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EP1930081B1 - Optimierter elektrostatischer Abscheider - Google Patents

Optimierter elektrostatischer Abscheider Download PDF

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Publication number
EP1930081B1
EP1930081B1 EP07022662.6A EP07022662A EP1930081B1 EP 1930081 B1 EP1930081 B1 EP 1930081B1 EP 07022662 A EP07022662 A EP 07022662A EP 1930081 B1 EP1930081 B1 EP 1930081B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulator
electrode
particle
particles
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP07022662.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1930081A2 (de
EP1930081A3 (de
Inventor
Dietmar Dr. Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1930081A2 publication Critical patent/EP1930081A2/de
Publication of EP1930081A3 publication Critical patent/EP1930081A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1930081B1 publication Critical patent/EP1930081B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/86—Electrode-carrying means

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification system according to the preamble of independent claim 1.
  • the invention relates to an electrostatic precipitator according to the preamble of independent claim 5.
  • emission control systems Due to emissions from heating systems and global efforts to reduce such emissions - see, for example, the Kyoto Protocol - heating systems use appropriate emission control systems. These are to filter out in particular the harmful substances and particles in exhaust gases, so that the remaining, purified exhaust gas can be safely released to the environment.
  • emission control systems are used in biomass heating systems, where in addition to otherwise economic and environmental benefits increased emissions of pollutants in the exhaust gases can occur.
  • biomass heating systems where in addition to otherwise economic and environmental benefits increased emissions of pollutants in the exhaust gases can occur.
  • relatively high emission of particulate matter as a pollutant component is a problem in biomass heating systems.
  • An emission control system which is used for biomass heating systems to reduce particulate matter emission.
  • the device described therein can be installed in a flue gas channel and for this purpose has a lid which can be placed gas-tight on an associated opening on a flue gas channel.
  • a spray electrode for example in the form of a tensioned rod, is held over an insulating holder.
  • a high-voltage transformer with rectifier function allows the construction of a high DC voltage between the wire and the lid, which is electrically connected to the furnace tube, so that it acts as a collector electrode.
  • Such an electrostatic precipitator with spray electrode and collector electrode is also known as an electrostatic precipitator.
  • This is used for exhaust gas purification in an exhaust pipe of a heating system.
  • a capacitor is formed by the spray, which runs approximately centrally through the exhaust pipe and therefore also referred to as the center electrode, and a peripheral surface of the exhaust pipe, which is also referred to as a cylindrical capacitor in a cylindrical tube-shaped design of the exhaust pipe.
  • the spray or center electrode generally has a circular cross section in the flow direction of the exhaust gas, wherein the diameter of the cross section or the radius of curvature is generally formed relatively small (for example, less than 0.4 mm).
  • a field extending transversely to the flow direction is formed by the center electrode and the collector electrode formed by the lateral surface with field lines from the center electrode to the collector electrode.
  • a high voltage is applied to the center electrode, for example in the range of 15 kV.
  • a corona discharge is formed, through which the particles flowing through the field in the exhaust gas are charged in a unipolar manner. Due to this charge, the particles move through the electrostatic Coulomb forces to the inner wall of the exhaust pipe, which serves as a collector electrode.
  • the high voltage applied to the center electrode is supplied from outside to the center electrode via a high voltage supply. This generally runs transversely to the flow direction of the exhaust gas, preferably radially to the center electrode. In order to prevent an early penetration of the high voltage to the inner wall of the exhaust pipe, the high voltage supply is covered with an insulator.
  • the exhaust gas produced at biomass heating systems can have (condensing) water, which can be deposited on the insulator at least in a cold phase of the precipitator.
  • a further disadvantage of this insulation is that exhaust particles settle in the form of ash on the insulation. With an appropriate number of these ashes, particles can form an electrically conductive surface on the insulator since ash easily bonds to the condensate and thus can lead to a discharge of the center electrodes. This leads to failure of the electrostatic precipitator.
  • the invention has for its object to provide an emission control system and an electrostatic precipitator, which overcomes this disadvantage and in particular prevents or reduces a precipitation of water and a deposit of particles on the insulator to increase the service life of the electrostatic precipitator.
  • An exhaust gas purification system for solving the inventive task has the features of independent claim 1. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
  • Such an exhaust gas purification system comprises an electrostatic precipitator in a flow passage having a passage wall and a passage inside which a particulate containing exhaust gas flows in a flow direction, an electrode extending in the passage inside a substantially flow direction, and an electrode lead for feeding the electrode the electrode feed is at least partially encased with an insulator, and wherein on and / or in the insulator (5, 5 ') a Prismabweisestoff (6, 7) as Thermophorese-P microabweisestoff (6) is integrated, wherein the Piserabweisestoff a heating device (6 ).
  • an electric field is generated in the channel interior by the electrode fed with high voltage and acting as counter electrode channel wall, wherein the field lines extend transversely to the flow direction of the exhaust gas, preferably perpendicular to the electrode.
  • an electrode feed which supplies the electrode with high voltage from an external voltage source. So that no discharge of the electrode takes place via the electrode feed, this is at least partially encased with an insulator.
  • the insulator is preferably formed of an insulating material comprising ceramics and the like.
  • the flow channel is formed as a tube, preferably as a tube with a circular cross section in the flow or longitudinal direction.
  • the electrode preferably extends centrally in this tube in the flow direction and is therefore also called center electrode.
  • the center electrode is preferably formed in wire form with a likewise circular cross-section in the flow direction.
  • electrode and tube form a kind of cylindrical toridor.
  • the radius of the cross section of the center electrode is relatively small as compared with the radius of the cross section of the pipe, and is preferably in a range of 0.5 mm or less.
  • the voltage applied to the electrode via the electrode lead is a high voltage and is preferably in a range around 15 kV.
  • the particles are deflected from their flow direction in the direction of the channel wall and are deposited on the channel wall.
  • a P abweisesch is provided. This effectively prevents particles deflected from their flow direction from depositing on the insulator or reduces the number of particles depositing on the insulator per unit of time.
  • the Prismabweisestoff is formed on and / or integrated in the insulator.
  • the particle-repelling agent may be formed around the insulator in order to form a kind of cladding layer at least partially around the insulator, which does not allow particles to pass to the insulator or only to a small extent.
  • the Prismabweisestoff is formed on the insulator.
  • the particle-repelling agent can be formed in the insulator, whereby likewise a cladding layer can be produced, which at least partially surrounds the insulator.
  • the particle-repelling agent can also be designed as a combination of both variants.
  • thermophoresis is meant, in particular, an effect which occurs in the case of aerosols in air, as occurs, for example, in a corresponding application of the electrostatic precipitator according to the invention in an exhaust gas line.
  • thermophoresis is meant, in particular, an effect which occurs in the case of aerosols in air, as occurs, for example, in a corresponding application of the electrostatic precipitator according to the invention in an exhaust gas line.
  • a dust particle from all sides impinging on the middle uniform air molecules.
  • a static fluctuation leads to a Brownian motion of the particles, the motion being random and undirected.
  • a temperature gradient such as a temperature field
  • faster molecules hit the particle on the hotter side than on the colder side. Learns through this the particle gives a net impulse towards the colder side. The movement is still essentially statistical. However, over a period of time, the particle moves toward the colder side.
  • thermophoresis particle repellent This effect is used in the thermophoresis particle repellent. That is, the thermophoresis particle repelling agent is formed to repel the particles from the insulator by the effect of thermophoresis.
  • thermophoresis particle repelling agent is formed as a heater, in particular as a heating wire or the like.
  • This heater is configured to at least partially heat the surface of the insulator in the particulate exhaust stream.
  • the heater may be formed both on the surface of the insulator, as well as be formed in the insulator. Combinations are also possible.
  • the heating device preferably designed as a heating wire preferably runs in the insulator.
  • the heating device is adapted to heat an outer surface of the insulator to a temperature required for a thermophoresis, which is correspondingly higher than that of the surrounding exhaust gas.
  • the heating device is designed to heat the insulator to a temperature for burning off particles located on the insulator.
  • the particle repelling agent it can happen that some particles are deposited on the insulator.
  • the heating device is designed so that a temperature can be generated on the surface of the insulator, which makes it possible to burn off the particles.
  • a control unit can be provided which, for example, causes the insulator, which is preferably designed as a ceramic insulator, is increased at least on its surface to a burning temperature, which preferably in a range of 550 ° C to 750 ° C, more preferably about 600 ° C and above is formed.
  • a burning temperature which preferably in a range of 550 ° C to 750 ° C, more preferably about 600 ° C and above is formed.
  • the burn-off temperature the combustible, deposited particles burn on the insulator.
  • Non-combustible particles remain on the insulator, the non-combustible particles are not electrically conductive and thus are not critical to the functioning of the electrostatic precipitator.
  • a particle-repelling agent provides that the particle-repelling means is designed as a deflection means in order to deflect the path of the particles in the flow channel accordingly.
  • the particle means is designed such that the particles are selectively deflected by a directed effect force of their path in the flow direction and are directed away from the insulator.
  • the deflection means is designed as fluid fluid in order to deflect the path of the particles in the flow channel by a fluid accordingly.
  • the fluid is introduced into the flow channel in such a way that a flow is created which entrains the exhaust gas particles in a direction away from the insulator.
  • an electrostatic precipitator having the features of independent claim 5. This is arranged in a flow channel of an exhaust pipe and includes an at least partially encased by an insulator electrode feed, wherein on and / or in the insulator, a heater is designed as a particle deflector integrated.
  • Fig. 1 schematically shows a section of an electrostatic precipitator 1 according to the invention, which is arranged in an exhaust pipe of an exhaust gas purification system (not shown).
  • the exhaust pipe has a flow channel 2, which essentially consists of a channel wall 2a and a channel interior 2b.
  • a particle-containing exhaust gas from a heater flows through the flow channel 2.
  • the electrostatic precipitator 1 comprises an electrode 3 extending in the flow direction in the channel interior 2b and an electrode feed 4.
  • the electrode feed 4 which in this case runs approximately perpendicular to the electrode 3, is encased with a ceramic insulator 5.
  • This electrode lead 4 is electrically connected to the electrode 3 and supplies it with an external voltage supply source (not shown) having a high voltage.
  • the channel wall 2a and the electrode 3 form a kind of capacitor, wherein forms an electric field between the surfaces of the electrode and the channel wall 2a.
  • the electrode feed is coated with an insulator, here the ceramic insulator 5 in an insulating manner.
  • a particle-deflecting means designed as a heating device 6 is integrated into the ceramic insulator 5.
  • the heater 6 is formed of a plurality of heating wires 6 a (two of which are shown) extending in paths in the ceramic insulator 5. These heating wires 6 a are adapted to heat the outer surface of the ceramic insulator 5 to a temperature which is suitable by means of thermophoresis effect to reject particles from the ceramic insulator 5.
  • An example of conditions that are present in an application area for the electrostatic precipitator are the following: Exhaust heat when entering the flow channel 2: about 220 ° C Flow rate of the exhaust gas: about 2 m / s Diameter of the ceramic insulator 5: about 10 mm Length of the ceramic insulator 5: about 35 mm Heating capacity: about 10 - 20 W
  • a heating power of a heater 6, which is formed, for example, as an electrical resistance heater, sufficient to reject particles from the ceramic insulator 5.
  • the heater 6 is formed to generate temperatures of about 600 ° C and more at the surface of the ceramic insulator 5.
  • Fig. 2 schematically shows a second embodiment of a section of an electrostatic precipitator 1 'according to the invention in a sectional view.
  • the electrostatic precipitator 1 ' is also arranged in an exhaust pipe of an exhaust gas purification system (not shown).
  • the exhaust pipe has a flow channel 2, which essentially consists of a channel wall 2a and a channel interior 2b.
  • a particle-containing exhaust gas from a heater flows through the flow channel 2.
  • the electrostatic precipitator 1 comprises an electrode 3 extending in the flow direction in the channel interior 2b and an electrode feed 4.
  • the electrode feed 4 which here also extends approximately perpendicular to the electrode 3, is encased with a ceramic insulator 5 '.
  • the ceramic insulator 5 penetrates, as in the embodiment according to Fig. 1 , as well as the electrode feed 4, the channel wall 2b.
  • the electrode feed 4 is electrically conductively connected to the electrode 3 and feeds it from an external power source (not shown) with a high voltage.
  • the canal wall 2a and the electrode 3 form a kind of capacitor, wherein forms an electric field between the surfaces of the electrode 3 and the channel wall 2a.
  • the electrode feed 4 is coated with an insulator, in this case a ceramic insulator 5 'in an insulating manner.
  • the ceramic insulator 5 ' is here, in contrast to the cylindrical shape of the insulator in FIG Fig.

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  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1.
  • Weiter betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Abscheider nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 5.
  • Aufgrund der Emissionen von Heizungsanlagen und globaler Bemühungen, derartige Emissionen zu reduzieren - siehe zum Beispiel das Kyoto-Abkommen - werden bei Heizungsanlagen entsprechende Abgasreinigungsanlagen verwendet. Diese sollen insbesondere die schädlichen Stoffe und Partikel in Abgasen herausfiltern, so dass das verbleibende, gereinigte Abgas bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann. Insbesondere werden derartige Abgasreinigungsanlagen bei Biomasse-Heizanlagen eingesetzt, bei denen neben ansonsten ökonomischen und ökologischen Vorteilen eine erhöhte Emission an Schadstoffen in den Abgasen auftreten kann. Gerade die relativ hohe Emission an Feinstaub als ein Schadstoffanteil ist bei Biomasse-Heizungsanlagen ein Problem.
  • Aus der EP 1 193 445 A2 ist eine Abgasreinigungsanlage bekannt, welche für Biomasse-Heizungsanlagen zur Verringerung von Feinstaubemission verwendet wird. Die dort beschriebene Vorrichtung ist in einen Rauchgaskanal einbaubar und weist hierzu einen Deckel auf, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung an einem Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite des Deckels ist über eine isolierende Halterung eine Sprühelektrode, zum Beispiel in Form eines gespannten Stabes, gehalten. Ein Hochspannungs-Transformator mit Gleichrichterfunktion erlaubt den Aufbau einer hohen Gleichspannung zwischen dem Draht und dem Deckel, welcher elektrisch leitend mit dem Ofenrohr verbunden ist, sodass dieses als Kollektorelektrode wirkt.
  • Ein derartiger Elektrofilter mit Sprühelektrode und Kollektorelektrode ist auch bekannt als elektrostatischer Abscheider. Dieser wird zur Abgasreinigung in einer Abgasleitung einer Heizungsanlage eingesetzt. Dabei wird durch die Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft und deshalb auch als Mittelelektrode bezeichnet wird, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung ein Kondensator gebildet, der bei einer zylinderrohrförmigen Ausbildung der Abgasleitung auch als Zylinderkondensator bezeichnet wird. Die Sprüh- oder Mittelelektrode weist dabei in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung des Abgases auf, wobei der Durchmesser des Querschnitts oder auch der Krümmungsradius im Allgemeinen relativ klein ausgebildet ist (zum Beispiel kleiner als 0,4 mm). Um nun die Schadstoffe, genauer die nicht an die Umwelt abzugebenden Partikel des Abgases, aus dem Abgasstrom abzuscheiden, wird durch die Mittelelektrode und die durch die Mantelfläche gebildete Kollektorelektrode ein quer zur Strömungsrichtung verlaufendes Feld mit Feldlinien von der Mittelelektrode zur Kollektorelektrode gebildet. Hierzu wird an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, zum Beispiel in dem Bereich von 15 kV. Dadurch bildet sich eine Corona-Entladung aus, durch welche die in dem Abgas durch das Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Innenwand der Abgasleitung, welche als Kollektorelektrode dient.
  • Die Hochspannung, welche an der Mittelelektrode anliegt, wird über eine Hochspannungszuführung von außen zu der Mittelelektrode zugeführt. Diese verläuft in der Regel quer zu der Strömungsrichtung des Abgases, bevorzugt radial zu der Mittelelektrode. Um ein frühzeitiges Durchschlagen der Hochspannung zu der Innenwand der Abgasleitung zu verhindern, ist die Hochspannungszuführung mit einem Isolator ummantelt.
  • Es hat sich gezeigt, dass das an Biomasse-Heizungsanlagen erzeugte Abgas (Kondens-)wasser aufweisen kann, das sich zumindest in einer Kaltphase des Abscheiders auf den Isolator niederschlagen kann. Zudem ist ein weiterer Nachteil dieser Isolierung, dass sich auf der Isolierung Abgaspartikel in Form von Asche absetzen. Bei entsprechender Anzahl dieser Asche kann sich Partikel eine elektrisch leitende Oberfläche auf dem Isolator bilden, da Asche sich leicht mit dem Kondenswasser verbindet und somit an einem Entladen der Mittelelektroden führen kann. Dies führt zu einem Versagen des elektrostatischen Abscheiders.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsanlage und einen elektrostatischen Abscheider zu schaffen, der diesen Nachteil überwindet und der insbesondere einen Niederschlag von Wasser und eine Ablagerung von Partikeln auf dem Isolator verhindert oder reduziert, um die Funktionsdauer des elektrostatischen Abscheiders zu erhöhen.
  • Eine Abgasreinigungsanlage zur Lösung der erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Eine solche Abgasreinigungsanlage umfasst einen elektrostatischen Abscheider in einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung und einem Kanalinneren, durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Elektrode, und einer Elektrodenzuführung, um die Elektrode zu speisen, wobei die Elektrodenzuführung mit einem Isolator zumindest teilweise ummantelt ist, und wobei an und/oder in dem Isolator (5, 5') ein Partikelabweisemittel (6, 7) als Thermophorese-Partikelabweisemittel (6) integriert ausgebildet ist, wobei das Partikelabweisemittel eine Heizeinrichtung (6) umfasst.
  • In dem Strömungskanal ist durch die mit Hochspannung gespeiste Elektrode und die als Gegenelektrode fungierende Kanalwandung ein elektrisches Feld in dem Kanalinneren erzeugt, wobei die Feldlinien quer zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen, bevorzugt rechtwinklig zu der Elektrode. Quer zu der Elektrode ist eine Elektrodenzuführung vorgesehen, welche die Elektrode mit Hochspannung von einer externen Spannungsquelle versorgt. Damit keine Entladung der Elektrode über die Elektrodenzuführung erfolgt, ist diese mit einem Isolator zumindest teilweise ummantelt. Der Isolator ist bevorzugt aus einem isolierenden Material umfassend Keramik und dergleichen gebildet.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist der Strömungskanal als Rohr ausgebildet, bevorzugt als Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt in Strömungs- oder Längsrichtung. Die Elektrode erstreckt sich bevorzugt mittig in diesem Rohr in Strömungsrichtung und wird deshalb auch als Mittelelektrode bezeichnet. Die Mittelelektrode ist vorzugsweise drahtförmig mit einem ebenfalls kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung ausgebildet. Damit bilden Elektrode und Rohr eine Art Zylinderkoridensator. Der Radius des Querschnitts der Mittelelektrode ist verglichen mit dem Radius des Querschnitts des Rohrs relativ klein und liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5 mm oder weniger. Die Spannung, die über die Elektrodenzuführung an der Elektrode angelegt wird, ist eine Hochspannung und liegt bevorzugt in einem Bereich um die 15 kV.
  • In dem elektrischen Feld im Kanalinneren werden die Partikel aus ihrer Strömungsrichtung in Richtung der Kanalwandung abgelenkt und lagern sich an der Kanalwandung ab. Um zu verhindern, dass sich Partikel auf dem Isolator, der in das Kanalinnere zu der Elektrode hineinragt, ablagern, ist ein Partikelabweisemittel vorgesehen. Dies verhindert wirkungsvoll, dass aus ihrer Strömungsrichtung abgelenkte Partikel sich auf dem Isolator ablagern oder reduziert die Anzahl der sich auf dem Isolator ablagernden Partikel pro Zeiteinheit.
  • Das Partikelabweisemittel ist an und/oder in dem Isolator integriert ausgebildet. Zum einen kann das Partikelabweisemittel um den Isolator herum ausgebildet sein, um eine Art Mantelschicht zumindest teilweise um den Isolator zu bilden, welche Partikel nicht oder nur in geringem Maße zu dem Isolator passieren lässt. In diesem Fall ist das Partikelabweisemittel an dem Isolator ausgebildet. Zum anderen kann das Partikelabweisemittel in dem Isolator ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine Mantelschicht erzeugt werden kann, welche den Isolator zumindest teilweise umgibt. Das Partikelabweisemittel kann natürlich auch als Kombination von beiden Varianten ausgebildet sein.
  • Das Partikelabweisemittel ist als Thermophorese-Partikelabweisemittel ausgebildet ist. Unter Thermophorese versteht man insbesondere einen Effekt, der bei Aerosolen in Luft auftritt, wie dies zum Beispiel bei einer entsprechenden Anwendung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders in einer Abgasleitung vorkommt. Hierbei prasseln auf ein Staubteilchen von allen Seiten im Mittel gleichmäßige Luftmoleküle ein. Eine statische Fluktuation führt zu einer Brown'schen Bewegung der Teilchen, wobei die Bewegung statistisch und ungerichtet ist. Falls sich diese Teilchen in einem Temperaturgradienten (beispielsweise eines Temperaturfeldes) befinden, treffen auf der heißeren Seite schnellere Moleküle auf das Teilchen als auf der kälteren Seite. Hierdurch erfährt das Teilchen einen Nettoimpuls in Richtung der kälteren Seite. Die Bewegung ist dabei im Wesentlichen immer noch statistisch. Jedoch bewegt sich das Teilchen über eine Zeitspanne in Richtung der kälteren Seite.
  • Dieser Effekt wird bei dem Thermophorese-Partikelabweisemittel verwendet. Das heißt, das Thermophorese-Partikelabweisemittel ist ausgebildet, um die Teilchen mittels des Effekts der Thermophorese von dem Isolator abzuweisen.
  • Dass das Thermophorese-Partikelabweisemittel ist als eine Heizeinrichtung ausgebildet, insbesondere als Heizdraht oder dergleichen. Diese Heizeinrichtung ist ausgebildet, um die Oberfläche des Isolators in dem partikelbeladenen Abgasstrom zumindest teilweise zu erwärmen. Die Heizeinrichtung kann dabei sowohl an der Oberfläche des Isolators ausgebildet sein, als auch in dem Isolator ausgebildet sein. Kombinationen sind ebenfalls möglich. Die bevorzugt als Heizdraht ausgebildete Heizungseinrichtung verläuft bevorzugt in dem Isolator.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Heizeinrichtung geeignet ist, eine äußere Oberfläche des Isolators auf eine für eine Thermophorese erforderliche Temperatur, die entsprechend höher ist, als die des umgebenden Abgases, aufzuwärmen. Bevorzugt liegt diese erforderliche Temperatur bzw. genauer die Temperaturdifferenz zwischen Abgastemperatur und Oberflächentemperatur in einem Bereich von >= 50 bis <= 400 K, weiter bevorzugt etwa in dem Bereich von 100 K über der Abgastemperatur. Hierdurch wird ein Temperaturfeld erzeugt, dessen Temperaturgradient zu dem umgebenden Abgas zuverlässig das Ablagern von Partikeln, insbesondere von kleinen, deutlich submikroner Partikel in einem Bereich von etwa 200 nm und kleiner, verhindert.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Heizeinrichtung ausgebildet ist, den Isolator auf eine Temperatur zum Abbrennen von auf dem Isolator befindlichen Partikeln zu erwärmen. Trotz des Partikelabweisemittels kann es vorkommen, dass vereinzelt Partikel sich auf dem Isolator ablagern. Um diese zu entfernen, also von dem Isolator abzuweisen, ist die Heizeinrichtung so ausgebildet, dass an der Oberfläche des Isolators eine Temperatur erzeugbar ist, welche ein Abbrennen der Partikel ermöglicht.
  • Hierzu kann eine Steuerungseinheit vorgesehen werden, die beispielsweise bewirkt, dass der Isolator, der bevorzugt als Keramikisolator ausgebildet ist, zumindest an seiner Oberfläche auf eine Abbrenntemperatur erhöht wird, welche bevorzugt in einem Bereich von 550°C bis 750°C, weiter bevorzugt etwa bei 600°C und darüber ausgebildet ist. Ab Erreichen der Abbrenntemperatur verbrennen die brennbaren, abgelagerten Partikel auf dem Isolator. Nichtbrennbare Partikel verbleiben auf dem Isolator, wobei die nichtbrennbaren Partikel nicht elektrisch leitend sind und somit für die Funktionsweise des elektrostatischen Abscheiders unkritisch sind.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Partikelabweisemittels sieht vor, dass das Partikelabweisemittel als Ablenkmittel ausgebildet ist, um die Bahn der Partikel in dem Strömungskanal entsprechend abzulenken. Hierbei ist das Partikelmittel derart ausgebildet, dass die Partikel durch eine gerichtete Wirkungskraft gezielt von ihrer Bahn in Strömungsrichtung abgelenkt werden und so von dem Isolator weg gelenkt werden. Natürlich ist auch eine Kombination von Ablenkmittel und Thermophorese-Partikelabweisemittel möglich.
  • Für eine gerichtete Ablenkung der Partikel ist vorgesehen, dass das Ablenkmittel als Fluidströmungsmittel ausgebildet ist, um die Bahn der Partikel in dem Strömungskanal durch ein Fluid entsprechend abzulenken. Das Fluid wird dabei so in den Strömungskanal eingebracht, dass eine Strömung entsteht, welche die Abgaspartikel mitreißt in eine Richtung weg von dem Isolator.
  • Weiterhin wird die erfinderische Aufgabe durch einen elektrostatischen Abscheider gelöst, der die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5 aufweist. Dieser ist in einem Strömungskanal einer Abgasleitung angeordnet und umfasst eine von einem Isolator zumindest teilweise ummantelte Elektrodenzuführung, wobei an und/oder in dem Isolator eine Heizeinrichtung als Partikelabweisemittel integriert ausgebildet ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider und dem erfindungsgemäßen Heizungssystem werden insbesondere die folgenden Vorteile realisiert:
    • Durch das Partikelabweisemittel wird weitestgehend verhindert, dass sich Wasser und Partikel auf der Isolatoroberfläche ablagern. Hierdurch kann eine Entladung über Wasser bzw. wasserenthaltende Partikel entlang des Isolators verhindert werden und somit lässt sich die Funktionsfähigkeit des elektrostatischen Abscheiders wirkungsvoll verbessern. Die Partikelabweisemittel sind einfach aufgebaut und lassen sich leicht realisieren.
  • Die Zeichnungen stellen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen Folgendes:
    • Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders in einer Schnittansicht, mit einem als Heizeinrichtung ausgebildetem Partikelabweisemittel und
    • Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders in einer Schnittansicht, mit einem als Fluidströmungsmittel ausgebildetem Partikelabweisemittel.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders 1, der in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Abgasleitung weist einen Strömungskanal 2 auf, welcher im Wesentlichen aus einer Kanalwandung 2a und einem Kanalinneren 2b besteht. Durch den Strömungskanal 2 strömt in Betrieb ein partikelbeinhaltendes Abgas einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt). Der elektrostatische Abscheider 1 umfasst eine sich in dem Kanalinneren 2b in Strömungsrichtung erstreckende Elektrode 3 und eine Elektrodenzuführung 4. Die Elektrodenzuführung 4, welche hier etwa senkrecht zu der Elektrode 3 verläuft, ist mit einem Keramik-Isolator 5 ummantelt. Diese Elektrodenzuführung 4 ist elektrisch leitend mit der Elektrode 3 verbunden und speist diese von einer externen Spannungsversorgungsquelle (nicht dargestellt) mit einer Hochspannung. Die Kanalwandung 2a und die Elektrode 3 bilden dabei eine Art Kondensator, wobei sich zwischen den Oberflächen der Elektrode und der Kanalwandung 2a ein elektrisches Feld ausbildet. Um Entladungen von der Elektrode 3 zur Kanalwandung 2a über die Elektrodenzuführung 4 zu verhindern, ist die Elektrodenzuführung mit einem Isolator, hier dem Keramik-Isolator 5 isolierend ummantelt.
  • Um zu verhindern, dass sich Partikel aus dem strömenden Abgasstrom an dem Keramikisolator 5 ablagern und ggf. eine leitende Oberfläche bilden, welche zu einer Entladung der Elektrode 3 entlang dieser leitenden Oberfläche zu der Kanalwandung 2a führen kann, ist in den Keramik-Isolator 5 ein als Heizeinrichtung 6 ausgebildetes Partikelabweisemittel integriert. Die Heizeinrichtung 6 ist aus mehreren Heizdrähten 6a ausgebildet (von denen zwei dargestellt sind), die sich in Bahnen in dem Keramik-Isolator 5 erstrecken. Diese Heizdrähte 6a sind dazu geeignet, die äußere Oberfläche des Keramik-Isolators 5 auf eine Temperatur zu erwärmen, welche mittels Thermophorese-Effekt dazu geeignet ist, Partikel von dem Keramik-Isolator 5 abzuweisen. Ein Beispiel für Bedingungen, die in einem Einsatzbereich für den elektrostatischen Abscheider vorliegen, sind die Folgenden:
    Abgaswärme bei Eintritt in den Strömungskanal 2: etwa 220°C
    Strömungsgeschwindigkeit des Abgases: etwa 2 m/s
    Durchmesser des Keramik-Isolators 5: etwa 10 mm
    Länge des Keramik-Isolators 5: etwa 35 mm
    Heizleistung: etwa 10 - 20 W
  • Somit ist eine Heizleistung einer Heizeinrichtung 6, die zum Beispiel als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist, ausreichend, um Partikel von dem Keramik-Isolator 5 abzuweisen. Um möglicherweise auf dem Keramik-Isolator 5 abgelagerte Partikel zu entfernen, ist die Heizeinrichtung 6 ausgebildet, um Temperaturen von etwa 600°C und mehr an der Oberfläche des Keramik-Isolators 5 zu erzeugen.
  • Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheiders 1' in einer Schnittansicht. Der elektrostatische Abscheider 1' ist ebenfalls in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage (nicht dargestellt) angeordnet. Die Abgasleitung weist einen Strömungskanal 2 auf, welcher im Wesentlichen aus einer Kanalwandung 2a und einem Kanalinneren 2b besteht. Durch den Strömungskanal 2 strömt in Betrieb ein partikelbeinhaltendes Abgas einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt). Der elektrostatische Abscheider 1 umfasst eine sich in dem Kanalinneren 2b in Strömungsrichtung erstreckende Elektrode 3 und eine Elektrodenzuführung 4. Die Elektrodenzuführung 4, welche auch hier etwa senkrecht zu der Elektrode 3 verläuft, ist mit einem Keramik-Isolator 5' ummantelt. Der Keramik-Isolator 5' durchdringt, wie auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, ebenso wie die Elektrodenzuführung 4 die Kanalwandung 2b. Die Elektrodenzuführung 4 ist elektrisch leitend mit der Elektrode 3 verbunden und speist diese von einer externen Spannungsversorgungsquelle (nicht dargestellt) mit einer Hochspannung. Die Kanalwandung 2a und die Elektrode 3 bilden eine Art Kondensator, wobei sich zwischen den Oberflächen der Elektrode 3 und der Kanalwandung 2a ein elektrisches Feld ausbildet. Um Entladungen von der Elektrode 3 zur Kanalwandung 2a über die Elektrodenzuführung 4 zu verhindern, ist die Elektrodenzuführung 4 mit einem Isolator, hier einem Keramik-Isolator 5' isolierend ummantelt. Der Keramik-Isolator 5' ist hier, im Gegensatz zu der zylindrischen Form des Isolators in Fig. 1, konisch ausgebildet, wobei der Keramik-Isolator 5' sich in Richtung Kanalwandung 2a von dem Kanalinneren 2b her verjüngt. Zwischen Kanalwandung 2a und Keramik-Isolator 5' ist ein als Ringspalt 7 ausgebildetes Partikelabweisemittel, genauer Fluidströmungsmittel, ausgeformt. Über diesen Ringspalt 7 kann beispielsweise Umgebungsluft in das Kanalinnere 2b strömen. Der Ringspalt 7 ist dabei so ausgebildet, dass Partikel in dem Abgas aufgrund der durch den Ringspalt und den Druckverhältnissen im Kanalinneren 2b und der Umgebung erzeugten Strömung so abgelenkt werden, dass diese sich nicht auf der Oberfläche des Keramik-Isolators 5' ablagern. Die in der Fig. 2 dargestellten Pfeile kennzeichnen diese Ablenkung, wobei der lange, vertikale Pfeil in der Fig. 2 den Abgasstrom ohne Partikelabweisemittel darstellt, die zwei schräg, entlang des Keramik-Isolators 5' verlaufenden Pfeile die Umgebungsluftströmung darstellen und die geschwungen beiden verbleibenden Pfeile die abgelenkte Abgasströmung darstellen.
    Selbstverständlich ist auch eine Kombination verschiedener Partikelabweisemittel möglich.

Claims (5)

  1. Abgas-Reinigungsanlage, umfassend einen Strömungskanal, durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt,
    und einen elektrostatischen Abscheider, der in diesem Strömungskanal gebildet wird durch eine sich im Kanalinneren im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Hochspannungs-Elektrode, durch die als Gegenelektrode fungierende Kanalwandung und und durch eine Elektrodenzuführung, um die Hochspannungs-Elektrode zu speisen, wobei die Elektrodenzuführung zumindest teilweise mit einem Isolator ummantelt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein an oder in den Isolator integriertes Partikelabweisemittel als Thermophorese-Partikelabweisemittel ausgebildet ist, wobei das Partikelabweisemittel eine Heizeinrichtung umfasst.
  2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (6) geeignet ist, eine äußere Oberfläche des Isolators (5) auf eine für eine Thermophorese erforderliche Temperatur, die entsprechend höher ist, als die des umgebenden Abgase, aufzuwärmen.
  3. Abgasreinigungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (6) ausgebildet ist, den Isolator (5) auf eine Temperatur zum Abbrennen von auf dem Isolator (5) befindlichen Partikeln zu erwärmen.
  4. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelabweisemittel (7) als Ablenkmittel ausgebildet ist, um die Bahn der Partikel in dem Strömungskanal (2) entsprechend abzulenken.
  5. Elektrostatischer Abscheider (1,1') für eine Abgasreinigungsanlage, der in einem Strömungskanal (2) einer Abgasleitung angeordne ist und eine von einem Isolator (5,5') zumindest teilweise ummantelte Elektrodenzuführung (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an und/oder in dem Isolator (5,5') eine Heizeinrichtung (6) als Partikelabweisemittel integriert ausgebildet ist.
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