具体实施方式
下面,结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明,但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图2所示,该图示出了本发明实施例提供的高压静电场净化装置的净化原理。为了便于说明,仅示出了与本发明实施例有关的部分。
请参阅图1,一种高压静电场净化装置,包括作为静电场阴极的电晕极21以及作为静电场阳极的流动的导电液22;所述导电液22依托于依附体26的表面上并能润湿所述依附体26,所述依附体26的导电液依附面上具有可使所述导电液22在该导电液依附面上流过时,形成均匀分布和表面光滑平整的液流的微观起伏结构,该微观起伏结构可使流经的液体形成毛细管流动。
所述依附体的具有微观起伏结构的表面应尽可能平整,最好平整。
本发明实施例中,所述微观起伏结构可以是由大量凸设在所述依附体的导电液依附面上的颗粒构成,所述颗粒间隔均匀地排列于所述导电液依附面上。
所述微观起伏结构可以是由大量开设在所述依附体的导电液依附面上的沟槽构成,所述沟槽间隔均匀地排列于所述导电液依附面上。
所述微观起伏结构可以是由大量开设在所述依附体的导电液依附面上的凹陷构成,所述凹陷间隔均匀地排列于所述导电液依附面上。
所述微观起伏结构可以是由大量凸设在所述依附体的导电液依附面上的微柱构成,所述微柱间隔均匀地排列于所述导电液依附面上。
某些天然材料具有这类微结构,如木材、水成岩和火山浮石,但更好的选择来自人造材料,如棉布或其它天然及人工纤维纺织品,未上釉的陶瓷,活性炭块,泡沫棉等。此外,还可以通过专门加工,改造原有的依附材料,比如对光滑的金属表面进行磨砂处理或化学腐蚀处理,以形成微观起伏,还可以在高分子板材表面粘贴纱布或沙粒。
由于所述的依附体的表面具有所述的微观起伏结构,导电液体该依附体的表面流过时,会产生下列作用:
(1)由于微观起伏结构的存在,液体会很快进入并形成毛细管流动。由于液体分子与固体分子之间的附着力能有效地阻止液体分子在高压静电场下脱离液体表面的倾向,克服了由此导致的液面不稳定扰动,在阳极和阴极间距相同的条件下,静电场电压能够得到明显提高。
(2)由于微观起伏结构作用,液体能迅速在依附体的表面均匀分散铺开,基本杜绝了光滑依附体表面上常见的液体溪流状分布,使得静电场电压能得到进一步提高。
(3)由于微观起伏结构的存在,导电液体完全渗入依附体内部,任何环境和随机因素导致的液流表面波动都能被有效抑制,提高了在高压静电场下的稳定性。
(4)由于微观起伏结构的存在,使得承载与导电液体之间的接触面积远大于光滑固体表面与液体之间的接触面积,使得液体分子受到固体材料的吸引力总和远大于后者。静电场电压就能得到进一步提高。
本发明颠覆了“固体表面越光滑平整,液流越均匀”的常规认识,采用微观起伏结构的固体材料作为导电液流的依托表面,且使固体材料与导电液体之间有良好润湿性,这样可以使流经固体材料微观起伏结构表面的液体形成液体毛细管流动,从而实现了形成均匀分布和表面光滑平整的液流。
参见图2所示,进一步的,所述电晕极21与所述导电液22之间设有间隔体25,所述间隔体25上均匀间隔开设有大量网孔,并与流动的导电液体22有较好润湿性。
进一步的,所述间隔体25采用非导电材料。
流动的导电液体22在间隔体25的另一面流过,使电晕极21与流动的导电液体22隔开,可以起到以下效果:
(1)由于间隔体25不导电,气流中带负电的气溶胶粒子将穿过间隔体的网孔进入流动的导电液体中被带离,而不会粘附在间隔体上。
(2)液体分子受网孔的限制,不会因静电场的作用产生不稳起伏,有效抑制了液体分子离开液面的趋势,使得静电场电压可以较大提升。
(3)在气流流速较大的情况下,受网孔的限制,气流方向即使液流方向不一致,也能避免因飞溅的液体形成的水花和水雾导致的短路。
本发明实施例中,所述依附体可以为一管状体,所述电晕极置于所述管状体的中心线上。
如图2所示,所述依附体26也可以为两块相对设置的平板,所述电晕极等距设置于两个所述平板之间。
本发明实施例中,所述依附体由金属或非金属材料制成。
为了保证导电液的在依附体表面的良好的流动性能,本发明实施例中,要求所述导电液的内聚力小于所述导电液与所述依附体间的附着力。
为实现上述功能,所述的导电液中可以加入能有效减小液体内聚力的溶剂或溶质,使得液体分子的内聚力远小于它与依附体的承载面的附着力,从而抑制液流在更高静电压下的表面扰动,有利于电场电压的提高。
比如加入各种阴离子和阳离子表面活性剂,非离子活性剂和双电子活性剂,比如有机酸(如硬脂酸)和某些盐类(如烷基萘磺酸盐)。加入这些物质除可以增加导电液体与依附体的承载面的附着力外,还可以增加导电液体和气溶胶粒子表面的润湿能力,有利于气溶胶粒子快速进入导电液体中,提高净化效果,同时还可以提高导电液体的凝固点,让净化装置能在寒冷的地区照常工作。
此外,还可以通过提高导电液体的温度来减小导电液体分子的内聚力,以抑制液流在更高静电压下的表面扰动。
如用于油烟净化时,为了使所述导电液体能有效地吸引和传输油烟粒子,该导电液体应具有以下物理性能:
1)较好的流动性。所以动力黏度不能高,一般不大于1Pa.S。20oC的水的黏度大约是10-3Pa.S,有很好流动性。乙醇,汽油等也有较低黏度。
2)较小的表面张力,使之在依附体表面容易铺开成均匀的薄层。加入表面活化物质能有效减小液体的表面张力。比如水中加入肥皂后,可使其表面张力从73X10-3 N/m减小近一倍。
3)较高的导电率。纯水导电性很差,约0.055uS (18.18兆欧)。但加入电解质或溶质后,电导率大幅升高。一般溶质浓度和电导率之间的换算关系是:2μS/cm=1ppm(每百万单位CaCO3)或者100uS/cm x 0.5 = 50 ppm (加食盐)。其它导电性差的液体也可通过加入电解质改善导电性。
4)较低的挥发性。由于气流的流过会带走一部分液体,尤其易挥发的液体,损耗更大,因此要求导电液体具有较低挥发性。
5)对油类物质的溶解性不高。溶解性高,油烟粒子容易进入液体,对提高油烟的回收和净化率有一定帮助。但增加了后期油脂分离工作的难度。掌握尺度是:在不影响回收率和净化率的原则下,对油脂的溶解性越低越好。
6)很高的安全性。不能是易燃,易爆,有毒,或有强烈腐蚀性的液体。
7)较好的经济性。价廉,易得,取用方便。
8)凝固点不能过高,以免北方冬天气温低时,因液体凝结不能工作。
综上所述,采用水作为导电液体介质最为合适,但需加入活性剂和/或电解质,如烷基萘磺酸盐,以提高电导率,降低表面张力和冰点,但不排除其它性能相近,但挥发性更小的液体。
本发明实施例中,所述依附体的上端设有布液器,所述布液器对应所述依附体端面上均匀设有布液孔或缝,可使所述导电液自所述依附体的上端均匀地流过所述导电液依附面。
所述布液孔的孔径根据实际需要设计,最终使流出的导电液体能成连续的瀑布状态;所述布液器放置于承载流动液体的依附体的上方,其长度应和依附体(管或板)的周长一致,使形成可能大的流动液体表面积,以提高净化回收油烟的效率。
需要说明的是,为了保证本发明实施例的净化的良好效果,需要对导电液的流量,流速和布液器的出液压力进行恰当控制:具体要根据油烟气流的风量,流速和含油烟浓度决定流动液体的流速、流量。当油烟浓度越大,流动液体的流速应越大,流速越大,则流量越大,这样才可有效使油烟粒子能更快被带离液体表面。所述布液器上的布液孔或缝也与液体的流速、流量有关,具体大小根据实验确定。
进一步的,所述导电液置于导电液箱内,所述布液器的入液口与所述导电液箱上的出液口通过导电液输送管连接,所述导电液输送管上设有导电液输送泵。
所述导电液箱内的导电液通过阳极导线与直流高压发生器的阳极连接,所述直流高压发生器的阴极通过阴极导线连接所述电晕极。
所述导电液箱置于所述依附体的下方,可收集吸附有气溶胶粒子的导电液体排出。
所述导电液箱上设有液位传感器,检测所述导电液箱内导电液的液位,当导电液消耗时,通过控制器发出报警,由用户通过手动适时补充导电液体,或采用自动控制方式,从备用液箱中自动补充导电液体进入到所述导电液箱中。
参见图3所示,该图示了本发明实施例提供一种采用上述高压静电场装置的油烟净化装置的结构。为了便于说明,仅示出了与本发明实施例有关的部分
参见图3所示,图中,1是交流电源输入,通常为220或380V,2 是直流高压电发生器,通常输出8000V以上的高压,负高压通过高压导线3与电晕极4连接,电晕极4通常为直径较细的金属丝。
为保证电场的稳定状态,电晕极4必须始终保持竖直,最简单的方法是在金属丝电晕极4的尾端加一重锤8,直流高压电发生器2 的输出正极(阳极)通过导线5与导电液箱9中的导电液体连接,导电液体在导电液输送泵12的驱动下通过导液管13,从导电液箱9上升进入布液管7中,然后从布液管7均匀流到依附体6的内侧表面,形成液流;含油烟粒子的气流从水平方(如图中前头所示)向进入依附体6电晕场,其中的油烟气溶胶粒子带上负电荷后,在电场力作用下,高速飞向带正电的液面,然后立即随液流流入导电液箱9中,沉积在导电液箱9中,流下的油液与导电液体不溶且比重较轻,浮于导电液箱9的上层10的位置,通过排油管11排出并收集;由于气流吹过,会使流动液面的部分液体分子蒸发后被吹出电场,导致液体总量的逐渐减小,所以通过液面传感器14定时监测导电液箱9中的液面高度,适时补充导电液体。
如果依附体6选择光滑的金属或高分子材料,液流难以均匀分布在固体表面,而是呈现若干分叉的溪流,电晕场最高电压只能达到8000V,油烟净化率约50%-60%。如果该依附体6采用伸展后的纺织物(棉布或纱布)作为液流依附物,流动的液体在纺织物6的表面分布十分均匀,液面十分光滑,没有任何细微的溪流出现。电晕场电压即使升高到15000V或更高,也不会出现阴极和液流之间的短路,油烟净化率可提高到95%左右。
本发明实施例中,所述的导电液体还可以是磁流体,又称磁性液体、铁磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。
该磁流流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异,可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。本发明采用磁流体作为高压静电场阳极。
当采用磁流体作为导电液体,可采用固体铁基材料作为磁流体依附的表面,外围绕线圈线圈,在外围线圈通直流电时,磁流体在磁场力作用下,紧紧附着在铁基材料表面,当线圈断电时,磁流体离开铁基材料表面,被收集处理后回用。
参见图4所示,该图示了本发明实施例提供一种采用磁流体作为导电液体的高压静电场装置的油烟净化装置的结构。为了便于说明,仅示出了与本发明实施例有关的部分
参见图4,图中,1是交流电源,通常220V。2是直流高压发生器,产生电晕场所需高电压,3是连接电晕丝4的导线,8是保持电晕丝竖直的重锤,5是连接液体容器9中磁流体的阳极导线,6是缠绕在铁磁材料管7外面,用以使其产生磁场的线圈,铁磁材料管7的内表面依附有磁流体。线圈6通过导线与直流电发生器10连接。直流电发生器通电时,铁磁材料管7的管壁产生的磁场使磁流体紧紧附着在管壁上,形成均匀的液体薄层,类似于磁流体密封的效果。磁流体可以直接依附在管壁上静止不动,也可以在泵12的作用下通过管道13在铁磁材料管7的内壁和液体容器9之间不断流动。当含有气溶胶污染颗粒物的气流从下向上通过静电场时,带上负电荷的气溶胶粒子被带正电的磁流体吸引后进入磁流体中。当线圈6断开电流后,磁场消失,含有污染物的磁流体离开管壁,落入液体容器9中,通过阀门11去除其中的污染物(如油脂)后被重新回用。该装置有以下优点:
(1)磁流体可以流动,也可以不流动而节省了液流泵等设备,并且不必如普通液流电极那样必须考虑静电场的方向,以使液流能在重力作用下流动。
(2)由于磁场力的作用,磁流体能均匀分布在固体表面,不会产生液体表面的起伏波动。
(3)由于大量微小铁磁颗粒的吸引,磁流体中的液体分子受到的电场力难以使其脱离液体表面,使得静电场电压能够得到较大提升。
(4)进入磁流体中的气溶胶粒子能够有效分离,使磁流体能反复回用。
上述油烟净化回收设备的实际设计和制造没有原则上的困难,可以参照传统油烟或烟尘静电净化器来进行,有的部件和参数甚至可直接借用。如高压发生器和放电极、相关材质、零件、尺寸、阳极板或管的尺寸和间距等。需要重新设计的部分包括液体介质的选择和配制,用于承载流动液体的固体板或管的材质选择,布水器的设计和尺寸,输送泵的选择;导电液体的流量、流速和布液器出液压力的控制;导电液箱的设计和加工等,可以按上述说明进行设计加工即可。
本发明已经经过实验样机大量测试,效果十分理想。通过实验发现,完全适用于多种气溶胶粒子(如烟尘,酸雾,碳烟)的回收和净化,具有十分广阔的应用前景。综上, 本发明具有下列特点:
(1)气溶胶粒子不会被高温碳化,也决不粘附阳极板表面,所以净化器内外非常干净,永远不需任何清洗(包括各种机械和化学药剂辅助的清洗方法),彻底解决了传统静电净化设备的最大问题。
(2)各种粒径(从0.01μm到50μm)的气溶胶粒子均能被阳极吸引收集,使油烟回收率接近100%。
(3)由于阳极表面一直保持非常高效的清洁状态,使之具有持续的吸引气溶胶粒子的能力,所以持续净化效率远高于传统静电净化产品。
(4)由于烟道不积油,所以彻底杜绝了火灾隐患。
(5)气溶胶粒子(如油烟)回收工艺简单有效,无任何二次污染。
(6)能保持传统静电净化技术的其他优点:如工作可靠,风阻小(一般不超过200Pa),耗电低(以每小时净化1000 m3计算,电能消耗仅0.2-0.5kwh)。
(7)适合于各种风量需要,从家用到工业,甚至高达105m3/h的场合。
(8)能节约大量金属材料,使初期投资成本大幅减小。
(9)不需任何耗材和替换元件。系统不需频繁维护或检修。
(10)容易实现远程自动化控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。