Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. Luftreinhaltung & Filtration
2. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses Kaiserslautern, 29. Januar 2018
Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Abscheide- verhalten neuer und gealterter Elektretfilter Laufzeit: 01.09.2016 – 28.02.2019
S. Schumacher, R. Jasti, C. Asbach K. Schmidt, M. Kerner, A. Hellmann, S. Antonyuk
Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik
S. Schumacher et al. 2
Ziel des Vorhabens und Lösungsweg
• grundlegendes Verständnis zu Ladungsverteilung, Abscheidung und Langzeitstabilität
• kombinierter Ansatz aus Experimenten und Simulationen
Themenkomplex 2:Experimentelle Untersu-
chungen der Filtereffizienz
AP2: Untersuchungen an RondenAP3: Untersuchungen an
konfektionierten Filtern
Themenkomplex 3:Modellierung
AP4: Einbindung der experimentell ermittelten Ladungsverteilung
AP5: Mikroskalige Berechnung der Partikelabscheidung
Themenkomplex 4:Langzeitstabilität
der Elektretwirkung
AP6: Entladung durch PartikelAP7: Umwelteinflüsse im Betrieb (rF, T)AP8: Lagerung
Themenkomplex 1:Ladungsverteilung im Filter
AP1: Lokalisierung der Ladung im Filter
stetigerVergleich
Inputparameter
abwechselndMessung und
Konditionierung
Simulationdes Alterungs-
verhaltens
Fokus der ersten PA-Sitzung am IUTA
Fokus der heutigen PA-Sitzung
S. Schumacher et al. 3
Übersicht
• Entwicklung und Charakterisierung eines Diffusionsaufladers
• Messungen an drei verschiedenen Kfz-Innenraumfiltern
• Charakterisierung des Druckverlusts
• Abscheideeffizienz für verschiedene Partikelladungszustände
• NaCl
• DEHS
• Charakterisierung des Oberflächenpotentials
• Abscheideeffizienz für verschiedene Filterladungszustände
• Entladung durch Tränken in Isopropanol
• Entladung in mit Isopropanol gesättigter Luft
• Änderung der mittleren Partikelladung hinter dem Filter
Vergleich
Vergleich
Das Ergebnis jeder ernsthaften Forschung kann nur sein, zwei Fragen zu entwickeln, wo vorher nur eine stand.
(Thorstein Veblen)
S. Schumacher et al. 4
Entwicklung eines Diffusionsaufladers
• basierend auf einem Konzept von Ana Maria Todea (Projekt BUONAPART-E)
Hochspannung
Einlass Druckluft
Einlass Aerosol
Auslass Aerosol
flexibler Aufbau aus KF-Komponenten
KF 40
KF 16
S. Schumacher et al. 5
Entwicklung eines Diffusionsaufladers
• als Spitzen ursprünglich kommerzielle REM-Kathoden aus Wolfram geplant
→ sehr definierte und scharfe Spitze → hohe Feldstärke und Ionenemission
• Problem: Spitzen zu kurz, Wolfram-Verbindungen schwer zu löten, Ausrichtung schwierig
→ Verwendung eines durchgehenden, angespitzten 1 mm Wolframdrahts
angespitzter Wolframdraht REM-Spitzen und Teflonfixierung
S. Schumacher et al. 6
Entwicklung eines Diffusionsaufladers
• Koronanadel sollte ursprünglich vor wechselbarer, kleiner Düse platziert werden
→ hohe Strömungsgeschwindigkeit, um Ionenabscheidung an Wänden zu minimieren
-60
-40
-20
0
20
40
60
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
Emiss
ions
stro
m [µ
A]
Spannung [kV]
konisches Verbindungsstück, 2 mm Düse
-60
-40
-20
0
20
40
60
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
Emiss
ions
stro
m [µ
A]
Spannung [kV]
konisches Verbindungsstück, 4 mm Düse
-60
-40
-20
0
20
40
60
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
Emiss
ions
stro
m [µ
A]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
• negative Korona effizienter, aber weniger stabil und mehr Ozon-Produktion
4mm 2mm 1mm
• Problem: Überschläge, Deposition von Partikeln, Positionierung schwierig
→ Weglassen der Düse und des konischen Verbindungsstücks
S. Schumacher et al. 7
Charakterisierung mit einem NaCl-Aerosol
• gleichzeitige Messung von Partikelstrom und Anzahlkonzentration
CPC
Elektrometer
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
Part
ikelst
rom
[fA]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.001.10
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
Part
ikelko
nzen
trat
ion
[105
cm-3
]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
• Bestimmung der mittleren Ladung pro Partikel
Wirkung als Elektroabscheider
N
PP CQ
Iq⋅
= (QElektrometer = 0,6 l/min)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
• Diffusionsauflader lädt Partikel effizient auf
• Ladungszustand noch nicht vollständig gesättigt bei maximal anlegbarer Spannung
→ nicht problematisch für spätere Messungen
S. Schumacher et al. 8
Vergleich mit Literaturwerten
• Modaldurchmesser ca. 80 nm, in Sättigung mindestens 6 Elementarladungen pro Partikel
• nach Literatur für miniaturisierte Diffusionsauflader nur 2 Elementarladungen erwartet
M. Fierz et al. Aerosol Sci. Technol. 45 1 (2011) H. Kaminski et al. Aerosol Sci. Technol. 46 708 (2012)
• Elektrometer/CPC mit Zweitgeräten verglichen
→ keine signifikanten Abweichungen
• polydisperses statt monodisperses Aerosol
→ leicht höhere mittlere Ladung (ca. 2,8 e) 0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
1 10 100 1000 10000
dq/d
log(
d p) [
e/cm
³ ]
Partikeldurchmesser [nm]
Ladungsgrößenverteilung
S. Schumacher et al. 9
Einfluss der Trocknung des Aerosols
• vollständige Kristallisation erst bei Unterschreitung der relativen Effloreszenzfeuchte (ERH)
• ERH für 80 nm NaCl-Partikel bei etwa 45 % rF (Wert leicht partikelgrößenabhängig)
G. Biskos et al. Aerosol Sci. Technol. 40 97 (2006)
ca. 64% rF ca. 48% rF
Atomizer
ca. 40% rF Diffusions-
trockner Diffusions-
auflader Trockenstrecke
(Umgebung ca. 44% rF)
• keine vollständige Trocknung bei Eintritt in den Auflader
→ Partikel bei Aufladung größer als später gemessen
• vielleicht Aufladung aber auch effizienter als erwartet (hängt von Verweilzeit x Ionenkonzentration ab)
NaCl NaCl
S. Schumacher et al. 10
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
• DEHS → CMD = 280 nm, σ = 2.0
→ 20,5 / -26,6 e bei ± 5 kV
• erwartet ca. 12,4 e 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
1 10 100 1000 10000
dN/d
log(
d p) [
cm-3
]
Partikeldurchmesser [nm]
Anzahlgrößenverteilung
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
• NaCl (200 g/l) → CMD = 84 nm, σ = 2.0
→ 5,9 / -7,1 e bei ± 5 kV
• erwartet ca. 3,2 e 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
1 10 100 1000 10000
dN/d
log(
d p) [
cm-3
]
Partikeldurchmesser [nm]
Anzahlgrößenverteilung
Mittlere Ladung für größere Partikel
• NaCl (50 g/l) → CMD = 78 nm, σ = 1.9
→ 4,5 / -5,3 e bei ± 5 kV
• erwartet ca. 2,8 e -40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
kein Verbindungsstück, keine Düse
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
1 10 100 1000 10000
dN/d
log(
d p) [
cm-3
]
Partikeldurchmesser [nm]
Anzahlgrößenverteilung
• Fazit: effiziente Bereitstellung unipolar geladener Partikel möglich
S. Schumacher et al. 11
Aufbau des Prüfstands
• Atomizer: Palas AGF 2.0 (DEHS), AGK 2000 (NaCl)
• SMPS: TSI 3936 (DMA 3081), CPC: TSI 3776/3787
• Elektrometer: TSI 3068B
• 85Kr-Neutralisator: TSI 3012
• Hochspannungsnetzgerät: FuG HCP 14-12500
• Prüfstand gemäß DIN 71460-1 (Kfz-Innenraumfilter)
S. Schumacher et al. 12
Messungen an drei verschiedenen Kfz-Innenraumfiltern
• drei gleich konfektionierte Filtertypen aus drei verschiedenen Medien
• Nennvolumenstrom je nach Kunde 180, 200 oder 360 m³/h
→ hier 200 m³/h verwendet (entspricht 8 cm/s Anströmgeschwindigkeit)
(Beispielfoto)
Filterlänge 306 mm Filterbreite 210 mm Faltentiefe 27 mm Faltenfläche 0.01 m² Faltenzahl 60 Filterfläche 0.68 m² Volumenstrom 200 m³/h Anströmgeschwindigkeit 0.08 m/s
Medium P01 Medium P02 Medium P03
Material PP/PE (~ 940 kg/m³) PBT (~ 1310 kg/m³) PP (~ 950 kg/m³)
LDL (bei 200 Pa) [l/m²/s] 505 ± 21 > 800 > 700
Grammatur [g/m²] 110 ± 10 116 ± 17 140 ± 15
Dicke [mm] 0,9 ± 0,3 0,7 ± 0,1 1,15 ± 0,15
Porosität (berechnet) 0,87 0,87 0,87
LDL Luftdurchlässigkeit PP Polypropylen PE Polyethylen PBT Polybutylenterephthalat
• Faserdurchmesser müssen noch im REM bestimmt werden
S. Schumacher et al. 13
Druckverlust der Filter
0102030405060708090
100
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03• volumenstromabhängige Messung des Druckverlusts
• Streuung zwischen Filtern des gleichen Typs gering
• Frage: Passen die Werte zur Luftdurchlässigkeit?
• Zerlegung in linearen und quadratischen Anteil (extrapoliert bis 200 Pa)
Medium P01 Medium P02 Medium P03
505 ± 21 l/m²/s ≡ 50,5 cm/s
> 800 l/m²/s ≡ 80 cm/s
> 700 l/m²/s ≡ 70 cm/s
020406080
100120140160180200
0 500 1000 1500 2000
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P030
20406080
100120140160180200
0 500 1000 1500 2000
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03
ReFaser< 1 → laminare Strömung im Medium, Steigung sollte durch das Medium bestimmt sein
turbulenter Anteil sollte rein durch die Geometrie von Filter und Prüfstand bestimmt
S. Schumacher et al. 14
020406080
100120140160180200
0 500 1000 1500 2000
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03
Vergleich mit Angaben zur Luftdurchlässigkeit
020406080
100120140160180200
0 500 1000 1500 2000
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03
Ref < 1 → laminare Strömung im Medium, Steigung sollte durch das Medium bestimmt sein
turbulenter Anteil sollte rein durch die Geometrie von Filter und Prüfstand bestimmt
• gute Übereinstimmung mit den Annahmen für Filter P02
• leichte Abweichungen für Filter P03, turbulenter Anteil sehr ähnlich
• deutliche Abweichungen in beiden Anteilen für Filter P01
• mögliche Gründe:
• Strömung im Filtermedium ist doch nicht rein laminar
• geringe Unterschiede in der Plissierung haben bereits großen Einfluss
S. Schumacher et al. 15
Änderung des Druckverlusts durch Beladung
• Messung mit einem Filter dauert ca. 1,5 h (bei 0, +5 und - 5kV je zweimal Rein-/Rohgas)
• Abschätzung zudosierte Salzmenge ca. 110 mg (berechnet aus Größenverteilung)
• relativer Anstieg des Druckverlustes für P02 und P03 unter 2%
• deutlicher relativer Anstieg des Druckverlustes für P01 von über 40%
→ erstaunlich hoch für die geringe zudosierte Salzmenge
• offene Frage: Lassen sich die Daten dennoch sinnvoll interpretieren?
0
20
40
60
80
100
120
140
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
vor Beladung nach Beladung
0
10
20
30
40
50
60
70
80
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
vor Beladung nach Beladung
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
vor Beladung nach Beladung
P01 P02 P03
S. Schumacher et al. 16
Abscheideeffizienz der Filter bezüglich NaCl
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = +5 kV
-12-10
-8-6-4-202468
1012
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
vor IPA Behandlung• Messung von je der Filtern des gleichen Typs
• Messung ohne Hochspannung am Diffusionsauflader
→ Annahme Aerosol im bipolaren Gleichgewicht
• Messung bei +/- 5 kV (bei regelmäßiger Reinigung stabil)
→ mittlere Ladung pro Partikel sehr reproduzierbar
→ Zusammenfassung der drei Graphen in eine Abbildung pro Filtertyp
S. Schumacher et al. 17
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV -5 kV +5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P03
0 kV -5 kV +5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV -5 kV +5 kV
Abscheidung von NaCl an den drei Filtertypen
• Streuung zwischen Filtern gleichen Typs gering (solange ausreichend Partikel)
• Verhalten von P02 und P03 sehr ähnlich
• etwas geringere Abscheidung für P01
• höhere Abscheidung geladener Partikel
• positiv geladene Partikel werden leicht effizienter abgeschieden als negative
S. Schumacher et al. 18
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV -5 kV +5 kV
Unterschiede zwischen positiven/negativen Partikeln
• negative Partikel leicht stärker geladen
→ das allein lässt bessere Abscheidung negativer Partikel erwarten
• zusätzlicher Effekt notwendig
→ Überschuss an negativer Faserladung
→ Messung des Oberflächenpotentials
-12-10
-8-6-4-202468
1012
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
vor IPA Behandlung
mittlere Partikelladung
AlphaLab USSVM II Ultra Stable Surface Volt Meter
S. Schumacher et al. 19
Charakterisierung mit elektrostatischem Voltmeter • jeweils zwei Filter gleichen Typs untersucht
• 15 Messpunkte mit 5 cm bzw. 5,5 cm Abstand
• Variation des Sondenabstands (0,5 – 4 cm)
• jeder Filter dreimal nacheinander vermessen
• Dauer eines Durchlaufs ca. 40 min
geerdete Metallplatte
Sonde
220 x 310 mm
-5000
-4500
-4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Obe
rfläc
henp
oten
tial [
V]
Abstand zur Probe [cm]
M170412-002 (1285522P01) Punkt 1
Punkt 2
Punkt 3
Punkt 4
Punkt 5
Punkt 6
Punkt 7
Punkt 8
Punkt 9
Punkt 10
Punkt 11
Punkt 12
Punkt 13
Punkt 14
Punkt 15
Filter
S. Schumacher et al. 20
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Obe
rfläc
henp
oten
tial
[V]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Obe
rfläc
henp
oten
tial
[V]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Obe
rfläc
henp
oten
tial
[V]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
P03 Filter 1
P03 Filter 2
Abstandsabhängigkeit des Oberflächenpotentials
Filtertyp Vorzeichen Stärke Streuung innerhalb eines Filters
Streuung zwischen zwei Filtern
P01 negativ stark mittel groß
P02 positiv schwach gering gering
P03 positiv/negativ mittel groß mittel
P01
P02
P03
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Obe
rfläc
henp
oten
tial [
V]
Abstand zur Probe [cm]
M170412-081 (1285522P03) Punkt 1
Punkt 2
Punkt 3
Punkt 4
Punkt 5
Punkt 6
Punkt 7
Punkt 8
Punkt 9
Punkt 10
Punkt 11
Punkt 12
Punkt 13
Punkt 14
Punkt 15
P03
S. Schumacher et al. 21
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
P03 Filter 1
P03 Filter 2
Normierter Verlauf der Abstandsabhängigkeit
Filtertyp Abklingverhalten ungewöhnliches Verhalten
P01 nahezu linear nein
P02 „stark“ hyperbolisch nein
P03 „schwach“ hyperbolisch teils ja (Vorzeichenwechsel, Anstieg des Potentials → Werte ausgenommen)
P02
P01
P03
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
Abstand zur Probe [cm]
M170412-082 (1285522P03) Punkt 1
Punkt 2
Punkt 3
Punkt 4
Punkt 5
Punkt 6
Punkt 7
Punkt 8
Punkt 9
Punkt 10
Punkt 11
Punkt 12
Punkt 13
Punkt 14
Punkt 15
P03
S. Schumacher et al. 22
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 min 40 min 80 min
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
zeitlicher Abstand zum ersten Durchlauf
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 min 40 min 80 min
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
zeitlicher Abstand zum ersten Durchlauf
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 min 40 min 80 min
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
zeitlicher Abstand zum ersten Durchlauf
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
P03 Filter 1
P03 Filter 2
Stabilität während über die Messungen (2,5 cm Abstand)
Filtertyp Stabilität Ausreißer Streuung zwischen zwei Filtern
P01 mittel ja (Werte ausgenommen) mittel
P02 hoch nein gering
P03 gering ja (Werte ausgenommen) hoch
P02
P01 P03
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
0 min 40 min 80 min
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
zeitlicher Abstand zum ersten Durchlauf
M170412-003 (1285522P01) Punkt 1
Punkt 2
Punkt 3
Punkt 4
Punkt 5
Punkt 6
Punkt 7
Punkt 8
Punkt 9
Punkt 10
Punkt 11
Punkt 12
Punkt 13
Punkt 14
Punkt 15
P01
S. Schumacher et al. 23
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV -5 kV +5 kV
Unterschiede zwischen positiven/negativen Partikeln
• negative Partikel leicht stärker geladen
→ das allein lässt bessere Abscheidung negativer Partikel erwarten
• zusätzlicher Effekt notwendig
→ Überschuss an negativer Faserladung
• deckt sich mit Messungen mit elektro- statischen Voltmeter für P01 und P03, jedoch nicht für P02
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
norm
iert
es O
berfl
äche
npot
entia
l [V
]
Abstand zur Probe [cm]
Zusammenfassung
P01 Filter 1
P01 Filter 2
P02 Filter 1
P02 Filter 2
P03 Filter 1
P03 Filter 2
Oberflächenpotential
-12-10
-8-6-4-202468
1012
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
vor IPA Behandlung
mittlere Partikelladung
S. Schumacher et al. 24
Vergleich mit Messungen mit DEHS als Testaerosol
-30-25-20-15-10
-505
1015202530
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
DEHS mit Neutralisator
-30-25-20-15-10
-505
1015202530
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
DEHS ohne Neutralisator
• Messung mit DEHS als Testaerosol (CMD = 280 nm, σ = 2.0)
• Aufladung mit bzw. ohne vorgeschaltetem 85Kr-Neutralisator
• mittlere Ladung vergleichbar, eventuell etwas mehr Streuung ohne Neutralisator
• Frage: Hat der Neutralisator einen Einfluss auf die Abscheidung?
Atomizer 85Kr-
Neutralisator Diffusions-
auflader Prüfstand / Messgeräte
S. Schumacher et al. 25
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV-5 kV+5 kV
Vergleich mit Messungen mit DEHS als Testaerosol
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV-5 kV+5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV-5 kV+5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV-5 kV+5 kV
• für P01 leichte Unterschiede, aber Streuung insgesamt sehr groß
• für P02 Unterschiede insgesamt eher gering
ohne 85Kr
mit 85Kr
ohne 85Kr
mit 85Kr
S. Schumacher et al. 26
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P03
0 kV-5 kV+5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P03
0 kV-5 kV+5 kV
Vergleich mit Messungen mit DEHS als Testaerosol
• für P03 deutliche Unterschiede, insbesondere für geladene Partikel
• negative Partikel werden effizienter abgeschieden → anders als bei NaCl
ohne 85Kr
mit 85Kr
• genaue Erklärung für mögliche Unterschiede steht noch aus
• Messung mit Neutralisator generell definierter als ohne
• Einfluss für NaCl-Abscheidung noch zu klären (bisher ohne Neutralisator)
S. Schumacher et al. 27
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = 0 kV
DEHS
NaCl
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 0 kV
DEHS
NaCl
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
DEHS
NaCl
Vergleich der Abscheidung von NaCl und DEHS
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
DEHS
NaCl 0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = +5 kV
DEHS
NaCl
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = -5 kV
DEHS
NaCl0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P03, U = +5 kV
DEHS
NaCl
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = -5 kV
DEHS
NaCl0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = +5 kV
DEHS
NaCl
P03
P02
P01
S. Schumacher et al. 28
0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 0 kV
DEHS
NaCl
0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = 0 kV
DEHS
NaCl
0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
DEHS
NaCl0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
DEHS
NaCl 0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = +5 kV
DEHS
NaCl
0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = -5 kV
DEHS
NaCl0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = +5 kV
DEHS
NaCl
0.01
0.10
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = -5 kV
DEHS
NaCl0.01
0.10
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P03, U = +5 kV
DEHS
NaCl
Vergleich der Abscheidung von NaCl und DEHS (Penetration)
P03
P02
P01
S. Schumacher et al. 29
• Abscheideeffizienz für NaCl über gesamten Größenbereich deutlich höher
• für geladene Partikel leichte Unterschiede im Ladungszustand möglich (z.B. Feuchteeffekt)
• für ungeladene Partikel könnte die Dielektrophorese eine Rolle spielen
• εr,NaCl = 5,9 (Robinson et al. Can. J. Phys. 44 2211 (1966))
• εr,DEHS = 5,1 (Aardahl et al. J. Colloid Interface Sci. 192 228 (1997))
• Unterschied relativ gering → Abschätzen des Effekts mit Simulationen oder Modell
• Bemerkung: Schlussfolgerungen für Messungen mit Neutralisator prinzipiell gleich
Vergleich der Abscheidung von NaCl und DEHS
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
DEHS
NaCl0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = +5 kV
DEHS
NaCl
S. Schumacher et al. 30
Entladung der Filter in Isopropanol
• Tränken der Filter für in Isopropanol
5 min Seite A 5 min Seite B min. 24 h Trocknen
• Änderung der Filtermasse vor, während und nach Tränken
Masse [g] Filter P01 Filter P02 Filter P03
Filter vorher 105 ± 1 111 ± 2 135 ± 1
Filter getränkt 561 ± 6 397 ± 3 495 ± 1
IPA aufgenommen 456 ± 6 286 ± 4 360 ± 1
Filter getrocknet 105 ± 1 111 ± 2 135 ± 1
Werte konsistent mit Grammatur
• aufgenommene IPA-Menge unterscheidet sich deutlich
• getrocknete Filter haben wieder die Ursprungsmasse
S. Schumacher et al. 31
0102030405060708090
100
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03
Druckverlust nach Tränken in Isopropanol
0102030405060708090
100
100 150 200 250 300 350 400
Druc
kver
lust
[Pa]
Volumenstrom [m³/h]
P01 P02 P03
• relative Änderung des Druckverlustes unter 2% für alle Volumenströme
→ keine signifikante strukturelle Veränderung der Filter
S. Schumacher et al. 32
Abscheideeffizienz nach Entladung in Isopropanol
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV -5 kV +5 kV0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV -5 kV +5 kV
-12-10
-8-6-4-202468
1012
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
nach Tränken in IPA
-12-10
-8-6-4-202468
1012
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Spannung [kV]
vor IPA Behandlung
• gleiche mittlere Ladung des Testaerosols → Ergebnisse direkt vergleichbar
• Abscheideeffizienz insgesamt reduziert, weiter bessere Abscheidung geladener Partikel
→ Effekt in den Simulationen nicht erfasst (kein Elektreteffekt für QF=0 implementiert)
P01
S. Schumacher et al. 33
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P03
0 kV -5 kV +5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV -5 kV +5 kV
Abscheideeffizienz nach Entladung in Isopropanol
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P02
0 kV -4.5 kV +4.5 kV
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P03
0 kV -5 kV +5 kV
• starke Streuung nach Isopropanoltränken → Entladung möglicherweise nicht komplett
P03
P02
• Abscheideeffizienz insgesamt reduziert, weiter bessere Abscheidung geladener Partikel
→ Effekt in den Simulationen nicht erfasst (kein Elektreteffekt für QF=0 implementiert)
S. Schumacher et al. 34
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P01, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf
• Entladung über 24 h in Konditionierungskabinett von Topas GmbH (gemäß ISO 16890-4)
• Vergleich der Fraktionsabscheidegrade für je drei
• neue Filter (grün)
• in IPA getränkte Filter (blau)
• in IPA gesättigter Luft entladene Filter (rot)
• für P01 relativ gute Übereinstimmung
• leicht geringere Abscheidung nach Tränken in IPA
→ Entladung durch IPA-Dampf womöglich nicht vollständig
Entladung der Filter in mit Isopropanoldampf gesättigter Luft
(Topas GmbH)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
nach IPA Tränken nach IPA Dampf vor IPA Behandlung
P01
S. Schumacher et al. 35
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPADampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P03, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken nach IPA Dampf
Entladung der Filter in mit Isopropanoldampf gesättigter Luft
• für P02 und P03 deutliche Abweichungen, Schwankung zwischen gleichen Filtern gering
• Entladung durch IPA-Dampf gesättigte Luft offenbar effizienter als Tränken in IPA
• War das Tränken von 10 Minuten nicht ausreichend zur vollständigen Entladung ?
→ widerspricht bisherigen Erfahrungen, weitere Versuche notwendig P02
P03
S. Schumacher et al. 36
Wiederholung des Tränkens in Isopropanol
• Wiederholung der gleichen Prozedur für die bereits einmal in IPA getränkten Filter
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P01, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken
• für Filter P01 keine nennenswerten Abweichungen gegenüber dem ersten Tränken
→ Filter offenbar beim ersten Tränken bereits vollständig entladen
→ Entladung durch IPA-Dampf offenbar nicht ganz vollständig
5 min Seite A 5 min Seite B min. 24 h Trocknen
P01
S. Schumacher et al. 37
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P02, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = 0 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPADampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P03, U = -5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000Ab
sche
idee
ffizie
nzPartikeldurchmesser [nm]
P03, U = 5 kV
vor IPA Behandlung nach IPA Tränken
nach IPA Dampf nach 2x IPA Tränken
Wiederholung des Tränkens in Isopropanol
• für neutrale Partikel gute Übereinstimmung für Dampfentladung und zweimal Tränken
→ erstes Mal Tränken hat die Filter offenbar nicht vollständig entladen
• für geladene Partikel immer noch deutliche Abweichungen zur Dampfentladung
→ Ursache bisher nicht klar P02
P03
Die meisten Probleme entstehen bei ihrer Lösung. (Leonardo da Vinci)
S. Schumacher et al. 38
Gibt es vergleichbare Berichte in der der Literatur?
• japanischer Bericht: Entladung durch Dampf deutlich effektiver als Tränken in IPA
• Abscheideeffizienz nach Dampfentladung durch anschließendes Tränken wieder erhöht
Cai et al. Dokument für ISO/TC142/WG9 N0087 (2010) zitiert in Tronville et al. 11th World Filtration Congress (2012)
• Patent (US 6375886, 2002) „Method and apparatus for making a nonwoven fibrous electret web from free-fiber and polar liquid“
• Entladung durch Dampf offenbar schneller als durch Tränken
• spiegelt nicht die Zeitvorgaben der entsprechenden Normen wider
• EN 779: Tränken der Medien für mindestens zwei Minuten
• ISO 16890-4: Entladen der Filter in mit IPA gesättigter Luft für 24 h
S. Schumacher et al. 39
Möglicher Einfluss des Filtermaterials auf die Entladung
• Xiao: Entladung umso wirkungsvoller, je mehr das Polymer durch das Lösemittel aufquillt
• gute Quellbarkeit für geringen Abstand der Hansen-Löslichkeitsparameter
Löslichkeitsabstand Wasser Ethanol IPA Aceton PP 44.6 20.9 17.1 13.0 PE 45.4 21.6 17.9 13.2 PBT 35.8 12.3 9.1 7.1
δd van-der-Waals-Wechselwirkungen δp dipolare Wechselwirkungen δh Wasserstoffbrückenbindungen
Lösemittel δd δp δh Wasser 15.6 16.0 42.3 Ethanol 15.8 8.8 19.4 Isoropanol 15.8 6.1 16.4 Aceton 15.5 10.4 7.0
Polymere δd δp δh PP 18.0 0.0 1.0 PE 17.6 0.0 0.0 PBT 18.0 5.6 8.4
2solvh,polyh,
2solvp,polyp,
2solvd,polyd,
2 )()()(4 δδδδδδδ −+−+−=
Entladung gut
mittel schlecht
• PBT sollte noch besser durch IPA entladen werden → passt nicht zu den Messungen
• generelles Problem: Erklärung passt auch nicht für weitere Lösemittel aus Literatur Löslichkeitsabstand Wasser Ethanol IPA Aceton MEK Hexan Heptan Isooktan Cyclohexan Toluol Benzol PP 44.6 20.9 17.1 13.0 10.7 6.3 5.5 3.0 2.5 1.7 1.3 PE 45.4 21.6 17.9 13.2 10.8 5.4 4.6 3.5 1.6 2.6 2.6 PBT 35.8 12.3 9.1 7.1 8.5 11.8 11.4 10.8 10.2 7.7 8.5
Xiao et al. J. Electrostat. 72 311 (2014)
Biermann et al. Evaluation of permanently charged electrofibrous filters (1982)
S. Schumacher et al. 40
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Messung
DEHS ohne NeutralisatorRohgas Reingas
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
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1 2 3 4 5 6 7 8 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Messung
vor IPA BehandlungRohgas
Änderung des Ladungszustandes hinter dem Filter
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Messung
nach IPA TränkenRohgas Reingas
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Messung
nach IPA DampfRohgas Reingas
• Reduktion der mittleren Ladung im Reingas für Filter im Neuzustand (Streuung sehr groß)
• geringere Reduktion der mittleren Ladung im Reingas für entladene Filter nach IPA Dampf NaCl nach IPA Tränken NaCl
P01 P02 P03
P01 P02 P03 P01 P02 P03
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9
mitt
lere
Ladu
ng [e
]
Messung
vor IPA BehandlungRohgas Reingas
Neuzustand NaCl
P02 P01 P03
Neuzustand DEHS
S. Schumacher et al. 41
Zusammenfassung
• erfolgreiche Entwicklung eines unipolaren Diffusionsaufladers
• Charakterisierung von drei Filtertypen bezüglich der Abscheidung NaCl und DEHS
• Entladung der Filter durch Isopropanol mit zwei verschiedenen Methoden
• Versuch der Korrelation mit Messungen des Oberflächenpotentials
• als nächstes weitere Untersuchungen zu drei zentralen Themen
• Abweichungen zwischen DEHS- und NaCl-Abscheidegraden
• Einfluss von Bildladungseffekten auf die Abscheidung
• Übertragbarkeit für Entladung durch flüssiges und gasförmiges IPA
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
DEHS
NaCl0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
Filtertyp P01
0 kV -5 kV +5 kV0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
10 100 1000
Absc
heid
eeffi
zienz
Partikeldurchmesser [nm]
P01, U = 0 kV
nach IPA Tränken nach IPA Dampf vor IPA Behandlung
S. Schumacher et al. 42
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 19145 N der Forschungsvereinigung Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. – IUTA, Bliersheimer Straße 58–60, 47229 Duisburg wird über die AiF
im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestages gefördert.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!