CN110116051A - 一种基于压电特性的空气除尘方法和除尘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于材料压电特性的空气除尘方法和除尘装置，在除尘室内将用压电材料制作的除尘棒固定安装在绝缘支座上，将含尘空气从进气口以一定的压力吹向除尘棒，使除尘棒由材料压电效应产生电场以吸附空气中的粉尘颗粒以达到对空气进行除尘净化的目的，并将除尘净化后空气从出气口排出；利用压电材料在受电压后产生机械振动的特性，在除尘棒性能下降后，对除尘棒施加一定频率电压使其产生机械振动以抖落掉其上的粉尘颗粒，以恢复除尘棒的性能。通过以上方式，可以自动调整除尘性能，在除尘性能下降时，不用更换除尘物料，就可以方便、快速地恢复除尘性能，具有非常实用的价值和市场用途。

Description

一种基于压电特性的空气除尘方法和除尘装置

技术领域

本发明涉及空气除尘净化方法和除尘设备领域，特别涉及一种利用压电特性进行空气除尘净化的方法和利用压电特性的除尘装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人类对环境资源的过渡开发，导致自然环境不断恶化，空气污染严重，特别是空气中的一些有害颗粒物，对人们的生命健康造成严重的损害。现阶段我国控制颗粒物的排放，除加强立法及规范生产等措施外，仍缺乏行之有效、经济可行的去除粉尘颗粒的方法。

目前空气除尘的普遍方法有干式除尘法、湿式除尘法、高压静电除尘法及布袋过滤式除尘法等多种方法。其中，高压静电除尘法除尘效果较好，但须外加强电场，也存在着吸附的粉尘颗粒积聚在除尘网上不能自洁而影响除尘效果。通过活性炭过滤吸附可以有效的去除粉尘颗粒物，但是存在吸附材料饱和而使其吸附性能下降的问题，在大量除尘方面因成本问题难以推广使用。

现阶段，如何保持除尘装置的性能不下降或者及时恢复除尘性能，且操作方便、成本低是空气除尘净化领域亟待解决的一个问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种利用压电特性的空气除尘方法和除尘装置，能够有效除尘、净化空气，并能自动调整除尘性能，且在除尘能力下降时方便、快速地恢复除尘性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，提供一种基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将用压电材料制作的除尘棒固定安装在绝缘支座上；

(2)将含尘空气以一定的速度吹向除尘棒，使除尘棒产生静电以吸附空气中的粉尘颗粒。

压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，既有无机材料，也有有机材料。压电材料这种受到压力产生电压的现象叫压电效应，当压电材料产生压电效应时，就会在压电材料的相反两个端面出现正负相反的电荷。将压电材料设置在绝缘的支座上，当产生压电效应时，产生的电荷不被传导走，就会聚集在压电材料的端面上，从而产生静电效应，压电材料就会对空气中漂浮的粉尘颗粒等进行吸附，将粉尘颗粒吸附到其上面去，从而达到了对空气的除尘净化作用。本除尘方法就是利用压电材料的这一特性，让空气以一定的速度吹向压电材料制作的除尘棒，使除尘棒受到一定的压力，除尘棒产生变形，从而在压电材料端面产生电荷而发生静电效应，将吹到除尘棒上的空气中的粉尘颗粒吸附到除尘棒上，使空气在吹到除尘棒上的过程中被除尘净化，达到空气除尘净化的目的。

作为本发明的除尘方法的一种优选，在除尘棒上间隔设置有两个电极，通过电极向除尘棒输入一定频率的电压，可使除尘棒产生机械振动以将所吸附的粉尘颗粒抖落。随着除尘棒上吸附的粉尘颗粒越来越多，除尘棒的除尘性能逐步下降，不能满足除尘的需要，就需要将除尘棒上的粉尘颗粒清除掉，以恢复除尘棒的性能。压电材料的压电效应，不但在受压变形时产生电压，还会在受到电压时产生变形，本除尘方法就是利用这一特性，在清理除尘棒时，暂停向除尘棒吹空气，通过电源向除尘棒输送一定频率的电压，则除尘棒会产生机械振动，从而将吸附在其上面的粉尘颗粒抖落掉，从而达到恢复除尘棒性能的目的。

优选地，制作除尘棒的压电材料为压电陶瓷或/和有机压电材料。选用压电陶瓷是因其具有较好的强度和成本较低，如钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等；选用有机压电材料，是有机压电材料可以做成膜状等，有利用增大除尘棒的吸附面积，增强除尘效果。

作为进一步地优选，有机压电材料为聚偏氟乙烯。这种材料质地柔韧，低密度、低阻抗和高压电电压常数，优点非常明显，具有非常好的实用性。

作为更进一步地优选，除尘棒的形状为板形、圆柱形、椭圆柱形、或棱柱形。不同的形状具有不同的特性，可以根据实际情况选择使用上述不同形状的除尘棒，以达到更佳的除尘效果。例如板形，可以在风速比较小的情况下就可以在除尘棒表面形成较大的压力，形成较好的压电效应；并且吸附面积较大，吸附效果好且吸附量较大，还是清除其上面的粉尘颗粒时能产生较好的机械振动，清除效果好。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种基于压电特性的空气除尘装置，包括除尘室、进气口和出气口，除尘室内安装上述除尘方法中所采用的除尘棒，除尘棒的数量根据除尘室的大小合理设置。根据除尘室的大小及空间情况，合理设置除尘棒的数量和安装位置，以满足除尘效果为原则。根据除尘棒的安装要求，在除尘室内设置有绝缘的安装支座用以固定安装除尘棒。

作为本发明的除尘装置的一种优选，本除尘装置还设有电源，控制模块，设置于进气口的鼓风机，设置于除尘室的压力传感器和设于出气口的粉尘传感器；电源用于对控制模块和鼓风机提供电源，对除尘棒提供电压；鼓风机用于向除尘室输送含尘空气；压力传感器用于测量进气口进入的空气的压力，并传输给控制模块；粉尘传感器用于测量出气口处的粉尘浓度并传输给控制模块；控制模块接收压力传感器和粉尘传感器的数据，并根据设置用于控制鼓风机的启、停及转速，控制电源向除尘棒提供电压。

本除尘装置工作时，开启电源，控制模块控制启动鼓风机，开始向除尘室内输送含尘空气，空气吹到除尘棒上，除尘棒受到压力产生变形，从而在除尘棒的两端面产生电荷，电荷聚集产生静电效应，从而吸附空气的粉尘颗粒，这样就使通过除尘室的空气中的粉尘颗粒被吸附到除尘棒，达到了对空气净化的目的。设置于除尘室的压力传感器同样受到进气口进来的空气压力，并将测得的压力值传输给控制模块，控制模块将接到的数据与设定的数据对比，从而判断鼓风机所吹空气的速度是否满足除尘棒压电效应的需求及效果，并根据对比结果控制鼓风机的转速，除尘棒达到最佳除尘效果。出气口设置的粉尘传感器，主要用于测量被除尘净化后的空气中的粉尘颗粒含量，并将测量结果传输给控制模块，控制模块根据接收到的数据与设定的数据对比，从而做出下述控制：(1)根据对比结果调整鼓风机的转速，以满足除尘效果要求；(2)停止鼓风机运转，控制电源向除尘棒输送一定频率的电压，使除尘棒产生机械振动，将其上面的粉尘颗粒抖掉，恢复除尘棒的性能。本除尘装置能自动检测、自动调整其运转以满足除尘净化的需要；自动清除粉尘颗粒，不用更换除尘物料，时间短、成本低、且根据检测情况自动清除，保证了除尘效果，具有非常好的实用价值。

作为本发明的除尘装置的进一步优选，除尘室的底部设有集尘板，还设有出尘口，出尘口处设有出尘口盖。集尘板用于收集抖落下来的粉尘颗粒，打开出尘口盖，可将灰尘清理出除尘室。

作为本发明的除尘装置的更进一步优选，所述出尘口连接有负压吸尘装置。可以更快更干净地清理掉所收集的粉尘颗粒。

作为本发明的除尘装置的再一步优选，在进气口或/和出气口设有阀门。当对除尘棒上的粉尘颗粒进行清除时，关闭进气口的阀门，可以防止进气口进入空气，影响清除效果；关闭出气口的阀门，可以防止粉尘颗粒从出气口出去，污染环境；同时关闭，上述效果更佳，且有利于负压吸尘装置的吸尘效果，更快更好的完成吸尘工作。

综上所述，本发明与现有技术相比，取得的有益效果是：利用压电材料特性，可以自动调整除尘性能，并且在除尘性能下降时，不用更换除尘物料，就可以方便、快速地恢复除尘性能，保证除尘效果，具有非常实用的价值和市场用途。

附图说明

图1是本发明的除尘装置的结构示意图；

图2是本发明的控制原理图；

图中，1－除尘室、2－进气口、3－出气口、4－除尘棒、5－集尘板、6－出尘口、7－出尘口盖。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、目的和优点更加清楚明了，更易于被本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明的较佳实施例作详细阐述。此外，在以下描述中，省略了对公知常识和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1、图2所示，本实施例提供的基于压电特性的除尘装置，包括除尘室1、进气口2和出气口3，除尘室1内垂直安装有数根除尘棒4，使除尘棒4的中间部分对着进气口2方向，如果除尘棒4是板形、椭圆形等，则使面积大的一面朝对着进气口2方向，除尘棒4的上下两端分别固定安装在绝缘支座上，绝缘支座与除尘室1的内壁固定安装。

进一步地，本除尘装置还设有电源，除尘室1外部设有控制模块，在进气口2端设有鼓风机，在除尘室1内安装除尘棒4处对着进气口2的地方安装有压力传感器(图中未绘出，压力传感器的数量可以是一只也可以是数只)，在出气口3处还安装有粉尘传感器(图中未绘出，粉尘传感器的数量可以是一只也可以是数只)，每根除尘棒4上间隔设置有正负两个电极，正负电极分别用导线并联，并与电源连接。电源用于向控制模块、鼓风机提供电源和向除尘棒4提供电压，鼓风机向除尘室1内输送空气，压力传感器和粉尘传感器连接于控制模块上，并将检测到的数据传输给控制模块，控制模块根据接收到压力数据和粉尘浓度数据，做出判断，从而对鼓风机和电源进行控制动作，以决定鼓风机的启动、停止和转速，也控制电源向除尘棒4提供电压，以使除尘棒4产生机械振动，达到清除除尘棒4上的粉尘颗粒的目的。

进一步地，除尘室1的底部设有漏斗形的集尘板5，在集尘板5的漏斗底部设有出尘口6，出尘口6处还设有出尘口盖7。在除尘装置工作时，出尘口盖7是盖上的，当对除尘棒4上的粉尘颗粒进行清除时，在除尘棒4将粉尘颗粒抖掉到集尘板5后，打开出尘口盖7，将粉尘颗粒清理出来。为了更快更干净地清理集尘板5上的粉尘颗粒，还可以在出尘口6处连接上负压吸尘装置，利用负压将粉尘颗粒吸进吸尘装置中，这样既干净高效还能避免清理出的粉尘颗粒再次污染环境。

进一步地，在进气口2或/和出气口3设有阀门(图1中未绘出)，阀门的选用根据进气口2和出气口3的大小和对除尘的技术要求来选定，甚至可以用一挡板来当作阀门，以能起到隔接作用为准。当对除尘棒4上的粉尘颗粒进行清除时，同时关闭两端的阀门，再让控制模块控制电源向除尘棒4输送一定频率的电压，使除尘棒4产生机械振动，以抖落掉其上的粉尘颗粒，这时候，关闭的阀门就能很好阻挡粉尘颗粒通过出气口3出去，也防止进行口2向里吹进空气以影响其清理效果，保持除尘室1里空气相对静止，有利于抖掉的粉尘颗粒向集尘板5落去，以增强集尘效果。

如图2所示，本实施例提供的除尘方法是，接通电源后，控制模块先控制启动鼓风机，通过进气口2向除尘室1吹送空气，空气以一定的速度吹到除尘棒4上，对除尘棒4产生一定的压力而使除尘棒4变形产生压电效应，除尘棒4上在两个端面产生正负电荷，因除尘棒4安装在绝缘支座上，电荷不能被传导走，故电荷集聚在除尘棒4表面形成静电效应，除尘棒4上产生静电后，就会吸附空气中的粉尘颗粒，这样的话，从进气口2吹进的空气在经过除尘棒4时，空气中的粉尘颗粒就会被除尘棒4吸走，从而达到净化空气的作用，使从出气口3出去的空气就干净了。鼓风机吹进的空气在吹到除尘棒4的同时，也吹在压力传感器上，压力传感器会检测到一个压力值，并将压力值传输给控制模块，控制模块将接收到的压力值与被设定的值进行对比，若压力值大于设定值，则控制鼓风机转速降低，若压力值小于设定值，则控制鼓风机转速提高，以使鼓风机所吹进的风控制在一定的速度上，使除尘棒4所受到压力在一定范围内，保证除尘棒4的压电效应处于最佳状态。设于出气口3处的粉尘传感器，主要用于测量被除尘净化后的空气中的粉尘含量，并将浓度值传输给控制模块，控制模块将浓度值与设定值进行对比，当浓度值与设定值有误差时，控制模块先通过调整鼓风机转速来调整除尘棒4的压电效应，以使被除尘净化后空气的粉尘浓度满足要求；若上述调整不能满足要求时，则判断除尘棒4性能下降，需要对其进行清理，则控制鼓风机停止，在关闭进气口2和出气口3的阀门后，控制电源向除尘棒4输送一定频率的电压，使除尘棒4产生机械振动，抖落到其上面的粉尘颗粒，然后再清理集尘板5上的粉尘颗粒，清理完毕，打开进气口2和出气口3的阀门，再通过控制模块启动鼓风机，恢复对空气的除尘净化工作。

与现有技术相比，上述基于压电特性的空气除尘方法和除尘装置，达到了如下效果：利用压电材料特性，可以自动调整除尘性能，并且在除尘性能下降时，不用更换除尘物料，就可以方便、快速地恢复除尘性能，保证除尘效果，具有非常实用的价值和市场用途。

综上所述，本发明所提供的除尘方法和除尘装置，相比于传统的除尘方法和除尘装置，技术更先进，市场运用前景和经济价值更大。

最后应当说明的是，以上所描述的较佳实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不全部的实施例，这些描述只是示例性的，而并非是对本发明的限制。应当理解，所属技术领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下做出的其他实施例或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将用压电材料制作的除尘棒固定安装在绝缘支座上；

(2)将含尘空气以一定的速度吹向所述除尘棒，使所述除尘棒产生静电以吸附空气中的粉尘颗粒。

2.根据权利要求1所述的基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于：在所述除尘棒上间隔设置有两个电极，通过所述电极向所述除尘棒输入一定频率的电压，可使所述除尘棒产生机械振动以将所吸附的粉尘颗粒抖落。

3.根据权利要求1或2所述的基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于：制作所述除尘棒的压电材料为压电陶瓷或/和有机压电材料。

4.根据权利要求3所述的基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于：所述有机压电材料为聚偏氟乙烯。

5.根据权利要求1或2所述的基于压电特性的空气除尘方法，其特征在于：所述除尘棒的形状为板形、圆柱形、椭圆柱形、或棱柱形。

6.一种基于压电特性的空气除尘装置，包括除尘室、进气口和出气口，其特征在于：所述除尘室内安装有如权利要求1－5中任一项所述的除尘棒，所述除尘棒的数量根据所述除尘室的大小合理设置。

7.根据权利要求6所述的基于压电特性的空气除尘装置，其特征在于：还设有电源，控制模块，设置于所述进气口的鼓风机，设置于所述除尘室的压力传感器和设于出气口的粉尘传感器；

所述电源用于对所述控制模块和所述鼓风机提供电源，对所述除尘棒提供电压；

所述鼓风机用于向所述除尘室输送含尘空气；

所述压力传感器用于测量所述进气口进入的空气的压力，并传输给所述控制模块；

所述粉尘传感器用于测量出气口处的粉尘浓度并传输给所述控制模块；

所述控制模块接收所述压力传感器和粉尘传感器的数据，并根据设置用于控制所述鼓风机的启、停及转速，控制所述电源向所述除尘棒提供电压。

8.根据权利要求6或7所述的基于压电特性的空气除尘装置，其特征在于：所述除尘室的底部设有集尘板，还设有出尘口，所述出尘口处设有出尘口盖。

9.根据权利要求8所述的基于压电特性的空气除尘装置，其特征在于：所述出尘口连接有负压吸尘装置。

10.根据权利要求6或7所述的基于压电特性的空气除尘装置，其特征在于：在所述进气口或/和出气口设有阀门。