CN106560688A - 一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于空气净化领域利用静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统。所述装置主要包括气溶胶发生器、Kr‑85中和器、粒径撞击器、活塞式密封箱、静电除尘箱、混合风扇、HEPA过滤器、供电电源、离子发射板、电极板、颗粒物粒径谱测试仪、电脑、真空泵、流量计、环境温湿度及压力测试仪，各种连接管道及阀门。本发明测试系统清晰完整，计算分析方法正确合理，具有装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，节能环保等优点，对于设计新型空气净化器具有重要价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气污染物测试装置和方法，具体涉及一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统。
背景技术
随着我国工业化和城市化进程的加快，环境污染日益严重，近年来全国各地雾霾天气频发，范围之大，持续时间之长，已经对我们的生活工作构成了极大的威胁。人类68％的疾病与空气污染有关；全球污染最严重的20个城市，有16个位于中国。随着人们环境意识的增强和生活水平的提高，越发认识到清洁空气对人身健康的重要性。
目前在我国，气溶胶颗粒物污染是绝大部分城市的首要污染物。颗粒物质(PM)是由酸类、有机化学、金属、和土壤或尘埃粒子组成的颗粒和液滴。人们根据颗粒的产生及在人体呼吸道沉积位置将颗粒分为3类：超细颗粒物(颗粒直径＜＝0.1μm)，亚微米颗粒PM1(0.1μm＜＝颗粒直径＜1μm)，粗颗粒(颗粒直径＞＝1μm)。亚微米颗粒物通常并非直接生成，而是由纳米级和超细微粒经过凝并以及一系列大气化学反应转化而成。亚微米颗粒物的扩散性能不如超细微粒，重力沉降速度又不如微米级颗粒物。对于任何除尘装置来说，亚微米颗粒都是除尘的难点。又由于亚微米颗粒物能够吸收太阳光中的可见光，是影响大气能见度的主要因素，高浓度的亚微米颗粒会直接导致雾霾天气的形成。因此研究亚微米颗粒的净化机理，对设计新型的空气净化装置具有重要意义。
静电技术很早就应用在工业除尘中。随着技术的发展，现已广泛应用于各类空气净化设备中。静电除尘的工作原理是：用高压直流电源产生高压静电场，形成电晕放电。空气通过电晕区时，电晕产生的带电粒子会与空气中的粉尘颗粒相碰，粉尘颗粒带上电荷后在电场力的作用下就会定向运动，最终沉积下来被收集，从而去除掉空气中的粉尘颗粒，达到空气净化的效果。研究表明静电除尘器可捕集粒径小于0.1μm的颗粒，并且因其设备空气阻力小、捕集效率高、无耗材等优点，成为当代家用空气净化器选用的主要技术。静电除尘过程中，颗粒物的荷电和收集与极板间的电压和距离有直接关系，研究这些因素对静电除尘效率的影响至关重要，对以后的空气净化器的设计具有指导意义。
发明内容
本发明的目的是设计一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统，具体技术方案如下：
一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统，主要包括气溶胶发生器、Kr-85中和器、粒径撞击器、活塞式密封箱、静电除尘箱、混合风扇、HEPA过滤器、供电电源、离子发射板、电极板、颗粒物粒径谱测试仪、电脑、真空泵、流量计、环境温湿度及压力测试仪，各种连接管道及阀门。真空泵连接流量计通过阀门17连接到静电除尘箱，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器产生的气溶胶颗粒物，先通过粒径撞击器后进入Kr-85中和器进行电荷中和化处理；处理后的气流进入活塞式密封箱体，所述活塞式密封箱内部安装了混合风扇，气溶胶经混合后进入静电除尘箱。颗粒物粒径谱测试仪通过三通阀门切换可以测量静电除尘作用前后的颗粒物粒径分布，所测得数据传输到电脑；环境温湿度及压力测试仪与活塞式密封箱连接，检测箱体内的温度、湿度及压力。
本发明通过气溶胶发生器生成多分散的气溶胶颗粒物，气溶胶颗粒物生成数量的多少可由气溶胶发生器控制。
所述的气溶胶发生器产生的颗粒物数浓度范围在0～108个/cm3。
所述的颗粒物粒径谱测试仪测量的细微颗粒物浓度范围在0～108个/cm3，测量的颗粒物粒径范围在5nm～1μm，粒径谱分段数在32个以上。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：1)活塞式密封箱洁净：关闭气溶胶发生器及阀门4，打开阀门8、10、17，启动真空泵，从外部进入的空气经过HEPA过滤器净化后进入箱体内。启动颗粒物粒径谱测试仪监测活塞式密封箱内颗粒物数浓度，当颗粒物粒径谱测试仪监测到箱体内数浓度接近于零的时候，可以认为该箱体已经被净空，这时关闭真空泵及阀门8、10、17，关闭颗粒物粒径谱测试仪21。
2)静电除尘效率测试：启动气溶胶发生器，打开阀门4、8，调节活塞式密封箱活塞位置至最左同时启动混合风扇和颗粒物粒径谱测试仪，当发现活塞式密封箱内颗粒物数浓度值达到且稳定在106个/cm3级别时关闭气溶胶发生器、阀门4、8及混合风扇；接通供电电源13、15，同时打开阀门10、17并启动真空泵，调节三通阀门20，令颗粒物粒径谱测试仪检监测静电除尘箱出口处颗粒物浓度开始记录数据；观察活塞式密封箱活塞位置，到达最右端时关闭颗粒物粒径谱仪。按照下面公式计算静电作用下的去除效率η1。
上面公式中，c1为活塞式密封箱颗粒物初始数浓度，单位个/cm3；c2为静电作用下静电除尘箱出口处颗粒物数浓度，单位个/cm3。
让气溶胶发生器产生不同浓度的气溶胶，或者改变静电除尘装置的参数，比如改变离子发射板的电压或极性、电极板间的间距、电极板的个数、气溶胶的流量等，可以测试得到各种工况下的去除效率。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统，装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，节能环保，通过颗粒物粒径谱测试仪得到颗粒物的粒径谱，由效率公式计算出各种工况下的气溶胶亚微米颗粒物去除效率。本发明所提供的测试系统和方法可用于静电除尘设计以及新型空气净化器洁净效率分析。
附图说明
图1是测试系统结构示意图。
图中1气溶胶发生器、2粒径撞击器、3Kr-85中和器、4阀门a、5活塞式密封箱、6混合风扇、7环境温湿度及压力测试仪、8阀门b、9HEPA过滤器a、10阀门c、11静电除尘箱、12离子发射板、13供电电源a、14电极板、15供电电源b、16HEPA过滤器b、17阀门d、18流量计、19真空泵、20三通阀门、21颗粒物粒径谱测试仪、22电脑。
具体实施方式
下面结合附图，用实施例来进一步说明本发明。但这个实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这个实施例的限制。
如图1所示，一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统主要包括1气溶胶发生器、2粒径撞击器、3Kr-85中和器、4阀门a、5活塞式密封箱、6混合风扇、7环境温湿度及压力测试仪、8阀门b、9HEPA过滤器a、10阀门c、11静电除尘箱、12离子发射板、13供电电源a、14电极板、15供电电源b、16HEPA过滤器b、17阀门d、18流量计、19真空泵、20三通阀门、21颗粒物粒径谱测试仪、22电脑。真空泵19连接流量计18并通过阀门d17连接到静电除尘箱11，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器1产生的气溶胶颗粒物经粒径撞击器2的选择后，通过管道进入Kr-85中和器3进行电荷中和化处理；处理后的气流进入活塞式密封箱5，经混合风扇6充分混合后通过阀门c10进入静电除尘箱11；气溶胶在静电作用后经过HEPA过滤器b16过滤后排出。颗粒物粒径谱测试仪21通过三通阀门20切换可以测量静电除尘前后的颗粒物粒径分布和颗粒物数浓度，所测得数据传输到电脑22；环境温湿度及压力测试仪7接入活塞式密封箱检测箱体内的温度、湿度及压力。
本发明在测试过程中，考虑了一个因素对测试结果准确度的影响。因为本实验测试基于控制变量法的思想，所以保证静电除尘箱11入口处颗粒物数浓度的稳定至关重要。以往测试平台大多是通过颗粒物粒径谱测试仪21间歇式测量静电除尘箱11进出口的颗粒物数浓度，由于这种测量存在时间差，求解出的净化效率往往存在偏差。所以本发明选用活塞式密封箱5进行气溶胶颗粒的存贮，在真空泵19、流量计18以及大气压的作用下，气溶胶颗粒物浓度能够保持稳定，这对实验结果的分析提供了很大便利。此外本发明使用了粒径撞击器2，其增益效果是能够延长颗粒物粒径谱测试仪21的滤网寿命。因为颗粒物粒径谱测试仪21在测试时会抽取样气，粒径撞击器会在其抽取样气前滤掉粗颗粒，保护其滤网。
本发明的操作步骤如下：
1)活塞式密封箱洁净：关闭气溶胶发生器1及阀门a4，打开阀门b8、c10、d17，启动真空泵19，从外部进入的空气经过HEPA过滤器a9净化后进入箱体内。启动颗粒物粒径谱测试仪21监测活塞式密封箱5内颗粒物数浓度，当颗粒物粒径谱测试仪监测到箱体内颗粒物数浓度接近于零的时候，可以认为该箱体已经被净空，这时关闭真空泵19及阀门b8、c10、d17，关闭颗粒物粒径谱测试仪21。
2)静电除尘效率测试：启动气溶胶发生器1，打开阀门a4、b8，调节活塞式密封箱5活塞位置至最左；启动混合风扇6和颗粒物粒径谱测试仪21，当发现活塞式密封箱5内颗粒物数浓度值达到且稳定在106个/cm3级别时关闭气溶胶发生器1、阀门a4、b8及混合风扇6；接通供电电源a13、b15，同时打开阀门c10、d17并启动真空泵19，调节三通阀门20，令颗粒物粒径谱测试仪21监测静电除尘箱11出口处颗粒物浓度开始记录数据；观察活塞式密封箱5活塞位置，到达最右端时关闭颗粒物粒径谱测试仪21。按照下面公式计算静电作用下的去除效率η1。
上面公式中，c1为活塞式密封箱内颗粒物初始数浓度，单位个/cm3；c2为静电作用下静电除尘箱出口处颗粒物数浓度，单位个/cm3。
让气溶胶发生器产生不同浓度的气溶胶，或者改变静电除尘装置的参数，比如改变离子发射板的电压或极性、电极板间的间距、电极板的个数、气溶胶的流量等，可以测试得到各种工况下的去除效率。
Claims (3)
1.一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统主要包括1气溶胶发生器、2粒径撞击器、3Kr-85中和器、4阀门a、5活塞式密封箱、6混合风扇、7环境温湿度及压力测试仪、8阀门b、9HEPA过滤器a、10阀门c、11静电除尘箱、12离子发射板、13供电电源a、14电极板、15供电电源b、16HEPA过滤器b、17阀门d、18流量计、19真空泵、20三通阀门、21颗粒物粒径谱测试仪、22电脑。真空泵19连接流量计18并通过阀门d17连接到静电除尘箱11，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器1产生的气溶胶颗粒物经粒径撞击器2的选择后，通过管道进入Kr-85中和器3进行电荷中和化处理；处理后的气流进入活塞式密封箱5，经混合风扇6充分混合后通过阀门c10进入静电除尘箱11；气溶胶在静电作用后经过HEPA过滤器b16过滤后排出。颗粒物粒径谱测试仪21通过三通阀门20切换可以测量静电除尘前后的颗粒物粒径分布和颗粒物数浓度，所测得数据传输到电脑22；环境温湿度及压力测试仪7接入活塞式密封箱检测箱体内的温度、湿度及压力。
2.根据权利要求1所述本发明的测试装置，其特征在于：通过气溶胶发生器1生成的颗粒物先经过粒径撞击器2选择后再由Kr-85中和器3中和，后进入活塞式密封箱5；供电电源a13、b15为PMW控制芯片控制的电源。
3.一种静电除尘原理捕集亚微米颗粒的测试系统，其特征在于，包括下述步骤，本发明的操作步骤如下：
1)活塞式密封箱洁净：关闭气溶胶发生器1及阀门a4，打开阀门b8、c10、d17，启动真空泵19，从外部进入的空气经过HEPA过滤器a9净化后进入箱体内。启动颗粒物粒径谱测试仪21监测活塞式密封箱5内颗粒物数浓度，当颗粒物粒径谱测试仪21监测到箱体内颗粒物数浓度接近于零的时候，可以认为该箱体已经被净空，这时关闭真空泵19及阀门b8、c10、d17，关闭颗粒物粒径谱测试仪21。
2)静电除尘效率测试：启动气溶胶发生器1，打开阀门a4、b8，调节活塞式密封箱5活塞位置至最左；启动混合风扇6和颗粒物粒径谱测试仪21，当发现活塞式密封箱5内颗粒物数浓度值达到且稳定在106个/cm3级别时关闭气溶胶发生器1、阀门a4、b8及混合风扇6；接通供电电源a13、b15，同时打开阀门c10、d17并启动真空泵19，调节三通阀门20，令颗粒物粒径谱测试仪21监测静电除尘箱11出口处颗粒物浓度开始记录数据；观察活塞式密封箱5活塞位置，到达最右端时关闭颗粒物粒径谱仪21。按照公式(1)计算静电作用下的去除效率η1。
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