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Elektrostatische Luftfilter: Arbeitstiere in der Industrie

Vitalhelden Redaktion
Aktualisiert: 2. Juli 2021
Lesedauer: 4 Minuten

Elektrofilter sind die perfekten Arbeitsfilter für die Industrie. Sie schützen die Industriearbeiter vor schlechter Luft in der Metallurgie sowie Verhüttung und halten auch die Erdatmosphäre frei von schädlichen Emissionen.

Der Einsatz der Industriefilter geschieht auf vielfältigem Terrain:

  • Kohlekraftwerke
  • Bergwerke
  • Zementherstellung
  • Müllverbrennungsanlagen
  • Rückgewinnung von Phosphor

Elektrostatische Luftfilter: Einsatz und Wirkung

Elektrostatische Luftreiniger sind eine effektive Art der Luftreinigung, um Partikel aus Gasen auf Basis der elektronischen Entladung abzuscheiden.

Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Industrie, aber auch in Küchen und Großküchen, Kaminen zur Reinigung von Russpartikeln, in der Zentralabsaugung von Klimaanlagen sowie in Krankenhäusern leisten sie gute Dienste, da sich die Luftreinigung auch auf Bakterien, Viren und andere Kleinsterreger erstreckt.

Die Funktionsweise von Elektrofiltern

Jedes Staubkorn besitzt bereits eine natürliche Ladung, die aber für das reinigende Wirkprinzip der Elektroleiter nicht ausreicht. Damit der Luftreiniger elektrostatisch arbeiten kann, müssen die Staubkörner in der Umgebungsluft weiter aufgeladen werden.

Dies geschieht durch den Aufbau eines elektrischen Spannungsfeldes in der Stromstärke von 20 bis 80 Kilovolt (kV) mithilfe von Messeplatten und der Stoßionisation als Impulsgeber. Die entsprechenden Beschleunigungseffekte geschehen während der Korona-Entladung unter dem Einfluss der Sprühelektroden.

Funktion-Elektrostatische-Luftreiniger
Funktionsweise Elektrostatischer Luftreiniger illustriert

“Korona” oder auch “Corona”, der Begriff ist allen sicherlich durch den gleichnamigen Virus vertraut. Der Begriff Corona kommt aus dem Lateinischen und steht für Kranz, Ring und Krone. Die bei der Gasentladung ringförmige Lichterscheinung stand Pate bei der Namensgebung. Sie tritt bei Atmosphärendruck und lokal hoher elektrischer Feldstärke durch Ionisation von nicht leitungsfähigem Gas oder entsprechender Flüssigkeit auf.

Die Staubpartikel werden durch Elektronen aus Sprühelektroden aufgeladen und dann durch elektrische Kräfte aus den Niederschlagselektroden angezogen (1).

Für die Ionisierungsdrähte eignet sich Wolfram aufgrund seiner Eigenschaften besonders gut, um sicher in Hochspannung versetzt und gehalten zu werden. Das Schwermetall ist nämlich von allen Metallen das schwerste und besitzt mit 5900 Grad Celsius den höchsten Schmelzpunkt sowie den kleinsten Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Seine extrem hohe thermische Belastbarkeit und Dichte präsentieren Wolfram für den Einsatz in den Elektrostatischen Luftreinigern (2).

Durch den Entladungsvorgang wandern die negativ geladenen Staubpartikel in Strömungsrichtung auf die Niederschlagselektrode zu, während die positiv geladenen Schwebeteilchen an dem Sprühgitter haften bleiben (3). Besitzen die Geräte einen Elektrofilter, dann spricht man von einem "Simplex". Sind mehrere Filter im Einsatz, dann handelt es sich um einen "Duplex".

Schließlich ist ein Klopfwerk in den Apparaturen verankert, das für die Filterreinigung genutzt wird. Alternativ kommen dafür auch Vibratoren zum Einsatz. Die regelmäßige Reinigung der Staubfilter ist wichtig, weil die Staubschicht die Leistungsfähigkeit der Elektrofilter zunehmend senkt.

Die fünf Phasen der E-Filter

Insgesamt erfolgt die Arbeitsweise der Elektrostatischen Luftfilter über fünf Phasen (4):

  • Freisetzung der elektrischen Ladungen (meist Elektronen)
  • Aufladung der Staubteilchen im Spannungsfeld
  • Durchfluss der geladenen Staubpartikel zur Niederschlagselektrode (in Strömungsrichtung)
  • Absorption der Partikel an der Niederschlagselektrode
  • Entfernung des Staubs durch Klopfwerk oder Vibratoren

Die Geschichte der elektrischen Ladungen

Benjamin Franklin als moderner Prometheus

Benjamin Franklin war ein Universalgenie, der vor allem als amerikanischer Präsident, Gründungsvater und genialer Erfinder in die Geschichte einging. Sein wacher Geist und sein faustisches Streben verhalfen ihm zu bahnbrechenden Entdeckungen wie die Bifokale (eine Brille basierend auf zwei Brennpunkten), der Franklin-Ofen, Schwimmflossen und die Glasharmonika.

Bereits 1745 befasste sich dieser moderne Prometheus mit Korona-Entladungen in einer Studie. Außerdem gilt er als Pionier der Elektrizitätslehre. Er war es auch, der die Begriffe der positiven und negativen Ladung in die Physik einführte.

Blitze-sind-elektrostatische-Entladungen-in-der-Natur
Blitze als Beispiel elektrostatischer Entladungen / Quelle: pexels.com

Für immer wird sein Name mit der Erfindung des Blitzableiters verbunden sein, denn Franklin erkannte, dass Blitze lediglich elektrische Erscheinungen seien, die mit den Gesetzen der Elektrizität beherrscht werden können.

Vor dem umtriebigen Staatslenker hatte sich bereits Gilbert mit der elektrischen Abscheidung von Rauch um das Jahr 1600 herum beschäftigt. Franklin widmete der Wissenschaft einen stimmigen theoretischen Unterbau, sodass die Forschungen zur elektrischen Staubabscheidung an Fahrt aufnehmen konnten.

Von der Theorie zur Praxis: Anwendung in der Metallurgie

Weitere Meilensteine für die Filtertechnik waren die Nebelauflösung in einem Gefäß durch Hohlfeld 1824, darauf basierende Schriften von Lodge 1884 und geglückte Experimente von Cottrell zur Abscheidung eines Nebels aus Schwefelsäure 1906, die er in den Pulverfabriken Pinole und Selby-Hütte durchführte.

1910 folgten die Anwendung eines Elektrofilters in der Zementherstellung von W. A. Schmidt und 1922 die Ableitung des exponentiellen Abscheidegesetzes durch Deutsch 1922 (alle Angaben ebd.).

Die Leistungsfähigkeit der Elektroreiniger

Ein moderner Elektrostatischer Luftreiniger kann heute auch dichte Industrienebel fast vollständig auflösen. Die Geräte erreichen einen Abscheidegrad von bis zu 99,9 % (5).

Die Elektroreiniger sind bei der Rauchgasreinigung besonders effizient und deshalb in der Industrie zur Vermeidung von Emissionen sowie für den Gesundheitsschutz der Mitarbeiter unverzichtbar. Durch standardisierte Verfahren sind für die Leistung nur noch geringe Investitionskosten erforderlich (6).

Im privaten Bereich haben Elektroreiniger hingegen eine untergeordnete Rolle. Dort werden üblicherweise andere Filtersysteme wie HEPA-Schwebstofffilter eingesetzt, die sich durch einen wesentlich geringeren Pflegebedarf auszeichnen. Sie sind unbrauchbar bei der Sammlung gasförmiger Stoffe (7). Auch den Platz und die Kosten, die sie als Unikate beanspruchen, machen die Geräte für die private Nutzung eher unattraktiv.

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