CN1346296A - 用于从气流中分离微粒和或液滴状物质的方法和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从气流中分离微粒和/或液滴状物质的方法和装置,其方法是气流通过集气室,集气室的外壁接地,其中高压电加到设置在集气室内的离子发生尖端上,这样从离子发生尖端向收集表面提供离子气,从气流中分离想要分离的物质。本发明的特征在于导电收集表面与外壳电绝缘;和与加到离子发生尖端上的高电压相比具有直流电压的相反符号的高电压加到收集表面上。根据本发明的实施例,电绝缘材料由ABS构成,和导电表面包括设置在绝缘材料层上薄铬层。

Description

用于从气流中分离微粒和/ 或液滴状物质的方法和工艺
本发明涉及一种从气流中分离微粒和/或液滴状物质的方法，在该方法中，气流通过集气室，集气室的外壁接地；和在该方法中，高压电通到设置在集气室中的离子发生尖端上，使得将想得到的物质从气流中分离的离子束到达用作收集表面的内壁。本发明还涉及使用所述方法的装置。
目前，过滤器、旋风收尘器或例如电过滤器或离子吹气方法的电学方法，应用在气体净化系统中和用于从气流中分离微粒。
在使用过滤器时，由于速度的增加会产生很强的气阻，在织物或金属过滤器中流动气体的速度必须保持很低。随着速度的增加过滤器的分辨力也减小。例如，对于微过滤器，气流速度大体上小于0.5米/秒。另外，当涉及到纳米级微粒(例如从一纳米到几打纳米直径的微粒)时，采用已有技术不可能取得好的净化效果。
旋风式收尘器的工作是基于气流速度的减小，使得气流中的重微粒下落进入收集元件。由于重微粒有较高的下落速度，因此旋风式收尘器可应用于分离重微粒。
在电过滤器中，微粒从气体中分离是在收集板上或到管的内表面进行的，在电过滤器中气流的速度一般要在1.0米/秒以下，制造商的建议为约0.3-0.5米/秒。小气流速度的原因是较高流速使微粒聚积在板上，使得分辨力相当大地降低。电过滤器的工作基于微粒的静电荷。然而，不可能使纳米级的微粒带电荷。另外，不是所有的物质都可带电荷，例如不锈钢。
在电过滤器中，由于收集板的清洁阶段也要采用低气流速度。在清洁这些板时，向板吹气，使收集的微粒物质脱落。意图是在净化阶段，只有最小可能量的从板上释放的微粒材料回到流动气体中。用小气流速度可实现容许的微粒通过。
下面参照附图描述已有技术，其中
图1表示根据已有技术在离子吹气方法中采用的设备；和
图2表示采用离子吹气方法用于净化气体的已有技术的方法。
图1表示根据已有技术用于净化气体的装置。所示装置包括用于引入将要净化的气体的入口1，用于净化过的气体的出口2，电压电缆3，绝缘体4，接地集气室5，通电的固定棒6，包括几个离子发生尖端7，振动装置8，用于收集到的微粒的回收管道9，和电压源10。
在图1中，例如，进入建筑物的空气或要再循环的空气导入集气室5来净化。待净化的空气通过入口1进入集气室5，上升并且净化后，通过出口2排出。净化是通过设置在通电的固定棒6上并经电压电缆3连接到电压源10的离子发生尖端7使气体离子化实现的，电压源10可将正或负(如图所示)高压电加到固定棒6上。
换句话说，正或负离子气通向气体，并且将带电微粒和不带电微粒连同离子气一起送到收集表面5。离子发生尖端7指向用作微粒收集表面的接地集气室5。通过绝缘体4，集气室5与通电部件6、7绝缘。约70-150kV的电压加到离子发生尖端7上，设定离子发生尖端7与集气室5之间的距离，使得可以产生圆锥离子气效应，从而将带电和不带电微粒送到集气室5的内壁上，并由于集气室5的墙壁的0电荷与离子气的电荷之间的电荷差而粘附在墙壁上。离子发生尖端与收集墙壁之间的距离，通常为200-800mm。
图1还表示用于通过振动净化集气室5的振动装置8。振动装置设计成使得集气室振动，收集到的微粒落下并通过回收管道9排出。收集到的物质也可通过用水冲洗而清走。
离子吹气方法的特征在于通过高电压实现的电晕效应，使得电压强度增加到足以使从离子发生尖端到所要的接地结构而产生离子气效应。对于每个气体分离作用，需要单独计算离子发生尖端的数量。离子束方法已经在例如专利出版物EP-424335中很详细地描述。
根据已有技术借助离子吹气方法用于在集气室内净化气体的解决方案已表示在图2中。图中表示用于净化过的气体的出口2，接地的集气室5和通电的固定棒6，包含几个离子发生尖端7。另外，图中示出离子气11，在集气室5中微粒的自然增长12、13和14，和气流15。图1和2中的解决方案的特征在于环22中离子发生尖端的位置，借助环，离子发生尖端和收集表面之间的距离缩短了。
尤其在工业里，必须在一秒钟内将几千克物质从大气流中分离出来，特别是因为采用高电压，离子束设备相对较大。
在几条工业生产线中，很难找到在离子吹气方法中用于设备所需的空间。
本发明的目的是提供一种方法和装置，用此方法和装置，微粒和/或液滴状物质可从气流中分离出来，可从根本上减小能量要求且可改进用于聚积在收集板上的微粒物质的去除方法。
在本发明的方法中，通过推-拉法将杂质从气流中分离，其特征在于导电收集表面与外壳电绝缘，和高压电加到收集表面上，该高电压与加到离子发生尖端上的高电压相比具有直流电压的相反符号。与上述公知离子吹气方法相比，区别在于本发明的方法在离子发生尖端与集气室的壁之间有作为附加能量的电场。在对收集表面通以高压电时，电收集表面的前面产生电场，将带有相反符号的离子和带有相反电荷的微粒拉向收集表面。采用所述推—拉方法，实现了更好的分离，使得离子发生尖端不需要排列成环状，但离子发生尖端可直接连接到固定棒上。
通过采用本发明的方法，工作电压与图2示出的已有技术的方法相比减小到1/3-1/4。同时，用于完成相同数量空气和相同净化水平的费用大大降低，甚至到1/3。
本发明另外的目的是提供一种用于实施上述发明的方法的装置。本发明的装置的特征在于导电收集表面与外壳电绝缘，和高压电从电压源加到收集表面上，该高压电与加到离子发生尖端上的高电压相比具有直流电压的相反符号。在本发明的实施例中，在电绝缘材料与外壳之间有空间。
接下来参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1表示在离子吹气方法中使用的已有技术的装置；
图2表示用于借助离子吹气方法净化气体的已有技术的方法；
图3表示根据本发明分离装置的结构和原理。
图1和2上面已描述过。接下来参照表示本发明的实施例的图3描述本发明的解决方案。
图3表示本发明的分离装置，它的结构和工作原理。图中示出用于净化过的气体的出口2，接地外壳5，和包含几个离子发生尖端7的通电的固定棒6。
另外，图中示出离子束11和气流15。此外，图中示出设置在集气室的外壳5与电绝缘材料层17之间的气隙16，和在电绝缘材料层17的内表面上的导电表面18。借助固定件21电绝缘材料层17连接到外壳5上。与加到离子发生尖端7上的高压电(图中为负)相对比，带有直流电压的相反符号的电压，图中为正，加到导电表面18上。这样，电压是相反的，即离子发生尖端7为正而导电表面18为负，或离子发生尖端为负而导电表面为正。离子发生尖端7的电压基本上等于收集表面的电压，即导电表面18，但有可能采用不同大小的电压。等电压的优点是高压电中心的简单结构。采用等电压也得到了更好的净化结果。
图3还示出在导电表面18前面的充满正电场的空间19；由于正高压电通到表面18，空间19带正电荷。然后当电场释放聚积的微粒时，由于导电表面18的电荷变反，即负电荷的情况，聚积的物质释放，并落到集气室底部的回收管道(图1中的标号9)。这样，在本发明设计中不需要振动装置。然而，当需要时也可使用振动装置。收集表面最常规的净化是通过用液体冲洗自动完成，从而能够计划想要的净化时间间隔和净化时间。在用液体冲洗时，净化液体从喷射管20供给，当液体沿收集表面18流动时，液体从表面18除去聚积的微粒。当需要时，也可在净化剂中使用例如消毒剂。
如上所示，通过改变导电收集表面18的电荷，使得聚积的物质或者停留在表面上或从表面去除。用在装置中的电荷约为10-60kV，优选地约为30-40kV，电流约为0.05-5.0mA，优选地约为0.1-3.0mA。
电绝缘材料17设置在通电的收集表面18上，并表示在图3中，电绝缘材料17可以是玻璃、塑料或某些其它绝缘高压电的类似材料，优选地绝缘材料17为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。
此外，图3所示的并设置在电绝缘材料17上的平面导电层由金属构成，例如在绝缘材料层上的薄金属板或膜，或部分或全部地设置在绝缘材料层上或绝缘材料层内侧的导线丝网。特别优选的是，导电元件包括设置在绝缘材料层上并通过真空蒸发金属化处理的硬铬层。也可使用其它金属化方法，象金属膜的粘附，和其它固定方法。
采用根据本发明的方法，即使微粒和液滴状非常小的固体微粒，可有效地从气流中分离出来。气体的处理在腔室、管道或管状结构中进行，其中气体通向离子束。离子束产生冲力将收集到材料打向收集表面，并同时用电容器使微粒带电荷。对收集表面施加相反符号的电场，用拉力将使滴状的微粒或材料收集到收集表面上。这样，离子束的冲力和电场的拉力可使微粒从气流中脱离。
根据本发明的方法，离子产物可以是负或正离子类型的产物。
例如，在遗传研究实验室中可安装根据本发明的离子束设置，在该实验室中带有至少1nm直径的微粒可从DNA线(DNA threads)中释放。在这些实验室中，因为不能使纳米级微粒带电，传统的电过滤器的工作不能令人满意。
根据本发明的气体净化方法通常用于空气净化，例如很适合应用于医院中的隔离室、操作间、制造微型芯片的工厂、和防止生物武器进入的房间的进气口。
这样，本发明的应用范围包括所有的房间、和进气和出气的净化。用本发明的方法可对带有1nm-100,000nm大小微粒和液滴的空气进行净化，也可对如果冲洗模式需要大量的水，当收集表面的电压可能被关掉，在收集表面的冲洗期间进行连续的空气净化。
根据本发明的方法还可应用在用于气体和烟气的各种净化设备中，例如基于气流过滤器、旋风收尘器、电过滤器、材料分流器或离子吹气方法的净化设备中。本方法的标准型适于家庭和办公室中房间的空气净化。
采用根据本发明的方法，可对从一纳米直径的微粒到几百微米大小的微粒进行分离。微粒特殊的重力或电容都不防碍分离。气体从带有不同大小微粒的直到纯净的都可净化。
显然对于本领域技术人员来说，用于将微粒和/液滴状物质从气体中分离的方法和装置并不限于上述实例，但它们基于下列权利要求。

Claims (12)

1.用于从气流中分离微粒和/或液滴，特别是带有一纳米到几打纳米直径的微粒和/或液滴状物质的方法，其中气流(15)通过集气室，集气室的外壁(5)接地，和高压电加到设置在集气室内的离子发生尖端(7)上，使得从离子发生尖端(7)发生的，从气流中分离想要分离的物质的离子束(11)射向用作收集表面的壁，
其特征在于：导电收集表面(18)与外壳(5)电绝缘，所述电绝缘基本上是对所述收集表面(18)的整个表面，和与加到离子发生尖端上的高压电相比具有直流电压的相反符号的高压电加到收集表面(18)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：10-60kV，优选地30-40kV的电压用在本方法中，和0.05-5.0mA，优选地0.1-3.0mA的电流用在本方法中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：对导电表面(18)施加电荷，使得聚积在壁上的物质从壁表面分离。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过用液体冲洗收集表面(18)使聚积在壁上的物质脱落。
5.用于从气流中分离微粒和/或液滴，特别是带有一纳米到几打纳米直径的微粒和/或液滴状物质的装置，该装置包括：
—用于通入将要净化的空气的入口(1)；
—集气室外壁(5)，所述外壁(5)接地；
—用于净化过的气体的出口(2)；
—带有执行机构的电压源(10)；
—通电的固定元件(6)，离子发生尖端(7)排列在固定元件(6)上，且高压电加到离子发生尖端(7)上，从离子发生尖端(7)向收集表面(18)发出离子束(11)，
其特征在于：导电收集表面(18)与外壳(5)电绝缘；和与加到离子发生尖端(7)上的高压电相比具有直流电压的相反符号的高压电从电压源(10)加到收集表面(18)上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：在电绝缘材料(17)与外壳(5)之间设有空间(16)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于：收集表面的电绝缘材料(17)是玻璃、塑料、或绝缘高压电的类似材料。
8.根据权利要求5-7中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述绝缘材料(17)是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。
9.根据权利要求5-8中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述平面导电表面(18)由金属构成。
10.根据权利要求5-9中任一权利要求所述的装置，其特征在于：导电表面(18)是层，该层为例如导线丝网，导电并全部或部分地设置在绝缘材料层(17)的内表面或绝缘材料层(17)的内侧。
11.根据权利要求5-10中任一权利要求所述的装置，其特征在于：导电表面(18)是薄金属层，该薄金属层优选地为薄铬层。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述薄金属层是通过使用真空蒸发金属化设置在绝缘材料(17)上的。
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