CN105689134B - 用于区域大气环境的除霾设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于区域大气环境的除霾设备，包括等离子静电发生电极组和至少一组金属导流集尘板组合，金属导流集尘板组合包括分布于等离子静电发生电极组两侧的两对相互平行且垂直于地面分布的金属导流集尘板，形成贯通等离子静电发生电极组的气流通道，在等离子静电发生电极组通电情形下，引道气流通过由等离子静电发生电极组产生的等离子静电幕墙；自然风驱动空气通过等离子静电幕墙时空气中的微尘带上负电荷，带电微尘被下风口的相反极性的金属导流集尘板吸附而除去。

Description

用于区域大气环境的除霾设备

技术领域

本发明涉及一种除霾设备，尤其涉及一种用于区域大气环境的除霾设备。

背景技术

大气环境中尘霾的主要污染物是由粉尘、二氧化硫、氮氧化物、有机碳氢化合物等组成的PM2.5气溶胶，由于这些PM2.5污染物可以直接被吸入肺中，因此严重危害人的身体健康，已经成为一个重要的社会问题。

中国专利号为201510580937.5的发明专利申请说明书公开了一种用于区域大气空中除霾的负电性膜法聚尘飞行器，其包括遥控飞行器，遥控飞机上有膜法除霾剂罐、计给料器、膜泡风机、负电性膜泡布施器，计给料器分别于膜法除霾剂罐和负电性膜泡布施器相连，膜泡风机与负电性膜泡布施器相连。该飞行器造价高昂、除霾成本高，且除霾区域小、除霾效果比较差。

中国专利号为201520490985.0的发明专利说明书公开了一种静电除霾装置，包括电场发生器和集尘器，电场发生器通过电源的驱动产生高压静电场，用于吸附空气中的尘埃粒子，集尘器用于清除电场发生器内积累的灰尘。该静电除霾装置只适用于室内空气净化，不适用于区域大气环境中的除霾。

去除空气中的尘埃通常有两种方式：一是过滤介质法，就是通常所说的滤网法；二是电除尘法，其原理是让尘埃带上一种电荷后被带相反电荷的极板吸收。对于去除大气环境中的霾，由于是一种大流通的除尘方式，则不但需要考虑方法的经济性，还需要考虑实施的工程可行性。过滤介质法的风阻比较大，同时存在着介质更新以及损耗等问题，从能耗及经济性方面都缺乏可行性。电除尘法虽然风阻远低于过滤介质法，在能耗方面也因此明显低于过滤介质法，而且也不存在介质更新消耗与收集的尘灰的处理问题，但也存在风机驱动能量消耗过大，及巨大流量的风机的制造与维护等一系列的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于区域大气环境中除霾的低能耗、高效率除霾设备。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于区域大气环境的除霾设备，由等离子静电发生电极组及金属导流集尘板组成，所述的等离子静电发生电极组包括电晕丝及与之对应的对电极板，两者交替排列成一排，通电后形成一排迎风的等离子静电幕墙，所述的金属导流集尘板分布在该等离子静电发生电极组两侧，在等离子静电发生电极工作时，处于迎风侧的金属导流集尘板作为导流板引导自然风通过由等离子发生电极组形成的等离子静电幕墙，自然风在通过等离子静电幕墙时空气中的微尘粒子吸附等离子幕墙中的电离的空气分子带上电荷，在进入背风侧的导流金属集尘板时，被极性相反的金属导流集尘板吸附从而除去。当风向相反时，两侧的金属导流集尘板的作用也对调，同样可以起到除霾作用，因此可以对正反两个风向的自然风进行除霾，而一个地方一年四季主要有两个风向，因此本发明的设备在大部分时间内均起可以起到清除雾霾的作用。

本发明进一步的优选方案：用于区域大气环境的除霾设备，所述的等离子静电发生电极组利用自然风作为空气除霾的空气驱动力，等离子静电发生电极组横向迎风排列。

本发明进一步的优选方案：用于区域大气环境的除霾设备，所述的等离子静电发生电极组由电晕丝与对电极板组成，对电极板是板状电极，可以是金属板或是扁形金属管。

本发明进一步的优选方案：所述的金属导流集尘板分布在等离子静电发生电极组两侧，金属导流集尘板的方向朝向等离子静电发生电极组形成风道，并垂直于地面。由于金属导流集尘板垂直于地面，表面被吸附的尘灰可以利用重力或因下雨及冲淋后自然坠落到地面，并防止下雨及冲淋后极板表面积水。

金属导流集尘板与等离子静电发生电极组之间存在间隙，用于穿过横向自然风。不仅能满足两个方向上进入风流通道的空气除霾，还能对从间隙方向进入的空气进行除霾，从间隙方向进入的空气中的尘埃也会被金属导流集尘板所吸附，从而能满足区域大气环境的全方位风向除霾要求，提高除霾效率。

本发明进一步的优选方案：所述的间隙中间设置的等离子静电发生电极对独立于金属导流集尘板的电极，与金属导流集尘板形成双电极除尘体制。等离子发生电极对中的对电极单独与电晕丝作用产生等离子静电场，金属导流集尘板仅仅用作吸附带电微尘，不但形成双电压集尘，而且解决了面积较大的金属集尘薄板在大风中可能产生变形造成的等离子静电场不稳定的问题。

本发明进一步的优选方案：所述的等离子静电发生电极组中，相邻两个等离子静电发生电极对的对电极板之间的间距大于等于对电极板与电晕丝的间距的两倍，并且当相邻两个等离子静电发生电极对的对电极板之间的间距等于对电极板与电晕丝的两倍 间距时，相邻两个等离子发生电极对将共用中间的电晕丝。

本发明进一步的优选方案：等离子静电发生电极组的对电极板与电晕丝之间的间距范围在1cm～60cm之间，对电极板与电晕丝之间的电压根据对电极板与电晕丝之间的间距实际调整，以形成2.7～4.2KV/cm电场强度为准，具体电压范围在3kv～60kv之间。

本发明进一步的优选方案：所述的金属导流集尘板上布设有多个通风孔，或者金属导流集尘板使用多孔金属网。一方面可以减少金属导流集尘板的对侧向风的风阻、提高抗风能力，另一方面可以对面向金属导流集尘板的风向中的空气进行除霾。本发明进一步的优选方案：所述的金属导流集尘板上布设有若干加强筋。所述的金属导流集尘板根据实际产品的大小，适当压制若干的加强筋以提高抗风强度。

本发明进一步的优选方案：金属导流集尘板与等离子静电发生电极对中的对电极板结合在一起，金属导流集尘板同时也是等离子静电发生极的对电极板，电晕丝分成在该板的两侧。

本发明进一步的优选方案：所述的金属导流集尘板的外围安装有可透风的至少一层金属防护网罩，所述的金属防护网罩与金属导流集尘板连接。

网罩的作用一是起到安全保护使用，因为等离子静电场的电压达到几千到上万伏，一旦人靠近会有重大安全隐患，在外围罩上金属网罩可以防止人过份接近、起到安全罩的使用。网罩的网孔孔径以可以通过手指而不能通过拳头或手臂为准。二是网罩接到集尘板电极上，也起到辅助集尘的作用。带电空气通过集尘板后，虽然大部分会被吸收到集尘板上，但还是有一定比例的微尘没有被吸附除去，这些微尘经过与集尘板带同样电荷的网罩时，会在网罩上再被吸附而除去。由于网罩的孔径相对比较小，因此会有较好的除尘效果。

网罩上的金属网可以是单层，也可以是两层或更多层，层数越多，对空气中带电微尘的辅助捕捉能力越强，除尘效果越好。

本发明进一步的优选方案：电晕丝为负极导体或正极导体。

本发明进一步的优选方案：所述的金属导流集尘板接地，所述的金属导流集尘板与电晕丝间上的电压范围为3KV-60KV。

本发明进一步的优选方案：所述的两块金属导流集尘板之间的距离为10cm-120cm。

本发明的进一进优选方案：利用高空自然风的风速大于地面风速的特点，将设备安装在建筑物顶部或是具有一定高度的地方。

本发明的进一步优选方案：所述的金属导流集尘板组合上方设置有喷淋装置，所述的喷淋装置包括架设在两块金属导流集尘板上方并与金属导流集尘板垂直的喷淋管，所述的喷淋管对所述的金属导流集尘板、电晕丝和金属防护网罩进行喷淋去除积累的尘灰。喷淋装置的作用是当设备经过一段时间运行，集尘板、网罩等表面会积聚尘灰，当尘灰积聚到一定厚度就可以通过用水喷淋进行清除。金属导流集尘板下方有收集这些尘灰的收集槽。

所述的集尘单元为除霾设备的一个工作单元，除霾设备由若干个平行的集尘单元组成，相邻两个集尘单元共用一侧的金属导流集尘板，从而节约设备成本并简化设备结构。

与现有技术相比，本发明的优点是空气分子在高达几千伏到上万伏的电场中发生电离而形成带电的等离子静电场，在自然风驱动下，带雾霾的空气通过这个等离子静电场时，处于等离子静电场中的雾霾等尘埃粒子会吸附这些等离子静电场中电离的空气分子而带电，带电后的尘埃粒子在强电场作用下被带相反电荷的金属导流集尘板吸附而除去。这种除霾方式不但风阻小，而且利用自然风作空气驱动力能耗远低于常规技术，还能最大限度地适应多变的自然风风向。

附图说明

图1为本发明的实施例1中的结构示意图；

图2为本发明的实施例2中的结构示意图；

图3为本发明的金属导流集尘板及尘灰收集槽的结构图；

图4为本发明多个等离子静电发生电极组及金属导流集尘板集合示意图；

图5为本发明多个金属导流集尘板及电晕丝集合后的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

空气分子在高达几千伏到上万伏的电场中会发生电离而形成带电的等离子静电场，等离子静电场中的雾霾等尘埃粒子会吸附这些等离子静电场中电离的空气分子而带电，带电后尘埃粒子在强电场作用下被带相反电荷的电极板(金属导流集尘板)吸附而除去，这就是等离子静电场除尘的工作原理。

等离子静电场除尘对空气中尘埃的颗粒适应性较广，空气中的尘埃粒子从0.01到几十微米均可以除去，霾特别是能进入人体肺部对人体造成危害的是直径在2.5微米以下的微尘(即PM2.5)，因此等离子静电场可以轻松除去空气中的霾。

等离子静电场除霾时，尽管产生的电压相当高，达几千上万伏，但由于电流比较小，因此产生等离子静电场的能耗并不大，一个一平米的装置能耗仅仅只有几瓦到十几瓦。但要利用等离子静电场除尘原理进行大气除霾，还需要动力来驱动空气通过等离子静电场，这个空气驱动所消耗的能量则要远远超过产生等离子静电场的能量，对于大气除霾来说，驱动大气需要消耗的能量简直是一个天文数字，如果使用常规的风机，尽管等离子装置产生的阻力已经远低于HEPA滤网的阻力、能耗已经大幅度下降，但也不太现实。更何况还需要面对大气中随时变化的风向的问题，以及解决大量的这种巨大功率的风机运行时的城市噪音问题、大量巨大风机建造的技术问题，以及大量风机运行过程中的维护、维修问题等一系列技术、工程与管理等等问题。因此空气驱动问题是等离子静电场大气除霾技术的最大技术瓶颈。

本发明是对成熟的等离子静电场除尘技术在大气除霾的工程化应用。通过创造性地利用空气的自然流动作为空气通过等离子静电场的驱动力，成功解决了等离子静电场除霾的关键技术问题，从而使等离子静电场除霾这项技术得已实用化。

实施例1：如图1所示，用于区域大气环境的除霾设备，由等离子静电发生电极组1及金属导流集尘板2组成，等离子静电发生电极组1由一对或若干对电晕丝11及两侧与之对应的对电极板12组成的电极对组成，金属导流集尘板2分布在等离子静电发生电极组1两侧，一侧为迎风侧，另一侧为背风侧；在通电情况下等离子静电发生电极组1产生等离子静电场形成等离子静电幕墙时，处于迎风侧的金属导流集尘板2作为自然风入口并起到导流作用，引导自然风通过等离子静电幕墙，背风侧的金属导流集尘板2吸附通过等离子静电场时带上电荷的尘埃粒子。本发明作为一个除霾单元进行介绍，实际工程设备有众多除霾单元组成，可以根据安装场地大小布置具体数量的除霾单元形成阵列，以满足区大气环境除霾要求。图4为多个等离子静电发生电极组及金属导流集尘板集合示意图。

对电极板12是板状电极，对电极板12为金属板或是扁形金属管，等离子静电发生电极组排列在迎风面，通电后形成迎风的等离子静电幕墙。

金属导流集尘板2垂直于地面。

金属导流集尘板2与电晕丝11形成一定电压。

金属导流集尘板2与等离子静电发生电极组1之间存在间隙3，用于穿过横向的自然风。

等离子静电发生电极组1的对电极板12与电晕丝11之间的间距范围在1cm～60cm之间，对电极板12与电晕丝11之间的电压根据对电极板12与电晕丝11之间的间距实际调整，以形成2.7～4.2KV/cm电场强度为准，电压范围在3kv～60kv之间。金属导流集尘板2上布设有多个通风孔21，或者金属导流集尘板2由多孔金属网构成，金属导流集尘板2上布设有若干加强筋。

金属导流集尘板2外围安装有可透风的至少一层金属网组成的金属防护网罩4，金属防护网罩4与金属导流集尘板2连接。

两块金属导流集尘板2之间的距离为10cm或60cm或120cm。

如图3所示，金属导流集尘板2上方设置有喷淋装置，喷淋装置包括架设在两块金属导流集尘板2上方并与金属导流集尘板2垂直的喷淋管5，喷淋管5对金属导流集尘板2、电晕丝11和金属防护网罩4进行喷淋去除积累的尘灰，金属导流集尘板2下方设置有尘灰收集槽6。

实施例2：如图2所示，其他部分与实施例1相同，不同之处在于金属导流集尘板2作为等离子静电发生电极组的对电极板。图5为多个金属导流集尘板及电晕丝集合后的示意图。

尽管需要在空气中造成高电压场，但由于使空气等离子化消耗的电量很少，因此利用等离子静电场除霾具有能耗低的特点，适合于大气中大规模的除霾。

等离子除霾还有一个特点，就是在除霾的同时由于等离子作用还可以对空气中的病毒、细菌起到电离使其失去活性，起到杀菌灭毒的作用，尤其在春夏季等流行病季可以起到阻断流行病毒传播的作用。

以上对本发明所提供的用于区域大气环境的除霾设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于由等离子静电发生电极组及金属导流集尘板组成，所述的等离子静电发生电极组包括电晕丝及与之对应的对电极板，所述的金属导流集尘板分布在等离子静电发生电极组两侧，一侧为迎风侧，另一侧为背风侧；在通电情况下等离子静电发生电极组产生等离子静电场形成等离子静电幕墙时，处于迎风侧的金属导流集尘板作为自然风入口并起到导流作用，引导自然风通过等离子静电幕墙，背风侧的金属导流集尘板吸附通过等离子静电场时带上电荷的尘埃粒子。

2.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于对电极板是板状电极，所述的对电极板为金属板或是扁形金属管，所述的等离子静电发生电极组排列在迎风面，通电后形成迎风的等离子静电幕墙。

3.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于金属导流集尘板垂直于地面。

4.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于所述的金属导流集尘板与电晕丝形成一定电压。

5.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于所述的金属导流集尘板与等离子静电发生电极组之间存在间隙，用于穿过横向的自然风。

6.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于等离子静电发生电极组的对电极板与电晕丝之间的间距范围在1cm～60cm之间，对电极板与电晕丝之间的电压根据对电极板与电晕丝之间的间距实际调整，以形成2.7～4.2KV/cm电场强度，电压范围在3kv～60kv之间。

7.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于所述的金属导流集尘板上布设有多个通风孔，或者所述的金属导流集尘板由多孔金属网构成，所述的金属导流集尘板上布设有若干加强筋。

8.根据权利要求3所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于所述的金属导流集尘板外围安装有可透风的至少一层金属网组成的金属防护网罩，所述的金属防护网罩与金属导流集尘板连接。

9.根据权利要求1所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于两块金属导流集尘板之间的距离为10cm-120cm。

10.根据权利要求8所述的用于区域大气环境中的除霾设备，其特征在于所述的金属导流集尘板上方设置有喷淋装置，所述的喷淋装置包括架设在两块金属导流集尘板上方并与金属导流集尘板垂直的喷淋管，所述的喷淋管对所述的金属导流集尘板、电晕丝和金属防护网罩进行喷淋去除积累的尘灰，金属导流集尘板下方设置有尘灰收集槽。