CN108480050A

CN108480050A - 驻极体材料及静电除尘装置

Info

Publication number: CN108480050A
Application number: CN201810132932.XA
Authority: CN
Inventors: 季启政; 宋佳赟; 苏新光; 高志良; 李高峰
Original assignee: 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC
Current assignee: 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC; Beijing Dongfang Measurement and Test Institute
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: CN108480050B

Abstract

本发明提供一种驻极体材料及静电除尘装置。该驻极体材料以聚丙乙烯，以及聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯为原料混合而成，其中聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯的粒径为1~10μm。本发明通过改进驻极体材料，提高了采用驻极体材料制成的微通道结构的静电积尘过滤器的过滤性能。本发明提供的静电除尘装置，通过检测环境颗粒物浓度，设计荷电部件的结构形式与控制发射电流，释放并重建内部电场，降低积尘微通道的内部表面电场强度趋同的方式，减少极化现象的发生概率，进而提升驻极体材料微通道结构静电积尘过滤器的容尘能力和提升积尘效率，提升容尘量的同时延长清洗维护周期，降低使用维护成本。

Description

驻极体材料及静电除尘装置

技术领域

本发明涉及除尘技术领域，尤其涉及一种驻极体材料及静电除尘装置。

背景技术

传统的静电积尘过滤器，使用金属平行板结构作为积尘部件，电晕丝作为荷电部件，具有近60年的历史，较多应用与工业除尘、通风装置积尘领域。由于极间放电点打火、电晕臭氧浓度高、裸露高压部分安全问题，在室内空气净化产品的应用上受到限制。

采用驻极体材料制成的微通道结构静电积尘过滤器，具有积尘效率高、容尘量大、可清洗重复使用的特点，得到越来越广泛的应用。但驻极体材料的高阻抗特性，使得其在低粉尘浓度环境下，由于大量带电粒子的电荷迁移，容易导致其表面产生极化现象，使其积尘效率下降甚至捕集颗粒物脱落产生二次扬尘。

发明内容

本发明提供一种驻极体材料及静电除尘装置。本发明提供一种驻极体材料可以有效地克服现有驻极体材料驻极性能不佳的技术问题。

本发明提供一种驻极体材料的技术方案如下：

一种驻极体材料，所述驻极体材料以聚丙乙烯，以及聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯为原料混合而成，其中聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯的粒径为1～10μm。

进一步地，所述聚四氟乙烯为通过等离子体表面改性的聚四氟乙烯微粉。

进一步地，所述驻极体材料由聚四氟乙烯和聚丙乙烯组成，其中聚四氟乙烯的质量分数优选为1％～10％。

为了解决现有除尘装置除尘效率低的问题，本发明还提供了一种静电除尘装置，它包括沿气流方向顺序安装的颗粒物传感器、荷电部件和积尘部件，以及为荷电部件和积尘部件供电的可控恒流高压电源；所述颗粒物传感器用于检测颗粒物浓度，并将检测到的颗粒物浓度信号传输至可控恒流高压电源，所述可控恒流高压电源依据颗粒物浓度信号调节电源的输出与断开，所述积尘部件由多层积尘板叠加构成，所述积尘板采用本发明提供的驻极体材料制成，积尘板内有供气体通过的积尘微通道，每层积尘板的上下表面设置有导电部件。

进一步地，所述荷电部件包括孔板和放电针，所述孔板垂直于气流方向，所述放电针平行于气流方向，气流穿过板孔后流经放电针。

进一步地，所述孔板上开设有复合孔，所述复合孔的横截面由两个不同半径的同心圆的多段圆弧交错连接构成。

进一步地，所述颗粒物传感器采用激光粒子计数器。

进一步地，所述可控恒流高压电源包括控制模块、恒流源和高压电源，所述恒流源向荷电部件供电，所述高压电源向积尘部件供电，所述控制模块依据颗粒物浓度信号调节恒流源、高压电源的输出与断开。

进一步地，所述可控恒流高压电源还包括与高压电源并联的电阻，所述电阻的低压端接地。

进一步地，所述控制模块依据颗粒物浓度信号梯度控制荷电电流，并统计颗粒物浓度到达预设低浓度值的次数或时长，当统计的次数或时间到达预设的次数或时长时，控制模块发出关断高压电源的信号，使高压电源与积尘部件断开。

本发明通过改进驻极体材料，提高了采用驻极体材料制成的微通道结构的静电积尘过滤器的过滤性能。本发明提供的静电除尘装置，通过检测环境颗粒物浓度，设计荷电部件的结构形式与控制发射电流，释放并重建内部电场，降低积尘微通道的内部表面电场强度趋同的方式，减少极化现象的发生概率，进而提升驻极体材料微通道结构静电积尘过滤器的容尘能力和提升积尘效率，提升容尘量的同时延长清洗维护周期，降低使用维护成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例中静电除尘装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中带复合孔的孔板的结构示意图；

图3是现有技术中带圆形孔的孔板结构示意图；

图4是本发明一个实施例中积尘板的结构示意图；

其中，图中的件号表示为：1.颗粒物传感器；2.荷电部件；3.积尘部件；4.可控恒流高压电源；5.电阻；21.孔板；22.放电针；221.复合孔；31.积尘板；32.导电部件；311.积尘微通道。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种新型的驻极体材料，该驻极体材料以聚丙乙烯与聚四氟乙烯，或者聚丙乙烯与聚偏氟乙烯为原料混合而成，其中聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的粒径为1～10μm，优选的1～5μm。聚四氟乙烯优选通过等离子体表面改性的聚四氟乙烯微粉，通过表面改性，提升了聚四氟乙烯的表面能，使其亲水角降低到60度以内。当驻极体材料由聚四氟乙烯和聚丙乙烯组成时，其中聚四氟乙烯的质量分数为1％～10％，将这两种材料混合均匀后注塑成型即得到驻极体材料。

采用专利CN102580854A说明书0092-0102段所公开的驻极性能测试方法，将本发明提供的一种新型的驻极体材料(表1简称本发明)与CN102580854A中所述方法制得的驻极体材料(表1简称原发明)进行比较测试(测试结果见表1)，新型的驻极体材料的驻极性能提升了约11％，具备良好的驻极保持特性。

表1：

本发明还提供了一种静电除尘装置，如图1所示，图中箭头表示气流方向，该静电除尘装置包括沿气流方向顺序安装的颗粒物传感器1、荷电部件2和积尘部件3，以及为荷电部件2和积尘部件3供电的可控恒流高压电源4。

颗粒物传感器1在静电除尘装置进风侧设置，用于检测进入静电除尘装置的气体中颗粒的物浓度，并将检测到的颗粒物浓度信号传输至可控恒流高压电源4。颗粒物传感器1检测浓度范围为5～500ug/m³，可设定以间歇工作方式输出颗粒物浓度信号。在一个实施例中，颗粒物传感器1优选激光粒子计数器。

荷电部件2包括孔板21和放电针22。孔板21垂直于气流方向，孔板21上开设有复合孔221，所述复合孔221的横截面由两个不同半径的同心圆的多段圆弧交错连接构成，如图2所示，复合孔的横截面由四段较小圆弧与四段较大的圆弧交错排列，较小圆弧与较大圆弧之间通过平滑的曲线相连接。与圆形孔结构的孔板相比，使用具有双同心圆的复合孔结构的孔板，在保持荷电效率不变的前提下，降低荷电电流约20％，面积比较圆形孔结构增加12％，降低风阻的同时降低了空气流速(参见表2，其中圆形孔与复合孔较小圆的半径相等)。孔板21的材质为铝板或不锈钢板。放电针22平行于气流方向设置，在一个实施例中，放电针22的针尖距离孔中心平面的距离为17.5mm，气流穿过板孔后流经放电针22，放电针22直径0.5～1.5mm，针尖曲率半径<100um，放电针22材质为不锈钢。

表2：风速：1.5m/S温度：25度相对湿度：65％

积尘部件3由多层积尘板31叠加构成，积尘板31采用本发明提供的驻极体材料制成，积尘板31内有供气体通过的积尘微通道311，每层积尘板31的上下表面设置有导电部件32，导电部件32可以是导电膜或导电电极。

可控恒流高压电源4依据颗粒物浓度信号调节电源的输出与断开。在一个实施例中，可控恒流高压电源4包括控制模块、可调恒流源、高压电源以及与高压电源并联的电阻5。其中，可调恒流源向荷电部件2供电，其提供的电流范围为0.3～5μA；高压电源向积尘部件3供电，其提供的电压范围为9～11kV；控制模块依据颗粒物浓度信号调节可调恒流源、高压电源的输出与断开。电阻5的电阻值为500～1000MΩ，其的低压端接地，当高压电源关闭时，与其并联的电阻5将对积尘部件3放电，在空气气流和接地电位的共同作用下，泄放积尘微通道311表面电荷，重新启动电源后，重新建立积尘部件3的内部电场。

将静电除尘装置安装在风道内，通过流量调节风机使气流流经荷电部件2与积尘部件3。颗粒物被荷电后进入积尘微通道311，在内部电场作用下发生偏转并被积尘微通道311的内壁捕集。

静电除尘装置的工作状态描述如下(其中A1>A2>A3，I 1>I2>I 3，V1>V2)：

当颗粒物高浓度大于预设值A1时，可控恒流高压电源4依据颗粒物浓度信号，向荷电部件2输出最大设计恒流电流I 1。

当预设值A1≥颗粒物浓度≥预设值A2时，降低向荷电部件2输出的恒流电流至预设值I2，减少带电离子数量，同时降低积尘部件3的电压至预设值V1。

当颗粒物浓度小于预设值A2时，降低向荷电部件2输出的恒流电流至最低预设值I3，降低积尘部件3的电压至最低预设值V2。

并且，统计颗粒物浓度到达预设值A3的次数或时长，当统计的次数或时长到达预设的次数或时长时，可控恒流高压电源4的控制模块发出关断高压电源的信号，使高压电源与积尘部件3断开，此时与高压电源并联的电阻5将对积尘部件3放电，在空气气流和接地电位的共同作用下，泄放积尘微通道311表面电荷，然后重新启动电源，重新建立积尘部件3的内部电场。

可控恒流高压电源4依据颗粒物浓度信号梯度控制荷电电流，可以有效的保证静电除尘装置处于高效的工作状态，避免因表面极化而导致的积尘效率下降，同时降低电源负荷、降低积尘部件3电压可以有效延长部件使用寿命。

本发明通过改进驻极体材料，提高了采用驻极体材料制成的微通道结构的静电积尘过滤器的过滤性能。本发明提供的静电除尘装置，通过检测环境颗粒物浓度，设计荷电部件的结构形式与控制发射电流，释放并重建内部电场，降低积尘微通道的内部表面电场强度趋同的方式，减少极化现象的发生概率，进而提升驻极体材料微通道结构静电积尘过滤器的容尘能力，提升容尘量的同时延长清洗维护周期，降低使用维护成本。

测试例1

表3是使用雾霾模拟尘作为测试尘源，测量不同颗粒物浓度、不同发射电流情况下的单次过滤效率曲线。

表3

测试数据表明，在高颗粒物浓度下，需要较大的荷电电流，但到了低颗粒物浓度时，大的荷电电流并没有提供更多的效率提升。

测试例2

设定针尖电流为1.2uA，使用室内空气自然尘，24小时内的效率衰减与回复特性。运行24小时后，测试通过效率并记录，关闭电源30s，重新开启，重新测试效率并记录，每天重复实验一次。

测试条件：

针尖电流1.2uA，风速1m/s，颗粒物浓度：30～60ug，去极化时间60s，初始效率99.80％。

测试结果如表4：

时间(天)	剩余效率	恢复效率
			1	97.8	99.62％
2	96.5	99.20％
			3	97.2	99.42％
4	96.6	99.61％
			5	95.5	99.23％
6	95.8	99.35％
			7	94.7	99.15％
8	95.3	99.28％

测试表明，因持续开机，导致效率下降，可以通过泄放—重建内部电场的方式恢复净化效率。

测试例3

搭建两套测试装置：

1、使用本发明的静电除尘装置，每24小时执行一次积尘器泄放与重建操作。

2、使用圆孔荷电(GDP)与专利CN102580854A制成的积尘段，连续运行

测试条件：

自然尘环境，平均浓度45ug/m³，连续工作，每周测量一次积尘效率，测试数据如表5：

自然尘环境，平均浓度45ug/m³，连续工作，每周测量一次积尘效率，测试数据如下

对比表明，本发明的静电除尘装置可以提升稳定性与使用维护周期，以效率降低到初始值75％为判定，本发明可以将使用周期延长一倍。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种驻极体材料，其特征在于，所述驻极体材料以聚丙乙烯，以及聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯为原料混合而成，其中聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯的粒径为1~10μm。

2.根据权利要求1所述的驻极体材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯为通过等离子体表面改性的聚四氟乙烯微粉。

3.根据权利要求1所述的驻极体材料，其特征在于，所述驻极体材料由聚四氟乙烯和聚丙乙烯组成，其中聚四氟乙烯的质量分数为1%~10%。

4.一种静电除尘装置，其特征在于，包括沿气流方向顺序安装的颗粒物传感器、荷电部件和积尘部件，以及为荷电部件和积尘部件供电的可控恒流高压电源；所述颗粒物传感器用于检测颗粒物浓度，并将检测到的颗粒物浓度信号传输至可控恒流高压电源，所述可控恒流高压电源依据颗粒物浓度信号调节电源的输出与断开，所述积尘部件由多层积尘板叠加构成，所述积尘板采用如权利要求1-3任一项所述的驻极体材料制成，积尘板内有供气体通过的积尘微通道，每层积尘板的上下表面设置有导电部件。

5.根据权利要求4所述的静电除尘装置，其特征在于，所述荷电部件包括孔板和放电针，所述孔板垂直于气流方向，所述放电针平行于气流方向，气流穿过板孔后流经放电针。

6.根据权利要求5所述的静电除尘装置，其特征在于，所述孔板上开设有复合孔，所述复合孔的横截面由两个不同半径的同心圆的多段圆弧交错连接构成。

7.根据权利要求4所述的静电除尘装置，其特征在于，所述颗粒物传感器采用激光粒子计数器。

8.根据权利要求4所述的静电除尘装置，其特征在于，所述可控恒流高压电源包括控制模块、恒流源和高压电源，所述恒流源向荷电部件供电，所述高压电源向积尘部件供电，所述控制模块依据颗粒物浓度信号调节恒流源、高压电源的输出与断开。

9.根据权利要求8所述的静电除尘装置，其特征在于，所述可控恒流高压电源还包括与高压电源并联的电阻，所述电阻的低压端接地。

10.根据权利要求8或9所述的静电除尘装置，其特征在于，所述控制模块依据颗粒物浓度信号梯度控制荷电电流，并统计颗粒物浓度到达预设低浓度值的次数或时长，当统计的次数或时间到达预设的次数或时长时，控制模块发出关断高压电源的信号，使高压电源与积尘部件断开。