CN107433229B - 一种基于电晕放电的雾霾收集单元及除雾霾装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于电晕放电的雾霾收集单元及除雾霾装置，雾霾收集单元包括主体固定框架、偏压极板、收集极板、环状包覆层、上驱动轴、下驱动轴、传输带、驱动机构以及浸润机构；当带负电的雾霾颗粒进入偏压极板与收集极板之间的空间时，带负电的雾霾颗粒向收集极板移动，并吸附至包覆于收集极板外表面的极板包覆层，外驱动机构通过驱动上驱动轴和下驱动轴使环状包覆层运动，使整个环形包覆层处于浸润状态，有利于粘附带负电的雾霾颗粒。本发明应用湿式动态集尘+水循环清洁方案提高雾霾颗粒的收集效率，减少二次夹带现象和反电晕现象的产生；通过提高收集极板和偏压极板的数量增加收集极板和偏压极板之间的场强，进而减少雾霾收集单元的体积。

Description

一种基于电晕放电的雾霾收集单元及除雾霾装置
技术领域
本发明属于高电压与静电集尘领域，更具体地，涉及一种基于电晕放电的雾霾收集单元及除雾霾装置。
背景技术
静电集尘技术因其较低的气压降、较低的运维成本和相对较高的集尘效率等特性，广泛应用于工业除尘和室内大范围空间的空气净化。目前静电集尘装置多采用干式集尘+振打清洁的运行方案，即进入通道并完成荷电的雾霾颗粒在偏转电场的作用下直接偏转至裸露的集尘极板上，并通过振打机构掉入极板下方的集尘斗中并排出。由于带电的雾霾颗粒一旦接触极板便会发生部分电荷中和，或因为极板表面尘埃振打清洁不彻底，导致已收集的雾霾颗粒逃逸，再次进入通道中，即发生“二次夹带”现象，进而降低收集效率。此外，振打清洁不彻底，也会使得收集极板表面电阻率增加，产生“反电晕”现象，增加静电集尘器能耗，同时恶化其使用性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种基于电晕放电的雾霾收集单元及除雾霾装置，其目的在于应用静电集尘技术实现室内空气净化，由此解决传统静电集尘器由于采用干式集尘导致对细微颗粒收集效率低容易发生二次夹带和反电晕等异常工况的技术问题，同时解决体积大、存在二次空气污染的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于电晕放电的雾霾收集单元，包括：
主体固定框架、偏压极板、收集极板、环状包覆层、上驱动轴、下驱动轴、传输带、传输轮、驱动机构以及浸润机构；
偏压极板与收集极板均固定于主体固定框架上，且偏压极板与收集极板平行间隔布置；上驱动轴与下驱动轴位于主体固定框架上，上驱动轴与下驱动轴通过传输带和传输轮连接，驱动机构的输出端与上驱动轴通过传输带和传输轮连接，环状包覆层套于上驱动轴和下驱动轴，且环状包覆层覆盖收集极板的外表面；偏压极板用于与负直流高压电源连接，收集极板用于接地，浸润机构用于通过向环状包覆层提供水持续保证环状包覆层处于浸润状态；
当带负电的雾霾颗粒进入偏压极板与收集极板之间的空间时，带负电的雾霾颗粒向收集极板移动，并吸附至包覆于收集极板外表面的极板包覆层，外驱动机构通过驱动上驱动轴和下驱动轴使环状包覆层运动，使整个环形包覆层处于浸润状态，有利于粘附带负电的雾霾颗粒。
优选地，基于电晕放电的雾霾收集单元还包括上调整螺钉和下调整螺钉，下驱动轴位于上调整螺钉和下调整螺钉之间，通过调整上调整螺钉和下调整螺钉调整上驱动轴与下驱动轴之间的间距。
优选地，浸润机构包括浸润条刷、引水管、循环水槽以及循环水泵；浸润条刷与环形包覆层外表面接触，浸润条刷使与引水管一端连接，循环水泵一端与引水管另一端连接，循环水泵的另一端位于循环水槽内；
当环形包覆层在上驱动轴和下驱动轴驱动下运动时，浸润条刷使环形包覆层上与浸润条刷接触处浸润，由循环水泵将循环水槽中水通过引水管输送至浸润条刷，浸润条刷同时用于清除环形包覆层表面的雾霾颗粒。
优选地，循环水槽设有污水存储区域、过滤机构以及过滤水存储区域；
污水存储区域，其位于下驱动轴的下方，用于收集环形包覆层流下的收集有雾霾颗粒的污水；
过滤机构，位于污水存储区域和过滤水存储区域之间，用于过滤污水流出过滤后水；
过滤水存储区域，位于整个循环水槽底部，其放置有循环水泵的第三端，用于存储过滤水。
优选地，环形包覆层的材料为吸水纤维。
优选地，偏压极板的数量、偏压极板的尺寸、偏压极板的所接负高压电压等级、收集极板的数量和收集极板的尺寸均根据雾霾收集单元的气流通道口径确定。
按照本发明的另一方面，提供了一种除雾霾装置，包括：
电晕放电单元，其采用线-线式的电极结构，用于将气流中雾霾颗粒荷电；
雾霾收集单元，用于将气流中荷电雾霾颗粒收集；
再净化单元，其输入端口与雾霾收集单元的输出端口连接，用于分解处理气流中由电晕放电单元产生的二次污染气体；
空气驱动单元，其输入端口与所述再净化单元的输出端口连接，用于通过抽气形成气流。
优选地，当雾霾颗粒的表面电阻率小于102Ω·m时，电晕放电单元位于雾霾收集单元上风处，当雾霾颗粒的表面电阻率大于5×108Ω·m时，电晕放电单元位于偏压极性和收集极板之间的空间内。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用新式雾霾收集结构设计，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的雾霾收集单元采用湿式集尘方案，通过环形覆盖层+毛刷的组合可使环形覆盖层实时处于润湿的状态，同时可以有效粘附雾霾颗粒，集尘效果优于传统工业领域的干式集尘方式，抑制二次夹带现象的产生，提高对PM2.5等细微颗粒的收集效率。
2、本发明提供的雾霾收集单元采用动态集尘方案，环形覆盖层通过驱动轴的带动沿着极板表面慢速循环运动，增加颗粒粘附面积，旋转至极板底端的覆盖层部分会被毛刷实时有效清洁，防止颗粒层累积造成的反电晕现象，优化集尘装置的工作性能。
3、本发明提供的雾霾收集单元采用循环清洁方案，通过循环水泵+循环水槽实时净化清洁水流，用水量少，清洁效果优于传统工业领域的振打清洁方式。
4、通过提高收集极板的数量和偏压极板的数量增加收集极板和偏压极板之间的场强，进而减少雾霾收集单元的体积，适于室内大范围空气净化。
5、本发明提供的除雾霾装置中电晕放电单元和雾霾收集单元相对为置可以灵活调节，进而实现单级式和两级式除雾霾装置，从而依据所收集雾霾颗粒的表面电阻率的异同进行灵活调节，适应于不同场合的使用要求，并有效抑制电晕熄灭等异常现象的发生。
附图说明
图1为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元的结构图；
图2为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元的部分剖视图；
图3为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元中单个收集极板及附属部件结构图；
图4为本发明提供的下驱动轴与主体固定框架连接示意图；
图5为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元中浸润结构的剖面图；
图6为本发明提供的除雾霾装置的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为主体固定框架、2为偏压极板、3为收集极板、4为环形覆盖层、5为直流驱动电机、6为传输轮、7为传输带、8a为上驱动轴、8b为下驱动轴、9a为上调整螺钉、9b为上调整螺钉、10为清洁条刷、10a为清洁条刷的刷毛、10b为清洁条刷内部设置的引水槽、11为引水管、12为循环水槽、13为过滤海绵、14为低功率循环水泵、15为电晕放电单元、16为雾霾收集单元、17为再净化单元、18为空气驱动单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元的结构图，该雾霾收集单元包括主体固定框架1、偏压极板2、收集极板3、环形覆盖层4、直流驱动电机5，传输轮6，传输带7，上驱动轴、下驱动轴和浸润机构。主体框架用于支撑整个雾霾收集单元，并起到绝缘保护作用。主体固定框架1上端开有上极板槽，主体固定框架1下端开有下极板槽，用于安装偏压极板2和收集极板3，偏压极板2和收集极板3平行间隔布置，即偏压极板2和收集极板3的布置顺序为偏压极板2、收集极板3、偏压极板2、收集极板3、……、偏压极板2。偏压极板2用于与负直流高压电源连接，收集极板3用于接地，其中，负直流高压电源的幅值一般为千伏级。直流驱动电机5输出端上安装有传输轮6，通过传输带7与安装在上驱动轴8a的传输轮6连接，进而实现将动力传输至上驱动轴8a。在安装收集极板3的上极板槽上方开有上驱动轴孔，用于安装上驱动轴8a，在安装收集极板3的下极板槽下方开有下驱动轴孔，用于安装下驱动轴8b，上驱动轴8a的端部和下驱动轴8b的端部均装有传输轮6，上驱动轴8a和下驱动轴8b通过传输轮6和传输带7连接，实现将驱动力由上驱动轴8a传输至下驱动轴8b。为提高直流驱动电机5、上驱动轴8a和下驱动轴8b的传输效率，传输轮6采用同步轮结构，传输带7采用同步带结构。环形包覆层4套于上驱动轴和下驱动轴之间，且环形包覆层4包覆于收集极板外表面，浸润机构用于通过向环状包覆层提供水持续保证环状包覆层处于浸润状态。浸润机构包括引水管11、循环水槽12和循环水泵14。
图2为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元的部分剖视图，循环水槽12位于下驱动轴8b下方，循环水槽12中隔板将循环水槽分隔为污水存储区域和过滤水存储区域，其中，污水存储区域用于存储由套于下驱动轴8b上环形覆盖层流下的污水。
图3为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元中单个收集极板及附属部件结构图；环形覆盖层4套于上驱动轴8a和下驱动轴8b上，收集极板位于环形覆盖层4内部。清洁条刷10与靠近下驱动轴8b的环形覆盖层4接触，清洁条刷10包括刷毛10a和引水槽10b，引水槽10b与引水管11连接，在环形覆盖层4的两面均设有清洁条刷10。电机5驱动同步轮，同步轮通过同步带驱动上驱动轴8a和下驱动轴8b，带动环形覆盖层4运动。
当偏压极板2和收集极板3之间空间通入有荷负电雾霾颗粒的气流时，偏压极板2通入负直流高压，收集极板3接地，荷负电雾霾颗粒在电场驱动下接近收集极板3，由于收集极板3外表面包覆有环形包覆层4，直流驱动电机通过同步轮和同步带结构带动上驱动轴、下驱动轴，上驱动轴、下驱动再经静摩擦力带动环形覆盖层沿着极板表面呈同步带形运动方式循环转动，浸润机构用于通过向环状包覆层提供水持续保证环状包覆层处于浸润状态，通过循环转动环形覆盖层，使整个环形覆盖层保持浸润状态，提高环形覆盖层的吸附能力。
图4为本发明提供的下驱动轴与主体固定框架连接示意图；下驱动轴孔为长条状，下驱动轴8b位于上调整螺钉和下调整螺钉之间，通过调整螺钉的上下位置调整极板下端的驱动轴，进而使得环形覆盖层保持紧绷平行于收集极板表面，使得环形覆盖层依靠驱动轴的静摩擦力实现转动。
图5为本发明提供的基于电晕放电的雾霾收集单元中浸润结构的剖面图；浸润结构包括前清洁条刷10、引水管11、循环水槽12、循环水泵14。清洁条刷包括刷毛10a和引水槽10b，浸润条刷10a与环形包覆层4外表面接触，从循环水泵14经引水管11供给的进水通过清洁条刷内部设置的引水槽10b润湿毛刷10a，毛刷与环形覆盖层紧密接触，从而实时润湿环形覆盖层并将其上粘附的雾霾颗粒及时、均匀、有效地清除。循环水槽12设有污水存储区域、过滤机构13以及过滤水存储区域；污水存储区域位于下驱动轴的下方，过滤机构13位于污水存储区域和过滤水存储区域之间，过滤水存储区域位于循环水槽底部，放置有循环水泵的第三端。由污水存储区域收集环形包覆层流下的收集有雾霾颗粒的污水；污水经过过滤机构13过滤后流出过滤水，并存储于过滤水存储区域内，并被汲入循环水泵的进水口，继续按成下一轮循环清洁。
本发明提供的雾霾收集单元采用湿式集尘方案，即集尘极板表面覆盖一层润湿覆盖层，防止二次夹带现象，提高收集效率。且雾霾收集单元采用动态集尘方案，即环形覆盖层呈传送带式包覆整个收集极板，并沿着极板表面回转运动，使得雾霾颗粒可以均匀粘附在覆盖层表面，增大集尘面积；并在收集单元底部的清洁部分及时完成清洁，减少二次夹带和反电晕现象，提高收集效率。
本发明提供的雾霾收集单元的实施例，采用五层四通道的平行板静电场结构，即有三个偏压极板2和两个收集极板3，主体框架中版状结构为环氧板，主体框架中条形结构由尼龙材料加工而成，通道口径为400mm×400mm。偏压极板2和收集极板3均选择轻质不锈钢材料弯制而成，不锈钢板厚度为1mm，环形覆盖层采用厚度为1.5mm的吸水纤维，收集极板有效集尘面积为0.3mm2，同步轮选择ABS塑料材质，同步带选择橡胶材质，上驱动轴和下驱动轴采用绝缘玻璃纤维材质，直流驱动电机根据数据计算选择额定功率5W，额定电压12V，额定转速100r/min的慢速直流电机。循环水槽为绝缘结构，循环水槽12中过滤结构为海绵，实现对水流的净化，循环水泵通过一台隔离变压器供电，实现可靠绝缘，循环水泵功率较低。
本发明提供的实施例对粒径分布特征、单位时间进气量等因素进行评估，偏压极板2接-10kV直流高压电源，集尘收集极板3接地，在雾霾收集单元内采用五层式极板形成集尘电场，在保证足够的绝缘裕度的前提下提升集尘电场强度，集尘通道内电场强度可达1.25×105V/m，增大颗粒的趋近速度，从而在保证单位进气量不变的情况下缩小雾霾收集单元体积。
图6为本发明提供的除雾霾装置的结构示意图；除雾霾装置包括电晕放电单元15，雾霾收集单元16，再净化单元17和空气驱动单元18四部分；其中，再净化单元17的输入端口与雾霾收集单元16的输出端口连接，空气驱动单元18的输入端口与再净化单元17的输出端口的连接。电晕放电单元15采用线-线式的电极结构，用于将雾霾颗粒荷电；雾霾收集单元16采用湿式动态集尘+水循环清洁方案，已经完成荷电的雾霾颗粒会在集尘电场偏转至极板表面的湿式覆盖层，并经由水循环清洁机构完成收集；再净化单元17由催化剂模块组成，用于分解处理电晕放电单元产生的臭氧等二次污染气体，催化剂选用MnO2，增加催化剂的再净化单元17，可有效解决室内大范围空气净化任务。空气驱动单元18由3×3小功率风扇模块组成，用于从通道中抽风形成气流。
除雾霾装置中电晕放电单元15，采用线径为0.3mm的线-线式放电结构，通过不同电位的线线放电，产生大量等离子体，使得雾霾颗粒荷电。电极线框可以置于雾霾收集单元16上风处，即电晕放电单元15同雾霾收集单元16相互独立，构成两级式除霾装置，该种结构适用于收集表面电阻率低的尘埃颗粒；即表面电阻率ρd＜102Ω·m时，采用两级式除雾霾装置。也可以放置于雾霾收集单元16通道内部，即电晕放电单元15同雾霾收集单元16为一个整体，构成单级式的除霾集尘装置，适应于收集表面电阻率较高的尘埃颗粒。即表面电阻率ρd＞5×108Ω·m时，采用单级式除雾霾装置，从而使除雾霾装置适应于不同的使用场合。
使用时，根据应用场合选定除雾霾装置结构级数，这里以两级式除雾霾装置为例。在通道中沿气流方向依次布置好电晕发生单元、雾霾收集单元、再净化单元和空气净化单元。电晕放电装置采用0.3mm线径的线-线式放电结构，电极线接-10kV直流高压电源或者接地，相邻两电极线的电位不同；雾霾收集单元的偏压极板接-10kV直流高压电源，收集极板接地。然后调整螺钉9使得环形覆盖层紧绷于驱动轴上，启动12V直流驱动电机和循环水泵，环形覆盖层沿着收集极板表面缓慢转动，同时水流沿清洁条刷的刷毛润湿环形覆盖层。启动空气驱动单元，气流中的雾霾颗粒经过电晕放电单元后荷电(普遍荷负电)，在雾霾收集单元偏转至收集极板的环形覆盖层上(仅收集极板有环形覆盖层)，并随着环形覆盖层运动至收集极板底端的清洁部分，雾霾颗粒被清洁毛刷刷洗至循环水槽，由于靠近高压带电极板，为保证绝缘安全，循环水泵最好采用隔离变压器进行供电。
本发明可以根据使用场合灵活调整电晕放电单元和雾霾收集单元的放置位置，从而形成单级式或者两级式除雾霾装置；同时本发明中应用的湿式动态集尘+水循环清洁方案有助于提高雾霾颗粒的收集效率，减少二次夹带现象的产生；此外，本发明根据雾霾粒径分布进行评估，采用五层轻质极板形成集尘电场，在保证收集效率的同时最大化减小装置的体积，适应于室内大范围空间的空气净化，同时湿式动态集尘+水循环清洁方案也适应于工业静电集尘领域。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电晕放电的雾霾收集单元，其特征在于，包括：
主体固定框架(1)、偏压极板(2)、收集极板(3)、环形覆盖层(4)、直流驱动电机(5)、传输轮(6)、传输带(7)、上驱动轴(8a)、下驱动轴(8b)、驱动机构以及浸润机构；
所述偏压极板(2)与所述收集极板(3)均固定于所述主体固定框架(1)上，且所述偏压极板(2)与所述收集极板(3)平行间隔布置；所述上驱动轴与所述下驱动轴均位于所述主体固定框架(1)上，所述上驱动轴与所述下驱动轴通过所述传输带(7)和传输轮(6)连接，驱动机构的输出端与所述上驱动轴通过传输带和传输轮连接，所述环形覆盖层(4)套于所述上驱动轴和所述下驱动轴上，且所述环形覆盖层(4)覆盖所述收集极板(3)的外表面；所述偏压极板(2)用于与负直流高压电源连接，所述收集极板(3)用于接地，浸润机构用于通过向所述环形覆盖层(4)提供水持续保证所述环形覆盖层(4)处于浸润状态；直流驱动电机(5)输出端上安装有传输轮(6)，通过传输带(7)与安装在上驱动轴的传输轮(6)连接，进而将动力传输至上驱动轴；传输轮(6)采用同步轮结构，传输带(7)采用同步带结构；
当带负电的雾霾颗粒进入所述偏压极板(2)与所述收集极板(3)之间的空间时，带负电的雾霾颗粒向所述收集极板(3)移动，并吸附至包覆于所述收集极板(3)外表面的所述环形覆盖层(4)上，所述驱动机构通过驱动所述上驱动轴和所述下驱动轴使所述环形覆盖层(4)运动，使整个所述环形覆盖层(4)处于浸润状态，有利于粘附带负电的雾霾颗粒；
所述雾霾收集单元还包括上调整螺钉和下调整螺钉，所述下驱动轴位于所述上调整螺钉和所述下调整螺钉之间，通过调整所述上调整螺钉和所述下调整螺钉调整所述上驱动轴与所述下驱动轴之间的间距，使所述环形覆盖层(4)处于绷直状态；
浸润机构包括浸润条刷、引水管(11)、循环水槽(12)以及循环水泵(14)；所述浸润条刷与所述环形覆盖层(4)外表面接触，所述浸润条刷与所述引水管(11)一端连接，所述引水管(11)另一端与所述循环水泵(14)一端连接，所述循环水泵(14)的另一端位于所述循环水槽(12)内；
当所述环形覆盖层(4)在所述上驱动轴和所述下驱动轴驱动下运动时，所述浸润条刷使所述环形覆盖层(4)上与所述浸润条刷接触处浸润，由所述循环水泵(14)将所述循环水槽(12)中水通过所述引水管(11)输送至所述浸润条刷，所述浸润条刷同时用于清除所述环形覆盖层(4)表面的雾霾颗粒。
2.如权利要求1所述的雾霾收集单元，其特征在于，所述循环水槽设有污水存储区域、过滤机构以及过滤水存储区域；
所述污水存储区域，其位于所述下驱动轴的下方，用于收集所述环形覆盖层(4)流下的收集有雾霾颗粒的污水；
所述过滤机构，位于所述污水存储区域和所述过滤水存储区域之间，用于过滤污水流出过滤后水；
所述过滤水存储区域，位于整个循环水槽底部，其放置有所述循环水泵的第三端，用于存储过滤水。
3.如权利要求1或2所述的雾霾收集单元，其特征在于，所述环形覆盖层(4)的材料为吸水纤维。
4.如权利要求1或2所述的雾霾收集单元，其特征在于，所述偏压极板(2)的数量、所述偏压极板(2)的尺寸、所述偏压极板(2)的所接负高压电压等级、所述收集极板(3)的数量和所述收集极板(3)的尺寸均根据雾霾收集单元的气流通道口径确定。
5.一种基于权利要求1所述的雾霾收集单元的除雾霾装置，其特征在于，包括：
电晕放电单元，其采用线-线式的电极结构，用于将气流中雾霾颗粒荷电；
所述雾霾收集单元，用于将气流中荷电雾霾颗粒收集；
再净化单元，其输入端口与所述雾霾收集单元的输出端口连接，用于分解处理气流中由电晕放电单元产生的二次污染气体；
空气驱动单元，其输入端口与所述再净化单元的输出端口连接，用于通过抽气形成气流。
6.如权利要求5所述的除雾霾装置，其特征在于，当雾霾颗粒的表面电阻率小于102Ω·m时，电晕放电单元位于雾霾收集单元上风处，当雾霾颗粒的表面电阻率大于5×108Ω·m时，电晕放电单元位于偏压极性和收集极板之间的空间内。
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