領域にこのケーシングがある。ケーシングの全高はＨ＝Ｈup＋Ｄnp＋Ｈｄｓであり、これは２つの張り出し部分Ｈup及びＨｄｓならびにノズルプレートの厚さＤnpから成る。Ｄseはケーシングの直径である。ここで２つの張り出し部分の比Ｈup：Ｈｄｓはほぼ１である。
【００４５】
図３には網目格子から成る透過性ケーシングが図示されており、これはそのフロー出口おいて広がっている。広げられたケーシング縁部の間隔Ｄg1はギャップ幅Ｄgよりも明らかに大きく、すなわちＤg＜Ｄg1である。これは、高電圧電極１とケーシング７の出口との間のスパーク放電を抑制することを可能にする。
【００４６】
図４には同軸に囲むリングディスク９を有する網目格子から成る透過性ケーシング７が図示されている。リングディスク９は形状的にぴったりフィットしてノズル３に対して同心にノズルプレート４の切欠部８にはめ込まれており、少なくとも定格動作において位置が狂わない限りは、摩擦結合によりこの切欠部８の中にある。これはプレス又はノッチングによって例えば達成されうる。一般にケーシング７の両側の張り出し部分Ｈup、Ｈdsは異なっていてもよい。これらが等しい場合又は場合によっては等しい場合には次のような利用上の利点がある。すなわち、ケーシング７としてエアロゾルからの非水溶性物質によるその格子の汚染の際に単に取りはずして、１８０°回転して再び差し込む。これによって交換フェーズが節約され、すなわち寿命が２倍に、少なくとも長くはなる。
【００４７】
図５はフロー方向６及び有効重力Fgに関して異なる角度のイオン化段を示す。イオン化段の上の図ではガス流６は垂直に上から下に流れる。ノズル３を有するノズルプレート４は空間的に高電圧格子５の上にあり、乃至は、高電圧電極１だけがロッド形状で針のように下からそのそれぞれ所属のケーシング７の中に突き出している。高電圧格子５は高電圧電極１と共に下流にある。重力Ｆgの作用は図５の右上に３つの軸ｘ、ｙ、ｚにおいて負のｚ軸の方向に示されている。１８０°回転されたフロー状況は例えば図１の上方に図示されている。図５の下のイオン化段の図ではノズルプレート４へのフローが水平方向に右から生じている。固定された高電圧電極１を有する高電圧格子５は下流にあり、先端部はケーシング７の中で下流にノズル出口の前に位置決めされている。一般的にイオン化段は重力方向に関して角度０≦α≦１８０°で組み込まれ、これによりガス流のチャネル誘導において構造上の障害物ではない。
【００４８】
例えば規則的な星形のディスク２を各高電圧電極１の自由端部として使用することが図６では２つの組み込み位置において図示されている。ディスク２は２つの組み込み位置の間で規則的な形状、３つの突起の、５つの突起の、７つの突起の及び多数の突起の形状で図示されている。高電圧電極１のロッド及びノズル軸の中心に／に同軸に存在するこれらのジグザグの突起状輪郭はギャップの一方の縁部を形成し、周囲に対向して存在するケーシング７の内壁がギャップの他方の制限を形成する。図７の上の及び下の図示ではノズルプレート４は下から垂直に上へと流れがある。両方のケースにおいて自由電極端部は下流に間隔Ｈelを有してケーシングの中でノズルの出口の前に設けられている。高電圧格子５は次のように配置されている。すなわち、上では空間的にノズルプレート４の上方に、すなわち下流に配置されており、
下では空間的に下方に、すなわち上流に配置されている。同心の電位線はディスクの平面においてケーシングの方向に非常に迅速に同心円に近づき、ジグザグの突起がディスク円周に多く存在すればするほど、ますます迅速に同心円に近づく。電界強度ピーク及びコロナ放電はそれゆえ突起の個数によってディスクの直ぐ近傍に形成される。
【００４９】
高電圧格子５とこれに対向配置されるケーシング７の端面縁部との間の間隔Ｄは、端面縁部と高電圧電極５との間にスパーク放電が生じないように設計仕様される。使用される高電圧及びケーシング乃至はノズルジオメトリが電気的絶縁ジオメトリを決定し、この電気的絶縁ジオメトリはケースバイケースで動作雰囲気における高電圧耐性を深く考慮して定められる。ケーシング端部から高電圧格子５までの間隔Ｄはケーシング７の中のギャップ幅Ｄgよりも大きい。ケーシング７の中の同心に配置されたディスクの使用は、下流に又は上流にある高電圧格子５の両方の構造を電気的に比較的容易に可能にする。なぜなら、実体的な高電圧電位の実体的な基準/アース電位までの最も近い間隔はギャップ幅Ｄgによって存在するからである。ケーシング／ノズル軸を基準として必要不可欠なバランスのとれたギャップの電界調整のために、ディスクの突起部が同じようにかつ周囲に等分配されている、すなわち少なくとも２つの同じような突起部が半径方向に突き出ていると合理的である。
【００５０】
図８には構造的に図７の構造物と同じような２つの構造物が図示されている。今やガスフロー６は両方のケースにおいて上から垂直に下へと、すなわち重力Ｆgの方向である（２つの隣にあるｘ−ｙ−ｚ座標系を参照）。図７に相応してこれら２つの図示されたディスク２の形状の自由電極端部は、高電圧格子５の上流への取り付け（上）乃至は下流への取り付け（下）において、ノズルプレートの下流にある。例えば針/乃至は鉛筆の形状のまったくロッド状の高電圧電極１（図１、３、５）を有する構造の場合のように、ディスク２によっても電極の自由端部としてイオン化器の組み込み方法の傾き０≦α≦１８０°が可能であり、従ってフローチャネルの誘導に関して制限はない。
【００５１】
これまではケーシング７は、ノズルプレート４に挿入されて、ほぼ対称的に、すなわち下流にも上流にも張り出しているように図示された。電気的に基本的に妥当な論拠は、ギャップジオメトリへのギャップ電界の制限であり、すなわち高電圧電極に由来する電界が所属していない他のノズルへと広がらないことである。これはケーシングなしのプレートにおいては避けられない問題であった。この問題は技術的にコスト高なノズル形態、縁部の丸め及びノズルプレート厚さによって度を超えたものとはならないが、長時間動作を大きく損なうものであり、すなわち決定的な長時間改善をもたらさない。
【００５２】
図１０にはケーシング７の非対称的な張り出しが図示されている。実験的な調査結果が範囲を喚起する。上から垂直に下へのガスフローにおいてケーシングの上流側の張り出し部分は範囲Ｈup＝１〜５Ｈdsにあり、Ｈdsは下流側の張り出し部分である。実験的に明らかになったのは、両側の張り出し部分はこのフロー方向では互いに関係Ｈup＝３Ｈdsにおいて有利である。
【００５３】
下から垂直に上へのガスフローの場合、実験的にもとめられた範囲は修正され、Ｈup＝０．１〜１Ｈdsにあるべきである。Ｈup＝０．１Ｈdsがここでは有利な張り出し部分の比率である。
【００５４】
図９は単純なケーシングジオメトリ、すなわち網目ワイヤから成る円柱形のケーシング７を示し、この円柱形ケーシング７はガス流で運ばれる比較的大きな粒子を捕捉するために付加的な保護装置を有し、しかもフィルタ（こし器）１０の形状の付加的な格子を有する。このフィルタはケーシング７のフロー入口を覆い、フィルタ１０の網目幅より小さい粒子だけを通過させる。これにより、電極ギャップ、すなわちケーシング内壁と高電圧電極の自由端部の間のギャップがケーシング空間内でふさがり、詰まり、これにより効果を失うことが阻止される。このフィルタ処置によって、もちろん高電圧格子５は各ケーシング７の中に突き出している取り付けられた高電圧電極１は下流に設置されなければならない。図９は例として様々なフィルタ形状１０を示し、上のは円形ディスク状の形状、真ん中の左側のは円錐状の形状、右側のは半球状の形状を示す。下にはフィルタ１０が改めて円錐状であり、示された高電圧格子５及びケーシング７の中に突き出している固定された高電圧電極１を有する。ガス流６は図９では下から来る。ケーシング７にかぶせられたフィルタ１０ではフィルタ網目にぶつかる粒子が電気的に中和される乃至はノズルプレート４の基準電位に変わる。
【００５５】
ケーシングに配置されたノズルプレート４は簡単な手段で重要な電界をケーシング内部空間におけるギャップに制限すること及び同時に電気風を利用することを可能にし、この電気風はギャップ内で電気的に加速された粒子の一部をケーシングの透過性壁面を通して追い出し、これらの粒子はこの場合、電界に影響を及ぼしてイオン化器に堆積することなく、まったく容易に分離される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】針状の高電圧電極を有するイオン化段を示す。
【図２】網目格子から成るケーシングを示す。
【図３】トランペット状の出口を有するケーシングを示す。
【図４】外側リングを有するケーシングを示す。
【図５】様々な配置を有するイオン化段を示す。
【図６】ディスク形状の高電圧電極の自由端部を示す。
【図７】組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示す。
【図８】組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示す。
【図９】網目格子から成るケーシングにおける様々なフィルタを示す。
【図１０】組み込みにおけるノズルプレート及び高電圧電極を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１  高電圧電極
２  ディスク
３  ノズル
４  ノズルプレート
５  高電圧格子
６  ガスフロー
７  ケーシング
８  切欠部
９  リングディスク
１０  フィルタ
【図１】
2009508669.tif 000003
【図２】
2009508669.tif 000004
【図３】
2009508669.tif 000005
【図４ａ】
2009508669.tif 000006
【図４ｂ】
2009508669.tif 000007
【図５ａ】
2009508669.tif 000008
【図５ｂ】
2009508669.tif 000009
【図６】
2009508669.tif 000010
【図７ａ】
2009508669.tif 000011
【図７ｂ】
2009508669.tif 000012
【図８ａ】
2009508669.tif 000013
【図８ｂ】
2009508669.tif 000014
【図９ａ】
2009508669.tif 000015
【図９ｂ】
2009508669.tif 000016
【図１０ａ】
2009508669.tif 000017
【図１０ｂ】
2009508669.tif 000018
【国際調査報告】
2009508669.tif 000019
2009508669.tif 000020
2009508669.tif 000021
2009508669.tif 000022
2009508669.tif 000023
2009508669.tif 000024