CH701572B1 - Elektrostatischer Feinstaubfilter für Rauchgasreinigung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Feinstaubfilter für Rauchgasreinigung mit einem lonisationsteil (10), einschliessend eine oder mehrere Sprühelektroden (6, 7), die im Betriebszustand ein elektrostatisches Feld zwischen sich und unterschiedlich gepolten Flächen (1, 2, 3) aufbauen, und mindestens einem Filterteil, sowie mit einem Thermogenerator als Spannungsquelle zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung für den lonisationsteil (10) und Filterteile, wobei der Thermogenerator seine Energie aus dem heissen Rauchgas zieht.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Feinstaubfilter mit einem lonisationsteil und einem Filterteil. Sein Einsatzgebiet sind bevorzugt Hauskamine.

[0002] Der Feinstaub ist seit einigen Jahren besonders in der Winterzeit ein Thema von öffentlichem Interesse.

[0003] In den grossen städtischen Räumen wird die Feinstaubgrenze oft massiv überschritten. Der Grund dafür ist, dass bei den häufig auftretenden Inversionslagen zu wenig Luftaustausch stattfindet und somit die Konzentration der Festpartikel in der Luft stetig ansteigt.

[0004] Verschiedene Studien beweisen, dass Feinstaub, besonders Partikel kleiner als 1 um im Durchmesser, die Gesundheit gefährden, indem sie bis in die Lungenbläschen gelangen (mögliche Folgen: Husten, Bronchitis, Asthma, Herzkreislauferkrankungen und Lungenkrebs).

[0005] Der Feinstaub stammt aus verschiedenen Quellen, unter anderem aus Holzheizungen.

[0006] In Bezug auf die Überschreitung der Feinstaubgrenzwerte wird die Bedeutung der Holzheizungen noch verschärft, da sie während der bezüglich Feinstaubs kritischen kalten Jahreszeit betrieben werden. Zudem fallen ihre Emissionen im Siedlungsraum an. Somit ist der Beitrag der Holzfeuerungen zur lokalen Feinstaubbelastung im Winter noch deutlich höher als im Jahresdurchschnitt. Massnahmen zur Verminderung der Feinstaubemissionen aus Holzfeuerungen sind deshalb besonders wichtig.

[0007] Elektrostatische Feinstaub-Abscheidegeräte sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau bekannt und beispielsweise in «ULLMANNS Enzyklopädie der Technischen Chemie», Band 1, 1951, Seiten 379/380 bzw. auch in Dubbel’s «Taschenbuch für den Maschinenbau,» Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 17th Edition 1990, Page L 54, Illustration 19, beschrieben.

[0008] Staubbeladenes Abgas strömt dabei durch Platten oder Rohre, die mit einer Sprühelektrode ausgerüstet sind, wobei die Sprühelektrode unter einer hohen elektrischen Negativ-Spannung steht. Siehe Beschreibung von z.B. US-A-5 766 319 bzw. von DE-A-3 324 803.

[0009] Die Sprühelektrode ist meist als Draht ausgebildet, der in eine Kammer eingehängt ist. Die Kammer ist stehend angeordnet und wird vom zu reinigenden Gas von unten nach oben durchströmt. Siehe z.B. GB-A-1 395 323. Der Draht ist mit einer Isolierung abströmseitig gehalten, während sein zur Einströmseite gelegenes Ende in der Mitte der Kammer gehalten wird. Die Kammer ist im Wesentlichen als ein geerdetes Metallrohr ausgeführt, an dessen Innenwand sich der Staub niederschlägt, während der negativ gespannte Draht mit einer Hochspannungsmaschine auf etwa 30 bis 80 kV gehalten ist. Die Spannungsquelle ist bei diesen bekannten Geräten extern und erfordert entsprechende Zuleitungen und Installationsmassnahmen. Für abgelegene Heizanlagen im Gebirge, Jagdhütten o.dgl. ohne Stromnetz sind solche bekannten Geräte daher nicht einsetzbar.

[0010] Die JP-A-61 050 657 zeigt einen Luftreiniger mit mehreren Sprühelektroden und einen darauf folgenden Plattenabscheider, wobei die Platten gegenüber der Sprühelektrode auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential liegen.

[0011] Die GB-A-1 395 323 bzw. die DE-A-222 538 zeigen einen elektrostatischen Staubabscheider, und es wird z.B. auf das Problem der Ozonentstehung eingegangen. Bei diesen bekannten Aufbauten wird die Ionisierung – die gegebenenfalls zu Ozonbildung führen kann – über einen Regelkreis gesteuert. Der lonisationsstrom ist darin so schwach bemessen, dass kein wesentlicher Anteil an Ozon im Gasstrom auftritt. Weiters ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases gering gehalten, so dass sich der Staubgehalt in der Abscheidekammer reduziert. Die Anströmung erfolgt von unten nach oben, wobei nach einem lonisationsteil der Abscheideteil folgt, der Querschnitt des Filters kann kreisförmig oder rechteckig sein.

[0012] Der weitere bekannte Stand der Technik zeigt im Wesentlichen industrielle Lösungen zur Reduzierung der Feinstaubbelastung in Verbrennungskraftmaschinen z.B. Feinstaubabscheider in den Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, z.B. EP-A-1 640 573 oder EP-A-0 770 766. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Gases sind bei solchen Aufbauten jedoch höher und die Durchmesser geringer als z.B. in einem Kamin. Derartige Anlagen lassen sich daher nicht einfach für Kaminanwendungen übertragen. Die Spannungsversorgung ist dort jedenfalls ebenfalls extern.

[0013] Die WO-A-98/10 868 zeigt eine Vorrichtung für die Reinigung eines staubbeladenen Gasstroms mit getrenntem lonisationsteil und einem Filterteil. Fig. 1der WO-A-98/10 868 zeigt einen lonisationsteil mit einer Sprühelektrode. Aussen befinden sich geerdete Platten. Davon abgesetzt ist der Filterteil, wobei die mittlere und die beiden äusseren Platten auf Masse gelegt sind und die beiden mittleren Platten negatives oder positives Potential haben. Die Spannungsversorgung erfolgt hier auch extern.

[0014] Der Aufbau eines Filters gemäss der WO-A-98/10 868 ist nächstliegender Stand der Technik zu einem erfindungsgemässen Feinstaubfilter. Im Schnittbild seiner Rohre und in der Anordnung des elektrostatischen Potentials kommt der erfindungsgemässe Aufbau nahe zu dem Platten-Aufbau der WO-A-98/10 868. Die Verteilung der Spannung im Filterteil ist ähnlich aufgebaut wie in der WO-A-98/10 868, innen wie aussen ist Masse angelegt und dazwischen ein elektrostatisches negatives Potential. Dadurch baut sich zwischen der Aussenseite des inneren Rohres sowie der Innenseite des mittleren Rohres ein elektrostatisches Feld auf. Weiters baut sich an der Innenfläche des äusseren Rohres und der Aussenfläche des mittleren Rohres ebenfalls ein elektrostatisches Feld auf. In diesen Feldern findet die Abscheidung der elektrisch geladenen Teilchen statt. Die Sprühelektrode ist gemäss der WO-A-98/10 868 z.B. aus Kohlefasern aufgebaut, und die Platten haben einen hohen elektrischen Widerstand. Sie sind z.B. aus Papier aufgebaut, im Gegensatz zur Erfindung, wo die Rohre bevorzugt aus Edelstahlblech bestehen und die Sprühelektrode bevorzugt aus z.B. Kupferdraht. In der WO-A-98/10 868 gibt es keine Hinweise auf die Erzeugung der Spannung für die Erzeugung der Elektrostatik. Der Fachmann darf jedoch davon ausgehen, dass die Spannungsversorgung auch bei diesem Aufbau von extern erfolgt, wie bei allen anderen elektrostatischen Rauchgasreinigungsgeräten auch, die dem Stand der Technik zuzuordnen sind.

[0015] Aufgrund der Ähnlichkeiten im Aufbau des elektrostatischen Feldes zwischen den Platten im Vergleich zu den erfindungsgemässen Rohren wird die WO-A-98/10 868 somit berechtigt als nächstliegender Stand der Technik angesehen.

[0016] Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber diesem nächstliegenden Stand der Technik einen verbesserten und kostengünstigen elektrostatischer Feinstaubfilter für die Rauchgasreinigung z.B. in Hauskaminen mit Holzfeuerungen bereitzustellen, der bevorzugt aus leicht zerlegbaren Modulen wie lonisationsteil einschliessend eine oder mehrere Sprühelektroden und mindestens einem Filterteil mit Staubabscheidung bestehen kann und ohne externe Spannungsversorgung zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung für den lonisationsteil und den Filterteilen auskommt.

[0017] Gelöst wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Hauptanspruchs 1. Ein einzigartiges Merkmal des erfindungsgemässen Feinstaubfilters ist somit, dass das System ohne externe Stromversorgung arbeitet, indem die elektrische Energie direkt aus der Abwärme im Kamin gewonnen wird. Die Spannung zum Aufbau des elektrostatischen Feldes wird direkt durch die Heizwärme mittels Peltierelementen erzeugt. Diese neuartige Spannungsversorgung für elektrostatische Feinstaubfilter hat verschiedene Vorteile, die über den grundsätzlichen Vorteil gegenüber einer externen Spannungsquelle hinausgeht, z.B. steht nur dann eine Hochspannung im lonisationsteil und im Filterteil an, wenn tatsächlich geheizt wird. Das ist energiesparend und reduziert sicherheitstechnische Probleme. Wenn ein Kamin beheizt wird, sind seine Abgasrohre aufgrund der Hitzeentwicklung ohnedies dem einfachen menschlichen Zugriff verwehrt. Gerade dann aber findet auch die Erzeugung und Anwendung der Hochspannung statt. Bei einem herkömmlichen Gerät mit externer Spannungsversorgung kann die Hochspannung jedoch auch im ausgekühlten Zustand der Abgasrohre anliegen und somit eine potentielle Gefahr für unachtsame Personen darstellen.

[0018] Gemäss einer bevorzugten Ausführung erfolgt die erfindungsgemässe Regelung der Hochspannung derart, dass möglichst kein Ozon durch die elektrostatische Entladung entsteht und dabei trotzdem eine bestmögliche elektrostatische Aufladung der Feinstaubteilchen und eine Abscheidung im Filterteil erfolgt.

[0019] Der erfindungsgemässe elektrostatische Filter lässt sich einfach in bestehende Kamine einbauen und filtert bis zu 90% des bei der Feuerung entstehenden Feinstaubs heraus. Der Filter ist ökologisch und ökonomisch vorteilhaft, weil damit auch ältere Heizsysteme umweltschonend weiter genutzt werden können. Durch die Erfindung können bestehende ältere Heizsysteme jeglicher Art «feinstaubtauglich» gemacht werden. Die Erfindung ist somit auf Holzheizungen nicht eingeschränkt.

Funktion des erfindungsgemässen elektrostatischen Feinstaubfilters:

[0020] Die Rauchgase, die durch den Kamin strömen, werden in einer ersten Sektion ionisiert (Fig. 1). Dabei wird jedem Feinstaubpartikel ein Ladungsträger in Form eines oder mehrerer Elektronen angeheftet, um es negativ zu laden. Im elektrostatischen Filterteil (Fig. 2a, b und Fig. 3) wird mit einem starken elektrischen Feld das geladene Staubpartikel auf die Innenseite des Aussenrohres bzw. Aussenseite des innersten Rohres gezogen und dort abgelagert.

Details des Aufbaus:

[0021] Der erfindungsgemässe elektrostatische Feinstaubfilter besteht vorzugsweise aus einem Blechrohrsystem, welches in jeden genormten – im Wesentlichen krümmungsfreien – Kamin einführbar ist. Er setzt sich gemäss einer besonderen Ausgestaltung aus drei Teilsystemen zusammen:

1. lonisationsteil:

[0022] Beim Eintritt ins Filtersystem werden die Rauchabgase in einer ersten Sektion ionisiert. Dabei werden in einem speziell ausgeprägten elektrischen Feld auf die Feinstaubpartikel elektrostatische Kräfte ausgeübt, die das Ladungsgleichgewicht beeinflussen und dadurch die Feinstaubpartikel elektrisch laden. Dazu ist eine Spannung von ca. 5000 V bis 10 000 V notwendig.

[0023] Diese Spannung wird von der integrierten Steuerung gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung automatisch den jeweiligen Umgebungsbedingungen bzw. Eigenschaften des Rauchgases angepasst, so dass möglichst keine unkontrollierten elektrischen Durchschläge (Blitze) entstehen, um eine Ozonisierung der Abgase und in der Folge der Umgebungsluft zu vermeiden.

2. Elektrostatischer Filter:

[0024] Die durch die Ionisation geladenen Feinstaubpartikel werden im abströmseitig anschliessenden Rohrsystem durch das elektrische Feld zu einer sogenannten Sammelelektrode (Fig. 2a, Fig. 2b, Fig. 3) hin beschleunigt und lagern sich auf dieser Elektrode ab. Diese Elektrode muss von Zeit zu Zeit vom abgelagerten Feinstaub gesäubert oder ausgetauscht werden, damit die Effizienz des Reinigungsvorgangs nicht beeinträchtigt wird.

[0025] Dieser Reinigungsvorgang erfolgt gemäss einer besonderen Ausgestaltung, jedoch auch automatisch durch eine Umkehrung des elektrischen Feldes. Dieser Reinigungsvorgang wird gegebenenfalls in einer «kühlen» Phase des Kamins mit zwischengespeicherter Energie gefahren, so dass die Filterwirkung nicht beeinträchtigt wird. Der abgelöste Feinstaub wird im Sammelbehälter (Fig. 5) wieder aufgefangen. Dieser Sammelbehälter muss dann in einem bestimmten Intervall geleert werden. Alternativ kann die Sammelelektrode auch austauschbar oder mechanisch reinigbar sein. Je nach Ofenkonstruktion und Kaminaufbau kann auf den Sammelbehälter u.U. auch verzichtet werden, so dass abgelöster Feinstaub wieder in den Verbrennungsraum zurückfällt und dort nachverbrannt wird.

[0026] Wegen der durch den Strömungsvorgang im Abgas erforderlichen Länge des Filters ist er bevorzugt in mehrere Sektionen zerlegbar, damit er leichter in bestehende Kamine eingeschoben werden kann.

[0027] Das elektrische Feld wird mit einer Spannung von ca. 5000 V bis 10 000 V erzeugt. Diese Spannung wird durch eine erfindungsgemässe Regelung eines Hochspannungsteils, der durch einen Wärmegenerator gespeist wird, den Abgasbedingungen und/oder den Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Temperatur und Luftdruck angepasst.

3. Steuerungselektronik und Stromerzeugung:

[0028] Der erfindungsgemässe elektrostatische Feinstaubfilter gewinnt die elektrische Energie aus der Abwärme im Kamin. Dazu wird über einen an sich bekannten Thermogenerator (siehe Fig. 6) aus einem Wärmefluss eine elektrische Spannung bzw. ein elektrischer Stromfluss erzeugt.

[0029] Damit eine möglichst grosse Temperaturdifferenz für den Thermogenerator nutzbar wird, muss der Thermogenerator an die heisse Seite im Kamin und die kühle Seite an den äusseren Kaminrand angekoppelt sein. Der äussere Kaminrand kann diesbezüglich Verbesserungen aufweisen, wie etwa Kühlrippen o.dgl.

[0030] Die im Thermogenerator entstehende elektrische Energie wird genutzt, um die Hochspannungen zu erzeugen und das gesamte System anzutreiben und zu steuern (siehe Fig. 4 und Fig. 5und Fig. 7).

[0031] Die dabei verwendete Technologie ist für Feinstaubfilter einzigartig und stellt das eigentliche Kernstück des elektrostatischen Feinstaubfilters dar. Somit arbeitet der Filter nur, wenn auch tatsächlich geheizt wird, und ist somit äusserst energieeffizient. Je mehr geheizt wird, umso schneller fliessen die Rauchgase und umso mehr Thermoenergie wird dem Thermogenerator zugeführt, was wiederum auf die Leistungsfähigkeit der Abscheideleistung positiv rückwirkt.

Bezugszeichenliste

[0032] <tb>1<sep>Rohr 1 <tb>2<sep>Rohr 2 <tb>3<sep>Rohr 3 <tb>4<sep>Halterung <tb>5<sep>Halterung <tb>6<sep>Sprühelektrode <tb>7<sep>Sprühelektrode <tb>8<sep>Abdeckplatte <tb>10<sep>lonisationsteil <tb>11<sep>Unterkante der Rohre 1, 2, 3 <tb>12<sep>Oberkante der Rohre 1, 2, 3 <tb>20<sep>Halterung für den Thermogenerator <tb>21<sep>Rohrteil <tb>22<sep>Einlegestelle für das Peltierelement <tb>23<sep>Einlegestelle für das Peltierelement <tb>24<sep>Koppelstelle <tb>25<sep>Thermogenerator <tb>26<sep>Thermogenerator <tb>30<sep>Filterteil <tb>31<sep>Rohr <tb>32<sep>Rohr <tb>33<sep>Rohr <tb>34<sep>Untere Halterung <tb>35<sep>Untere Halterung <tb>36<sep>Obere Halterung <tb>37<sep>Obere Halterung <tb>38<sep>Abdeckplatte <tb>39<sep>Oberes Ende der Rohre 31, 32, 33 <tb>40<sep>Filterteil <tb>41<sep>Rohr <tb>42<sep>Rohr <tb>43<sep>Rohr <tb>44<sep>Untere Halterung <tb>45<sep>Untere Halterung <tb>46<sep>Obere Halterung <tb>47<sep>Obere Halterung <tb>48<sep>Abdeckplatte <tb>49<sep>Oberes Ende der Rohre 41, 42, 43 <tb>50<sep>Filterteil <tb>51<sep>Rohr <tb>52<sep>Rohr <tb>53<sep>Rohr <tb>54<sep>Untere Halterung <tb>55<sep>Untere Halterung <tb>56<sep>Obere Halterung <tb>57<sep>Oberes Ende <tb>58<sep>Abdeckplatte <tb>59<sep>Oberes Ende <tb>60<sep>Staubbehälter <tb>61<sep>Lappung auf Rohr 51 <tb>63<sep>Lappung auf Rohr 53 <tb>70<sep>Elektronik <tb>71<sep>Steuerung <tb>72<sep>Hochspannungsgenerator Ionisation <tb>73<sep>Hochspannungsgenerator Filter

Figurenbeschreibung

[0033] Anhand eines Ausführungsbeispiels wir die Erfindung beispielhaft näher erläutert; es zeigen dabei <tb>Fig. 1:<sep>einen lonisationsteil in Auf- und Grundriss mit Sprühelektroden, Abdeckplatte und Halterungen; <tb>Fig. 2:<sep>einen ersten und einen mit diesem identischen zweiten Filterteil in Auf- und Grundriss mit Abdeckplatte und Halterungen; <tb>Fig. 3:<sep>einen dritten Filterteil in Auf- und Grundriss mit Lappung, Abdeckplatte und Halterungen; <tb>Fig. 4:<sep>eine Halterung für einen Thermogenerator in Auf- und Grundriss; <tb>Fig. 5:<sep>einen Staubbehälter für herunterfallenden Staub in Auf- und Grundriss; <tb>Fig. 6:<sep>eine thermische Koppelstelle mit Raum für Elektronik; <tb>Fig. 7:<sep>einen Prinzipaufbau einer Elektronik-Struktur; <tb>Fig. 8:<sep>einen zusammengestellten kompletten Filter.

[0034] Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Detail beispielhaft näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bedeuten dabei gleiche Bauteile. Die Figuren werden übergreifend beschrieben. Weitere Details sind in den Ansprüchen beschrieben bzw. unter Schutz gestellt.

Fig. 1 zeigt einen lonisationsteil in Aufsicht Fig. 1.1 und Fig. 1.2 im Schnitt A–A

[0035] Drei Rohre 1, 2, 3, z.B. aus Edelstahl-V4A-Blech, sind konzentrisch an einer Halterung, z.B. zwei Epoxyplatten 4, 5 umfassend, fixiert. Die drei Rohre sind mit einem Draht elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt. Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre beträgt ca. 1 mm. Das innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 50 mm, das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 100 mm, das äussere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 150 mm.

[0036] Im Inneren, zwischen den Stahlrohren 1, 2 und 2, 3 sind zwei Sprühelektroden 6, 7 z.B. in Form von Kupferdrahtringen auf den Halterungen 4, 5 befestigt und mit einem negativen elektrischen Potential belegt. Durch die starke Krümmung der Drahtoberfläche konzentriert sich das elektrische Feld stärker und fördert dadurch die lonisationswirkung.

[0037] Die Anströmseite des inneren Stahlrohres 3 ist mit einer Abdeckplatte 8 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in den Zwischenraum zwischen Rohr 1, 2 und 2, 3 strömen kann, in denen sich die Sprühelektroden befinden.

[0038] Beim Durchströmen werden die Rauchgaspartikel elektrostatisch aufgeladen. Die Höhe des lonisationsteils beträgt bevorzugt ca. 50 mm, die Sprühelektroden sind bevorzugt ca. 20 mm von der Unterkante 11 der Stahlrohre 1, 2, 3 entfernt angebracht.

Fig. 2 zeigt den Filterteil 30 in Aufsicht und im Schnitt A–A

[0039] Drei Rohre 31, 32, 33, z.B. aus Edelstahl-V4A-Blech, sind konzentrisch über eine obere Halterung 34, 35 und 36, 37, mittel je zwei Platten aus Kunststoff – z.B. Epoxyharz – fixiert. Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre beträgt ca. 1 mm.

[0040] Das innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 50 mm, das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 100 mm, das äussere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 150 mm. Dadurch schliessen die Dimensionen unmittelbar an den lonisationsteil an.

[0041] Das äussere Blechrohr 31 und das innere Blechrohr 33 sind elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt. Diese beiden Rohrflächen bilden die Fangelektroden für den Feinstaub. Durch die zwei Rohre 31 und 33 lässt sich die Fläche gegenüber einer Draht-Fang-Elektrode für die Partikelablagerung vergrössern.

[0042] Das mittlere Blechrohr 32 ist auf ein negatives Potential gelegt und kann unabhängig von der Sprühelektrode des lonisationsteils angesteuert werden. Die Anströmseite des inneren Stahlrohres 33 ist wie beim lonisationsteil mit einer Abdeckplatte 38 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in die Zwischenräume zwischen Rohr 31, 32 und 32, 33 strömen kann.

[0043] An einem oberen Ende 39 können die Rohre 31, 32, 33 bevorzugt auf einer Länge von 10 mm eingeprägt sein, damit man einen zweiten baugleichen Filterteil 40 darüberschieben kann.

Fig. 2 zeigt den Filterteil 40 in Aufsicht und im Schnitt A–A

[0044] Dieses zweite Filterteil 40 ist identisch zum Filterteil 30 aufgebaut. An einem z.B. oberen Ende 49 können die Rohre 41, 42, 43 bevorzugt auf einer Länge von 10 mm eingeprägt sein, damit man einen weiteren Filterteil oder ein Filterteil-Ende 50 darüberschieben kann.

[0045] Die bevorzuge Länge der beiden Filterteile 30, 40 beträgt je etwa 400 mm.

Fig. 3 zeigt das Filterteil-Ende 50

[0046] Drei Rohre 51, 52, 53, z.B. aus Edelstahl-V4A-Blech, sind konzentrisch über eine obere Halterung 54, 55 und eine untere Halterung 56, 77, z.B. mit je zwei Epoxyplatten, fixiert. Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre beträgt 1 mm. Das innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 50 mm, das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 100 mm, das äussere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 150 mm.

[0047] Das äussere Blechrohr 51 und das innere Blechrohr 53 sind elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt. Diese beiden Rohrflächen bilden die Fangelektroden für den Feinstaub. Durch die zwei Rohre 51 und 53 lässt sich die Fläche für die Partikelablagerung vergrössern. Das mittlere Blechrohr 52 ist auf das negative Potential gelegt.

[0048] Die Anströmseite des inneren Stahlrohres 53 ist mit einer Abdeckplatte 58 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in die Zwischenräume zwischen Rohr 51, 52 und 52, 53 strömen kann.

[0049] Bis auf das Ende 59 des inneren Rohres 51 und des äusseren Rohres 51 ist dieser Filterteil mit demjenigen in Fig. 2 identisch. Am oberen Ende 59 befindet sich auf Rohr 51 und 53 eine Lappung 61, 63, die die Staubpartikel einfängt und ablagert, sofern sie sich noch nicht an den Wänden der Rohre 51, 52, 52 bzw. an den unteren Rohrabschnitten im Filterteil 30 bzw. 40 abgelagert haben. Die bevorzuge Länge des Filterteils 50 beträgt etwa 400 mm.

Fig. 4 zeigt eine Halterung 20 für den Thermogenerator

[0050] In ein Rohrteil 21 sind zwei Einlegestellen 22, 23 angebracht, in die der Thermogenerator 25, 26 in Form von Peltierelementen eingelegt wird und mit Thermoleitpaste wärmetechnisch mit dem Rohrteil 21 verbunden ist. An der Aussenwand des Rohrteils 21 befindet sich die Koppelstelle 24 für die Kaltseite der Peltierelemente und für die Steuerelektronik.

[0051] An der Oberseite 29 hat das Rohrteil 21 einen etwa 10 mm breiten eingeprägten Rand, damit man die Rohrteile leichter zusammenstecken kann.

Fig. 5 zeigt einen Staubbehälter 60

[0052] Der optionale Staubbehälter 60 ist in die Halterung 20 eingelegt. Der Staubbehälter 60 hat die Form einer am Innen-Umfang des Rohrteils 21 umlaufenden Schale und fängt den von den darüberliegenden Filterteilen 30, 40 und 50 herunterfallenden Staub auf. Der Staubfilter ist leicht auswechselbar und kann z.B. bei einer Kaminreinigung entleert werden.

Fig. 6 zeigt die thermische Koppelstelle 24 des Thermogenerators 25, 26 im Detail

[0053] Die Koppelstelle 24 ist an der Aussenseite des Rohrteils 21 befestigt. Im Aussenteil der Koppelstelle 24 erfolgt die Wärmekopplung zur kalten Seite des Thermogenerators 25, 25 mit den Peltierelementen. Weiters ist in diesem Bereich die Elektronik mit der Erzeugung der Hochspannung und der Steuerung des elektrostatischen Feldes der Sprühelektroden 6, 7 und der Filterteile 30, 40, 50 untergebracht.

Fig. 7 zeigt die Struktur der Elektronik

[0054] Die elektrische Energie der Thermogenerators 25, 26 wird der Steuerung 71 zugeführt. Diese Energie dient gleichzeitig für die Funktion der Elektronik und der Erzeugung einer Hochspannung im Bereich von 5000 bis 10 000 Volt in je einem Hochspannungsgenerator 72, 73. Die Hochspannung wird getrennt und regelbar dem lonisatorteil 10 und den Filterteilen 30, 40, 50 zuführt. Zur Minimierung der Ozonbelastung kann der lonisationsstrom extra geregelt werden.

Fig. 8 zeigt die Zusammenstellung

[0055] des elektrostatischen Feinstaubfilters aus den oben angeführten Elementen.

Claims (15)

1. Elektrostatischer Feinstaubfilter für Rauchgasreinigung mit einem lonisationsteil (10), einschliessend eine oder mehrere Sprühelektroden (6, 7), die im Betriebszustand ein elektrostatisches Feld zwischen sich und unterschiedlich gepolten Flächen (1, 2, 3) aufbauen, und mindestens einem Filterteil (30, 40, 50), sowie mit einer Spannungsquelle (24, 25) zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung für den lonisationsteil (10) und die Filterteile (30, 40, 50), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle ein Thermogenerator (24, 25) ist, der im Betriebszustand die Wärme des Rauchgases zu seinem Betrieb nutzt.

2. Feinstaubfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Regler vorgesehen ist, der im Betriebszustand die elektrostatische Ladung des lonisationsteil (10) und des Filterteils (30, 40, 50) getrennt regelt.

3. Feinstaubfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des lonisationsteils (10) und des Filterteils (30, 40, 50) geerdet bzw. elektrostatisch auf Masse gelegt sind.

4. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der lonisationsteil (10) drei zueinander konzentrische Rohrteile (1, 2, 3) umfasst, wobei das innere Rohrteil (3) zur Rauchquelle hin durch eine Abdeckung (8) verschlossen ist, so dass das Gas nicht durch das innere Rohrteil (3) strömen kann und gegebenenfalls den bzw. einen Regler bzw. eine elektronische Steuerung aufnimmt.

5. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im der Rauchquelle zugewandten Teil des lonisationsteiles (10) eine oder mehrere Sprühelektroden (6,7) in einer Ebene quer zur Rohrerstreckung und vorzugsweise spiralförmig angebracht sind.

6. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Rohrteile (1, 2, 3) des lonisationsteils (10) elektrostatisch auf Masse (Erde) gelegt sind und die Sprühelektroden (6,7) ein negatives Potential haben, wobei vorzugsweise sowohl das Spannungspotential der Sprühelektroden (6, 7) wie auch das Spannungspotential der Masse unabhängig von einander gegenüber absoluter Masse einstellbar ist.

7. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (24, 25) im Anschluss an den lonisationsteil (10) vorzugsweise mittels einer Thermogeneratorhalterung (20) angebracht ist.

8. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Thermogeneratorhalterung (20) mindestens ein Staubbehälter (60) angebracht ist.

9. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Thermogeneratorhalterung (20) ein oder mehrere identische konzentrische rohrförmige Filterteile (30, 40) angeordnet sind, wobei ein inneres (33, 43) und ein äusseres (31, 41) Rohr elektrostatisch auf Masse (Erde) gelegt sind und ein mittleres (32, 42) Rohr negatives Potential hat.

10. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Filterteil (30, 40) ein weiterer rohrförmiger Filterteil (50) angeordnet ist, der am oberen Ende (59) seiner Rohre (51, 53) eine Lappung (61, 63) zur verbesserten Feinstaubabscheidung aufweist.

11. Verfahren zur Feinstaubabscheidung mit einem elektrostatischen Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung und die Stromstärke in einem lonisationsteil (10) und in einem Filterteil (30, 40, 50) so gewählt wird, dass beim Eintritt des Rauchabgases die Feinstaubpartikel bei einer Spannung von ca. 5000 V bis 10 000 V ionisiert werden und in den Filterteilen (30, 40, 50) abgeschieden werden und dass diese Spannung von der integrierten Steuerung automatisch den Umgebungsbedingungen angepasst wird, so dass keine elektrischen Durchschläge entstehen und damit eine Ozonisierung des Abgases vermieden wird.

12. Verwendung des elektrostatischen Feinstaubfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in genormten Kaminsystemen, z.B. für Holzfeuerungen, gegebenenfalls nachträglich eingebaut.

13. Verfahren zur Steuerung eines elektrostatischen Feinstaubfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass lonisationsteil und Filterteil (30, 40, 50) getrennt voneinander geregelt mit Hochspannung versorgt werden, wobei die Stromversorgung für die Steuerung und die Hochspannungserzeugung aus dem Thermogenerator (24, 25), z.B. aus Peltierelementen, stammt, und wobei die Energie für den Thermogenerator (24, 25) aus der Wärme des Abgases stammt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke im lonisationsteil (10) gemessen wird und unabhängig vom Filterteil (30, 40, 50) geändert werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungseinflüsse wie Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit für die Regelung der Hochspannung mit berücksichtigt werden.