DE3802748A1

DE3802748A1 - Elektrostatisches filter

Info

Publication number: DE3802748A1
Application number: DE3802748A
Authority: DE
Inventors: Paul J M Haufe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1988-01-30
Publication date: 1989-08-10
Also published as: DE3802748C2

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrostatisches Filter zur Reinigung der Luft in Innenräumen von Gebäuden, Fahrzeugen und dergleichen mit einer Mehrzahl von Kollektorplatten, die abwechselnd an die beiden Pole einer Hochspannungsquel le angeschlossen sind und an denen sich in der Luft enthal tene Verunreinigungen abscheiden, mit einem Gebläse, wel ches die Kollektorplatten mit der zu reinigenden Luft be aufschlagt.

Bekannte elektrostatische Filter dieser Bauweise besitzen Kollektorplatten, die im wesentlichen aus massivem Mate rial bestehen; auch Gitterstrukturen oder dergleichen aus im wesentlichen massivem Material wurden beschrieben. Diese bekannten elektrostatischen Filter haben in erster Linie den Nachteil, daß ihre Oberfläche in verhältnismäßig kur zer Zeit mit einem Schmutzfilm überzogen ist, so daß sie einer Reinigung bedürfen. Aus diesem Grunde wurde bereits in der älteren Patentanmeldung P 37 07 938.7 vorgeschlagen, eine Abstreifeinrichtung vorzusehen, welche die verschmutz ten Oberflächen der Kollektorplatten in regelmäßigen Ab ständen oder kontinuierlich säubert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrosta tisches Filter der eingangs genannten Art derart auszuge stalten, daß ohne aufwendige mechanische Reinigungsvorrich tungen lange Standzeiten erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kollektorplatten aus einem Material mit offenen Poren und mit hoher spezifischer innerer Oberfläche bestehen, das zumindest an seiner Oberfläche elektrisch leitend ist.

Die Größe der Poren kann dabei zwischen 100 und 2000 µ, vorzugsweise zwischen 300 und 900 µ liegen. Die spezifische Porenzahl sollte zwischen 10 und 100 pro Zoll (PPI) betra gen.

Günstig ist eine spezifische innere Oberfläche des Mate rials der Kollektorplatten zwischen 500 und 2000 m²/g.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt das Material der Kollektorplatten einen Kern aus Kunststoffschaum, vorzugsweise einem porengesteuerten Poly urethanschaum. Derartige Kunststoffschäume sind im Einsatz als Luftfilter oder Flüssigkeitsfilter als bekannt. Sie sind jedoch von Hause aus nicht elektrisch leitend.

Der Kunststoffschaum kann mit Aktivkohle imprägniert sein; hierdurch wird die spezifische innere Oberfläche noch wei ter erhöht, wie dies an und für sich für Aktivkohle bekannt ist. Die Aktivkohle darf jedoch nicht frei an der Oberflä che liegen, da sonst einerseits Brandgefahr besteht und zum anderen nicht die erforderliche elektrische Leitfähig keit erzielt wird.

Der Kunststoffschaum des Kernes des Materials, aus dem die Kollektorplatten besteht, kann auch keramisiert sein. Derartige keramisierte Kunststoffschäume sind ebenfalls im Einsatz als Flüssigmetall- und Heißgasfilter an und für sich bekannt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung verdient ganz besondere Beachtung: Bei dieser besteht die elektrisch leitende Oberfläche der Kollektorplatten aus katalytisch akti ver Substanz. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße elektrostatische Filter zwei Funktionen gleichzeitig aus führen: zum einen dient es in bekannter Weise als elektro statisches Filter, schlägt also Staub und sonstige, in der Luft enthaltene Schwebestoffe auf der mit hoher innerer spezifischer Oberfläche versehenen äußeren Schicht nieder. Zum anderen dient es gleichzeitig als katalytisches Filter, welches beispielsweise für eine Nachverbrennung gasförmiger Schadstoffe in der zu reinigenden Luft bzw. für eine chemi sche Umwandlung in ein weniger gefährliches Gas sorgt. In der oben erwähnten älteren Patentanmeldung P 37 40 091.6 war für diesen Zweck eine gesonderte Filterstufe vorgesehen, die selbstverständlich eigenen Platzbedarf hat. Dies ist insbesondere für den Einsatzzweck in Kraftfahrzeugen, wo nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht, nachteilig.

Die katalytisch aktive Substanz kann die ungefähre folgende Zusammensetzung aufweisen:

80 Gew.-%
Aluminiumoxid (Al₂O₃)
6,6 Gew.-%	Silber (Ag)
6,6 Gew.-%	Platin (Pt)
6,6 Gew.-%	Rhodium (Rh)

Alternativ kann die katalytisch aktive Substanz Ruthenium (Ru) oder eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen aus Platin (Pt) und Rhodium (Rh) oder auch eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platen (Pt) und Ruthe nium (Ru) sein. In allen Fällen werden diese Edelmetalle am zweckmäßigsten im Vakuum durch Sputtern aufgetragen. Dieser Vorgang läßt sich so steuern, daß erneut eine zu sätzliche Mikroporosität entsteht, welche weiter zur Ver größerung der spezifischen inneren Oberfläche und somit zur Standzeit und Wirksamkeit des elektrostatischen Filters beiträgt.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Stromwächter vorgesehen, der den von der Hochspannungsquelle abgegebenen Strom überwacht und beim Überschreiten eines bestimmten Stromwertes einen Alarm oder eine andere Hilfs funktion auslöst. Bei dieser Variante der Erfindung wird von der Biegsamkeit der erfindungsgemäßen Kollektorplatten Gebrauch gemacht. Setzt sich eine dieser Kollektorplatten (im allgemeinen zunächst die stromauf liegende) im Verlauf des Betriebes des elektrostatischen Filters mit Verunrei nigungen zu, so steigt der Druckabfall an dieser Kollektor platte. Dies hat zur Folge, daß sich die Kollektorplatte etwas zur benachbarten, stromabwärts liegenden Kollektor platte durchbiegt und sich auf diese Weise der Abstand ver ringert. Dies hat eine Vergrößerung des dort herrschenden elektrischen Feldes zur Folge, was den Stromfluß ansteigen läßt. Schließlich kann es zwischen den beiden benachbarten Elektroden sogar zu elektrischen Durchbrüchen oder Spitzen entladungen kommen. In jedem Falle wird dann ein Stromwert erreicht, der von dem erfindungsgemäßen Stromwächter er faßt und zur Auslösung eines Alarmes herangezogen wird. Statt des Alarmes oder zusätzlich kann eine andere Hilfs funktion eingeleitet werden, insbesondere kann die Hoch spannungsquelle abgeschaltet werden.

Die höchste Wirksamkeit des erfindungsgemäßen elektrosta tischen Filters wird dann erzielt, wenn die zu reinigende Luft die Kollektorplatten im wesentlichen senkrecht durch strömt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein elektrostatisches Filter mit der zugehörigen elektrischen Beschal tung;

Fig. 2 eine starke Vergrößerung des Materials der Kol lektroplatten des in Fig. 1 gezeigten Filters;

Fig. 3 einen noch einmal vergrößerten Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 2.

Das in Fig. 1 gezeigte elektrostatische Filter umfaßt ein Gehäuse 1 aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial. Die zu reinigende Luft tritt, wie dies durch Pfeile ange deutet ist, über einen Lufteinlaß 2 in das Innere des Gehäuses 1 ein und durchtritt dann im wesentlichen senk recht - von einem Gebläse geführt - eine Vielzahl von Kol lektroelektroden 3. Die Kollektorelektroden 3 sind in an und für sich bekannter Weise abwechselnd an die beiden Pole einer Hochspannungsquelle 6 gelegt, so daß zwischen den Kollektorelektroden 3 hohe elektrische Felder mit abwech selnder Richtung wirken. Ein Stromwächter 7 überwacht den Strom, der von der Hochspannungsquelle 6 abgegeben wird, und löst beim Überschreiten eines bestimmten Stromwertes einen Alarm 8 aus. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.

Bei den Kollektorelektroden 3 handelt es sich um offenpo riges, oberflächlich leitendes, flexibles Material mit ho her spezifischer innerer Oberfläche.

Die genaue Struktur des Materials, aus dem die Kollektor platten 3 bestehen, sei nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Die Fig. 2 zeigt eine starke Ver größerung, während die Fig. 3 einen weiter vergrößerten Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 2 darstellt.

Das Material der Kollektorplatten 3 besitzt einen Kern 10 aus Polyurethanschaum mit offenen Poren 9. Die Porengröße liegt bei etwa 600 bis 1000 µ, die Porenzahl beträgt etwa 10 bis 45 Poren pro Zoll (PPI) und die spezifische innere Oberfläche liegt bei ca. 1200 m²/g. Derartige Schäume sind kommerziell erhältlich.

Wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Kern 10 aus Polyurethanschaum mit einer Schicht 11 aus Aktiv kohle imprägniert. Die Aktivkohleschicht 11 liegt jedoch nicht frei, da hierdurch einerseits nicht die erforderli che elektrische Leitfähigkeit erzielt würde und anderer seits Brandgefahr bestünde. Aus diesem Grunde ist die Aktiv kohleschicht 11 durch einen Sputtervorgang im Vakuum mit einer metallischen Schicht 12 überzogen. Sie weist nicht nur die erforderliche elektrische Leitfähigkeit sondern zusätzlich katalytisch wirksame Funktionen auf. Hierzu be sitzt sie die folgende Zusammensetzung:

Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Metallschicht 12 aus Ruthenium (Ru) oder auch aus einer Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Rhodium (Rh) oder aus einer Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Ruthenium (Ru).

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Kollektorplatten 3 von einem Metallrahmen 5 gefaßt, der am Gehäuse 1 in ge eigneter Weise befestigt ist, und der gleichzeitig dem An schluß der Hochspannungsleitungen dient.

Die Funktion des beschriebenen elektrostatischen Filters ist wie folgt:

Die zu reinigende Luft wird von dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gebläse im Sinne der Pfeile über den Luftein laß 2 den Kollektorplatten 3 zugeführt und durchtritt die se. Die elektrostatische Wirkung in den mit elektrischen Feldern gefüllten Räumen zwischen den Kollektorplatten 3 tritt in bekannter Weise ein. Das heißt, in der Luft enthal tene Schwebstoffe schlagen sich auf der äußeren, elektrisch leitenden Metallschicht 12 des Materials, aus dem die Kollektorplatten 3 bestehen, nieder. Die außerordentlich hohe innere Oberfläche, welche der Kern 10 bereitstellt, evtl. verstärkt durch eine zusätzliche Oberflächenstruktu rierung der darüber aufgebrachten Schichten 11 und 12, sorgt dafür, daß außerordentlich hohe Standzeiten des Filters erzielbar sind, daß also sehr hohe Mengen an Schmutz gebunden werden können. Beim Vorbeistreichen der Luft an der Metall schicht 12 treten zudem deren katalytische Eigenschaften in Funktion: Dabei werden insbesondere Kohlenmonoxid, Nitrosegase (NO_x) und nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (CH_x) nachverbrannt und in chemisch beständigere, weniger schädliche im allgemeinen ebenfalls gasförmige Produkte umgesetzt. Diese Funktion des beschriebenen elektrostatischen Filters mußte bisher durch eine gesonderte Filterstufe übernommen werden.

Die gereinigte Luft tritt dann aus dem Gehäuse 1 über eine dem Lufteinlaß 2 gegenüberliegende, in der Zeichnung nicht dargestellte, Öffnung aus.

Wenn sich die dem Lufteinlaß 2 am nächsten liegende Kollek torplatte 3, die am stärksten mit Schmutz belastet wird, im Laufe des Betriebes zusetzt, so vergrößert sich der an ihr anliegende Druckabfall. Unter dem Einfluß dieses Druck abfalles beginnt sich diese Kollektorplatte 3 auszubauchen und nähert sich so weiter an die benachbarte, stromabwärts liegende Kollektorplatte 3 an. Durch den verringerten Ab stand bei gleichbleibender elektrischer Spannung erhöht sich das elektrische Feld, was ein Ansteigen des Strom flusses aus der Hochspannungsquelle 6 zur Folge hat. Das elektrische Feld zwischen den beiden benachbarten Kollektor platten 3 kann so hoch ansteigen, daß es zu elektrischen Durchbrüchen oder Spitzenentladungen kommt. Dies spätestens ist der Zeitpunkt, zu dem dann die Kollektorplatten ausge tauscht und ggf. regeneriert werden müssen. Dieser Zeit punkt wird durch einen charakteristischen Stromwert gekenn zeichnet. Wird dieser Stromwert durch den Stromwächter 7 festgestellt, löst dieser einen Alarm 8 aus. Gleichzeitig kann die Hochspannungsquelle 6 außer Funktion gesetzt wer den.

Bei einem alternativen, in der Zeichnung nicht gesondert dargestellten Ausführungsbeispiel des elektrostatischen Filters besteht der Kern 10 des Materials, aus dem die Kol lektorplatten 3 hergestellt sind, aus keramisiertem Poly urethanschaum, der ebenfalls offene Poren 9 aufweist. Die Daten für die Porenhäufigkeit und die innere Oberfläche sind ähnlich wie beim oben beschriebenen ersten Ausfüh rungsbeispiel. Eine gesonderte Imprägnierung mit Aktivkohle ist in diesem Falle entbehrlich; die möglichen Zusammenset zungen und die Art der Aufbringung der katalytisch aktiven Metallschicht 12 stimmt jedoch mit dem ersten Ausführungs beispiel überein.

Claims

1. Elektrostatisches Filter zur Reinigung der Luft in In nenräumen von Gebäuden, Fahrzeugen und dergleichen mit einer Mehrzahl von Kollektorplatten, die abwechselnd an die beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossen sind und an denen sich in der Luft enthaltene Verunreini gungen abscheiden, mit einem Gebläse, welches die Kollektor platten mit der zu reinigenden Luft beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorplatten (3) aus einem Ma terial mit offenen Poren (9) mit hoher spezifischer innerer Oberfläche besteht, das zumindest an seiner Oberfläche elek trisch leitend ist.

2. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Größe der Poren (9) zwischen 100 und 2000 µ liegt.

3. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Größe der Poren (9) zwischen 300 und 900 µ liegt.

4. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Porenzahl zwischen 10 und 100 pro Zoll (PPI) beträgt.

5. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische innere Oberfläche des Materials der Kollektorplatten (3) zwischen 500 und 2000 m²/g liegt.

6. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kollektorplatten (3) einen Kern aus Kunststoffschaum besitzt.

7. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kunststoffschaum ein Polyurethan schaum ist.

8. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum mit Ak tivkohle imprägniert ist.

9. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum kerami siert ist.

10. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Oberfläche der Kollektorplatten (3) aus kataly tisch aktiver Substanz besteht.

11. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz die ungefähre folgende Zusammensetzung aufweist: 80 Gew.-% Aluminiumoxid (Al₂O₃) 6,6 Gew.-% Silber (Ag) 6,6 Gew.-% Platin (Pt) 6,6 Gew.-% Rhodium (Rh)

12. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz Ruthenium (Ru) ist.

13. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Rhodium (Rh) ist.

14. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet daß die katalytisch aktive Substanz eine Mischung (Legierung) aus gleichen Teilen an Platin (Pt) und Ruthenium (Ru) ist.

15. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwächter (7) vorgesehen ist, der den von der Hochspannungsquelle (6) abgegebenen Strom überwacht und beim Überschreiten einer bestimmten Stromstärke einen Alarm (8) oder eine andere Hilfsfunktion auslöst.

16. Elektrostatisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigen de Luft die Kollektorplatten (3) im wesentlichen senkrecht durchströmt.