EDropSep

Tropfenabscheider gehören in der Lüftungs-, Klima- und Verfahrenstechnik zum festen Bestandteil vieler Anlagen. Optimierungsbedarf ist bei bestehenden Systemen zur Tropfenabscheidung insbesondere durch den hohen Druckverlust gegeben, der den Energiebedarf zur Förderung der Luft durch die Anlage in die Höhe treibt. Dieses Problem wird zusätzlich dadurch verschärft, dass die Grenzwerte für die Luftreinheit stetig gesenkt werden, wodurch sich einerseits der Druckverlust bestehender Tropfenabscheider noch weiter erhöht, diese andererseits aber auch an ihre Auslegungsgrenzen stoßen.

Im Forschungsvorhaben E-Drop-Sep wird ein neuartiges Abscheidungskonzept entwickelt, das höhere Energieeffizienz bei der Abscheidung von Tropfen mit Durchmessern im unteren µm-Bereich verspricht.

Das Wirkprinzip wird als Dielektrophorese bezeichnet und basiert auf der Kraft, die in inhomogenen elektrischen Feldern auf Dipolmoleküle wie Wasser wirkt. Diese Kraft resultiert aus dem Feldgradienten inhomogener E-Felder, der durch den räumlichen Abstand der Atome in Dipolmolekülen zu jeweils unterschiedlich starken Feldkräften auf die Ladungsschwerpunkte führt. Die Differenz dieser Feldkräfte führt zu einer resultierenden Kraft, die wiederum in einer Beschleunigung der Moleküle in Richtung höherer Feldstärke resultiert. Eine vorherige Aufladung der Tropfen, wie sie bei herkömmlichen nassarbeitenden Elektrofiltern üblich ist, wird dabei nicht benötigt.

Um das Wirkprinzip zur Tropfenabscheidung nutzen zu können wird eine Ringspaltgeometrie aus zylindrischer Innen- und Außenelektrode konstruiert, in die das Aufgabegut (also die tropfenbeladene Luft) geleitet wird. Der innere Zylinder ist die Niederschlagselektrode, der äußere die Gegenelektrode.

In CFD- und ANSYS Fluent-Simulationen wurde bereits die Machbarkeit theoretisch nachgewiesen und das hohe Energieeinsparpotential von bis zu 80 % gegenüber Drallabscheidern aufgezeigt.

Nun wird das physikalische Wirkprinzip, die relevanten Parameter und deren Sensitivität in einem eigens für diesen Zweck konzipierten Prüfstand genauer erforscht. Um die bereits durchgeführten Simulationen der Tropfenbewegung (Trajektorien) validieren zu können, wird im ersten Projektabschnitt eine planare Elektrodengeometrie mit inhomogenem E-Feld verwendet, die einen optischen Zugang über transparente Seitenwände ermöglicht. Mittels Bildgebender Messverfahren kann die Ablenkung der Tropfen im E-Feld dann genau ermittelt werden.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein Prototyp des neuartigen Tropfenabscheiders angefertigt, im Prüfstand eingebaut und getestet.

Wenn die in Simulationen berechnete hohe Effizienz des neuartigen Tropfenabscheiders im Zuge des Forschungsvorhabens E-Drop-Sep bestätigt und im Prototypen technisch umgesetzt werden kann, wird die Entwicklung des neuartigen Tropfenabscheiders folgen. Der ausgereifte Abscheider könnte dann einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz bei der Abscheidung von Tropfen im unteren µm-Bereich, sowie der Einhaltung der Grenzwerte für die Luftreinheit in verschiedensten industriellen Anlagen leisten.

• 04/2021 – 04/2023 (25 Monate)

• Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) der Universität Stuttgart
• MF Microfilter GmbH
• Sibel Elektronik GmbH

Das E-Drop-Sep Projekt wird von der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen) im Zuge des ZIM (Zentrale Innovation Mittelstand) Programms gefördert (Förderkennzeichen KK5010903BR0). Das IGTE bedankt sich für die Förderung dieses Projekts.