CN1210764A - 静电除尘器 - Google Patents
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Abstract
一种静电除尘器,包括具有接地电极和放电电极的放电装置,和具有收集电极和正电极的收集装置,其中放电装置使用足够的电压来发射能活化一种光催化剂的光能,并且一静电除尘器中的部件包含光催化剂,或者含有光催化剂的单独的光催化剂过滤器设置在放电装置发射的光能可到达的范围内,因而放电装置发射出的光能活化光催化剂,借此以低成本提供了一个简单结构的静电除尘器消毒和除臭。
Description
本发明涉及一种静电除尘器，尤其涉及一种把光催化剂技术用于消毒和除臭的静电除尘器。
通常，静电除尘器收集和除去浮在气体中的固态和液态的颗粒。图1显示了一种背景技术的静电除尘器的剖面，将参照此图解释背景技术的静电除尘器。
背景技术的静电除尘器具有一个带进气格栅12和排气格栅14的机体10，并且在机体10内装有过滤器20,30和100以及风扇16。在过滤器中，进气格栅12的后部有一个用于初步过滤进气灰尘的预过滤器，预过滤器20的后部有一个电法除尘的静电除尘部分100，在静电除尘部分100的后部有除去空气中臭味的除臭过滤器30。
上述静电除尘器将参照附图2进行详细的解释。静电除尘部分100具有使空气中的灰尘和类似物带电的放电装置110和用于收集在放电装置110中带上电的灰尘的收集装置130。更具体地说，机体10具有一个放电装置外壳112和在放电装置外壳112的两端的电极夹114。并且，有许多接地电极116按固定间隔固定在电极夹114上，并且在接地电极116之间有许多放电电极118。而且，机体10有一个按固定间隔装有许多作为接地电极使用的收集电极134的收集器壳体132，并且在收集电极134之间有许多正电极136。可以在收集电极134和正电极136的顶部设置许多凸块138，使电极板134和136之间保持间隙。收集电极134和正电极136都是导体，如导电涂料或铝箔。在这些导体上涂以或粘合上良好绝缘性能的树脂。
此时，在放电装置110和收集装置130之间有金属网(未示出)以便减少放电装置110和收集装置130之间的电场干扰。
同时，有一个“-”加电压端142和一个“+”加电压端144，“-”加电压端142与在放电装置110中的接地电极116和在收集装置130中的收集电极134相连，并且“+”加电压端144与放电电极118和正电极136相连。
此背景技术的静电除尘器的操作将参照图1和2进行解释。
当给静电除尘器通电时，风扇16工作，使外部空气通过进气格栅12流入机体10。当空气通过预过滤器20时相对较大尺寸的尘埃被初步过滤并且空气继续流向放电装置110。由于放电装置110中的接地电极116和放电电极118是在电压作用下，在接地地极116和放电电极118之间产生电晕放电，使在放电装置11O中流动的灰尘颗粒带电。放电装置110中带电的灰尘继续向收集装置130流动，在此，由于带电的灰尘带有“+”电，所以在灰尘和加有“+”电压的正电极136之间产生排斥力，而在灰尘与加有“-”电压的收集电极134之间产生吸引力。因此，带电灰尘向着收集电极134的方向被加速，此后在收集电极134处被收集。最终通过收集装置130的空气在通过活性碳的除臭过滤器30时除去了其中的臭味变成了清新的空气，通过排气格栅14排出。但是，背景技术的静电除尘器不能除去空气中的有害细菌，并且除臭性能较差，致使有害细菌没有被过滤，或没有收集在收集装置130中的电极板上而排入了室内。结果，这些有害细菌分解放出臭味。
为了解决此问题，发展了所谓的光催化剂技术，其中使用了一种由光能活化而有消毒和除臭性能的物质(以下称为“光催化剂”)，其中典型的光催化剂是氧化钛TiO2。像氧化钛这样的光催化剂有很强的吸附有机物质的能力并且当其暴露于光能下时受激形成各种形式的自由基，它通过强氧化性消毒杀菌，并且同时与自由基反应分解放出臭味的物质。
这将参照图3在下面进行详细的解释。
当从紫外线灯和类似物发射出的光能直接作用于光催化剂时，价带中的电子跃迁至导带，产生一个电子和一个空穴。由于这些电子和空穴有很强的氧化和还原能力，所以这些电子和空穴与空气中的水蒸气H2O或氧气O2反应，产生活性氧，如OH自由基，H自由基和超n氧离子O2 -。并且由于这些自由基与其它成份有较强的健合力，因此这些自由基破坏了放出臭味的物质之间的键合，从而达到了除臭的目地。即，由于OH自由基破坏了产生臭味的有机物质本身的键合并与有机物质直接键合，最终留下水蒸气和二氧化碳，从而除去了臭味。并且，由于OH自由基有较强的消毒杀菌的氧化能力，所以，OH自由基能够消毒。当电子或空穴与有机物质直接键合时，直接键合破坏了有机物质本身的键合，使有机物质变成了另一种形式的自由基。并且，所述另一种形式的自由基破坏了另一种有机物质的键合，最后形成水蒸气和二氧化碳，从而完成除臭。因此，通过上述过程，达到消毒和除臭的目地。
PCT申请(PCT/US96/14204)公开了涂有光催化剂的过滤器和活化上述光催化剂的紫外线灯。但是，用迄今已知的光催化剂消毒和除臭的技术具有以下问题。
首先，由于需要一光能用来激励光催化剂如氧化钛，所以另外需要产生这样一种光能的单独的光能源。这样，作为光能源而使用的紫外线灯和其它类似物增加了静电除尘器的部件，导致静电除尘器具有复杂的结构并且成本提高了。
其次，在气流中安装的紫外线灯或涂有光催化剂的过滤器对气流产生了阻力，导至气流的压力损失。
因此，本发明致力于一种静电除尘器，其基本上避免了由于现有技术的局限和缺点而带来的一个或多个问题。
本发明的一个目地是提供一种具有简单结构并能以低成本消毒和除臭的静电除尘器。
本发明的另外的特征和优点将在以下的说明中陈述，并且可以部分地从说明中得出，或由本发明的实施来获得。本发明的目地及其它优点将由在说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现。
为了实现这些和另外的优点并根据本发明的目地，如实施例和广义地描述的那样，所述静电除尘器包括一个具有接地电极和放电电极的放电装置，和一个具有收集电极和正电极的收集装置，其中放电装置应用足够的电压发射一种能活化光催化剂的光能，还有一个包括光催化剂的催化剂过滤器，设置在从放电装置中发射的光能可到达的范围内，从而用放电装置中发射的光能活化光催化剂。
在本发明的另一方面，提供了一种包括一个具有接地电极和放电电极的放电装置和一个具有收集电极和正电极的收集装置的静电除尘器，其中放电装置应用足够的电压发射一种能活化光催化剂的光能，并且在静电除尘器的一个部件中包含光催化剂，部件设置在从放电装置中发射的光能可到达的范围内，从而用从放电装置中发射的光能活化光催化剂。
应当明白，上述通常的说明和以下详细的描述是示例性的和解释性的，意在对本发明作进一步解释。
附图用来提供本发明的更进一步的解释，被包括在并构成了说明书的一部分。本发明的实施例与说明书一起用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是一个剖面图，它描述了一个背景技术的静电除尘器；
图2是背景技术的静电除尘器的透视图；
图3描述了一种状态，它示出了一种光催化剂在一种光能的作用下促进反应的原理。
图4a和4b是根据本发明的一个优选实施例的静电除尘器的剖面图；
图5是根据本发明的另一个优选实施例的静电除尘器的剖面图；
图6a和6b是曲线图，显示了从本发明的静电除尘器的一个实施例中的放电装置发射的光能的数量；
图7是一个曲线图，显示了本发明和背景技术的两个静电除尘器之间的除臭能力的比较。
现在将详细说明本发明的优选实施例和附图中所描述的例子。
图4a是根据本发明的一个优选实施例的静电除尘器的剖面图。在本发明中和背景技术中相同的部分将给出相同的编号，其解释将省去。
在放电装置110和一个收集装置130之间有一个含有光催化剂的光催化剂过滤器120，光催化剂过滤器120最好有一个例如铝的金属网，并且在金属网上涂一层光催化剂。光催化剂过滤器120也可以由一种混合材料，如：光催化剂，铝和有其它功能的材料制成。光催化剂可以是一种由光能活化的材料，如TiO2,CDs,SrTiO3，和类似物，并且最好是有一种锐钛矿相的晶格结构氧化钛TiO2。为了使光催化剂受激，需要一种比光催化剂的带隙能量高的能量，为此，在背景技术中提供一个独立的外部能源，如一种紫外线灯。但是，本发明的主题就是不使用独立的外部能源。原理如下：
一旦接收了比带隙能量高的能量，那么每种物质都从一种基态变化到一种激励状态，然后再回到基态。当物质的状态返回到基态时，物质发射出光能形式的带隙能量。其中，在静电除尘器领域的研究人员只注意到物质从基态借助于放电变化到受激状态的情况，这是因为物质达到激励状态即离子化物质会对静电除尘器的效益产生直接的影响。因此，这些研究人员已经注意到在放电装置中的物质的电离作用，这样，就使用一种独立的能源使光催化剂活化。但是，本发明仅关注这样的事实，当在静电除尘器的放电装置中受激的物质再返回到基态时，物质发射一种同带隙能量一样多的光能。结果，可以确认的是如果应用到放电装置的电压的形式或强度得到适当地调整，那么不用独立的光源光催化剂就能被活化。
这将参照图3,6a和6b进行详细解释。
一种具有大约350-400毫微米波长的光能(3.2电子伏)用来激励氧化钛TiO2，一种光催化剂，来进行消毒和除臭，并且已经解释过，在背景技术的光催化剂中，用独立的外部能源如紫外线灯获得的这样的光能。然而，如图6a和6b所示，在本发明中，具有大约3100-3900埃(310-390毫微米)的波长的光能可由放电装置110产生的高压放电来获得。在图6a和6b中，X轴代表由放电装置发射的光能的波长并且Y轴代表此光能波长的频率。图6a是曲线图，示出了当应用于放电装置的电压是一个5.2千伏的直流电压时，从放电装置发射的光能波长的频率，图6b为一曲线，示出当施加到放电装置上的电压为6.5千伏的偏置脉冲时从放电装置发射的光能的波长频率。空气中的各种分子具有不同的带隙能量。当在空气中放电时，连续的不同波长的光能被发射。从图6a和6b可以得知，6.5千伏直流偏置脉冲，它与5.2千伏直流电压相比有一个较低的有效值(大约3.8千伏)，但释放了一个更强的(有较高波峰的)光能。这是因为6.5千伏直流偏置脉冲有一个较高能量的瞬时，虽然有效值是较低的。同时从试验结果能够得到证实，如果一个高电压施加于放电装置，那么比一个特定数值大的光能可从放电装置中获得，并且这样获得的光能其大小足以活化光催化剂。并且，通过变化施加于放电装置的电压的形式和大小，从放电装置中发射的光能的波长和大小能够被调整。还可得知，应用一直流偏置脉冲更为有效。最后，由于本发明能够使放电装置发射活化光催化剂的光能，所以光催化剂能够被活化而不需要一个独立的外部能源。同时，还得知，当使用除氧化钛以外的光催化剂时，也能够获得用于活化它的能量，并按照上述试验，能够获得产生这样一个能量时应用于放电装置的电压的形式和大小。
图7是一个曲线图，显示了在本发明和背景技术的两个静电除尘器之间的除臭能力的比较，而这是基于室内臭味的主要来源三甲胺((CH3)3N)来说的，由此可以得出本发明的静电除尘器的除臭能力与背景技术的静电除尘器相比要好得多。
本发明的优选实施例的静电除尘器的优点可概括如下。
首先，光催化剂在没有独立的光能源，如一个紫外线灯就可活化的可能性使其部件减少，结构简化，从而降低了生产成本。
第二，在静电除法器中没有紫外线灯，从而降低了空气压力损失。
第三，室内除臭的有效性得到提高。
虽然，在第一实施例中，解释了设置在放电装置110和收集装置130之间的光催化剂过滤器120的情况，但在本发明中，光催化剂过滤器120的设置不限于第一实施例的位置，并且光催化剂过滤器120的位置可以是在从放电装置110中的放电电极118发射出的一定大小的光能可到达并且活化催化剂的任何地方。例如，如图4b所示，光催化剂过滤器120可以设置在收集装置130的后部。
图5是本发明的另一个优选实施例的静电除尘器的剖面图，将参照附图描述另一个实施例的静电除尘器。此实施例是第一实施例的改进形式，与第一实施例相同，不单独设置活化光催化剂的光能源。在此实施例中，不使用独立的光催化剂过滤器，但是背景技术的静电除尘器的一个部件被设计成包含光催化剂以实现本发明的目的，当然，此部件应当是在活化光催化剂的光能源所能达到的距离内设置的部件。
按照图6所述的实施例，光催化剂包含在收集装置130的正极136中，由从放电装置110中的放电电极118发射的光能活化。其中，词“包含”意谓着在一个部件中包含光催化剂和在一个部件上涂敷光催化剂的两种情况。在正极上涂敷一种树脂的情况下，光催化剂可以包含在树脂中或光催化剂可以涂敷在树脂上，并且在正极没有涂敷树脂的情况下，光催化剂可以直接涂敷在正极上。
虽然，在第二实施例中，对光催化剂包含在收集装置130的正电极136的情况作了解释，但是本发明不限于此，光催化剂可以包含在放电装置110中的放电电极118发出的一定大小的光能所能到达和活化催化剂的任何地方。例如，光催化剂可以包含在放电装置110的接地电极116中。
本实施例的操作和优点与第一实施例相同，此外还有以下的附加优点：
因为本实施例允许通过仅在背景技术的静电除尘器的部件中包含光催化剂来制造本发明的静电除尘器，所以现在的静电除尘器不需改变结构就可以照样使用。这样，现存的生产设备可以同样使用，同时，设计静电除尘器的自由度也提高了。
对于本领域的技术人员来讲，不背离本发明的精神或范围对本发明的静电除尘器进行各种变革和改进都是显而易见的。这样，本发明意在包括在所属权利要求的范围内所进行的各种变型和改进。
Claims (9)
1．一种静电除尘器，包括：
一个包括接地电极和放电电极的放电装置；
一个包括收集电极和正电极的收集装置；
其中放电装置应用足够的电压来发射一可活化光催化剂的光能，并且一包含所述光催化剂的光催化剂过滤器设置在所述放电装置发射的光能可到达的范围内，
因而从所述放电装置发射的光能活化所述光催化剂。
2．如权利要求1所述的静电除尘器，其中用于所述放电装置的电压是一个直流偏置脉冲。
3．如权利要求1或2所述的静电除尘器，其中所述光催化剂过滤器是一个涂敷有所述光催化剂的金属网。
4．如权利要求1或2所述的静电除尘器，其中所述光催化剂过滤器设置在所述放电装置和所述收集装置之间。
5．如权利要求1或2所述的静电除尘器，其中所述光催化剂过滤器设置在所述收集装置的后部。
6．一种静电除尘器，包括：
一个包括接地电极和放电电极的放电装置；
一个包括收集电极和正电极的收集装置；
其中所述放电装置应用足够的电压来发射能活化一种光催化剂的光能，并且所述静电除尘器的一个部件中包含所述光催化剂，所述部件位于所述放电装置发射的光能可到达的范围内，
因而从所述放电装置发射的光能活化所述光催化剂。
7．如权利要求6所述的静电除尘器，其中用于所述放电装置的电压是一个直流偏置脉冲。
8．如权利要求6或7所述的静电除尘器，其中所述光催化剂包含在所述正电极中。
9．如权利要求6或7所述的静电除尘器，其中所述光催化剂包含在所述接地电极板中。
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