DE20118299U1

DE20118299U1 - Elektrofilter mit Schwingungsantrieb

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Publication number: DE20118299U1
Application number: DE20118299U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-10
Filing date: 2001-11-10
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2011-11-11

Description

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Firma Ing. Walter Hengst GmbH & Co KG, Nienkamp 65 - 85, 48147 Münster

"Elektrofilter mit Schwingungsantrieb"
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Die Neuerung betrifft einen Elektrofilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Elektrofilter ist aus der DE 197 01 463 C1 bekannt. Dieser bekannte Elektrofilter ist für den Einsatz in Ver

bindung mit Verbrennungsmotoren vorgesehen, beispielsweise um die ölhaltigen Gase aus einer Kurbelgehäuse-Entlüftung von den ölhaltigen Partikeln zu reinigen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst

gleichmäßige und hohe Abscheideleistung des Elektrofilters auch über eine längere Betriebs- bzw. Lebensdauer des Elektrofilters zuverlässig sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Elektrofilter mit den Merkmalen

des Anspruchs 1 gelöst.

Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, eventuell sich an der Sprühelektrode anlagernde Verunreinigungen abzureinigen.

Anstelle von mechanischen Abstreifern ist dabei vorgesehen,

die Sprühelektrode in Schwingungen zu versetzen, sodass entweder die Bildung von Ablagerungen erschwert bzw. verhindert wird, zum Beispiel dadurch, dass die noch fliesfähigen, sich anlagernden Partikel regelrecht abgeschüttelt werden. Eine Reinigungswirkung kann alternativ auch darin bestehen, dass bereits

gebildete und verhärtete Ablagerungen derartiger Partikel durch die Schwingungen zerbrochen und abgeschüttelt werden.

Im erstgenannten Fall kann vorteilhaft ein sehr häufiger oder sogar permanenter Schwingungsbetrieb der Sprühelektrode

vorgesehen sein. Im zweiten Fall dagegen, wenn die Aushär-

tung der sich anlagernden Verunreinigungen akzeptiert werden kann, ist ein intermittierender Schwingungsbetrieb mit erheblich längeren Intervallen möglich, während welcher die Sprühelektrode nicht in Schwingungen versetzt wird. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um den Energieaufwand für den Schwin

gungsbetrieb zu reduzieren oder um die Lebensdauer der Sprühelektrode zu verlängern, wenn je nach Konstruktion des Elektrofilter der Schwingungsbetrieb die Lebensdauer der Sprühelektroden nachteilig beeinflussen könnte.

Vorteilhaft kann die gesamte Sprühelektrode mittels des Schwingungsantriebs in Schwingungen versetzt werden. Dabei ist eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung möglich, indem der Schwingungsantrieb unmittelbar am Fuß der Sprühelektrode oder an dem die Sprühelektrode tragenden Bauteil

angreift, wobei in diesen Fällen eine einfache schwingungsmäßige Kontaktierung möglich ist.

Alternativ kann vorgesehen sein, lediglich einen Anteil der Sprühelektrode in Schwingungen zu versetzen. Dies kann ins

besondere dann vorteilhaft sein, wenn der damit verbundene geringere erforderliche Energieeinsatz vorteilhaft ist.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, die Schwingungen mechanisch auf die Sprühelektrode bzw. den in Schwingungen zu versetzenden Bereich der Sprühelektrode zu übertragen. Eine derartige Schwingungsübertragung ist mit bekannten Mitteln auf vergleichsweise preisgünstige und zuverlässige Weise durchführbar.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Schwingungen, die ein Verbrennungsmotor ohnehin aufweist, auf die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilter zu übertragen, indem der Elektrofilter dementsprechend schwingungsmäßig an den Verbrennungsmotor angekoppelt, beispielsweise mit diesem

verschraubt wird. Insbesondere, wenn ohnehin lediglich ein in-

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termittierender Schwingungsbetrieb des Elektrofilter vorgesehen ist, mit vergleichsweise langen dazwischen liegenden Pausen kann beispielsweise ein in einem Kraftfahrzeug betriebener Verbrennungsmotor ausreichend häufig ein bestimmtes Drehzahlniveau erreichen, in dem die Schwingungen in der ge

wünschten Weise vorliegen, um einen Schwingungsbetrieb des Elektrofilter mit den gewünschten Reinigungseigenschaften zu ermöglichen. Ansonsten kann eine derartige schwingungsmäßige Ankopplung des Elektrofilter an einen Verbrennungsmotor insbesondere dann vorgesehen werden, wenn der Verbren

nungsmotor in einem vorgegebenen engen Drehzahlbereich betrieben wird, beispielsweise bei Stationärmotoren. Wie in Blockheitskraftwerken oder bei Verbrennungsmotoren, die wie in Hybrid-Fahrzeugen in einem vorgegebenen, engen Drehzahlbereich betrieben werden und nicht oder nicht ständig als unmit

telbare Antriebsmotoren für das Fahrzeug genutzt werden, sondern vielmehr zum Antrieb anderer Komponenten, die dann gegebenenfalls ihrerseits, zum Beispiel elektrisch, das Fahrzeug antreiben. Auch bei anderweitig als Stationäraggregaten betriebenen Maschinen kann eine derartige schwingungsmäßige An

kopplung vorgesehen sein, beispielsweise bei Kompressoren oder Stationärmotoren.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die mechanischen Schwingungen mittels piezokeramischer Elemente erzeugt werden, welche auf die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilter einwirken. Diese Piezoelemente ermöglichen die Schwingungsbeaufschlagung auf kleinem Raum, sodass beispielsweise gezielt bestimmte Bereiche der Sprühelektrode in Schwingungen versetzt werden können, beispielsweise schmale Kanten oder spitze Enden, an denen eine Korona des elektrischen Feldes an der Sprühelektrode erzielt werden soll. Die Möglichkeit, derartig speziell auf bestimmte, gegebenenfalls kleine Bereich der Sprühelektrode schwingungsmäßig einwirken zu können, reduziert den erforderlichen Energieaufwand, so

dass insbesondere dann, wenn ein häufiger oder sogar perma-

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nenter Schwingungsbetrieb des Elektrofilters vorgesehen ist, der hierzu erforderliche energetische Aufwand möglichst gering gehalten werden kann.

Die Spannungsbeaufschlagung des Piezoschwingers kann auf

vergleichsweise einfache Weise dadurch erfolgen, dass die ohnehin am Elektrofilter anliegende Hochspannung genutzt wird. Hierzu kann ein eigener Vorwiderstand vor den Piezoschwingem vorgesehen sein, an dem die Spannung abfällt, welehe die Piezoschwinger versorgt. Dabei kann vorgesehen sein,

dass zum Betrieb des Elektrofilters eine permanente, konstante Gleichspannung an den beiden Elektroden des Elektrofilters anliegt, der eine zusätzliche pulsierende Gleichspannung überlagert wird. Diese zusätzliche pulsierende Gleichspannung bewirkt, dass die Piezoschwinger entsprechend der Pulsfrequenz

der pulsierenden Gleichspannung verformt werden und dementsprechend die Sprühelektrode beaufschlagen.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, den Schwingungsantrieb mit magnetischen Wechselfeldern zu betreiben. Hierzu kann vorgesehen sein, einen magnetischen Fluss durch insbesondere die Bereiche der Sprühelektrode mit besonders hoher Feldstärkekonzentration zu führen, sodass ein magnetischer Kreis durch diese in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilters geführt wird. Dem magnetischen Kern kann ein Wechselfeld

angelegt werden, sodass durch die Frequenz dieses Wechselfeldes die Schwingungsfrequenz der Sprühelektrode beeinflussbar ist.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, die den Schwingungsantrieb

mittels elektrischer Wechselfelder aufzubauen. Hierzu kann in besonders einfacher Weise das elektrische Feld genutzt werden, welches ohnehin zum Betrieb des Elektrofilters aufgebaut wird. So kann beispielsweise durch eine bewusst unsymmetrisehe Beabstandung von Sprüh- und Niederschlagselektrode ei

ne auf die Sprühelektrode wirkende Kraft erzeugt werden. Auch

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in diesem Fall kann vorteilhaft einer konstanten Grundspannung eine pulsierende Gleichspannung addiert werden, sodass durch die Frequenz dieser Pulse die Schwingungsfrequenz der in Schwingung zu versetzenden Bauteile beeinflusst wird. Der E-lektrofilter kann als Rohrabscheider oder Plattenabscheider ausgestaltet sein, wobei insbesondere die Ausgestaltung als Plattenabscheider die Möglichkeit eröffnet, mehrere Bereiche zu schaffen, welche eine Korona ausbilden, beispielsweise in Form von entsprechend vielen auf der Oberfläche der Sprühelektrode ausgebildeten Vorsprüngen.

Eine besonders ausgeprägte Korona kann durch entsprechend hohe Feldstärken und dementsprechend kleine Materialquerschnitte der Sprühelektrode erzielt werden, sodass mit vergleichsweise geringen elektrischen Leistungen die Ausgestal

tung einer Korona erzielt werden kann. Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, die Sprühelektroden mit einem sehr spitzen, beispielsweise nadelartigen, Bereich zu versehen, wobei zugunsten einer zuverlässigen Bauweise ein Bereich der Schwingungselektrode demgegenüber erheblich größere Querschnitte

aufweisen kann und beispielsweise als Stamm bezeichnet wird, an welchen sich eine Spitze der Sprühelektrode anschließt, die ihrerseits den Korona-bildenden Bereich aufweist.

Vorteilhaft können verschiedene Schwingungsantriebsarten in

einem Elektrofilter gemeinsam verwirklicht sein, um beispielsweise unterschiedliche Schwingungsformen und damit eine besonders wirksame Reinigung zu ermöglichen. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, die entstehenden und sich an die Sprühelektrode anlagernden Verunreinigungen sensorisch zu

erfassen und dementsprechend Sensor gesteuert die Reinigung der Sprühelektroden durch einen entsprechenden Schwingungsbetrieb der Sprühelektroden vorzunehmen.

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Anhand der Zeichnungen werden rein schematisch unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Neuerung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele mit einer mecha

nischen Schwingungsanregung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer magneti

schen Schwingungsanregung und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einer elektrosta-

tischen Schwingungsanregung.

In Fig. 1 ist rein schematisch ein als Rohrabscheider ausgestalteter Elektrofilter 1 angedeutet. Eine Niederschlagselektrode 2 ist grundsätzlich rohrförmig ausgestaltet und in diesem Rohr ist eine Sprühelektrode 3 etwa mittig und axial verlaufend angeord

net, wobei diese Sprühelektrode 3 zwei Bereiche aufweist: Ein erster als Stamm 4 bezeichneter Bereich trägt einen zweiten, als Spitze 5 bezeichneten Bereich mit dem gegenüber erheblich geringerem Querschnitt, wobei die Spitze 5 nadelartig dünn ausgestaltet ist und frei endet. Im Bereich dieses freien Endes wird

mit vergleichsweise geringer elektrischer Energie die Ausbildung einer Korona ermöglicht und somit besonderes hohe Abscheideleistungen des Elektrofilters 1 ermöglicht.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die ge

samte Sprühelektrode 3 in Schwingungen versetzt, die - wie schematisch aus den Doppelpfeilen ersichtlich - in axialer und / oder radialer Richtung des Elektrofilters 1 verlaufen können.

Die Erzeugung dieser Schwingungen erfolgt mittels einer bei 6

angedeuteten Wechselspannung, während im übrigen der Sprühelektrode 4 eine bei 7 angedeutete Hochspannung anliegt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Elektrofilter 1

als Plattenabscheider ausgestaltet ist, mit einer Vielzahl von

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Spitzen 5 an der Sprühelektrode 3, welche im wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist und etwa parallel zu der ebenfalls plattenförmig ausgestalteten Niederschlagselektrode 2 angeordnet ist. Auch hier liegt der Sprühelektrode 3 einer bei 7 angedeuteten Hochspannung an und auch hier kann die gesamte Sprühelektrode 3 einschließlich ihrer Spitzen 5 mittels einer bei 6 angedeuteten Wechselspannung in Schwingungen versetzt werden. Dabei ist auch gemäß Fig. 2 vorgesehen, Schwingungen in zwei Bewegungsrichtungen zu erzeugen, nämlich einerseits in der Ebene der Platte der Sprühelektrode 3 und andererseits

quer zu dieser Plattenebene.

Abweichend von den beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, kreisende Schwingungen oder auch nur in einer Richtung hin und her wirkende

Schwingungen vorzusehen.

Die Erzeugung der Schwingungen kann mittels bekannter Schwingungssysteme erfolgen, wie sie beispielsweise aus dem Lautsprecherbau bekannt sind, um die Lautsprechermembranen

in Schwingungen zu versetzen. Andere Schwingungserzeugungsmöglichkeiten sind dem Fachmann jedoch bekannt und ebenfalls einsetzbar, beispielsweise mittels sich drehender Nokken oder dergleichen.

Aus Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen Schwingungsanregung ersichtlich. Dabei wird jedoch nicht die gesamte Sprühelektrode 3 in Schwingungen versetzt, sondern lediglich die Spitze 5 der Sprühelektrode 3 und gegebenenfalls ein oberer, spitzennaher Bereich des Stamms 4 der

Sprühelektrode 3.

Wie insbesondere aus der vergößerten, lupenartig herausgezogenen Darstellung in Fig. 3 ersichtlich ist, liegen der Spitze 5 im Bereich, wo diese im Stamm 4 der Sprühelektrode 3 verankert

ist, mehrere Piezoschwinger 8 an. Wie aus den angedeuteten

Symbolen ersichtlich ist, sind diese insgesamt vier Piezoschwinger 8 jeweils versetzt angeordnet, derart, dass bei Anlegen derselben Spannung die jeweils diagonal gegenüber liegenden Piezoschwinger sich einerseits ausdehnen, die beiden anderen sich diagonal sich gegenüber liegenden Piezo

schwinger sich jedoch zusammenziehen. Hierdurch wird eine intensive Schrägstellung der Spitze 5 bewirkt.

Die Schwingungsfrequenz wird dabei durch eine gepulste Gleichspannung bestimmt, wobei zu der bei 7 angedeuteten

grundsätzlichen Hochspannung, die als Gleichspannung ausgestaltet ist und beispielsweise 5.000 Volt betragen kann, eine zusätzliche gepulste Gleichspannung zugegeben wird, die beispielsweise 5.000 bis 7.000 Volt betragen kann. 15

Den Piezoschwingern 8 ist ein elektrischer Widerstand 9 zugeordnet, sodass aufgrund des an diesem Widerstand 9 stattfindenden Spannungsabfalls die Energie zum Betrieb der Piezoschwinger 8 bereitgestellt wird.
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Aus Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Elektrofilter 1 ersichtlich, bei dem die Spitze 5 der Sprühelektrode 3 durch magnetische Wechselfelder in Schwingungen versetzt wird. Hierzu ist ein magnetischer Kreis 10 vorgesehen, der durch den oberen Bereich des Stamms 4 und durch die Spitze 5 der Sprühelektro

de 3 verläuft. Eine bei 6 angedeutete Wechselspannung bewirkt ein magnetisches Wechselfeld, wobei eine Erhöhung des magnetischen Flusses bewirkt, dass sich die Spitze 5 bewegt und den Luftspalt zu dem übrigen magnetischen Kern des magnetisehen Kreises 10 verringert. Durch das magnetische Wechsel

feld wird bewirkt, dass die Spitze 5 in Schwingungen gerät.

Der Kern des magnetischen Kreises 10 ermöglicht vorzugsweise einen starken magnetischen Fluss und verhindert gleichzeitig einen elektrischen Überschlag, welcher einen Kurzschluss zwi

schen der Spitze 5 und der Niederschlagselektrode 2 darstellen

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würde. Als Material mit den geeigneten Eigenschaften für einen derartigen Kern kommt beispielsweise ein Werkstoff wie Ferrit in Frage.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem der Fig. 4, wobei jedoch nicht mittels eines magnetischen, sondern mittels eines elektrischen Wechselfeldes die Spitze 5 der Sprühelektrode 3 in Schwingungen versetzt wird. Hierzu ist in der rohrförmigen Niederschlagselektrode 2 ein nach innen weisender Vorsprung 11 vorgesehen, der sich etwa auf Höhe der Spitze 5 befindet. Aufgrund dieses nach innen ragenden und nicht umlaufenden, sondern vielmehr einseitig ausgebildeten Vorsprunges 11 ergibt sich um die Spitze 5 ein asymmetrisches elektrisches Feld, wodurch eine Kraft auf die Spitze 5 einwirkt. Das elektrische Wechselfeld kann, ähnlich wie anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 beschrieben, aus einer grundsätzlichen, konstanten Gleichspannung und einer zusätzlichen pulsierenden Gleichspannung bestehen, sodass entsprechend der Frequenz dieser Pulse ein Wechselfeld um die Spitze 5 entsteht und die Spitze 5 in Abhängigkeit von der Frequenz dieses Wechselfeldes schwingt.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind rein schematisch. Sie sollen lediglich grundsätzliche Wirkprinzipien veranschaulichen und sind beispielsweise von einem bestimmten Abscheidertyp, beispielsweise einem Rohrabscheider, auf andere Abscheidertypen, beispielsweise Plattenabscheider, mit entsprechenden Änderungen und Anpassungen gegebenenfalls übertragbar.

Claims

1. Elektrofilter zum Abscheiden ölhaltiger Partikel aus einem Luftstrom,
mit einer Sprühelektrode,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwingungsantrieb vorgesehen ist, welcher wenigstens einen Bereich der Sprühelektrode (3) in Reinigungsschwingungen versetzt, derart, dass mittels der Schwingungen Verunreinigungen von der Sprühelektrode (3) entfernt werden,
oder dass sich an der Sprühelektrode (3) störende Verunreinigungen nicht anlagern,
oder dass sich an der Sprühelektrode (3) störende Verunreinigungen in nur geringem Maße anlagern.

2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Sprühelektrode (3) mittels des Schwingungsantriebs in Schwingungen versetzbar ist.

3. Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsantrieb die Schwingungen mechanisch auf die Sprühelektrode (3) oder auf den in Schwingungen zu versetzenden Bereich der Sprühelektrode (3) überträgt.

4. Elektrofilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilters (1) schwingungsmäßig an externe Bauteile oder Baugruppen ankoppelbar sind, welche den Schwingungsantrieb bilden, wie ein Verbrennungsmotor.

5. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsantrieb piezokeramische Elemente (8) aufweist, welche auf die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilters (1) einwirken.

6. Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsantrieb magnetische Wechselfelder aufweist, welche auf die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilters (1) einwirken.

7. Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsantrieb elektrische Wechselfelder aufweist, welche auf die in Schwingungen zu versetzenden Bauteile des Elektrofilters (1) einwirken.

8. Elektrofilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederschlagselektrode (2) von der Sprühelektrode (3) ungleichmäßig beabstandet ist, derart, dass ein asymmetrisches elektrisches Feld gebildet wird.

9. Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter (1) als Rohrabscheider ausgebildet ist, bei dem die Niederschlagselektrode (2) die Sprühelektrode (3) umgibt.

10. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter (1) als Plattenabscheider ausgestaltet ist, mit wenigstens zwei Platten, von denen eine die Niederschlagselektrode (2) und eine andere die Sprühelektrode (3) bildet.

11. Elektrofilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektrode (3) mehrere Kanten oder Vorsprünge aufweist, welche einen jeweils eine Korona ausbildenden Bereich aufweisen.

12. Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektrode (3) zwei unterschiedliche Bereiche aufweist, von denen ein Bereich, mit dem die Sprühelektrode (3) an anderen Bauteilen befestigbar ist, einen größeren Querschnitt aufweist und als Stamm (4) bezeichnet ist, wobei von dem Stamm (4) ausgehend ein zweiter, einen geringeren Querschnitt aufweisender Bereich als Spitze (5) bezeichnet ist.

13. Elektrofilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Stamm (4) und Spitze (5) der Sprühelektrode (3) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

14. Elektrofilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (5) frei endet und nadelartig dünn ausgestaltet ist.