CN111437996A - 一种不打火效率可维持的静电过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不打火效率可维持的静电过滤装置，包括高压电源和静电电场组件，所述静电电场组件包括沿着气流方向依次布置的电离区和集尘区，所述高压电源包括检测控制模块和高压输出模块，所述高压输出模块输出高压和低压，所述高压为电离区供电，所述低压为集尘区供电，所述检测控制模块用于检测静电电场组件的负载状态，在静电电场组件的负载状态正常时，控制所述高压输出模块工作在恒压稳态供电模式。本发明实现一种不打火，无安全隐患的静电过滤装置，可保持始终在最优净化效率性能曲线上运行。

Description

一种不打火效率可维持的静电过滤装置

技术领域

本申请属于高压静电净化技术领域，尤其涉及一种不打火效率可维持的静电过滤装置。

背景技术

高压静电净化技术基本原理是利用静电捕集空气中的细小颗粒物，具体过程是通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的电场，气体电离后所产生的电子、阴离子和阳离子，吸附在通过电场的颗粒物上，使颗粒物获得电荷。荷电极性不同的颗粒物在电场力的作用下，分别向不同极性的电极运动，沉积在电极上，而达到颗粒物和气体分离的目的。

现有的利用高压静电技术原理设计的各种形态的静电过滤装置已经发展多年，可以使得含尘气体以较宽泛的气体流速范围(0～10m/s)去除其中的颗粒物。静电过滤装置根据设计参数及形态调整，可以根据特定要求实现在特定风速下的净化效率值，且兼具一定的经济性。静电过滤装置根据材质(金属导体、半导体等)、结构形式(截面为蜂窝筒状、平板等)、集成状态(单区电场、双区电场)、集尘间距(5mm及以上传统静电电场，1.5mm及以上微静电电场)等不同特征，可以实现在不同温、湿度等环境下的相对稳定使用。这些不同形态的静电过滤装置，可以较好的运用于家用、商用、工业、专用等领域的空气过滤处理。

如图1所示，目前静电过滤装置包括高压电源10和静电电场组件5，每台高压电源10可以为多台静电电场组件5供电，被同一台高压电源10供电的静电电场组件5采用并联的供电方式。

由高压静电技术设计而成的各类静电过滤装置，具有颗粒物去除效率高(可高达99.9％)，处理颗粒物粒径范围广(>0.01μm)，处理风量范围大，耐候性强等优点。然而，伴随而来的缺点也比较多，如静电过滤装置会呈现使用过程中的效率持续衰减特性；根据伏安特性曲线，随着电压提升，副产物臭氧的释放量也会大幅度提升；静电电场组件由于持续使用，过滤器污脏引发的电场持续打火，并导致净化失效情况；由于静电电场组件打火、短路可能引起的起火等安全隐患等。

而且，静电电场组件通常为模块化设计，这样的优势是可以通过静电电场组件的拼接，实现处理风量的无限扩展。多个静电电场组件由于机械供电结构或应用空间的限制，通常设计成为供电并联形式或分组(区)供电并联形式。并联内的静电电场组件，一旦其中一个出现打火或短路现象，整台静电过滤装置机组或该组(区)均会停止工作，并迅速失去净化作用，出现电场“坍塌”现象。

发明内容

本申请的目的是提供一种不打火效率可维持的静电过滤装置，旨在针对金属板式静电过滤装置及控制系统的创新设计，通过过滤器电场组件机械结构设计革新、高压电源输出及控制创新、静电过滤装置的系统工作模式创新、系统电气控制方式创新等方面，实现一种不打火，无安全隐患，可保持静电过滤装置始终在最优净化效率性能曲线上运行，并避免出现静电过滤机组整体失效的情况。

为了实现上述目的，本申请技术方案如下：

一种不打火效率可维持的静电过滤装置，包括高压电源和静电电场组件，所述静电电场组件包括沿着气流方向依次布置的电离区和集尘区，所述高压电源包括检测控制模块和高压输出模块，所述高压输出模块输出高压和低压，所述高压为电离区供电，所述低压为集尘区供电，所述检测控制模块用于检测静电电场组件的负载状态，在静电电场组件的负载状态正常时，控制所述高压输出模块工作在恒压稳态供电模式，输出恒压稳态的高压和低压为静电电场组件供电；在静电电场组件的负载状态异常时，控制所述高压输出模块工作在脉冲涡旋供电模式，所述高压输出模块的高压输出恒压稳态的高压为电离区供电，所述高压输出模块的低压输出脉冲涡旋电压为集尘区供电。

进一步的，所述静电电场组件的电离区包括高压供电的花型电离片和接地的接地片，所述花型电离片和接地片间隔交错分布，集尘区包括由低压供电的第一集尘板和接地的第二集尘板，所述第一集尘板和第二集尘板间隔交错分布，所述花型电离片和接地片之间间距20～30mm，所述第一集尘板和第二集尘板之间间距5～7mm。

进一步的，所述花型电离片的两侧分别设置有连续的半圆形凹槽。

进一步的，所述花型电离片的宽度为所述半圆形凹槽直径的2～2.5倍，所述半圆形凹槽直径与输入高压的比率为1mm：600～650V。

进一步的，所述花型电离片的相邻半圆形凹槽之间间距为0.05～0.3mm。

进一步的，所述花型电离片的厚度为0.5～2mm。

进一步的，所述花型电离片距离集尘区的距离为所述半圆形凹槽直径的一半正负10％范围。

进一步的，所述检测控制模块还用于工作在自检模式，用于检测集尘区的低压电流，此时输入到集尘区的低压先是额定电压的一半，然后逐渐在规定时间内增加集尘区低压到额定电压，当检测到集尘区低压电流大于额定的数值时，逐渐降低集尘区低压。

进一步的，所述检测控制模块还设置有环境检测传感器，检测环境状态，并根据检测得到的环境状态，调整为集尘区供电的低压。

进一步的，所述不打火效率可维持的静电过滤装置还包括位于静电电场组件单侧或两侧的清洗机构，所述清洗机构包括清洗喷杆和清洗喷头，采用高压清洗液对静电电场组件进行清洗。

本申请提出的一种不打火效率可维持的静电过滤装置，通过静电电场组件机械结构设计革新、高压电源输出及控制创新，使得电压输出工作在两种模式，实现一种不打火，无安全隐患的静电过滤装置，可保持始终在最优净化效率性能曲线上运行，并避免出现静电过滤装置整体失效的情况。

附图说明

图1为静电过滤装置结构示意图；

图2为本申请实施例高压电源与静电电场组件连接示意图；

图3为本申请实施例静电电场组件结构示意图；

图4为本申请实施例花型电离片结构示意图；

图5为本申请实施例静电过滤装置清洗系统示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，本申请一种不打火效率可维持的静电过滤装置，包括高压电源和静电电场组件，所述静电电场组件包括沿着气流方向依次布置的电离区1和集尘区2，所述高压电源包括检测控制模块和高压输出模块，所述高压输出模块输出高压和低压，所述高压为电离区供电，所述低压为集尘区供电，所述检测控制模块用于检测静电电场组件的负载状态，在静电电场组件的负载状态正常时，控制所述高压输出模块工作在恒压稳态供电模式，输出恒压稳态的高压和低压为静电电场组件供电；在静电电场组件的负载状态异常时，控制所述高压输出模块工作在脉冲涡旋供电模式，所述高压输出模块的高压输出恒压稳态的高压为电离区供电，所述高压输出模块的低压输出脉冲涡旋电压为集尘区供电。

如图1所示，高压电源10与静电电场组件5通过接地极11、低压输出极12、高压输出极13共三路高压电缆线连接实现直流高压供电。相邻两个静电电场组件5，亦通过接地极11、低压输出极12、高压输出极13进行并联连接，连接方式通常有机械弹性接触供电、线缆插接供电等方式。常规高压电源10可提供多种直流电压输出方式(如：恒电压输出、恒功率输出等)。高压输出极13和低压输出极12同时供电，通过静电过滤装置的放电间隙及电场强度调节，设定合适的高压输出极13和低压输出极12电压，维持较高的初始净化处理效率。

在传统的技术方案中，当其中一个静电电场组件5出现负载异常(短路或对地放电)时，高压电源10检查电流异常信号，并启动保护动作(如降输出电压、关闭电源输出)。此时，该并联电路上的其余静电电场组件5均会失去供电电压或电压降低。这样，该组静电电场组件5出现的现象有：火花放电打火、净化效率降低或完全失去效率(静电电场5负载异常无法及时解除)。当静电电场组件5采取独立供电形式，即一套高压电源10给一个静电电场5单独供电，可以解决负载异常静电电场组件5对其他静电电场组件5的影响。然而，这样所面临的问题是高压电源10的数量会使用较多，而且产生大量的电源连接线，对于整套静电过滤装置的结构排布非常不便，无法实现静电电场组件5的模块化风量扩展，带来较多的安装问题和经济成本问题，且火花放电打火现象依然会发生，无法彻底排除安全隐患。

本申请高压电源10和静电电场组件5的接线如图2所示，高压电源10包括检测控制模块和高压输出模块，检测控制模块与高压输出模块连接。高压输出模块具有三个连接端子：高压、低压、接地。其中高压通过高压输出极13接入电离区1，为电离区1供电；低压通过低压输出极12接入集尘区2，为集尘区2供电；接地通过接地极11接入静电电场组件5的外框9。由于接地在本技术领域属于比较成熟的技术，这里不再赘述。

本申请一套高压电源10可连接一个或多个静电电场组件5使用，相邻静电电场组件5采取供电接触件接触供电形式。高压输出模块能够分别输出恒压稳态电压和脉冲涡旋电压，检测控制模块能够通过输出电流、电压参数，自动检测静电电场组件5的负载状态，并随之切换工作输出模式(恒压稳态供电模式和脉冲涡旋供电模式)。

恒压稳态供电模式：高压电源10通过检查控制模块，检测到静电电场组件5负载处于设定正常状态(表面清洁、无短路异常)，通过高压输出模块，输出恒压稳态的高压和低压为静电电场组件5供电，即高压输出极13、低压输出极12都输出恒压稳态的高压、低压，确保静电电场组件5处于高效净化工作状态；

脉冲涡旋供电模式：高压电源10通过检查控制模块，检测到静电电场组件5负载处于重负载或有异常(短路、粉尘搭桥等)状态，通过高压输出模块的高压输出极13输出恒压稳态的高压为电离区1供电，低压输出极12输出脉冲涡旋电压为集尘区2供电，在集尘区2形成持续的感应电场，通过自适应的脉冲电压，确保集尘区2既能稳定工作，保持从空气中去除颗粒物的能力，亦不会出现打火现象。

本申请在脉冲涡旋供电模式时，能满足颗粒物的持续荷电，静电过滤装置不会打火，并仍然保持从空气中去除颗粒物的作用。

本申请检查控制模块通过为静电电场组件5提供可爬升的自检低电压，通过伏安曲线参数反馈，调节并获取静电电场组件5在自检点的电压、电流值，并同设定预警值进行比较，判断并输出自检结果。关于静电电场组件5负载状态的检测，在本技术领域是比较成熟的技术，这里不再赘述。

本申请相邻静电电场组件5采取供电接触件接触供电形式，可以充分利用静电电场组件5过滤室空间，提高单位进风截面积处理风量，同时实现风量的无限扩展；高压电源，输出电压稳定、纯净，电场荷电不受电压波动影响，且能实时监测负载输出，诊断及预测电场运行工况，并进行电场运行模式的切换。

在一个实施例中，本申请检测控制模块还用于工作在自检模式，用于检测集尘区的低压电流，此时输入到集尘区的低压先是额定电压的一半，然后逐渐在规定时间内增加集尘区低压到额定电压，当检测到集尘区低压电流大于额定的数值时，逐渐降低集尘区低压。

本申请检测控制模块具有完善的控制逻辑，用于进行开机自检，检测集尘区的低压电流，在开机时，低压输出电压先是额定电压(6000-9000V)的一半，然后逐渐在1min内增加集尘区低压电压到额定电压，当检测到集尘区低压电流大于额定的数值时候，例如超过额定运转时的10％以上，逐渐降低供电的集尘区低压。

容易理解的是，在逐渐降低供电的集尘区低压之后，确保安全无打火，然后持续检测，在确定负载超过阀值时，再切换为脉冲涡旋供电模式。

在另一个实施例中，所述检测控制模块还设置有环境检测传感器，检测环境状态，并根据检测得到的环境状态，调整为集尘区供电的低压。

本申请高压电源的检测控制模块带有温度和湿度传感器，采集运行的环境温度和湿度，根据温湿度表调整集尘区最大电压值。关于在何种环境温度和湿度时，对应的集尘区最大电压值为多少数值，可以通过实验来进行确认，本申请对此不再赘述。

本申请采用可快速叠加抽屉式的电源模组柜，实现多个高压电源模块的叠加应用，能自动监测电源模块的输出状态，通过冗余配置，及时对异常电源模块替代使用，维持静电过滤器总输出功率，确保静电过滤装置持续稳定运行。

在一个实施例中，如图3所示，静电电场组件5的电离区1主要由高压供电的花型电离片6和接地片7组成，集尘区2主要由低压供电的第一集尘板3和接地的第二集尘板4组成。电离区1和集尘区2沿气流方向(图中箭头方向)分布在外框9内侧，花型电离片6、接地片7、第一集尘板3、第二集尘板4均为平行分布的金属薄板，安装在外框9的支架上。

其中花型电离片6、接地片7为间隔交错分布，第一集尘板3、第二集尘板4也间隔交错分布，彼此间相互架空，并实现彼此相互绝缘。

在一个实施例中，花型电离片和接地片之间间距20～30mm，第一集尘板和第二集尘板之间间距5～7mm。上述间距根据实际情况来选取，本申请对此不做限制。

高压电源10通过高压输出极13为花型电离片6实施供电，通过低压输出极12为第一集尘板3实施供电。花型电离片6采用高强度耐极化的特殊合金钢制成，第一集尘板3、第二集尘板4、接地片7、外框9及支架采用高强度、耐腐蚀的铝合金或不锈钢材料制成。

在一个实施例中，如图4所示，本实施例花型电离片的两侧分别设置有连续的半圆形凹槽。

所述花型电离片的宽度(X)为所述半圆形凹槽直径(Z)的2～2.5倍，所述半圆形凹槽直径与输入高压的比率为1mm：600～650V。

在一个实施例中，所述花型电离片的相邻半圆形凹槽之间间距(a)为0.05～0.3mm。

在一个实施例中，所述花型电离片的厚度(b)为0.5～2mm。

本申请花型电离片6的独特结构、尺寸设计非常重要，特殊的造型设计(圆弧尖齿)，可以确保空间上的电离均布，电离强度和减少电晕闭塞。

在一个实施例中，本申请花型电离片6与集尘区2的相对位置也对脉冲涡旋电场非常重要。本申请花型电离片6距离集尘区2距离适宜为所述半圆形凹槽直径的一半正负10％范围，即为X/2±10％。

在一个实施例中，集尘区2的第一集尘板3、第二集尘板4的材料强度、板厚、电阻值、板间距，也是本申请静电电场组件5的重要设计要求，适用不同脉冲涡旋电场的板间距与正常工作电压、脉冲涡旋电压的参数设置，同输入电压的比率呈现正相关函数。脉冲涡旋电场的场强、吸附颗粒物的效率、对负载静电电场避免打火有效性，均与上诉构成部件密切相关。本图例仅提供其中一种参考实施方式。本实施例参考为材料抗拉强度230～280MPa，板厚1～2mm，电阻率2.83×10^-8Ωm，板间距5～7mm。

当颗粒物通过电离区1时，由花型电离片6同接地片7形成的静电场，空气电离并被荷电，颗粒物荷电电势与极性(极性正负均可)同花型电离片6一致。当颗粒物进入集尘区2时，第二集尘板4由于低压输出极12供电，且加之电离区1感应电势导致集尘区2电压抬升，当静电电场组件5出现重负载或有异常(粉尘搭桥、集尘间距通道变窄等)状态，高压电源10输出脉冲式涡旋电压，快速削弱和阻止电压抬升，阻断电场打火现象发生。当静电电场组件5负载异常短路、粉尘搭桥等)无法恢复时，集尘区2的第一集尘板3、第二集尘板4都属于接地状态，但电离区1保持持续高压供电，维持净化效率。且仅有该静电电场组件5处于该状态，其余部分的静电电场组件5工作在脉冲涡旋供电模式，不会引起全面的电场坍塌。

在一个实施例中，本申请不打火效率可维持的静电过滤装置还包括位于静电电场组件单侧或两侧的清洗机构，所述清洗机构包括清洗喷杆和清洗喷头，采用高压清洗液对静电电场组件进行清洗。

如图5所示，本实施例清洗机构可以位于静电电场组件单侧，或两侧同时部署，该清洗机构包括清洗喷杆19和清洗喷头20。

需要说明的是，本申请清洗机构还包括清洗添加剂罐、自动清洗控制箱、供水管路等，在检查控制模块探测到静电电场自检点电压、电流值长期超过自检预警值，且清洗周期计数时间达到设定值时，能提示并输出清洗信号。自动清洗控制箱接收到清洗信号，启动清洗机构。清洗方式不限于水、溶剂或混合溶液，清洗添加剂罐为根据需要的清洗添加剂储罐，通过自吸或泵吸的方式混入。清洗液通过清洗喷杆19和清洗喷头20对本申请的静电过滤装置进行自动清洗。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种不打火效率可维持的静电过滤装置，包括高压电源和静电电场组件，其特征在于，所述静电电场组件包括沿着气流方向依次布置的电离区和集尘区，所述高压电源包括检测控制模块和高压输出模块，所述高压输出模块输出高压和低压，所述高压为电离区供电，所述低压为集尘区供电，所述检测控制模块用于检测静电电场组件的负载状态，在静电电场组件的负载状态正常时，控制所述高压输出模块工作在恒压稳态供电模式，输出恒压稳态的高压和低压为静电电场组件供电；在静电电场组件的负载状态异常时，控制所述高压输出模块工作在脉冲涡旋供电模式，所述高压输出模块的高压输出恒压稳态的高压为电离区供电，所述高压输出模块的低压输出脉冲涡旋电压为集尘区供电。

2.根据权利要求1所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述静电电场组件的电离区包括高压供电的花型电离片和接地的接地片，所述花型电离片和接地片间隔交错分布，集尘区包括由低压供电的第一集尘板和接地的第二集尘板，所述第一集尘板和第二集尘板间隔交错分布，所述花型电离片和接地片之间间距20～30mm，所述第一集尘板和第二集尘板之间间距5～7mm。

3.根据权利要求2所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述花型电离片的两侧分别设置有连续的半圆形凹槽。

4.根据权利要求3所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述花型电离片的宽度为所述半圆形凹槽直径的2～2.5倍，所述半圆形凹槽直径与输入高压的比率为1mm：600～650V。

5.根据权利要求4所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述花型电离片的相邻半圆形凹槽之间间距为0.05～0.3mm。

6.根据权利要求4所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述花型电离片的厚度为0.5～2mm。

7.根据权利要求3所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述花型电离片距离集尘区的距离为所述半圆形凹槽直径的一半正负10％范围。

8.根据权利要求1所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述检测控制模块还用于工作在自检模式，用于检测集尘区的低压电流，此时输入到集尘区的低压先是额定电压的一半，然后逐渐在规定时间内增加集尘区低压到额定电压，当检测到集尘区低压电流大于额定的数值时，逐渐降低集尘区低压。

9.根据权利要求1所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述检测控制模块还设置有环境检测传感器，检测环境状态，并根据检测得到的环境状态，调整为集尘区供电的低压。

10.根据权利要求1所述的不打火效率可维持的静电过滤装置，其特征在于，所述不打火效率可维持的静电过滤装置还包括位于静电电场组件单侧或两侧的清洗机构，所述清洗机构包括清洗喷杆和清洗喷头，采用高压清洗液对静电电场组件进行清洗。

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