CN101412006B

CN101412006B - 电动集尘器

Info

Publication number: CN101412006B
Application number: CN200810149443.1A
Authority: CN
Inventors: 安本浩二; 瑞庆览章朝; 高木康裕; 江原由泰; 高桥武男
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: AU2008205431A1; JP2009072772A; KR20090023148A; CN101412006A; AU2008207611A1; AU2008207611B2; KR101375468B1

Abstract

本发明提供一种能够有效地聚集例如柴油排放微粒(DEP)的纳米级超细微粒而不需要添加特定装置的电动集尘器。在一种电动集尘器中，充电单元和集尘单元被分别设置为前级和后级，集尘单元由彼此平行设置以隔开处理空气流过的空间彼此相对的平行板式高电压电极和平行板式接地电极构成；并且在两种电极的至少一种的整个面积上以分散方式形成许多穿孔。

Description

电动集尘器

技术领域

本发明涉及一种通过将污染物从空气或气体中去除而净化存在于室内、隧道之类场所中并受到细小尘粒、各种悬浮微粒等污染的空气或气体的电动集尘器。

背景技术

例如，汽车道路隧道内的空气受到细小悬浮微粒——例如从过往车辆排出的尾气中包含的烟以及当车辆行进时由轮胎与路面沥青铺设材料所产生的腐蚀性尘粒——的污染。配有充电单元和集尘单元的二级电动集尘器被用来从这种污染空气中去除诸如悬浮微粒的污染物。

通常的二级电动集尘器被配置为如图9所示。

电动集尘器10配有充电单元20和集尘单元30。在充电单元20中，通过在彼此平行设置的平板式或线性放电电极21和平板式接地电极22之间施加高DC电压，产生正或负电晕放电，藉此在电极之间流动的空气被电离，其中所含的悬浮微粒被充以正电或负电(即成为单极性)。在集尘单元30中，通过在彼此平行设置的平板式高电压电极31和接地电极32之间施加高DC电压而形成静电场，藉此接地电极32通过库仑力吸引聚集已由充电单元20充电的悬浮微粒。通过这种配置，当从集尘器10中位于充电单元20上游的入口11通过风扇等装置提供含悬浮微粒的受污染空气时，已去除悬浮微粒的净化空气被集尘器10中位于集尘单元30下游的出口12所吸取。

由于即使对1μm或更小的微粒也具有很高的集尘效率并适于处理高流量空气，这种电动集尘器用作净化汽车道路隧道中的空气的集尘器。

顺便提一下，汽车道路隧道中的空气包含从柴油车等排放出的大量柴油排放微粒(DEP)。这些DEP是超细微粒(直径：100nm或更小)和纳米微粒(直径：50nm或更小)，它们质量轻，因此引起即使电动集尘器也无法有效聚集的问题。由于诸如DEP的超细微粒和纳米微粒对人类健康有不利的影响，因此强烈要求通过有效地集尘而将它们去除。

一种提高集尘效率的传统手段是以分散形式在集尘电极板中形成许多穿孔(参见专利文献1)。

在专利文献1中，设置穿孔以使它们的总穿孔面积占集尘电极板面积的10％—50％。专利文献1说明如下。穿孔提供的优点是：来自放电电极板的电流在穿孔之间的部分集中，由于集尘电极板的面积小防止粘附于集尘电极板的灰尘进一步增多，并且流过穿孔的空气抑制灰尘过度增多。因此，附于集尘电极板的尘块掉落，聚集的灰尘不会增加。结果，即使在长时间使用后集尘效率也不降低。

[专利文献1]日本专利3427165号公报

发明内容

发明所解决的问题

如前所述，在传统电动集尘器中，尽管已通过以分散方式在集尘电极板中形成许多穿孔而提高了集尘效率，然而仍没有考虑提高超细微粒和纳米微粒的集尘效率。

因此，为解决上述问题而给出的本发明的一个目的，提供一种能够高效聚集例如柴油排放微粒(DEP)的超细微粒和纳米微粒的电动集尘器而不需要添加特别装置。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供一种电动集尘器，其配置成将充电单元和集尘单元分别设置为前级和后级，其特征在于，集尘单元由彼此平行设置的平行板式高电压电极和平行板式接地电极构成彼此隔开处理空气流的空间相对；并且在两种电极中的至少一种的整个面积上以分散方式形成许多穿孔，所述穿孔的直径被设置在使每个孔的周缘周围电场强度增大的区域变得比电场强度减弱的区域更宽的范围内(权利要求1)。

在权利要求1所述的本发明方面，穿孔的直径较佳为2-10mm(权利要求2)。此外，在权利要求1或2所述的本发明方面，穿孔较佳地形成在高电压电极上(权利要求3)。

本发明的优点

本发明采用一种简单结构，即在用于聚集处理空气中包含的悬浮微粒的集尘单元的两种电极中的至少一种中，在整个面积上以分散方式仅形成许多穿孔。由于电场聚集在电极板的穿孔周围的周缘区域内，集尘单元的电极之间的电场变得不均一，即形成包括强电场区和弱电场区的不均一电场。纳米级超细悬浮微粒将有效地聚集在强电场区内，而通常难以聚集的超细微粒的聚集(集尘)效率得以提高。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施例的电动集尘器的基本配置；

图2是用于本发明的高电压电极的正视图；

图3示出根据本发明的包括电动集尘器的试验性集尘设备的配置；

图4(a)和4(b)是示出根据本发明的电动集尘器的充电单元和集尘单元的电极示例的结构的立体图；

图5是示出相对于将根据本发明的第一组样本电极用作高电压电极的电动集尘器的聚集微粒直径的集尘效率特征的曲线；

图6是示出对于将根据本发明的第二组样本电极用作高电压电极的电动集尘器的聚集微粒直径的集尘效率特征的曲线；

图7是示出对于根据本发明的电动集尘器的高电压电极穿孔总周长的集尘效率特征的曲线；

图8是示出根据本发明的电动集尘器的高电压电极穿孔周围的周缘区内的电场强度和孔径之间的关系的曲线；以及

图9示出传统电动集尘器的配置。

图10示出根据本发明另一个实施例的电动集尘器的基本配置。

附图标记说明

10：电动集尘器

20：充电单元

22：接地电极

25：放电电极

30：集尘单元

32：接地电极

35：高电压电极

35h：穿孔

具体实施方式

下面将对根据本发明的一个示例性实施例进行说明。

图1示出根据本发明实施例的电动集尘器的基本配置。

在图1中，附图标记10表示配有充电单元20和集尘单元30的电动集尘器。在充电单元20中，彼此平行设置的不锈钢线放电电极25和平板式接地电极22被设置在机身11内。通过在放电电极25和接地电极22之间施加高DC电压而产生电晕放电，藉此在两电极之间流动的空气被电离，并且包含在其中的悬浮微粒被充电至单极性。在集尘单元30中，通过在平行板式接地电极32和通过在平行板电极(电极32和35彼此平行地设置)中形成许多穿孔35h而获得的高电压电极35之间施加高DC电压而形成静电电场，接地电极32通过库仑力吸引而聚集空气中已通过充电单元20充电的悬浮微粒。通过这种配置，当通过集尘器10中位于充电单元20上游的入口11藉由风扇等装置提供含悬浮微粒的污染空气时，已去除悬浮微粒的净化空气从集尘器10中位于集尘单元30下游的出口12被排出。

基本上，根据本发明的电动集尘器10与传统电动集尘器几乎一样。根据本发明的电动集尘器10与传统电动集尘器的区别在于：如图2所示，集尘单元30的高电压电极35是通过在由不锈钢等制成的平板式电极板中的整个面积上以分散方式形成许多穿孔35h而获得的。这些穿孔35h较佳为均一地形成。

发明人做了许多试验后发现，当在集尘单元30的高电压电极35中形成许多穿孔35h时，电场集中在高电压电极35的穿孔35h周围的周缘区内，并且更细的悬浮微粒通过汇聚发生在穿孔35h周围的外缘区内的电场汇聚而聚集起来。

本发明基于上述原理。即，发明人发现，仅在集尘单元30的两种电极32和35中的至少一种电极中的整个面积上以分散方式形成许多穿孔35h的简单结构能提高电动集尘器10对超细微粒和纳米微粒的集尘效率，并且当本发明应用于隧道中空气的处理时，柴油排放微粒(DEP)的去除率增加。

下面，将对根据本发明的集尘器10进行的集尘试验的结果进行说明。

图3示出根据本发明的包括电动集尘器10的试验性集尘设备的配置。该试验性设备通过聚集尾气中包含的柴油排放微粒来净化从柴油机50排出的尾气。

来自柴油机50的尾气通过空气混合机51与外部空气混合而变稀薄，然后通过风扇52以7m/s的流速被送至电动集尘器10。电动集尘器10处理所提供的尾气(即分离和聚集尾气中包含的诸如柴油排放微粒的悬浮微粒)并输出净化的尾气。

为了测量电动集尘器10的集尘效率，能够对每种粒径的悬浮微粒的数目进行计数的微粒计数器61和62被设置在电动集尘器10的尾气输入侧和输出侧(即上游和下游)。

电动集尘器10的集尘效率η(％)是通过下列等式(1)给出的：

η＝(1—Nd/Nu)×100(％)(1)

其中Nu和Nd分别为设置在电动集尘器10的上游和下游的计数器61和62的计数。

图4示出用于集尘试验的电动集尘器10的充电单元20和集尘单元30的具体电极结构。

充电单元20被配置成：每个接地电极22是65mm(宽)×70mm(高)的平板式不锈钢电极；放电电极25是直径为0.26mm的钨丝，接地电极22和放电电极25以9.5mm的间隔设置。负电晕放电是通过相对于接地电极22的电势将—9kV的高DC电压施加于放电电极25而形成的。

集尘单元30被设置成：每个接地电极22是160mm(宽)×70mm(高)的平板式不锈钢电极；并且以9mm的间隔与接地电极32同尺寸的平板式不锈钢高电压电极35设置成平行于空气流。相对接地电极32的电势，将-7.5kV的DC电压施加于高电压电极35。尽管图1所示的实施例示出的集尘单元30由一个高电压电极35和两个接地电极32构成，然而本发明不仅限于这种配置。理想地，集尘单元30由若干接地电极32和若干高电压电极35构成，当预期有很多空气流量时，这些电极中的每一个如图10所示那样以给定间距交替地设置。

表1和表2示出在本发明的集尘试验中用作高电压电极35的样本电极的特例。在表1和表2中，给予样本号S0的比较电极是平板式电极，其中不形成穿孔。

表1

样本号	孔径(mm)	孔数目	孔的总面积(mm²)	孔面积比(％)	孔的总周缘长度L(mm)
						S0	0	0	0	0	0
SA1	2.5	21	103	1.1	165
						SA2	5	21	412	4.3	330
SA3	10	21	1,649	17.2	659
						SA4	13	21	2,786	29.0	857

表1中样本号为SA1—SA4的样本电极，形成在160mm×70mm的平板式电极中的穿孔35h的数目固定为21，孔径在2.5mm—13mm的范围内变化。在这些样本电极中，由于穿孔的数目固定为21，如表1所示，孔面积、孔总面积比和孔的总周缘长度L随着孔径增大而增加。

表2

样本号	孔径(mm)	孔数目	孔的总面积(mm²)	孔面积比(％)	孔的总周缘长度L(mm)
						S0	0	0	0	0	0
SB1	2.5	336	1,649	17.2	2,638
						SB2	5	84	1,649	17.2	1,319
SB3	10	21	1,649	17.2	659

表2中样本号为SB1—SB3的样本电极，形成在与表1中的样本电极同尺寸的平板式电极中的穿孔35h的孔面积比((穿孔的总面积)/(电极面积)×100(％))固定为17.2％，孔径在2.5mm—10mm的范围内变化。在这些样本电极中，由于孔面积比固定为17.2％，如表2所示，随着孔径增大，孔数目和孔的总周缘长度L减小而孔的总面积增大。

对将表1和表2中所示的每个样本电极SA1—SA4和SB1—SB3用作集尘单元30的高电压电极35的每个电动集尘器10，使用上述试验性装置(见图3)进行集尘试验。对每种微粒粒径测量柴油排放微粒(DEP：按微粒粒径分成超细微粒和纳米微粒)的集尘效率η(％)。

图5示出电动集尘器10的集尘效率测量结果，其中表1所示的SA1—SA4号样本的样本电极(穿孔数目是固定的)被用作高电压电极35。

图5是一曲线图，其中水平轴表示所聚集的细微粒的粒径d(nm)而垂直轴表示集尘效率η(％)，并因此示出对于各高电压电极(S0和SA1—SA4)的微粒粒径的集尘效率特性。集尘效率η的定义与等式(1)的定义相同。

从图5中可以看出，当将具有穿孔的样本电极SA1—SA4用作高电压电极35时，对于粒径为100nm以下的超细微粒和50nm以下的纳米微粒的集尘效率，比将不具有穿孔电极的比较电极S0用作高电压电极35时的集尘效率更高。根据试验的结果，当样本电极SA1(孔径：2.5mm)用作高电压电极35时，粒径100nm左右的超细微粒的集尘效率有时低于将比较电极S0用作高电压电极35时的集尘效率。然而，这显然是测量错误。

我们认为，形成穿孔35h而使集尘效率提高的原因如下。

在形成穿孔35h的情形下，电场强度在每个孔周围的周缘区域内增大，在每个孔的中心周围变弱。在电场强度增大的区域内，带电微粒的移动速度增大，集尘效率提高。电场强度增大区和电场强度减弱区的尺寸根据孔径变化。

图8是示出电场强度增大区和电场强度减弱区的孔径和尺寸之间的关系的曲线图。图8的曲线图是一项试验结果，其中20mm×20mm的接地电极以9mm的间隔设置在20mm×20mm的高电压电极的两侧，并且在高电压电极的中央形成直径2.5mm至13mm的穿孔。测量和分析了电场强度分别高于和低于无穿孔平板式电极的电场强度值8.3×10⁵V/m的区域的面积如何相对孔径而变化。

在图8的曲线图中，附图标记Rs表示电场强度高于无穿孔平板式电极的8.3×10⁵V/m的区域的面积Ss与高电压电极和接地电极之间每个空间的面积S(即从图1上方观察到的高电压电极35和接地电极32之间每个空间的面积)的面积比(Ss/S×100(％))，附图标记Rw表示电场强度低于8.3×10⁵V/m的区域的面积Sw与面积S的面积比(Sw/S×100(％))。因此图8示出面积比Rs和Rw(垂直轴)如何相对孔径(水平轴)而变化。

如图8的曲线图所见，当孔径小时，电场强度增大区比电场强度减弱区更宽。然而，当孔径大于11mm时，电场强度增大区比电场强度减弱区更窄。这是因为孔径远大于高电压电极和接地电极之间的距离(在本试验中为9mm)的缘故。

从上面的说明可以知道，可通过加宽电场强度增大区并因此增大带电微粒的移动速度，即增大穿孔孔径并因此增加孔的总周缘长度L，从而提高集尘效率。可以看出孔径的上限是根据高电压电极35和接地电极32之间的距离而确定的。

如图5所示，使用其中在高电压电极35中的穿孔35h的总周缘长度L等于857mm(最长)的样本电极SA4的电动集尘器10，可获得高的集尘性能，即超细微粒和纳米微粒(直径：30mm一100mm)的集尘效率高于60％。

然而，增大穿孔直径以增加孔的总周缘长度L关系到电极面积和电极板强度减小的问题。

图6示出电动集尘器10的集尘效率测量结果，其中将表2所示的SB1—SB3号的第二组样本电极(孔面积比是固定的)用作高电压电极35。

与以上参照的图5相似，图6是示出相对于各高电压电极(S0和SB1—SB3)的聚集微粒粒径d(nm)的集尘效率特性的曲线图。

如图6所示，当将其中根据本发明形成穿孔35h的样本电极SB1—SB3用作高电压电极35时，超细微粒和纳米微粒(直径：100nm以下)的集尘效率η比当将无穿孔35h的比较电极S0作为高电压电极35时高出10％以上。尤其，在孔径分别为2.5mm和5mm的样本电极SB1和SB2的情形下(即孔的总周缘长度L很长)，集尘效率η高出20％以上。

基于该事实可以明白，通过形成更多小孔径的穿孔35h而增加孔的总周缘长度L，能够进一步提高集尘效率。

图7示出基于前述集尘试验的结果，在孔面积比固定(在17.2％)的情形下形成在平板式电极中的穿孔35h的总周缘长度L和集尘效率η(％)之间的关系。这里使用的术语“集尘效率”表示对所有细微粒的集尘效率(不管直径如何)。

如图7中所见，当总周缘长度L为0mm时(即无穿孔的平板式电极)，集尘效率为48％，集尘效率随着总周缘长度L的增加而增加，并在总周缘长度L比1319mm更长时达到饱和。当总周缘长度L为2638mm时，集尘效率等于74％。集尘效率在总周缘长度L超过上述值时达到饱和的趋势的原因被认为是：由于孔径减小并且孔数目增加造成孔间的距离减小，电场在孔周围的周缘区域内变得更弱。

从上面的结果可以知道，可通过减小穿孔直径、增加孔数目和增加孔的总周缘长度L来提高集尘效率，并且用来获得60％的集尘效率的孔径上限为10mm。由于即使孔径被构造成小于2.5mm也无法提高集尘效率，并考虑加工作业的时间和劳动量、高电压电极板的强度降低和其它因素，孔径的下限为2mm。

在本发明中，可在接地电极32中而不是高电压电极35中形成穿孔35h，或者在高电压电极35和接地电极32两者中均形成穿孔35h。

如上所述，根据本发明，通过仅在电动集尘器的高电压电极和接地电极构成的集尘单元的至少一种电极中的整个面积上以分散形式形成许多穿孔的简单结构，可提高对超细微粒和纳米微粒的集尘效率而不需要添加任何新的能源或装置。因此，当本发明应用于旨在净化诸如柴油排放微粒的超细微粒和纳米微粒易于产生的汽车道路隧道中的空气的电动集尘器时，本发明提供提高集尘性能并使设备小型化的优点。

Claims

1.一种电动集尘器，其配置成将充电单元和集尘单元分别设置为前级和后级，其特征在于：

所述集尘单元由彼此平行设置以隔开处理空气流过的空间彼此相对的平行板式高电压电极和平行板式接地电极构成，在所述平行板式高电压电极和所述平行板式接地电极之间施加直流电压而形成静电电场；并且

在两种电极的至少一种的整个面积上以分散方式形成许多穿孔，所述穿孔的直径被设置在使每个孔的周缘周围电场强度增大的区域变得比电场强度减弱的区域更宽的范围内，

所述穿孔的直径为2-10mm，且

所述穿孔的总周缘长度比1319mm更长。

2.如权利要求1所述的电动集尘器，其特征在于，所述穿孔被形成在高电压电极中。