DE3434869A1

DE3434869A1 - Hochspannungsgenerator fuer elektrostatische staubabscheider

Info

Publication number: DE3434869A1
Application number: DE19843434869
Authority: DE
Inventors: Dominique Bacot; Jean-Michel Paris Detroyat; Jean-Pierre Clamart Ordines
Original assignee: DETROYAT JEAN MICHEL
Current assignee: DETROYAT JEAN MICHEL
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1984-09-22
Publication date: 1985-04-18
Also published as: JPS6097062A; GB2149239A; GB8423241D0; FR2558019B1; GB8424414D0; FR2558019A1; GB2149239B; US4601733A

Description

Bezeichnung: Hochspannungsgenerator für elektrostatische

Staubabscheider

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsgenerator für elektrostatische Staubabscheider o. dgl./ insbesondere zur Abscheidung aus gasförmigen Strömungsmedien/ mit einander gegenüberliegenden Metallflächen/ zwischen denen das zu entstaubende Medium hindurchgeführt wird und die eine hohe elektrische Potentialdifferenz gegeneinander haben.

Staubabscheider dieser Art sind bekannt, und sie werden auf vielen Gebieten zur Entstaubung von Gasen, Rauchgasen, Verbrennungsabgasen usw. eingesetzt, insbesondere bei der Erzeugung von thermischer Primärenergie, in Eisenhütten, in der chemischen Industrie usw.. Bei diesen Staubabscheidern ist die Erzeugung hoher elektrischer Spannungen erforderlich, jedoch sind die entsprechenden Schaltungen und Einrichtungen kompliziert und dementsprechend kostenaufwendig.

Zweck der Erfindung ist, einen Hochspannungsgenerator für elektrostatische Staubabscheider zu schaffen, der einfach aufgebaut, wirtschaftlich und betriebssicher ist, und der nur einen geringen Raumbedarf hat. Insbesondere soll sich der Generator eignen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen zur Entstaubung der dem Motor zugeführten Luft oder der dem Fahrgastraum, zuzuführenden Klimatisierungsluft, und ebenso auch zur Filterung der Abgase. Dabei sollen Entstaubungsleistungen erreicht werden, die denjenigen Leistungen mindestens gleichwertig sind, die bisher bereits erreicht wurden.

Der Hochspannungsgenerator für elektrostatische Staubabscheider gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Niederspannungsoszillator, einen Stromzerhacker, dessen Eingang mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist, und eine Induktionsspule o. dgl., deren Primärwicklung an den Ausgang des Zerhackers angeschlossen ist, während ihre Sekundärwicklung mit den Metallflächen des Staubabscheiders derart verbunden ist, daß die hohe Potentialdifferenz, die an den Klemmen der Sekundärwicklung vorhanden ist, an den Metallflächen anliegt.

Ein solcher Generator ermöglicht in einfacher Weise die Erzeugung einer hohen negativen Spannung mit einem verbesserten Wirkungsgrad, insbesondere einer Verbesserung der Ionisation der abzuscheidenden Partikel bei geringerer Gefahr von Überschlägen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Oszillator in einfacher Weise gedämpfte Schwingungen, deren Frequenz vorzugsweise zwischen 150 und 200 Hz liegt. Die Anstiegszeit der Schwingungen kann in der Größenordnung von 5 ms liegen, während die Abklingzeit etwa 0,8 ms beträgt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der Generator Mittel zur Begrenzung der Hochspannung, durch die Spannung unter oder auf einem vorgegebenen Grenzwert gehalten wird, derart, daß Überschläge zwisehen den Metallflächen mit Sicherheit vermieden sind.

Auch kann es vorteilhaft sein, daß die Verbindung zwischen einer Klemme der Sekundärwicklung der Induktionsspule und den Metallflächen des Entstaubers durch eine Hochspannungsdiode gesichert ist.

Der Hochspannungsgenerator ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform derart demontierbar ausgebildet, daß an die Induktionsspule ein unteres Gehäuse angehängt ist, das die elektronischen Schaltungen aufnimmt. Ein Hochspannungsanschluß kann auf der dem Gehäuse mit den elektronischen Schaltungen gegenüberliegenden Seite am Ende eines im wesentlichen zylindrischen Ansatzes angeordnet sein, in dem sich in vorteilhafter Weise ein demontierbarer Hohlstopfen befindet, in dessen Inneren die Hochspannungsdiode untergebracht ist, während außen der Hochspannungsanschluß anliegt, der mit der Diode verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen elektrostatischen Staubabscheider o. dgl., insbesondere für gasförmige Strömungsmedien, mit einander gegenüberliegenden Metallflächen, zwischen denen das zu entstaubende Medium hindurchgeführt wird und die eine hohe elektrische Potentialdifferenz gegeneinander haben, und welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er einen Hochspannungsgenerator der oben beschriebenen Art enthält, der an die Metallflächen angeschlossen ist.

Vorzugsweise hat der elektrostatische Staubabscheider gemäß der Erfindung zwischen den Metallplatten eine Kapazität von etwa 2 bis 10 nF, während der Ableitungswiderstand

des Entstaubers bei einer bevorzugten Ausführungsform über 5 Megohm liegt, insbesondere bei etwa 10 Megohm.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Spezielle Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand'der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Generator zur Erzeugung

negativer Hochspannung für einen elektrostatischen Staubabscheider gem. der Erfin

dung,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Ausführungsform

eines solchen Generators, 15

Fig. 3 in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung schematisch einen Generator zur Erzeugung positiver Hochspannung für einen elektrostatischen Staubabscheider gem. der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Hochspannungsgenerator 1 für einen elektrostatischen Entstauber 2 zur Entstaubung geeigneter Strömungsmedien schematisch dargestellt. Der Entstauber 2 enthält Metallflächen 3 und 4, die einander gegenüberstehen und zwischen denen das zu entstaubende Medium weiterleitende Strömungswege 5 gebildet sind. Die Metallflachen 3 und 4 liegen an verschiedenen Spannungen, derart, daß eine hohe elektrische Potentialdifferenz zwischen ihnen besteht. Es ist bekannt, daß bei der Strömung des Mediums durch den Strömungsweg 5 die sich in dem Medium befindenden festen oder flüssigen Partikel durch die vorhandene Potentialdifferenz elektrisch beeinflußt und von derjenigen Fläche angezogen werden, deren Potential so beschaffen ist, daß es bei der elektrischen Ladung der Partikel auf diese die entsprechende Anziehungskraft ausüben kann.

Der Hochspannungsgenerator 1 enthält einen Niederspannungsoszillator 6, der von einer Gleichspannungsquelle niedrigger Spannung von beispielsweise 12 oder 24 Volt gespeist wird. Der Oszillator ist einerseits mit der Plusklemme + der (nicht dargestellten) Gleichspannungsquelle und andererseits der Masseklemme der Gleichspannungsquelle verbunden. Der Oszillator 6 kann einfach aufgebaut sein und gedämpfte Schwingungen durch das Laden und Entladen eines Kondensators liefern. Die Frequenz der von dem Oszillator 6 erzeugten Schwingungen liegt vorzugsweise zwischen etwa 150 und 200 Hz. Die Anstiegszeit der Schwingungen kann entsprechend der Aufladezeit des Kondensators in der Größenordnung von 5 Millisekunden (5 ms) liegen, während die Abklingzeit der Schwingungen entsprechend dem Entladevorgang des Kondensators in der Größenordnung von 0,8 Millisekunden (0,8 ms) liegen kann.

Der Ausgang des Oszillators 6, der die Schwingungen liefert, ist mit dem Eingang einer Stromzerhackerschaltung 7 verbunden. Die Schaltung 7 wird ebenfalls von Niederspannung zwischen der Plusklemme + und Masse einer Gleichspannungsquelle gespeist. Die Verbindung des Zerhackers 7 mit der Plusklemme + erfolgt über ein Kabel 19, das zur Kl'emme 16 führt.

Der Ausgang 8 der Zerhackerschaltung 7 ist über ein Kabel 18 mit einer Klemme 15 der Primärwicklung 9 einer Induktionsspule 10 oder einer ähnlich wirkenden Einrichtung verbunden. Die andere Klemme 16 der Primärwicklung 9 ist mit der Plusklemme + der Gleichspannungsquelle verbunden. Durch den Zerhacker 7 wird die Stärke des in der Primärwicklung 9 fließenden Stromes als Funktion der Zeit geändert, und zwar in der Form von Rechteckimpulsen.

Die Induktionsspule 10 kann in für den jeweiligen Zweck geeigneter Weise ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann sie eine Zündspule sein, wie sie in

den Zündstromkreisen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.

Die Induktionsspule 10 besitzt eine Sekundärwicklung 11, deren Windungszahl größer als die der Primärwicklung ist. Ihre Windungszahl ist so bemessen, daß durch die Induktionswirkung' zwischen den Klemmen der Wicklung 11 die gewünschte hohe Spannung vorhanden ist, und zwar aufgrund der Änderungen der Stromstärke in der Primärwicklung 9. Ein Ausgang der Sekundärwicklung 11 ist an die Klemme 16 angeschlossen, während der andere Ausgang der Sekundärwicklung 11 über eine Hochspannungsdiode 12 mit den Metallflächen 3 verbunden ist. Die Kathode der Diode 12 ist dabei mit der Wicklung 11 verbunden, während ihre Anode mit den Metallflächen 3 in Verbindung steht, so daß diese eine hohe negative Spannung gegenüber der Masse haben, die an die Flächen 4 angeschlossen ist.

Die Metallflächen 3 und 4 können planparallele Platten sein oder Zylinderform oder eine sonstige geeignete Form haben.

Die Durchschlagsspannung zwischen den Flächen 3 und 4 hängt im wesentlichen von dem Abstand e_ zwischen den Flächen und von der Dielektrizitätskonstante des an den Flächen vorbeiströmenden Mediums ab. Unter Berücksichtigung dieser Parameter wird der Generator 1 so betrieben, daß die erzeugte Hochspannung unterhalb der Durchbruchsspannung bleibt. Dabei ist es vorteilhaft, Mittel zur Begrenzung der Hochspannung vorzusehen, durch die die Span-

3Q nung unter oder auf einem vorgegebenen Grenzwert gehalten wird, der knapp unter der Druchbruchsspannung liegt. Die Mittel zur Begrenzung der Höhe der Spannung können Zenerdioden enthalten, durch die Bezugsspannungen eingeführt werden, bei deren Überschreitung die vorgegebene Begren-

qpr zung wirksam wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Staubabscheiders für von einem Gaserzeuger geliefertes Gas hat der Entstauber 2 eine Kapazität in der Größenordnung von 2 bis 10 Nanofarad (2 - 10 nF) Hierdurch ist .die Kapazitätswirkung der Metallflächen charakterisiert, die u.a. kombinatorisch von dem Abstand £ und der Gesamtfläche der Metallflächen 3 und 4 abhängig ist. Der Ableitungswiderstand des Entstaubers liegt über 5 Megohm, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Megohm. Die von dem Generator erzeugte Hochspannung wird auf einen Wert von etwa 10 Kv begrenzt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Staubabscheiders mit Hochspannungsgenerator beschrieben.

Wenn der Generator 1 in Betrieb gesetzt ist, erhalten die Platten 3 des Entstaubers 2 Impulse hoher Spannung mit einer Frequenz, die im allgemeinen über 150 Hertz liegt, und zwar gegenüber den an Masse gelegten Platten 4. Es entsteht dadurch eine hohe Potentialdifferenz in den Strömungswegen 5, die die Entstaubung der durch die Strömungswege 5 fließenden Gase bewirkt. Im Versuch konnte festgestellt werden, daß die mit einem solchen Entstauber erzielten Ergebnisse, insbesondere bei Anwendung der Entstaubung auf durch einen Gaserzeuger hergestellte Gase, besonders günstig sind.

Auch wurde im Versuch festgestellt, daß die negative Hoch-30. spannung bessere Ergebnisse aufgrund einer besseren Ionisation liefert; auch traten weniger Überschläge auf.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer praktischen Ausführungsform eines Generators gemäß der Erfindung für einen elektrostatischen Staubabscheider dargestellt. Der Generator ist demontierbar derart ausgebildet, daß ein unteres Gehäuse 13 die elektronischen Schaltungen aufnimmt, und das

Gehäuse 13 ist unter einer vergossenen Induktionsspule 14 eingehängt. Die Enden der Primärwicklung der Induktionsspule 14 sind an äußere Klemmen 15 und 16 geführt, die sich auf einer Platine 17 befinden, und zwar auf derjenigen Seite der Induktionsspule 14, die dem Gehäuse .13 abgewandt ist. Die Klemme 16 soll mit der Plusklemme + einer Gleichspannungsquelle verbunden sein, die eine (nicht dargestellte) Batterie sein kann. Die Klemme 16 ist durch Kabel 19 mit dem Stromzerhacker 7 (Fig. 1) verbunden, der sich in dem Gehäuse 13 befindet. Die andere Klemme 15 ist durch Kabel 18 an den Ausgang 8 (vgl. Fig. 1) des Stromzerhackers 7 angeschlossen, der in Fig. 2 nicht sichtbar ist. Ein Metallrahmen, der einen Ansatz 20 zwischen dem Elektronik-Gehäuse 13 und dem Gehäuse der Induktionspule 14 aufweist, dient zur Befestigung der beschriebenen Elemente. An dem Ansatz 20 befindet sich auch eine Klemme 21 zum Anschluß der Batterie. Diese Klemme 21 kann zugleich auch der Befestigung des Gehäuses 13 durch eine Befestigungsschraube an dem Ansatz 20 dienen. Ein Kabei 22 verbindet die Klemme 21 mit den im Inneren des Gehäuses 13 vorhandenen Schaltungen.

Die vollständige Anordnung kann in zweckmäßiger Weise mit Hilfe von zwei Laschen 23 und 24 gehalten sein, die im rechten Winkel angeordnete Ausschnitte 25 und 26 aufweisen.

Der Generator hat einen Hochspannungsanschluß 27, der mit den in Fig. 1 dargestellten Metallflächen 3 verbunden ist.

Der Hochspannungsanschluß 27 befindet sich auf der von dem Elektronik-Gehäuse 13 abgewandten Seite. Er liegt am Ende eines im wesentlichen zylindrischen Fortsatzes 28, der sich am oberen Ende des als flache Scheibe ausgebildeten Oberteils 29 der Anordnung befindet. Der Fortsatz 28 besteht aus elektrisch-isolierendem Material, und innen nimmt er einen Hohlstopfen 30 auf, der ebenfalls aus Isoliermaterial besteht und demontierbar ist. In einer

inneren Aussparung 31 des Hohlstopfens 30 befindet sich die Hochspannungsdiode 12, deren Kathode elektrisch verbunden ist mit einem biegsamen Anschluß 32 in der Aussparung des Ansatzes 28, der auch den Hohlstopfen 30 aufnimmt. Die Anode der Diode 12 ist elektrisch verbunden mit dem metallischen¹ Hochspannungsanschluß 27, der sich über dem Hohlstopfen 30 befindet.

Der in Fig. 2 dargestellte Hochspannungsgenerator für einen Staubabscheider bzw. für ein Elektrofilter ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise; seine maximale Höhe kann weniger als 2OO mm betragen. Seine Breite, gemessen senkrecht zur Ebene der Fig. 2, beträgt weniger als 100 mm, während auch die Abmessung L in der Größenordnung von 100 mm liegt. Die Höhe der erzeugten Spannung liegt bei 10 kV.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Hochspannungsgenerator gemäß der Erfindung, der so ausgelegt ist, daß er eine positive Hochspannung der Flächen 3 gegenüber der Masse liefert. Die Diode 12 ist umgekehrt geschaltet, so daß ihre Kathode mit den Flächen 3 verbunden ist, während die Anode an ein Ende der Wicklung 11 angeschlossen ist. Der Ausgang 8 des Zerhackers 7 ist durch Kabel 18 mit der Klemme 16 der Wicklung 9 verbunden. Kabel 19 stellt die Verbindung zu der anderen Klemme 15 her, die an die Plusklemme + der Batterie angeschlossen ist.

Falls von einer negativen Hochspannung zu einer positiven gO Hochspannung übergegangen werden soll, genügt es bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung, den Einbau der Diode 12 umzukehren und die Kabel 18 und 19 zu den Klemmen 15 und 16 überkreuz anzuschließen.

Die Vorteile des Hochspannungsgenerators für elektrostatische Abscheider gemäß der Erfindung bestehen in einer einfachen, kräftigen und wirtschaftlichen Bauart, geringem

Raumbedarf und einer guten Entstaubungsleistung. Der übergang von negativer Hochspannung zu positiver Hochspannung kann in einfacher Weise und schnell vorgenommen werden.

Der Hochspannungsgenerator gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für Staubabscheider in fahrbaren Einheiten, insbesondere für Fahrzeuge, um Abgase des Verbrennungsvorgangs zu reinigen, jedoch kann die Erfindung auch mit besonderem Vorteil zur Reinigung der in Gaserzeugern herge-

Q stellten Gase verwendet werden.

Claims

Maxton · Maxton - Langmaack Patentanwälte Patentanwälte Maxton & Langmaack ■ Plerdmengesstr. 50 ■ 5000 Köln 51 Alfred Maxton sr. (1943-1978) Anmelder: ßacot, Dominique Alfred Maxton 31, Quai Anatole France Jürgen Langmaack Paris, Frankreich D.p.om-Ingen.eure m zugelassen beim Detroyat, Jean-Michel Europäischen Patentamt 14, rue Conde Paris, Frankreich 5000 KÖlfl 51 Unsere Zeichen Datum 459 pg Ö41 21.09.84 Bezeichnung; Hochspannungsgenerator für elektrostatische Staubabscheider Ansprüche;

1. Hochspannungsgenerator für elektrostatische Staubabscheider o. dgl., insbesondere zur Abscheidung aus gasförmigen Strömungsmedien, mit einander gegenüberliegenden Metallflächen, zwischen denen das zu entstaubende Medium hindurchgeführt wird und die eine hohe elektrische Potentialdifferenz gegeneinander haben, gekennzeichnet durch einen Niederspannungsoszillator (6), einen Stromzerhacker (7), dessen Eingang mit dem Ausgang des Oszillators (6) verbunden ist, und eine Induktionsspule (10) o. dgl., deren Primärwicklung (9) an den Ausgang (8) des Zerhackers (7) angeschlossen ist, während ihre Sekundärwicklung (11) mit den Metallflächen (3, 4) des Staubabscheiders derart verbunden ist, daß die hohe Potentialdifferenz, die an den Klemmen der Sekundärwicklung vorhanden ist, an den Metallflächen anliegt.

Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator® Köln · Telex: 8883555 max d Postairokonto-CCP Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236181

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2. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (6) gedämpfte Schwingungen erzeugt/ deren Frequenz zwischen 150 und 200 Hz liegt.

3. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit des Schwingungsanstiegs in der Größenordnung von 5 ms und die Zeit des Schwingungsrückgangs in der Größenordnung von O₇8 ms liegen.

4. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung der Hochspannung, durch die die Spannung unter oder auf einem vorgegebenen Grenzwert gehalten wird, derart, daß Überschläge zwischen den Metallflächen (3, 4) mit Sicherheit vermieden sind.

5. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gelieferte Hochspannung eine Höhe von etwa 10 kV hat.

6. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen einer Klemme der Sekundärwicklung der Induktionsspule (1O) und den Metallflächen (3, 4) des Entstaubers durch eine Hochspannungsdiode (12) gesichert ist.

7. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Diode (12) mit der Sekundärwicklung (11) der Induktionsspule (10) verbunden ist, während die Anode mit den Metallflächen (3) des Entstaubers verbunden ist, die an Hochspannung mit negativem Potential liegen.

8. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er demontierbar derart ausgebildet ist, daß ein unteres Gehäuse (13) die elektronischen Schaltungen aufnimmt und räumlich unter der

Induktionsspule (14) angeordnet ist (Fig. 2).

9. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 8/ dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochspannungsanschluß

(27) auf der dem Gehäuse (13) mit den elektronischen Schaltungen gegenüberliegenden Seite am Ende eines im wesentlichen zylindrischen Ansatzes (28) angeordnet ist/ in dem sich ein demontierbarer Hohlstopfen befindet, in dessen Inneren die Hochspannungsdiode untergebracht ist, und außen der Hochspannungsanschluß (27) anliegt, der mit der Diode (12) verbunden ist.

10. Elektrostatischer Entstauber ο. dgl.> insbesondere für gasförmige Strömungsmedien, mit einander gegenüberliegenden Metallflächen, zwischen denen das zu entstaubende Medium hindurchgeführt wird und die eine hohe elektrische Potentialdifferenz gegeneinander haben, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 enthält, der an -die Metallflächen (3, 4) angeschlossen ist.

11. Elektrostatischer Entstauber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Metallflächen bestehende Kapazität etwa 2 bis 10 nF beträgt.

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