CN115884821A - 从气体流中离心分离颗粒的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种离心分离颗粒的方法，包括：提供包含颗粒的气体流(80)，对气体流中的颗粒(82)进行充电，产生由极性液滴(86)组成的气溶胶，将气溶胶引入气体流，以便通过极性液滴(86)吸引带电颗粒(84)，以及通过离心分离，将包括被吸引的颗粒(84)的液滴(88)从气体流中分离。

Description

从气体流中离心分离颗粒的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种离心分离颗粒的方法，包括：提供包含颗粒的气体流，以及对气体流中的颗粒进行充电。
背景技术
通常在约15～150nm范围内的小颗粒(如病毒)太小，无法通过传统的离心分离进行分离。EP 1 907 124 B2公开了一种现有技术设备。在该现有技术设备中，气体流被引导通过用于对小颗粒进行充电的充电单元，，以使这些颗粒能够被吸引到离心分离器转子中带相反电荷的表面元件上。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够通过离心分离有效分离病毒和其他小颗粒的替代方法或设备。
在本发明一方面中，该方法进一步包括：产生由极性液滴组成的气溶胶；将气溶胶引入气体流，以便通过极性液滴吸引带电颗粒；以及通过离心分离，将包括被吸引的颗粒的液滴从气体流中分离。
通过产生和引入由极性液滴组成的气溶胶(如，密集的水滴雾状物)到气体流中，小的带电颗粒将与大量的更大的、质量更重的极性液滴混合并容易被其吸引。然后在离心分离步骤中，较大的液滴可以很容易地从气体中分离出来，即通过使用不需要任何复杂的内部旋转静电充电部件的离心分离器。
气溶胶可以通过与气体流接触的极性液体的振动产生。
气溶胶也可以通过极性液体的加压雾化产生。
虽然气体流和气溶胶可以只通过合并成联合气流得到充分混合，但混合可以通过改变包括引入的气溶胶的气体流的横截面来更彻底地完成。
因此，联合气流将被压缩和膨胀，也可能变得湍流，这将提高混合作用。因此，气体流也将暂时减慢，这将使颗粒有足够的时间被气溶胶中的极性液滴所吸引和捕获。
根据本发明的设备包括连续流体互连的静电充电装置、混合容器、混合容器中的气溶胶发生器和离心分离器。
本发明的其他特征和优点可从权利要求书和以下详细描述中明显看出。
附图说明
图1是根据本发明的设备的示意性立体图；
图2是根据本发明的设备中的颗粒充电装置的示意性侧视图，其为主要截面图；
图3是图2中沿线3-3所取的横截面图；
图4是根据本发明的设备中的混合容器的示意性侧视图，其为主要截面图；
图5是根据本发明的气溶胶发生器的替代实施例的局部剖视图；
图6是根据本发明的离心分离器的部分剖面示意性侧视图；以及
图7是说明本发明原理的示意图。
具体实施方式
图1所示的示例设备一般包括以下主要部件的设置：静电充电装置10、混合容器20和离心分离器50，它们通过导管14和22彼此连续连接。数字80表示设备中气体/空气流正在处理的过程。包括待分离的微小颗粒82(通常在15～150nm范围内，如病毒)的气体流80在充电装置10的入口12处引入设备。设备中最终分离的颗粒从离心分离器50的液体出口56离开设备，而不含颗粒的气体流则从离心分离器50的气体出口58离开设备。在所示实施例中，气体流80是由离心分离器50产生的吸力生成的。
如图1所示，还提供了电机66，用于通过传动装置68使离心分离器50的转子轴64旋转。
静电充电装置10是电晕放电单元形式的电离单元，其用于在将气体流中的颗粒输送到混合容器20之前对它们进行充电。
从图2和图3可以明显看出，充电装置10包括数个平行的开口管14，这些开口管插在气流中，用于输送经由其中的气体流。每个管14均具有中央电晕线16，其延伸穿过管14。在所示设置中，每个电晕线16均延伸穿过相应的管14，并与负或正电压电位(例如+10kV)相连，而管14的壁是导电材料并接地。当气体流中的颗粒82离开管14并进一步由气体流80输送到混合容器20中时，通过电晕线16对颗粒82(例如，用正电压)进行充电，使其成为带电颗粒84(在图中表示为+-符号)。
图4中更详细地示出了混合容器20。在混合容器20的底部中，振动发生器32浸泡在液体体积30中，该液体体积可以是水或任何合适的极性液体溶液。振动发生器32可以是已知的例如压电式的，它的振动元件34以适当的距离放置在液体体积的表面以下，以便在液体体积30表面以上的预混合室38中气体/空气中产生密集或粘稠的气溶胶或极性液滴雾状物86。通过改变液体的表面张力和粘度，可以实现合适的气溶胶液滴大小分布。液滴必须足够大(在大约1～10μm范围内)，以便能够在离心分离器中分离。由于这样的液滴仍然被认为是非常小的，因此液滴的数量会非常多，导致液滴之间的距离相对较小，这有利于带电颗粒被液滴/水滴吸引和捕获。
当具有带电颗粒84的气体流80进入预混合室并与其中的气溶胶混合时，带电颗粒84开始被气溶胶中的极性液滴86吸引和捕获。
为了加强混合作用，在所示实施例中，混合容器20在预混合室38之后，有数个(例如三个)连续堆叠的后混合室40，它们通过限定室40的隔板42中的中央限制口44相互连接。开口44用来使气体、液滴和颗粒的组合气流局部加速和减慢(或压缩和膨胀)，也可能在气流中引入湍流，从而促进混合作用。在连续的后混合室40中，仍未捕获的带电颗粒84也将有足够的时间最终被气溶胶中密集分布的极性液滴86捕获。具有捕获颗粒的液滴，在下文中称为“颗粒液滴”88。
如图5所示，也可以用一个或多个适当配置的喷雾嘴或雾化喷嘴36产生气溶胶，喷雾嘴或雾化喷嘴36可以使用加压的极性液体或加压的极性液体与加压的气体/空气一起使用。在这种情况下，液滴大小也可以通过喷嘴设计和流体压力以众所周知的方式改变。
气体流80中的颗粒液滴88和剩余的极性液滴86离开混合容器20，并且通过导管22(图1)引入离心分离器50中。
图4所示的示例性的和示意性说明的离心分离器50具有转子60，其旋转地装在外壳或外罩52中。气体流80通过进入外壳52的中央顶部入口54进入分离器50，并同轴向下延伸至转子60的截头圆锥形底座62的顶面。
多个截头圆锥形开口表面元件70堆放在底座62上。如图6中的放大区域所示，通过(例如，表面元件70上形成的径向凸缘形状的)适当的垫片72，使表面元件70以相对较小的距离d保持堆叠。
当离心分离器50运行时，气流中的液滴86、88将被吸入旋转的表面元件70堆的开放中心，并在离心力作用下被甩向表面元件70的倾斜内面74。在分离器的持续操作期间，液滴86、88将在表面元件70的内面74上累积、粘附和/或凝聚，直到它们重到足以以离心的方式从表面元件70之间的空隙中径向地甩出，之后它们将面向外壳52的内壁。
气流中不含颗粒的较轻的气体/空气通过分离器外壳52的气体出口58，在旋转的表面元件堆70的风扇作用下，被施加超压。累积在外壳52内壁上的液滴/凝聚物可以在重力作用下沿着内壁向下流动，并通过外壳52中的液体出口56离开分离器50。
图7所示的示意图以不解自明的方式说明了根据本发明的设备中的气体、气溶胶和颗粒的气流。含有小颗粒的空气被从使用区域90抽到设备中。使用区域一般可以是医院或传染病门诊中的区域，如手术室、隔离室等，也可以是其他可能发生传染病的建筑中的区域。不含颗粒的空气可以返回到使用区域。如图7所示，该设备可设计为独立单元100。在这种情况下，含有所除去的颗粒的废液可以返回到所述混合容器20。当病毒被分离时，它们可以被极性液体中的病毒杀灭剂杀死，或者通过将分离的极性液体加热到病毒颗粒无法承受的温度而被杀死。
前面的详细描述主要是为了理解清楚，并且不必从中理解不必要的限制。对于本领域技术人员来说，在阅读本发明内容后，修改将变得显而易见，并且可以在不偏离所附权利要求书的范围的情况下进行修改。
附图标记列表
10充电装置 30 82颗粒
12 入口 84 带电颗粒
14 导管 86 极性液滴
16 电晕线 88 颗粒液滴
20 混合容器 90 使用区域
22导管 35 100作为独立单元的设备
30 极性液体体积
32 振动发生器
34 振动元件
36 喷雾嘴
38 预混合室
40 后混合室
42 隔板
44 开口
50 离心分离器
52 外壳
54 中央顶部入口
56 液体出口
58 气体出口
60 转子
62 转子底座
64 转子轴
66 电机
68 传动装置
70 表面元件
72 垫片
74 倾斜内面
80 气体流

Claims (11)

1.一种离心分离颗粒的方法，所述方法包括：
提供包含所述颗粒的气体流；以及
对所述气体流中的所述颗粒(82)进行充电；
其特征在于，
产生由极性液滴(86)组成的气溶胶；
将所述气溶胶引入所述气体流，以便通过所述极性液滴(86)吸引带电颗粒(84)；以及
通过所述离心分离，将包括被吸引的颗粒(84)的所述液滴从所述气体流中分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：通过与所述气体流接触的极性液体(30)的振动产生所述气溶胶。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：通过极性液体的加压雾化产生所述气溶胶。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：改变包括引入的所述气溶胶的所述气体流的横截面。
5.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的设备，其特征在于，所述设备包括：连续流体互连的
静电充电装置(10)；
混合容器(20)；
所述混合容器(20)中的气溶胶发生器(32、36)；以及
离心分离器(50)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述气溶胶发生器包括振动发生器(32)，用于从所述混合容器(20)中占据的液体体积(70)中产生所述液滴气溶胶。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述气溶胶发生器包括气溶胶形成喷雾嘴(36)。
8.根据前述权利要求5至7中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括位于所述混合容器(20)的隔板(42)中的限制口(44)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备包括位于所述混合容器(20)的隔板(42)中的多个限制口(44)。
10.根据前述权利要求5至9中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括位于所述离心分离器(50)中的多个间隔开的表面(74)，用于捕获和凝聚从所述气体流中分离的液滴和颗粒。
11.根据前述权利要求8至10中的任一项所述的设备，其中，所述混合容器(20)包括容纳所述气溶胶发生器(32、36)的预混合室(38)。
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