DE4413118A1

DE4413118A1 - Gasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4413118A1
Application number: DE4413118A
Authority: DE
Inventors: Nagatoshi Suzuki; Manabu Higashi; Kanichi Fujii
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-01-19
Also published as: JPH0710412U; US5476539A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Gasreinigungsvorrichtung zum Reinigen von unreinem Gas wie Abgas, das von Motoren von Fahrzeugen, Kesseln und Generatoren abgegeben wird, und von giftigem Gas, das von industriellen Abfällen erzeugt wird, wobei eine Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung angewendet wird, um ein reines Gas zu erhalten.

In der letzten Zeit sind viele Untersuchungen und Forschun gen durchgeführt worden, um Probleme der Umweltverschmutzung zu lösen. Insbesondere warfen Abgase von Fahrzeugmotoren, Kesseln und Generatoren und durch industrielle Abfälle er zeugte giftige Gase ernste Probleme für unsere Umwelt, einschließlich der Erdatmosphäre, auf, und die Reinigung von solchen giftigen Gasen ist notwendig, um die Probleme so weit wie möglich und so schnell wie möglich zu lösen.

Zu diesem Zweck wurde unter anderem ein Verfahren vorge schlagen, bei dem eine Streamer- oder Schlierenkorona- Entladung stabil erzeugt werden kann, wie es beispiels weise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. 63-183211 beschrieben ist. Weiterhin wurde auch bestätigt, daß die Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung von den verschiedenen Koronaentladungen mit gutem Wirkungsgrad zum Reinigen von unreinem Gas eingesetzt werden kann.

Jedoch sind herkömmliche Gasreinigungsvorrichtungen, wie sie vorstehend erwähnt wurden, in ihrem Aufbau relativ voluminös und sind schwer in einem begrenzten Raum unter zubringen, wie z. B. unter dem Boden eines Fahrzeugs einzu bauen oder in einem Gebäude unterzubringen. Sie sind zu dick und können nicht dünn genug in ihren Abmessungen her gestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenann ten Probleme zu lösen und eine Gasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die mit dünner Abmessung ausgeführt werden kann und bei der der Strömungswiderstand für eine Gas strömung durch die Vorrichtung verringert wird und die außerdem giftige Materialien und feine Teilchen und Stäube aus dem zu reinigenden Gas entfernen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Zur Lösung der vorgenannten Probleme schafft die Erfindung eine Gasreinigungsvorrichtung, die eine erste Elektrode, die wenigstens eine leitfähige Platte mit einem gezackten Abschnitt an ihrem Umfang enthält, eine zweite Elektrode, die wenigstens an einem Teil ihrer Oberfläche mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist, und eine elektri sche Hochspannungsquelle umfaßt, die zwischen den beiden Elektroden liegt und mit ihnen verbunden ist, wobei der gezackte Abschnitt der ersten Elektrode und die zweite Elektrode sich gegenüberliegend so angeordnet sind, daß ein vorherbestimmter Spalt zwischen ihnen ausgebildet ist, und die Oberflächenebene der ersten Elektrode gegen die Gasströmungsrichtung geneigt ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Aufbau der Vorrichtung derart, daß der gezackte Abschnitt der ersten Elektrode und die zweite Elektrode, die sich einander gegenüberliegend angeordnet sind, bogenförmig ausgebildet sind, und zwar insbesondere näherungsweise kreisbogenförmig. Weiterhin kann der Aufbau mit einer Einrichtung versehen sein, die eine Reinigungsflüssigkeit zuführt, um sowohl Befestigungsteile als auch Anlagerungen, feine Teilchen usw. wenigstens an der ersten Elektrode zu reinigen. Vorzugsweise wird die die Reinigungsflüssigkeit zuführende Einrichtung auf dem Reaktionsbehälter ange bracht, der die erste Elektrode und die zweite Elektrode enthält.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsichtansicht einer ersten Elektrode, die in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Leiterplat te, die Bestandteil einer ersten Elektrode von Fig. 2 ist,

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung und

Fig. 5 eine schematische Blockansicht zur Verdeutli chung des Zustands, in dem die in Fig. 4 ge zeigte Ausführungsform mit einer unreines Gas erzeugenden Quelle verbunden ist.

Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Die beigefügten Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht der Gasreinigungsvorrichtung, Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine erste Elektrode 1, die in Fig. 1 gezeigt ist, und Fig. 3 ist eine perspek tivische Ansicht einer leitfähigen Platte 1d, die im Auf bau der ersten Elektrode 1 in Fig. 2 verwendet wird.

In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine erste Elektrode, 2 eine zweite Elektrode, 3 eine dielektrische Schicht, 4 eine elektrische Hochspannungsquelle und 5 einen Reaktionsbehälter. Der jeweilige Aufbau dieser Glieder wird nachfolgend erläutert.

Die erste Elektrode 1 setzt sich aus einer Vielzahl leit fähiger Platten 1d zusammen. Jede der leitfähigen Platten 1d ist aus einem durch Pressen geformten Plattenmaterial aus rostfreiem Stahl hergestellt und hat einen gezackten Abschnitt 1a an einem Abschnitt ihres Umfangs, der in Fig. 3 gezeigt ist, und ein Loch 1c in einem Abschnitt in ihrer Mitte. Die erste Elektrode 1 ist so aufgebaut, daß eine Baustange 6, die aus Glas oder dergleichen be steht, durch das Loch 1c jeder der leitfähigen Platten 1d gesteckt werden kann, und die ebene Oberfläche 1b der einzelnen leitfähigen Platten 1d verläuft geneigt gegen die axiale Richtung der Baustange 6. Der Neigungswinkel R kann auf R = 75°-80° bezüglich der Strömungsrichtung B eines Gases, die in Fig. 2 durch den Pfeil angegeben ist, eingestellt werden.

Die zweite Elektrode 2 ist mit einer dielektrischen Schicht 3 auf ihrer Oberfläche beschichtet. Die dielektrische Schicht 3 kann aus einem Material wie Keramik, organischem Glas oder organischem Harz (Kunststoff) entsprechend ihrem Einsatzzweck ausgewählt werden.

Die elektrische Hochspannungsquelle 4 liegt zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2. Die elek trische Hochspannungsquelle 4 muß nur eine elektrische Energiequelle sein zum wiederholten Erzeugen einer Hoch spannung mit positiven und negativen Polaritäten. In die ser Ausführungsform wird eine über Verstärker aufgebaute elektrische Wechselspannungsquelle verwendet.

Weiterhin ist der Reaktionsbehälter 5 ein Behälter mit einem Einlaß 5a und einem Auslaß 5b, in dem die erste Elektrode 1 in seinem oberen Abschnitt eingebaut ist und die zweite Elektrode 2 in seinem unteren Abschnitt einge baut ist, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.

In dem Reaktionsbehälter 5 wird eine Streamer- oder Schlie renkorona-Entladung c zwischen dem gezackten Abschnitt 1a der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 erzeugt. Ein Gasströmungsweg ist innerhalb der Schlierenkorona-Ent ladung C ausgebildet, indem der gezackte Abschnitt 1a der ersten Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 mit einem vorgegebenen Spalt G zwischen ihnen sich gegenüberliegend angeordnet sind. Die Achse der Baustange 6 zum Haltern der leitfähigen Platten 1d ist entlang der Richtung B des Gasströmungsweges angeordnet, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, und die ebene Oberfläche 1b der ersten Elektrode 1 ist bezüglich der Richtung B des Gasströmungs weges geneigt, um dadurch den Strömungswiderstand zu ver ringern.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungs form, die so aufgebaut ist, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird nachfolgend erklärt.

Die erste Elektrode 1 erzeugt unterschiedliche Korona entladungen entsprechend der Polarität der Spannung, die durch die elektrische Hochspannungsquelle 4 erzeugt wird. Wenn z. B. eine hohe Wechselspannung von der elektrischen Hochspannungsquelle 4 zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 angelegt wird, werden der Zustand, in dem die erste Elektrode 1 eine positive Polarität und die zweite Elektrode 2 eine negative Polarität hat, und andererseits der Zustand, in dem die erste Elektrode 1 eine negative Polarität und die zweite Elektrode 2 eine positive Polarität hat, abwechselnd und wiederholt erzeugt.

In dem ersteren Zustand, in dem die erste Elektrode 1 eine positive Polarität erhält, wird eine Koronaentladung mit einer positiven Polarität zwischen dem gezackten Ab schnitt 1a der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektro de 2, die mit der dielektrischen Schicht 3 beschichtet ist, erzeugt, wodurch unreine Gasmoleküle, einschließlich giftiger Gase, die durch die Koronaentladung mit positiver Polarität hindurchströmen, oxidiert und reduziert, wobei das Plasma aufgrund der Koronaentladung ausgenutzt wird. Die sogenannte Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung ist diejenige, die am häufigsten als Koronaentladung mit positiver Polarität erzeugt wird.

Andererseits wird in dem letzteren Zustand, in dem die erste Elektrode 1 eine negative Polarität erhält, eine Koronaentladung mit einer negativen Polarität zwischen dem gezackten Abschnitt 1a der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2, die mit der dielektrischen Schicht 3 beschichtet ist, erzeugt, wodurch das unreine Gas, ein schließlich giftigen Materials, das durch die Koronaent ladung mit negativer Polarität hindurchströmt ionisiert wird, und positiv geladene Ionen werden zu der Seite der ersten Elektrode 1 und negativ geladene Ionen zu der Seite der zweiten Elektrode 2 angezogen. Zu dieser Zeit werden auch von der ersten Elektrode 1 Elektronen erzeugt und diese Elektronen verbinden sich mit der positiven Ladung, die sich auf der Überfläche der dielektrischen Schicht 3 an sammelt, wodurch die positive Ladung reduziert wird. Die positive Ladung, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 3 angesammelt ist, stört das Anwachsen der Korona entladung mit positiver Polarität zu der Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung, und die Streamer- oder Schlie renkorona-Entladung wird in Folge danach erzeugt, da die positive Ladung durch die Elektronen in jedem Zustand reduziert wird, in dem die erste Elektrode 1 negative Polarität erhält.

Wenn in der ersten Ausführungsform die Ganghöhe P des ge zackten Abschnitts 1a der ersten Elektrode 1 auf 1 mm eingestellt wurde, der Spalt G zwischen dem gezackten Abschnitt 1a und der zweiten Elektrode 2 auf 6 mm einge stellt wurde, die Dicke T der dielektrischen Schicht 3 auf 1,5 mm eingestellt wurde und die erzeugte Spannung V von der elektrischen Hochspannungsquelle 4 auf 5 bis 15 kV eingestellt wurde, wurde gefunden, daß die Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung kontinuierlich in dem freien Raum durch den Spalt G erzeugt wurde.

Es wird nun auf die Fig. 4 und 5 bezug genommen, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht der Gasreinigungsvorrichtung, und Fig. 5 ist ein Block schaltbild, das schematisch ein Beispiel zeigt, bei dem der in Fig. 4 gezeigte Aufbau mit einer Gasquelle ver bunden ist, die unreines Gas erzeugt.

In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 7 eine erste Elektrode, 8 eine zweite Elektrode, 9 eine dielektrische Schicht, 10 eine elektrische Hochspannungsquelle, 11 einen Reaktionsbehälter, 13 eine Reinigungsflüssigkeit und 14 einen die Reinigungsflüssigkeit liefernden Abschnitt. Der Aufbau von jedem dieser Glieder wird nachfolgend erläu tert.

Die erste Elektrode 7 setzt sich aus einer Vielzahl lei tender Platten 7d zusammen, von denen jede aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, die jeweils mit einer bogenförmi gen Gestalt unter Verwendung von Preßformverfahren ausge formt ist. Wie in Fig. 4 ersichtlich ist, hat die leit fähige Platte 7d einen gezackten Abschnitt 7a, der in einem bogenförmigen Abschnitt, z. B. einem kreisbogenförmigen Abschnitt, an dem Umfang der Platte angeordnet ist, und ein Loch 7c ist in einem mittleren Teil der Platte vorge sehen. Die erste Elektrode 7 ist in solch einem Aufbau zusammengestellt, daß eine Baustange 12, die aus Glas oder dergleichen hergestellt sein kann, jeweils in das Loch 7c der einzelnen leitfähigen Platten 7d eingesteckt wird, und die ebene Oberfläche 7b jeder leitfähigen Platte 7d ist in bezug auf die axiale Richtung der Baustange 12 ge neigt.

Die zweite Elektrode 8 hat eine bogenförmige Gestalt im Schnitt und ist mit einer dielektrischen Schicht 9 an ihrer Oberfläche beschichtet. Da die zweite Elektrode 8 eine bogenförmige Form aufweist, ist es möglich, einen Strom aus der reinigenden Flüssigkeit 13 in einen unteren Flüs sigkeitstank 18 wirksam einzuleiten.

Die elektrische Hochspannungsquelle 10 hat den gleichen Aufbau wie die elektrische Hochspannungsquelle 4 in der ersten Ausführungsform.

Der Reaktionsbehälter 11 ist ähnlich wie der Behälter in der ersten Ausführungsform, und in ihm sind die erste Elektrode 7 und ein oberer Flüssigkeitstank 17 an seiner oberen Seite und die zweite Elektrode 8 und der untere Flüssigkeitstank 18 an seiner unteren Seite vorgesehen. Der untere Flüssigkeitstank 18 ist mit dem oberen Flüssig keitstank 17 über den die Reinigungsflüssigkeit liefernden Abschnitt 14 verbunden, der sich aus einer Pumpe 15 und einer Leitung 16 zusammensetzt. Durch diesen Aufbau wird die reinigende Flüssigkeit 13 aus dem unteren Tank 18 zu dem oberen Tank 17 geführt, und die reinigende Flüssigkeit 13 wird von dem oberen Tank 17 zu der ersten Elektrode 7 tropfengelassen, wobei sie Befestigungen und Anlagerungen wenigstens auf der ersten Elektrode 7 reinigt. In der zweiten Ausfüh rungsform wird eine Flüssigkeit wie beispielsweise ein Maschinenöl, dem Suspensionsmittel zugesetzt sind, als eine Reinigungsflüssigkeit 13 verwendet. Die vorliegende Erfin dung sollte jedoch nicht auf solch eine Flüssigkeit einge schränkt werden, es könnte beispielsweise auch ein Reini gungsmittel vom Sprühtyp verwendet werden.

Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird in dem Reaktionsbehälter 11 die Streamer- oder Schlierenkorona- Entladung c zwischen dem gezackten Abschnitt 7a der ersten Elektrode 7 und der zweiten Elektrode 8 erzeugt, um da durch einen Gasströmungsweg in der Atmosphäre der Korona entladung c auszubilden, und der gezackte Abschnitt 7a der ersten Elektrode 7 ist der zweiten Elektrode 8 unter Aus bildung eines vorgegebenen Spaltes gegenüberliegend ange ordnet. Die Achse der Baustange 12 zum Haltern der leit fähigen Platten 7d ist so angeordnet, daß sie mit der Gas strömungsrichtung zusammenfällt, und die ebene Oberfläche 7d einer ersten Elektrode 7 ist gegen die Gasströmungsrich tung geneigt, um dadurch den Strömungswiderstand des Gas strömungsweges zu verringern.

Der Betrieb der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform ist ähnlich wie der der ersten Ausführungsform mit der Aus nahme, daß die anhaftenden Teile wenigstens an der ersten Elektrode 7 durch die reinigende Flüssigkeit gereinigt werden, und deshalb wird die Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform weggelassen.

Das unreine Gas, das von einer unreines Gas erzeugenden Quelle 19 eingeleitet wird, wird in dem Reaktionsbehälter 11 gereinigt, der mit dieser unreines Gas erzeugenden Quelle 19 verbunden ist. Außerdem kann jedoch auch ein Ge bläse 20 zwischen der das unreine Gas erzeugenden Quelle 19 und dem Reaktionsbehälter 11 vorgesehen werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Eine Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, hat die folgenden Wirkungen.

(1) Gemäß der Erfindung umfaßt eine Gasreinigungsvorrich tung eine erste Elektrode, die aus wenigstens einer leit fähigen Platte mit einem gezackten Abschnitt an ihrem Umfang besteht, eine zweite Elektrode, die mit einer di elektrischen Schicht an ihrer Oberfläche beschichtet ist, und eine elektrische Hochspannungsquelle, die mit diesen beiden Elektroden verbunden ist, wobei der gezackte Ab schnitt der ersten Elektrode und die zweite Elektrode sich gegenüberliegend so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Spalt vorgegebener Größe verbleibt, und die Oberflächen ebene der ersten Elektrode ist gegen den Gasstrom geneigt, so daß es beispielsweise möglich ist, den Reaktionsbehäl ter dünn und mit kleinen Abmessungen herzustellen, und außerdem den Strömungswiderstand des Strömungsweges durch die Gasreinigungsvorrichtung zu verringern.
(2) Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung, bei der der gezackte Abschnitt der ersten Elektrode und die zweite Elektrode, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, bogenförmig und vorzugsweise näherungsweise kreisbogenförmig ausgebildet sind, ist es möglich, eine Reinigungsflüssigkeit nach Reinigung der ersten Elektrode richtig in einen unteren Tank in dem Reaktionsbehälter fließen zu lassen.
(3) Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung, bei der eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Reinigungsflüssigkeit zum Reinigen anhaftender Teile auf wenigstens der ersten Elektrode liefert, ist es möglich, nicht nur ein unreines Gas zu reinigen, sondern auch gif tiges Gas und feine Teilchen, die an den Elektroden anhaf ten, zu eliminieren, wodurch eine Funkenentladung aufgrund der giftigen Materialien und feinen Teilchen vermieden wird. Dies führt zu einer leichteren Wartung, einer stabi leren Erzeugung der Streamer- oder Schlierenkorona-Entla dung über eine lange Zeitperiode und hat die Wirkung, Staubfreiheit zu erzeugen.
(4) Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung, bei der der die Reinigungsflüssigkeit liefernde Ab schnitt auf einem Reaktionsbehälter angebracht ist, der die erste Elektrode und die zweite Elektrode aufnimmt, ist es möglich, die Reinigungsflüssigkeit in dem Reaktions behälter zirkulieren zu lassen, wodurch die Reinigungsflüs sigkeit mit besserem Wirkungsgrad ausgenutzt wird.

In der Beschreibung und in den Zeichnungen wurden die fol genden Bezugszeichen verwendet, die die jeweils angegebene Bedeutung haben:

Bezugszeichenliste

1, 7 erste Elektrode
2, 8 zweite Elektrode
3, 9 dielektrische Schicht
4, 10 elektrische Hochspannungsquelle
5, 11 Reaktionsbehälter
1a, 7a gezackter Abschnitt der ersten Elektrode
1d, 7d leitfähige Platte
14 Reinigungsflüssigkeit liefernde Einrichtung
5a Einlaß
5b Auslaß
6, 12 Baustange
13 Reinigungsflüssigkeit
14 Reinigungsflüssigkeit liefernde Einrichtung
15 Pumpe
16 Leitung
17 oberer Tank
18 unterer Tank
19 unreines Gas erzeugende Quelle
20 Gebläse
C Streamer- oder Schlierenkorona-Entladung.

Claims

1. Gasreinigungsvorrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß sie eine erste Elek trode (1, 7), die wenigstens eine leitfähige Platte (1d, 7d) mit einem gezackten Abschnitt (1a, 7a) an einem Teil ihres Umfangs enthält, eine zweite Elek trode (2, 8), die mit einer dielektrischen Schicht (3, 9) auf wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche beschichtet ist, und eine elektrische Hochspannungs quelle (4, 10), die zwischen diesen beiden Elektro den (1, 2; 7, 8) liegt und mit ihnen verbunden ist, umfaßt, und daß der gezackte Abschnitt (1a, 7a) der ersten Elektrode (1, 7) und die zweite Elektrode (2, 8) einander gegenüberliegend unter Ausbildung eines Spaltes vorherbestimmter Größe zwischen ihnen angeordnet sind und die Oberflächenebene (1b, 7b) der ersten Elektrode (1, 7) gegen die Gasströmung des zu reinigenden Gases geneigt ist.

2. Gasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gezackte Abschnitt (7a) der ersten Elektrode (7) und die zweite Elektrode (8), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, bogenförmig, insbesondere näherungsweise kreisbogenförmig, aus gebildet sind.

3. Gasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder An spruch 2, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin eine Einrichtung (14) vorge sehen ist, die eine Reinigungsflüssigkeit zum Rei nigen der Befestigung und anhaftender Materialien wenigstens auf der ersten Elektrode (7) zuführt.

4. Gasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Reinigungsflüssigkeit zuführende Einrich tung (14) auf einem Reaktionsbehälter (11) ange bracht ist, in dem sich die erste Elektrode (7) und die zweite Elektrode (8) befinden.