CN102470376A - 碳纤维复合物放电电极 - Google Patents

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Abstract

使用碳纤维、纳米纤维和/或纳米管而产生电晕放电的放电电极。本发明期待具有或不具有聚合物基质以形成复合物的碳纤维电极以及螺旋环绕支持棒包裹纤维的支持构造，所述支持棒沿所述电极的长度延伸。另一种支持构造包含跨过气流通道拉伸的纤维。还有的另一种支持构造包括基本上平行于支持棒沿所述棒的长度设置纤维。

Description

碳纤维复合物放电电极
背景技术
充电电极(带电电极，charging electrode)是用于静电除尘器(ESP)的关键部件，所述静电除尘器(ESP)是用于从气流如来自烧煤的发电厂的流股中收集粒子的装置。在Pasic等人的美国专利第6,231,643号以及在2008年8月14日公开的美国专利申请公开第US2008/0190296号中示出了这种装置的实例，通过参考将其两者并入到本文中。
最基本的ESP包含一排线及在其后面的间隔的、平面金属板的堆。高压电源将电子从板传递到线，从而相对于收集板，在所述线上产生数千伏的负电荷。在典型的ESP中，收集板是接地的，但是可以将极性反转。
气体流过线之间的空间，然后通过所述排的板。通过充电电极将气体离子化，从而形成电晕。当通过离子化的气体携带粒子时，它们变得带负电。当带电的粒子移动通过接地的收集板时，强引力导致将粒子拉向板，直至存在碰撞。一旦粒子接触接地板，则它们放出电子，由此充当收集器的一部分。自动“敲击(振动，rapping)”系统和料斗排空装置在使用ESP的同时除去收集的颗粒物质，由此使得ESP可以保持长时间周期运行。
ESP已经随着放电电极的开发而逐步发展，所述放电电极如连接许多锐钉从而使电晕产生最大化的刚性放电电极。如果电晕更强且覆盖大部分流动区域使得粒子不能在带电区域附近流动且避免带电(这被称为“漏气(旁路窜气，sneakage)”)，则ESP表现得更好。
常规的放电电极支持在典型地包含支持体棒的金属结构上。所述棒是导电的，以便于将各个钉点(spike point)与电源电连接。通常，认为必需具有能够承受因收集基板和放电电极之间的火花放电而经常流动的电流的金属钉。放电电极的锐钉还典型地由昂贵的合金(例如HASTELLOY牌合金)制成以避免或减轻在使用这种电极的严酷环境中的腐蚀。包含棒的整个放电电极通常由合金制成，从而导致电极昂贵且笨重，由此需要强的支持结构。
聚合物便宜、轻且耐腐蚀，但是它们不导电且它们具有差的拉伸/弯曲强度。即使导电复合物也具有比金属小得多的电导率。因此，存在对于下述放电电极的需求，其轻质且便宜，但是仍然具有充分的电流和粒子收集效率。
发明内容
本发明是使用碳纤维、纳米纤维和纳米管以产生电晕放电的充电电极的新设计。技术目标是制造耐腐蚀的低成本电极。本发明包括具有和不具有聚合物基质而形成复合物的碳纤维电极。复合物比金属轻得多-从而也减轻了电极的重量。复合物具有高强度且可用于制造高耐久性和长运行寿命的电极。
所述技术在来自锅炉废气、ESP(特别是湿ESP)和空气净化器的污染控制中具有强烈的潜在应用。在使用电极的各种制造工艺中，复合材料越来越成为流行。ESP广泛用于从烧煤的发电厂的堆中除去颗粒物质。所述技术能够因电极的高强度和耐腐蚀性能而帮助提供节约成本。
与其他商购可获得的充电电极相比，本发明具有几个优势，包括：提高了电极的充电特性；因使用便宜、更轻的材料和更简单的设计而降低了电极的成本；降低了全部设备的成本，因为消除或减少了任何支持结构的成本。此外，根据需要和其运行条件，电极的组成和物理构造的变化是可行的，且因改进了气流模式而提高了收集效率。在会不利地影响金属电极的环境中提高了耐腐蚀性。
根据本发明已制造了不同设计的电极并在一组不同的条件下对其进行试验以确定它们的性能。进行试验以确定电极的电压-电流(V-I)特性和收集效率。观察到，与昂贵的不锈钢电极相比，使用碳纤维作为电晕放电来源的电极在不同的电压水平下提高了电晕电流。
附图说明
图1是示出用于试验A的三个电极的侧视图。左边的电极是在聚合物支持棒上包裹的碳粗纱(carbon roving)(A2)，“飞镖电极(ninja starelectrode)”(A1)在中间，且右边的电极(A3)具有在聚合物基质中具有碳粗纱和碳纳米纤维(CNF)的复合带。
图2是示出用于试验A中的电极试验的16英尺高的室的侧视图。
图3是示出在具有和不具有灰尘流的情况下，来自利用三个电极的试验A的V-I试验的结果的表。
图4是示出试验B中试验的电极的透视图，所述电极包括环绕支持棒包裹的碳粗纱(B1)；四个沿支持棒拉伸的具有玻璃纤维和CNF的复合带(B2)；以及环绕棒包裹的碳纳米纤维布(碳纳米纤维织物，carbonnanofiber fabric)(B3)。将这些与类似于A1电极的飞镖电极进行比较。
图5是示出用于试验组B的电极试验室的侧视透视图。
图6是示出在图5的短室中对四个电极的V-I试验的结果的表。
图7是示出不使用支持棒的单带实验装置的透视图。
图8是示出在图5的短试验室中单悬挂带的V-I试验的结果的表。
图9是示出放电电极系统的一种可能构造的示意图。柔性电极可以是纤维或丝的复合带或束。支持棒可以是不导电的，诸如复合纤维玻璃管。
图10是示出放电电极系统的部分：(a)机械支持体，(b)导电介质(金属棒/线)和(c)放电点的透视图。
图11是示出具有导电介质如线的放电点的示意图。
图12是示出包含中心支持棒、导电介质和放电点的放电电极系统的示意图。
图13是示出用于在非导电棒中使用槽的放电点的支持体的透视图。
图14是示出通过将飞镖焊接在由内部不导电棒或管支持的薄金属管上的放电点的支持体的透视图。该产品的成本优势由通过复合物棒/管代替金属块(bulk)而产生。
图15是示出“连接放电点”的实例的透视图，其中所述材料可以为金属、导电非金属、两者的组合、或复合物。所述连接可以使用纤维、线、棒或其他连接体完成。
图16是示出“连接放电点”的实例的透视图，其中所述点具有与图15中所示的相比不同的形状。这证明了可以使用放电点的不同排列。
图17是示出连接放电点和由两半聚合物和/或复合材料制成的支持棒的组合的分解透视图。还期待的是，所述支持体半部之一可以仅是热塑性材料，且所述复合物棒可具有聚合物涂层。
图18是示出在将图17中所示的两半接合在一起之后图17的放电电极系统的透视图。
图19是示出使用金属滤网而对放电点提供导电通道并作为连接放电点和聚合物支持棒之间的接合辅助物的本发明实施方式的分解透视图。所述支持棒可以是热塑性复合物和纯热塑性棒的一种或两种复合物棒，或者其组合。
图20是示出用于并入本发明的电极的期待支持系统的透视图，尽管所示的电极可不并入本发明中。
在描述在图中所示出的本发明的优选实施方式时，为了清楚，借助于特定的术语。然而，本发明并不旨在受限于如此选择的特定术语，且应当理解，各个特定术语包括以类似的方式运行而完成类似目的的所有技术等价物。例如，经常使用词连接或与其相似的术语。它们不限于直接连接，而是包括通过其他元件的连接，其中这种连接被本领域技术人员看作是等价的。
具体实施方式
通过参考将在2009年7月9日提交的美国临时申请第61/224,121号并入本申请中。
本发明涉及由一种或多种下列成分的组合制成的放电电极：不导电纤维和导电性非金属纤维如碳纤维、碳纳米纤维和聚合物。碳纤维和/或碳纳米纤维(CNF)在预期的所有电极中都是常见的成分。
所述纤维和/或复合物电极可以通过支持棒，诸如通过环绕或沿所述棒包裹导电丝而支持；或者所述纤维可以环绕对所述丝施加张力的两个基本平行的、隔开的支持棒缠绕。在后一种情况中，导电丝环绕两个支持体缠绕，从而产生在所述棒之间延伸的丝的阵列。在优选的实施方式中，跨度(span)越过气体流过的通道延伸。在其中纳米纤维在复合物中的一些情况中，其端部充当支持电晕的点。
将根据本发明制成的电极的实例示出在图1中。示出了环绕圆柱状聚氯乙烯(PVC)管的外部螺旋地包裹的裸露的碳纤维粗纱电极(A2)。所述碳纤维粗纱是聚集在一起但是不相互胶粘结合的基本平行的纤维的组。所述纤维具有在几微米范围内的直径，但是这可以通过数量级而或大或小地发生变化。所述粗纱附着或机械安装在所述管的端部以防止移动，并可以通过机械紧固件或胶粘贴片(adhesive patch)而沿其长度附着。所述螺旋粗纱的间距为2英寸以便与图1中所示且在下面讨论的飞镖电极(A1)相当。
期待的是，可以将导电的非金属纤维的任何组用作电极材料，且认为碳是最可行的材料。可以将导电纤维与不导电纤维如玻璃纤维结合以便获得一些结构或节省成本的优势。例如，可以在复合物中将碳纳米纤维与玻璃纤维结合，通过所述复合物，热塑性树脂发生渗入(渗透)然后固化。
所述碳可以为粗纱或纤维束的形式，如上所述，但是也可以是纱线的形式，如以纱线的形式聚集在一起而形成直径比原来长数量级的伸长产物的非常短的纤维(例如纳米纤维)的串(string)。这种串或纱线可以是复合物，诸如通过用可固化和/或熔化的热塑性聚合物流体渗入(渗透)的复合物。聚合物基质具有帮助从纤维散热，从而可以防止或减轻氧化(燃烧)的附加益处，但是也可能稍微降低电极的有效性。还期待用能够承受环境的金属如HASTELLOY牌合金或任何不锈钢包覆碳纤维。另外，可以将也能够承受环境的任何聚合物用于包覆纤维。
另一种电极实例由通过经由聚丙烯(PP)拉挤碳粗纱以形成带电极(A3)而形成的复合带制成。所述带是柔性的且为平条形式。所述带以2英寸的间距环绕所述支持棒(PVC管)螺旋地包裹并附着在所述管的相反端部。可以沿长度将所述带附着于所述管。
电极的其他实例示出在图4中，且试验的电极包含环绕支持棒螺旋地包裹的碳粗纱(B1)。这与上述电极A2类似。电极B2由沿支持棒拉伸的四个复合带制成，所述复合带具有与碳纳米纤维(CNF)结合的玻璃纤维，所述支持棒由PVC管制成。在复合带沿支持棒延伸的至少一部分期间，所述复合带与所述支持棒基本平行。
根据本发明制备的电极的图4中的另一个实例是环绕PVC管包裹的碳纳米纤维布(B3)。所述碳纳米纤维布由纳米级直径和几微米长度的纳米纤维制成，所述纳米纤维通过用被固化的聚合物基质材料渗入(渗透)而形成为布。将所述布环绕所述管包裹并在端部且沿通过重叠边缘而形成的缝固定至管。示出了带，但是可以使用其他紧固件。
所述电极可以是没有支持的，诸如通过将带或粗纱自身延伸跨过气流通道(即不具有任何固定支持体)，如图7中所示。在该实例中，在相反的端部夹住碳纤维粗纱或带，然后以相反的方向拉拔端部以在粗纱或带中产生张力。所述张力在以横向快速流过电极的气体的存在下，将电极的位置保持在气流通道如烟囱、烟道或风道中。期待保持粗纱或带端部的圆柱体包含基本平行的隔开的圆柱体，环绕所述圆柱体包裹并固定电极材料，然后以与其他相反的方向将所述圆柱体中的至少一个替换。
所述电极也可以沿它们的长度而被支持，诸如通过环绕优选不导电的棒或管螺旋地包裹而被支持(参见图1)。在可替换的实施方式中，可以将粗纱或带排列为与支持管或棒基本平行，如图4(参见B2)和图9中所示。在图9中，柔性电极与支持棒的外部径向地隔开，这增加了跨过电极表面的气流。然而，期待的是，可以以与支持管基本平行并与其接触的方式安装电极，如图4中所示(参见B3)。
在其实例示出在图20中的还有的另一个实施方式中，可以将电极安装在仅一个端部以形成悬臂。其另一个实例未被示出，但是被构造为具有类似于常规的瓶刷的构造的圆刷，其中纤维或复合物从刚性的中心支持轴向外径向延伸。所述中心轴是导电的且支持电极的端部。在备选方案中，诸如通过环绕内部端部流动的塑料而将径向延伸的纤维埋置在塑料中。
本文中所述的电极的试验由作为电压V的函数的它们的电晕电流(I)放电的测量组成(V-I曲线)。将下列材料作为来自电极的放电电流的源进行试验：粗纱形式的连续(长)的碳纤维；碳纤维在聚合物基质中的带；碳粗纱和碳纳米纤维在聚合物基质中的带；布形式的碳纳米纤维；玻璃纤维与碳纳米纤维在聚合物基质中的带；以及刷子形式的碳纤维。所有这些都为非刚性材料形式且因此它们需要以电极形式被支持。
使用支持结构成功地对上述进行试验。还可以在没有支持体的情况下使用纤维(诸如碳粗纱)的带和束。可以使用由其他导电非金属材料制成的小直径(小于250微米)的纤维束来制备放电电极。本发明使用未用基质材料如树脂渗入(渗透)的纤维的束以及用基质材料渗入(渗透)的纤维的束。对于结构完整性，优选复合物，且优选的是，导电丝具有小直径(例如5-7微米)。
将上述电极与已知为“飞镖电极”的常规金属电极进行比较。下面描述对复合物放电电极的三组试验(称作试验A、B和C)。大部分构造使用由在聚合物基质如聚丙烯(PP)中的纤维制成的导电复合带。在前两组试验中，通过由不导电聚合物管制成的“支持棒”来支持导电成分(如通过参考在上文中并入的美国专利申请公开中那样)。
以各种长度对电极进行试验，其中一组结果利用10英尺长放电电极获得。试验室是图2中所示的垂直的、16英尺长的矩形钢管道(风道，duct)。在图5中所示的较短的室中进行几种试验，在所述室中电极的试验长度为约21至24英寸。
通过将它们的结果与飞镖电极进行比较来在两个室中评价几种电极。在所有情况中，放电电极在它们的外径方面都是几何相等的。基于作为施加电压(V)的函数的放电电流(I)来判定电极性能。在具有和不具有气流的情况下描绘V-I曲线。还将灰尘注入到气流中以模拟静电除尘器。
下面是来自三组实验的详细结果。下述试验是在长时间内进行的几种试验的代表。
试验组A：目的是比较三种电极。将飞镖电极(A1)用作用于试验的基线。所述飞镖电极由不锈钢制成，其中所述不锈钢具有以2英寸的间隔焊接至钢支持棒的2英寸直径的飞镖。该设计基于由SouthernEnvironmental，Inc.(Pensacola，Florida)制造的商业产生的电极。根据本发明的第一电极是环绕PVC管螺旋地包裹的裸露的碳粗纱电极(A2)。将间距设定为2英寸以与飞镖电极相当。根据本发明的第二电极是利用以2英寸的间距环绕PVC管支持棒螺旋地包裹的碳粗纱电极(A3)拉挤的(pultruded)聚丙烯(PP)的带。
在试验A中使用的三种不同电极示出在图1中。试验室示出在图2中，其示出了用于在试验组A中试验的电极的16英尺高的室。用于试验组A的三种电极在电流相对于电压(V-I)特性方面的结果示出在图3中。在具有和不具有气流的情况下对各个电极进行试验。所述气流伴随有灰尘注入。较高的电流指示较好的电极性能。
可以从试验组(A)得到的结论是碳粗纱电极(A2)产生了最好的结果。即使当在具有灰尘流的情况下V-I性能显著劣化时，其仍然好于其他两种电极。另外，具有碳粗纱的聚丙烯和CNF拉挤带的电极(A3)表现得稍微好于基线电极(A1)。在几次运行中，该结果保持一致。灰尘流的效果是降低放电电流，但是在飞镖电极(A1)和复合带电极(A3)的情况下，所述效果很不显著。
试验组B：在图5中所示的3英尺长的ESP室中进行该试验。放电电极具有21英寸的暴露放电表面。在没有任何气流的情况下进行这些试验。目的是比较几种构造的V-I特性，在图4中示出了所述构造中的一些。
在图4中，所示出的电极是包裹在支持棒上的碳粗纱(B1)、具有沿支持棒拉伸的玻璃纤维和CNF的四个复合带(B2)以及环绕棒包裹的碳纳米纤维布(B3)。与A1电极类似，将这些电极B1、B2和B3与飞镖电极进行比较。
作为在短室中的四种电极上的V-I试验的结果，将来自试验组B的结果示出在图6中。可以从试验组(B)获得的结论是所述试验确认了碳粗纱相对于其他电极的优越性。另外，并不是必需将带环绕支持棒螺旋包裹以提供显著优势。而是与B2相同，可以将它们沿所述棒纵向拉伸。还进一步地，可以利用胶粘剂将碳粗纱包裹在支持棒上以提高结构的完整性。可以将胶粘剂选择为导电的以增强性能。此外，可以在具有或不具有支持棒的情况下，将各种几何图案用于保持带以优化带的性能。最后，可以利用聚合物或金属涂料对碳粗纱或其他纤维以及复合物进行包覆而提高在ESP环境中的性能和/或完整性并提高电极的寿命。附加的试验示出了，通过在各个电极中使用更多的带可以增强V-I曲线。
试验组C：进行该试验组以对具有和不具有碳纳米纤维(CNF)的碳粗纱的复合带进行比较。没有通过中心聚合物管对电极进行支持。反而，如图7中的放大图中所示，每个为悬挂在短试验室(图5)中的21英寸长、约0.5英寸宽的带的形状。通过从两端拉拔来将试样保持在张力下而进行试验。对下列电极进行评价：(C1)一长度的具有在聚丙烯(PP)中的碳粗纱和CNF的复合带；(C2)一长度的具有在PP中的碳粗纱的复合带；(C3)一长度的0.5英寸宽的金属带；以及(C4)一长度的具有在PP中的玻璃粗纱和CNF的复合带。
由于在试验C的实验中，带的总长度短得多，所以与如上报道的其他两组实验相比，V-I曲线中的电流也小得多。将试验C(在较短试验室中的单悬挂带的V-I试验)的结果示出在图8中。
来自试验组C的结论包括所有复合带表现得都远好于金属带电极。此外，复合带或导电放电元件不必被棒支持以表现良好。而是可以将它们以张力保持在顶部和底部支持体之间，而不是保持在与电极轴平行的支持体上。这使得带或纤维束简单且节省成本。最后，所述带可以由弹性体与纳米纤维或纳米管制成，然后可以在两个平行棒之间将其拉伸并包裹以作为连续的柔性电极。
来自试验结果的总结和结论是，利用碳粗纱作为放电电极得到了最好的V-I曲线。通过2至3的因子，其表现得远好于飞镖电极。另外，复合带通常表现得至少与飞镖一样，且通常好过约10％。具有纳米纤维的碳粗纱带看起来表现得稍微好于其他带。可行的设计包括环绕支持棒包裹、或者沿支持棒拉伸的、或者在两个夹子或圆柱体之间悬挂/拉伸的带或粗纱。也成功地对由开裂的连续的导电碳纤维制成的“碳纤维刷”进行了试验。碳纤维的端部充当放电点。V-I特性优异，但是因为几何上的差异，其不可能与飞镖电极比较V-I特性。
将用于具有不导电支持体的使用带或纤维束的根据本发明制成的放电电极系统电极的期待构造示出在图9中。柔性电极可以是纤维或丝的复合带或束。支持棒可以是不导电的(例如复合纤维玻璃管)或者在其他实施方式中其可以是导电的。
尽管图9实施方式是一个特定的实例，但是三种普通构造是重要的。第一普通构造是如下构造：其中以径向空间或偏移沿支持棒的长度拉伸由带、纤维或丝制成的柔性电极，如图9中所示。第二普通构造是如下构造：其中柔性电极结合至支持棒(沿其长度或绕其包裹)，使得不存在偏移，如图4中所示(B3)。第三普通构造是如下构造：其中在气流通道的顶部和底部的支持结构之间拉伸放电电极带、纤维或线，且没有沿所述带、纤维或线的长度延伸的支持棒，如图7中所示。
如果不使用支持棒，则可以具有优势。首先，可以从设计中除去支持棒且在顶部和底部支持体之间拉伸柔性电极。第二，可以拉伸柔性电极的不同密度阵列(每单位面积的电极数)以根据需要产生电晕放电。例如，在灰尘流的入口可以提供较高的密度。由此，可以对柔性电极进行分布以在ESP中的不同点处提供不同水平的电晕放电。
柔性电极的轻重量使得在ESP内更容易地支持和拉伸。这使得可以改变或增加集电板之间的间隔。下面讨论了用于将聚合物复合物支持体结合至放电点并与放电点电连接的各种方法。当然，这种讨论不是限制性的而是示例性的，且基于本文中的公开内容，本领域普通技术人员会容易地设计其他方法。
通常，可以看出，在“放电电极系统”中的部件必须提供三种功能：(a)机械支持，(b)放电点的电连接和(c)用于电晕产生的放电点。为了描述复合物电极，将这些功能示于图10、11和12中的放电电极系统中。
图10示出了包含(a)机械支持体，(b)导电介质(金属棒/线)和(c)放电点的放电电极系统的构成部件。这些部件示意性地示出在图11和12中。图12示出了包含中心支持棒、导电介质和放电点的放电电极系统。
在传统方法中，放电电极的功能(a)和(b)两者通过金属支持体实行。本发明期待两种类型的创新：(1)将金属改变为不同的导电材料，诸如使用导电聚合物复合物棒或者(2)使用不同的材料来实行不同的功能，如图11和图12中所示。将放电点连接至支持棒的其他方法示出在图13和图14中。
图14示出了通过将飞镖焊接在由内部不导电棒或管支持的薄金属管上而支持放电点。从通过复合物棒/管取代金属块而获得了成本优势。
在如上讨论的情况中，优选通过聚合物或复合物管来提供作为提供机械强度的骨架的电极支持体。电连接介质可以为提供从供电电压到放电点的导电通道的线、棒或薄管。可以将放电点与导电线或棒的其他组合安装在不导电聚合物或基于聚合物的复合物上，因为可以以熔融形式对聚合物进行处理。下面对其进行描述。
可以将放电点的不同组合结合至导电介质并埋置在含聚合物的支持棒内。可以存在结合至导电线或细棒的连接放电点或钉的几种组合，其中所述导电线或细棒可以埋置在聚合物或聚合物复合物支持棒内。实例示出在图15和图16中。图15示出了“连接放电点”的实例，其中所述材料可以是金属、导电非金属、两者的组合、或者复合物。可以使用纤维、线、棒或其他形状来完成连接。在图16中，示出了“连接放电点”的实例，其中所述点具有与图15中所示的点相比不同的形状。这证明了，可以使用放电点的不同排列。
当用于本发明中时，热塑性材料、纤维玻璃复合物以及其他不导电支持体具有至少下列优势。在使用碳导电纤维的热塑性复合物支持体的情况下，可以通过热塑性材料插入热金属放电电极点(例如销)而在热塑性材料中安装金属放电电极点。可能需要薄的导孔，且可以通过使用超声或振动来帮助所述过程。聚合物会熔化并再凝固，从而产生紧密的密封。可以在支持棒的内部或外部将金属销电连接。
还期待将放电点接合至连接线或棒，然后将其放在两个基本平行的、不导电热塑性/复合物棒之间，然后环绕连接线和放电点接合热塑性棒。支持体半部之一可以仅是热塑性材料，且复合物棒可具有聚合物涂层。将这作为连接放电点和由两半聚合物和/或复合材料制成的支持棒的组合示出在图17中。图18示出了将图17中所示的两半接合在一起之后的放电电极系统。可以为圆柱状或其他形状的连接棒可以增强由聚合物或复合物制成的支持棒。
代替使用金属连接体，可以使用非金属导电纤维或导电带以连接金属放电点，然后将导体埋置在支持棒内。可以将放电点焊接至金属滤网，然后将金属滤网放在两种热塑性复合物之间。为了便于接合，复合物可以具有富树脂表面，其可以容易地熔化和结合。这示出在图19的图示中。可以对滤网进行电加热以将热塑性材料熔化而用于改进接合。金属滤网对放电点提供了导电通道，且还作为连接放电点与聚合物支持棒之间的接合辅助物。所述支持棒可以为热塑性复合物和纯热塑性棒的单一棒，或两种复合物棒，或者其组合。
如果要将碳纤维或导电纤维用作放电点，则可以将碳布或碳粗纱的条放置在两个聚合物棒之间并胶合在一起，使得纤维端部自由并延伸到支持棒外部。所述碳纤维会对复合物提供强度。在这种情况下，支持棒可以是热固性复合物。最终产物看起来像刷子。
对于制备复合物，热固性材料更易于处理，因为它们在固化前流动容易且它们中的许多可抵抗腐蚀环境。热固性材料的优势在于，可以通过成形工艺环绕“连接放电点”固化热固性树脂而将其进行埋置。还可以将热固性材料用于结合聚合物支持棒。
放电电极系统对ESP结构的附着可以通过将连接线或棒连接至支持结构，使得电极的重量得到支持而完成。可以使用附加的夹子以防止支持棒的横向移动，如图20的实例中所示。图20中示出了用于并入本发明的电极的期待的支持系统。可以增加用于降低因振动而造成的横向移动的夹子数，但是所述线支持重量。这可能是对于安装电极最简单且最便宜的系统。
结合附图的该详细说明主要旨在作为本发明目前优选实施方式的说明，且不旨在表示可以构建或利用本发明的唯一形式。所述说明连同示出的实施方式提出了实施本发明的设计、功能、手段和方法。然而，应当理解，通过也旨在包含在本发明的精神和范围内的不同实施方式可以完成相同或相当的功能和特征，且在不背离本发明或所附权利要求的范围的情况下，可以采用各种修改。

Claims (21)

1.一种用于静电除尘器的放电电极，所述静电除尘器具有连接到至少一个收集电极的电源以及跨过所述放电电极和所述收集电极的气流，所述放电电极包含电连接至所述电源并暴露于所述气流的至少一种碳纤维。
2.根据权利要求1所述的放电电极，其中，所述至少一种碳纤维还包含以基本上平行的取向相互定位并通过所述气流延伸的碳纤维的组。
3.根据权利要求2所述的放电电极，其中，所述碳纤维的组从与第一支持体的连接通过所述气流延伸到与第二支持体的连接，所述第二支持体与所述第一支持体隔开，所述碳纤维的组在所述第一支持体和第二支持体之间具有充分的张力。
4.根据权利要求3所述的放电电极，其中，所述第一支持体是第一圆柱体，而所述第二支持体是基本上与所述第一圆柱体平行的第二圆柱体。
5.根据权利要求2所述的放电电极，其中，所述碳纤维的组沿通过所述气流延伸的不导电棒的外表面延伸。
6.根据权利要求5所述的放电电极，其中，所述碳纤维的组与所述棒的所述外表面接触。
7.根据权利要求6所述的放电电极，其中，所述纤维的组以螺旋状环绕所述棒的表面缠绕。
8.根据权利要求6所述的放电电极，其中，所述纤维的组基本上平行于所述棒沿所述棒的表面延伸。
9.根据权利要求8所述的放电电极，其中，所述纤维的组从所述棒径向地间隔至少通过所述气流延伸的所述棒的一部分的基本长度。
10.根据权利要求1所述的放电电极，其中，所述至少一种碳纤维还包含已通过基质材料渗入而形成复合物的碳纤维的组，且所述复合物通过所述气流延伸。
11.根据权利要求10所述的放电电极，其中，所述碳纤维的组从与第一支持体的连接通过所述气流延伸到与第二支持体的连接，所述第二支持体与所述第一支持体隔开，所述碳纤维的组在所述第一支持体和第二支持体之间具有充分的张力。
12.根据权利要求11所述的放电电极，其中，所述第一支持体是第一圆柱体，而所述第二支持体是基本上与所述第一圆柱体平行的第二圆柱体。
13.根据权利要求10所述的放电电极，其中，所述复合物沿通过所述气流延伸的不导电棒的外表面延伸。
14.根据权利要求13所述的放电电极，其中，所述复合物与所述棒的所述外表面接触。
15.根据权利要求14所述的放电电极，其中，所述复合物以螺旋状环绕所述棒的表面缠绕。
16.根据权利要求14所述的放电电极，其中，所述复合物基本上平行于所述棒沿所述棒的表面延伸。
17.根据权利要求16所述的放电电极，其中，所述复合物从所述棒径向地间隔至少通过所述气流延伸的所述棒的一部分的基本长度。
18.根据权利要求10所述的放电电极，其中，所述碳纤维包含至少一些纳米管。
19.根据权利要求10所述的放电电极，其中，所述碳纤维包含至少一些纳米纤维。
20.根据权利要求10所述的放电电极，还在所述纤维的至少一些上包含金属的涂层。
21.根据权利要求10所述的放电电极，还在所述纤维的至少一些上包含聚合物的涂层。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105408025A (zh) * 2013-06-28 2016-03-16 俄亥俄大学 具有机械偏置的碳纤维复合物放电电极
CN105841226A (zh) * 2016-01-07 2016-08-10 浙江欧莱科机电制造有限公司 一种具有臭氧装置的空气处理器
CN107282303A (zh) * 2016-09-13 2017-10-24 成都创慧科达科技有限公司 一种高效电磁除尘设备用导电纤维
CN107406255A (zh) * 2015-02-23 2017-11-28 木质部知识产权管理有限责任公司 具有位置相关放电分布的臭氧发生器
CN112512697A (zh) * 2018-06-22 2021-03-16 丹尼尔·特布尔 用于净化载有颗粒的气态介质的装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE1130120A1 (sv) * 2011-05-15 2012-11-16 Karl G Rosen Metod att förbättra foderomvandlingen och prestanda hos högproducerande djur
US9540170B2 (en) * 2013-02-28 2017-01-10 Robert Franklin Morris, III Electrostatic charge dissipator for storage tanks
US10022727B2 (en) * 2013-09-25 2018-07-17 Ohio University Discharge electrode suspension system using rings
US9914134B2 (en) * 2014-07-31 2018-03-13 Trane International Inc. Systems and methods for cleaning air
US20160317127A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Qualcomm Incorporated Smart device for ultrasound imaging
FI127767B (en) * 2016-03-04 2019-02-15 Aavi Tech Ltd Air cleaner and method for purifying room air
WO2018156594A1 (en) * 2017-02-21 2018-08-30 Ohio University Hybrid composite discharge electrode for use in an electrostatic precipitator
KR101975183B1 (ko) * 2017-09-01 2019-05-13 주식회사 알링크 전도성 필터 모듈이 구비된 미세먼지 제거 시스템
SG11202009904QA (en) * 2018-04-07 2020-11-27 Praful Ramachandra Naik An air purification system
CN108480049B (zh) * 2018-04-11 2024-04-19 安徽中研电气有限责任公司 一种新型静电芒刺线及芒刺网
WO2022114370A1 (ko) * 2020-11-26 2022-06-02 영남대학교 산학협력단 바이오 에어로졸 포집장치
DE102021120127A1 (de) * 2021-08-03 2023-02-09 Hengst Se Luftfilter mit elektrostatischem Abscheider
CN115431558A (zh) * 2022-08-18 2022-12-06 中国科学院福建物质结构研究所 一种用于复合材料的自动铺丝装置及铺丝方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3425190A (en) * 1968-03-18 1969-02-04 Benjamin Ragland Electrostatic precipitator with electrode tensioning means
US4614678A (en) * 1983-06-28 1986-09-30 Atochem Flexible composite material and process for producing same
US6221136B1 (en) * 1998-11-25 2001-04-24 Msp Corporation Compact electrostatic precipitator for droplet aerosol collection
CN2771527Y (zh) * 2004-12-27 2006-04-12 艾美特电器（深圳）有限公司 一种具有负离子发生器清洁装置的风扇
CN2937494Y (zh) * 2006-06-01 2007-08-22 肖忠渊 一种消音、烟尘净化装置
CN101357351A (zh) * 2008-08-06 2009-02-04 佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司 一种无臭氧可清洗静电集尘器

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3595946A (en) * 1968-06-04 1971-07-27 Great Lakes Carbon Corp Process for the production of carbon filaments from coal tar pitch
US3819985A (en) * 1972-12-01 1974-06-25 R Dusevoir Discharge electrodes for electrostatic precipitators and method of shipment and installation
DE2311468C3 (de) 1973-03-08 1980-06-26 Aluminium-Huette Rheinfelden Gmbh, 7888 Rheinfelden Sprühelektroden in Elektroabscheideranlagen aus fadenförmigem Material
ZA744247B (en) * 1973-08-31 1975-06-25 Metallgesellschaft Ag Electrostatic precipitator made of plastics material
NL155199B (nl) 1974-05-13 1977-12-15 Bronswerk Apparatenbouw Inrichting voor het verwijderen van vaste of vloeibare deeltjes uit een gasstroom.
DE2427509C2 (de) * 1974-06-07 1982-12-23 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Herstellungsverfahren für kunststoffbeschichtete Ionisierungselektroden
JPS52119579A (en) * 1976-03-31 1977-10-07 Toray Ind Inc Method of discharging electrode for electric dust-collector device
US4152183A (en) * 1977-01-14 1979-05-01 Dart Industries, Inc. Method for producing hollow cylindrical structures
US4077785A (en) * 1977-05-09 1978-03-07 Research-Cottrell, Inc. Corrosion resistant electrostatic precipitator
US5296019A (en) * 1990-06-19 1994-03-22 Neg-Ions (North America) Inc. Dust precipitation from air by negative ionization
DE4326895C1 (de) 1993-08-11 1994-08-25 Metallgesellschaft Ag Sprühelektrode für elektrostatische Abscheider, die aus einem Träger besteht, auf dessen Außenseite ein Gewebe angeordnet ist, sowie Verwendung der Sprühelektrode
JP2660669B2 (ja) * 1994-10-21 1997-10-08 株式会社カンキョー コロナ放電発生用電極
EP1112124B9 (en) 1998-06-17 2007-11-28 Ohio University Membrane electrostatic precipitator
ITMI20022685A1 (it) * 2002-12-19 2004-06-20 Alcantara Spa Tessuto non tessuto ad alta durabilita' con aspetto melange,
US20050028676A1 (en) * 2003-08-05 2005-02-10 Heckel Scott P. Corona discharge electrode assembly for electrostatic precipitator
EP1874478A4 (en) 2005-04-19 2011-05-25 Univ Ohio COMPOSITE DISCHARGE ELECTRODE
US7704302B2 (en) * 2007-02-27 2010-04-27 General Electric Company Electrostatic precipitator having a spark current limiting resistors and method for limiting sparking
WO2009009787A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Ohio University Low cost composite discharge electrode
JP5342804B2 (ja) * 2008-05-07 2013-11-13 出光興産株式会社 芳香族ポリカーボネート樹脂組成物およびその成形体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3425190A (en) * 1968-03-18 1969-02-04 Benjamin Ragland Electrostatic precipitator with electrode tensioning means
US4614678A (en) * 1983-06-28 1986-09-30 Atochem Flexible composite material and process for producing same
US6221136B1 (en) * 1998-11-25 2001-04-24 Msp Corporation Compact electrostatic precipitator for droplet aerosol collection
CN2771527Y (zh) * 2004-12-27 2006-04-12 艾美特电器（深圳）有限公司 一种具有负离子发生器清洁装置的风扇
CN2937494Y (zh) * 2006-06-01 2007-08-22 肖忠渊 一种消音、烟尘净化装置
CN101357351A (zh) * 2008-08-06 2009-02-04 佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司 一种无臭氧可清洗静电集尘器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105408025A (zh) * 2013-06-28 2016-03-16 俄亥俄大学 具有机械偏置的碳纤维复合物放电电极
CN107406255A (zh) * 2015-02-23 2017-11-28 木质部知识产权管理有限责任公司 具有位置相关放电分布的臭氧发生器
CN105841226A (zh) * 2016-01-07 2016-08-10 浙江欧莱科机电制造有限公司 一种具有臭氧装置的空气处理器
CN107282303A (zh) * 2016-09-13 2017-10-24 成都创慧科达科技有限公司 一种高效电磁除尘设备用导电纤维
CN112512697A (zh) * 2018-06-22 2021-03-16 丹尼尔·特布尔 用于净化载有颗粒的气态介质的装置

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CA2767509C (en) 2015-04-21

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