CZ20013122A3 - Způsob oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu. Tímto způsobem je proud plynu veden skrz sběrnou komoru jejíž vnější stěny jsou uzemněny. Při tomto způsobu je vysoké napětí vedeno k hrotům produkující ionty, které jsou uspořádány ve sběrné komoře. Oddělení požadovaných látek z proudu plynu probíhá tak, že paprsek iontů působí proti stěně komory, na jejímž povrchu se oddělené látky shromažďují.

Dosavadní stav techniky

Doposud se v systémech pro čištění nebo oddělování látek z proudu piynu, používají filtrové, vírové nebo elektrické metody jako např. elektrické filtry nebo metoda ionizace. Při používání látkových nebo kovových filtrů, je třeba udržovat nízkou rychlost proudících plynu, protože vzrůstající rychlost má za následek silný odpor vzduchu. Účinnost filtrů také se vzrůstající rychlostí klesá. Například u mikro-filtrů je rychlost proudění vzduchu v zásadě nižší než 0,5 m/s. Kromě toho, současné technologie neumožňují dosažení dobrých čistících výsledků, v případě částic nanometrických rozměrů (což zahrnuje částice o průměru jedno až několika desítek nanometrů).

Vírová metoda spočívá ve snížení rychlosti proudění plynu, takže těžké částice, které jsou součástí proudícího plynu, padají do sběrného prostoru. Vírová metoda je tudíž použitelná pro oddělování těžkých částic, jelikož rychle padají.

V případě filtrů elektrických, se oddělování částic z toku plynu uskutečňuje na sběrných deskách nebo na vnitřním povrchu trubek. Rychlost proudícího plynu v elektrických filtrech nemá přesahovat 1.0 m/s, doporučená rychlost výrobců bývá v rozmezí 0,3 0,5 m/s. Důvod nízké rychlosti proudění plynu spočívá v tom, že vyšší rychlost proudění uvolňuje zpět částice již shromážděné na sběrných deskách, což způsobuje velké snížení účinnosti. Metoda elektrických filtrů je založena na elektrostatickém náboji částic. Avšak není možné elektricky nabít částice nanometrických rozměrů. Navíc všechny materiály nejsou polarizovatelné, jako např. nerezová ocel.

Nízká rychlost proudění plynu je u elektrických filtrů dána také kvůli čistící fázi sběrných desek. V době čištění desek, působí tok proti deskám tak, že se uvolňují již nasbírané částice látky. Účelem je, aby se co nejmenší možné množství částic látky shromážděných v průběhu čištění sběrných desek, dostalo zpět do toku plynu. Nízkou rychlostí proudícího plynu je možno dosáhnout přípustné míry částic látky, které filtr nezachytí.

Dosavadní technologie je dále popsána s odkazy na přiložených výkresech, z kterých obr. 1, zobrazuje zařízení používané v metodě prodění iontů podle dosavadní technologie; a obr. 2, zobrazuje postup při použití dosavadní technologie čištění plynu metodou proudění iontů.

Na obr. 1, je ukázáno zařízení pro čištění plynu podle dosavadní technologie. Zařízení sestává z přívodu 1 plynu k vyčištění, vývodu 2 vyčištěného plynu, přívodu napětí 3, izolátoru 4, uzemněné sběrné komory 5, nabité upevňovací tyče 6 sestávající z několika hrotů produkujících ionty 7, vibrující zařízení 8, svodný kanálek 9 pro nashromážděné částice a zdroj napětí 10.

Na obr. 1, kupříkladu vzduch proudící do budovy nebo vzduch přiváděný k recyklaci, je směrován do sběrné komory 5 k čištění. Tento vzduch je do sběrné komory 5 veden přívodem 1, stoupá vzhůru a po vyčištění odchází skrz odvod 2. Čištění je prováděno ionizací plynu pomocí hrotů 7 nainstalovaných na tyči 6, která je napojena na zdroj napětí 10 via přívod napětí 3. Zdroj napětí 10 je schopen dodat tyči 6 jak kladné tak i záporné vysoké napětí(zachyceno na obrázku).

Jinými slovy, proud iontů prochází plynem ať už kladně nebo záporně nabitým, a ionty a nabité částice stejně jako částice nenabité jsou proudem iontů přenášeny na sběrnou plochu 5. Hroty produkující ionty 7 jsou nastaveny proti uzemněné sběrné komoře 5, která funguje jako sběrný povrch částic. Komora 5 je izolována od nabitých částí 6 a 7 izolátorem 4. Napětí v rozmezí 70- 150 kV je přiváděno k hrotům 7 a jejich vzdálenost od komory 5 je nastavena tak, aby se vytvořil kuželovitý efekt iontového proudění. Tímto jsou nabité i nenabité částice přiváděny na stěnu sběrné komory 5 a přilnávají k ní vzhledem k rozdílům v náboji mezi nulovým nábojem stěny sběrné komory 5 a nábojem iontového toku, vzdálenost mezi hroty 7 a sběrnou stěnou 5 je v rozmezí 200 - 800 mm.

Obr. 1 dále ukazuje vibrační zařízení 8 k čištění sběrné komory 5 pomocí vibrací. Vibrační zařízení je vyvinuto tak, že při vibraci komory nashromážděné částice spadnou • · · · ·· ·· · · ··

3···· · · ··· • ····· · · ·· · · • · · · · · * · ·· ·· ··· ··· ·« ··· dolů a opouštějí jí odvodným kanálkem 9. Nashromážděná látka může být odstraněna také vypláchnutím vodou.

Charakteristický pro metodu iontového proudu je „koróna“ efekt, dosažený vysokým napětím tak, že intenzita napětí se zvýší natolik, že tento efekt iontového proudění se vytvoří mezi hroty 7 a požadovanou uzemněnou konstrukcí. Počet hrotů 7 je nutno vypočítat vždy pro každé jednotlivé čištění plynu. Metoda iontového paprsku je detailněji popsána např. v patentové publikaci EP-424 335.

Řešení čištění plynu ve sběrné komoře požitím metody proudění iontů podle dosavadní technologie je popsáno na obr. 2. Obr. 2 ukazuje vývod 2 vyčištěného plynu, uzemněnou komoru 5, nabitou upevňovací tyč 6 sestávající z několika hrotů produkujících ionty 7. Navíc obr. ukazuje proudění iontů H, přírůstek částic 12,13 a 14 ve sběrné komoře 5 a proudění plynu 15. Řešení na obr. 1 a 2 jsou příznačné polohou hrotů 7 v prstencích 22, s jejichž pomocí je vzdálenost mezi hroty 7 a sběrnou plochou kratší.

Speciálně v průmyslu, ve kterém musí být několik kilogramů látky oddělené z velkého toku plynu během jedné sekundy, je zařízení pro iontový paprsek poměrně velké, zejména kvůli použití vysokého napětí.

V některých průmyslových provozech je velmi složité pro toto zařízení najít nezbytné místo.

Účelem tohoto vynálezu je poskytnout způsob, kterým mohou být oddělovány látky ve formě částic a/nebo kapek z proudění plynu a energetické požadavky mohou být zásadně sníženy a metoda oddělování částic nashromážděných na sběrných plochách může být vylepšena.

Způsobem tohoto vynálezu jsou nečistoty oddělovány z plynového proudu způsobem „push-pull“, který je typický tím, že sběrné povrchy vedoucí elektřinu jsou elektricky izolovány od vnějších obalů. Vysoké napětí směrované na sběrné plochy má opačné znaménko přímého napětí než to směřující na hroty produkující ionty. Ve srovnání se známou metodou iontového toku popsanou výše, je rozdíl metody vynálezu v tom, že její elektrické pole vzniklé mezi hroty produkujícími ionty a stěnou sběrné komory, je přídavným zdrojem energie. Je-li do sběrných ploch přivedeno vysoké napětí, vytváří se tak před nimi elektrické pole, které přitahuje ionty s opačným znaménkem a částice nabité opačným elektrickým nábojem k sběrným plochám.Pomocí zmíněného „pushpull“ způsobu je dosaženo lepšího oddělování tak, že hroty produkující ionty není třeba upevňovat na prstence, ale mohou být instalovány přímo na upevňovací tyči.

• ·

Užitím způsobu vynálezu se provozní napětí snižuje na 1/3 až 1/4 ve vztahu k již známé technologii, zobrazené na obr. 2. Stejně tak, náklady na dosažení stejného množství vzduchu a stejného stupně jeho čistoty značně klesají, dokonce na 1/3.

Dalším účelem vynálezu je poskytnout prostředek pro provedení postupu výše popsaného vynálezu. Je příznačné pro tento vynález, že sběrné plochy vodící elektřinu jsou elektricky izolovány od vnějších obalů, a že vysoké napětí vedené od zdroje do sběrných ploch má opačné znaménko přímého napětí než vysoké napětí vedené do hrotů produkující ionty. Součástí vynálezu je i volný prostor vzniklý mezi elektrickou izolací a vnějším pláštěm.

Přehled obrázků

Vynález je dále detailněji popsán s odkazy na přiložené výkresy, na kterých:

Obr. 1 ukazuje zařízení dosavadní známé technologie užívané při metodě iontového toku;

Obr. 2 ukazuje způsob dosavadní známé technologie pro čištění plynu za pomoci metody iontového toku; a

Obr. 3 ukazuje složení a zásady procesu oddělovacího zařízení dle vynálezu.

Obr. 1 a 2 byly popsány výše. Řešení vynálezu je popsáno dále, odkazujíc na obr. 3, který zobrazuje součásti vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Obr. 3 zobrazuje oddělovací zařízení vynálezu, jeho stavbu a podstatu funkce. Obrázek ukazuje vývod 2 pro vyčištěný plyn, uzemněný vnější obal 5 a nabitá upevňovací tyč 6 nesoucí několik hrotů vyrábějících ionty 7.

Navíc obr. ukazuje iontové paprsky 11 a proud plynu 15. Dále obrázek zobrazuje vzduchovou kapsu 16 umístěnou mezi vnějším obalem 5 sběrné komory a vrstvou elektrické izolace 17, a povrch 18 vedoucí elektrický proud na vnitřní plochu vrstvy elektrické izolace 17. Vrstva elektrické izolace 17 je upevněna k vnějšímu obalu 5 pomocí držáků 21. Napětí s opačným znaménkem přímého napětí na obrázku kladným, než vysoké napětí směřované na hroty 7 (na obrázku záporné) je vedeno na vodivý povrch 18. Takto jsou tato napětí opačná, to znamená kladné na hrotech 7 a záporné na vodivém povrchu 18 nebo záporné na hrotech 7 a kladné na vodivém povrchu 18. Napětí na hrotech 7 je v podstatě rovné tomu na sběrných plochách (vodivý povrch) 18. Je však také možné použít napětí různé velikosti. Výhodou stejných napětí je jednoduší ♦ · 9 ·

99 • 99 vedoucím elektřinu 18; prostor 19 kladně nabitý, protože kladné vysoké namířeno směrem k povrchu 18. Jakmile převrátíme náboj na povrchu elektřinu 18, v tomto případě je tedy negativní, nashromážděná látka na struktura center vysokého napětí. Se stejným napětím se také dosahuje lepších čistících výsledků.

Obrázek 3 dále ukazuje prázdný prostor kladně nabitý kladným elektrickým polem před povrchem napětí je vedoucím povrchu je uvolněna a padá do odvodného kanálku (referenční číslo 9 na obr. 1) na dně shromažďovací komory, jakmile elektrické pole uvolní shromážděné částice. Není tudíž zapotřebí žádného vibračního zařízení v konstrukci tohoto vynálezu. Avšak může jich být použito pokud se jich žádá. Nejběžnější čištění shromažďujících povrchů je prováděna automaticky opláchnutím tekutinou, dále je možné naprogramovat žádaný interval a délku čištění. V případě oplachování tekutinou, čistící tekutina je přiváděna vstřikovací trubicí 20, a a jak proudí po povrchu sběrného povrchu 18, zároveň z něj uvolňuje nashromážděné částice. Dle potřeby je možno v čistím procesu použít například i dezinfekční prostředek.

Podstata vynálezu

Jak již bylo ukázáno, měněním polarity náboje na vodivých sběrných plochách lze dosáhnout buď přilnutí anebo odpoutání nakumulovaných látek z/k těmto plochám. Napětí používané v zřízení je v rozmezí 10-60 kV, lépe však 30-40 kV, a proud mezi 0.05-5.0mA, lépe však 0.1-3.0mA.

Elektrická izolace 17 upevněná na nabitém sběrném povrchu 18 ukázaná na obr. 3 může být skleněná, umělohmotná nebo nějaká podobná látka izolující vysoké napětí, přednostně jako izolace 17 používán akryl-nitril-butandien-styren (ABS).

Dále pak, rovinná vodivá vrstva zobrazená na obr. 3, připevněná k elektrické izolaci 17 je vyrobena z kovu, jako třeba úzká kovová deska nebo film na izolační vrstvě nebo z drátové sítě připevněné částečně na nebo zcela v izolační vrstvě. Obvzláště vhodné je pokud součástí zařízení vedoucího elektřinu je chromový povlak, který je na izolační vrstvu připevněn vakuovým pokovováním. Mohou být použity i jiné metody pokovování jako např. přilnavost kovového filmu či jiné upevňovací metody.

Dle způsobu tohoto vynálezu, je možno účinně z plynového proudu oddělovat i velmi malé tuhé částky v podobě částic a kapalných kapek. Proces čištění plynu se odehrává v komorách, tunelovitých či trubicovitých soustavách, ve kterých je plyn vystaven působení iontového paprsku. Tento, na nashromážděné částice působí hnací silou proti /;···♦ ♦ · ···

O « · ·*· · # · · · · · • · · · · ··· ·· ·· · · · · ·· ·· ··« sběrným plochám a zároveň na ně působí kapacitním odporem. Elektrické pole s opačným znaménkem vznikající na sběrných plochách, tak působí na částice či látky ve formě kapek tažnou silou směrem ke sběrným plochám. Takto tedy hnací síla iontového prasku a tažná síla sběrného povrchu, odstraňují částice z proudícího plynu. Dle způsobu tohoto vynálezu, je možno vytvářet jak ionty kladného tak i záporného náboje.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro výrobu iontového paprsku, dle způsobu tohoto vynálezu, může být nainstalováno např. v laboratořích pro genetický výzkum, kde se z vláken DNA mohou odlučovat částice přinejmenším o průměru 1 nanometru. V těchto laboratořích, nefungují tradiční elektrické filtry dostatečně, jelikož částice nanometrických rozměrů není možno elektricky nabít.

Čištění plynu, dle způsobu tohoto vynálezu, je využíváno k čištění vzduchu. Velmi vhodné použití je také např. v nemocničních pokojích sloužících k izolaci pacientů, operačních sálech, továrnách vyrábějících mikrochipy a v takových prostorách, do kterých musí přívod vzduchu zamezit prostupu biologických zbraní.

Takto může být vynález použit ve všech prostorách, na přívodu i odsávání vzduchu. Dle způsobu tohoto vynálezu je možno dosáhnout očištění vzduchu od částic a kapek velikosti 1 nm - 100.000 nm. Tak jako je možné dosáhnout pokračujícího čištění vzduchu i v průběhu oplachování sběrných ploch, kdy může být napětí na ně dodávané vypnuto, v případě, že k oplachování je zapotřebí velkého množství tekutiny.

Způsobem vynálezu je možno dále použít v rozličných zařízeních pro čištění plynu a plynu vedeného potrubím, např. v čistících zařízeních založených na dosavadních filtrech, vířivých a elektrických filtrech, oddělovačích látek nebo metodě toku iontů. Tyto běžné způsoby postupu jsou vhodné pro čištění vzduchu pro domácnosti a kanceláře. Dle způsobu tohoto vynálezu, oddělování může fungovat i u částic o průměru od jednoho nanometru až do rozměrů několika stovek micrometrů. Jak zvláštní tíha a tak ani elektrický kapacitní odpor částic nejsou překážkou pro jejich oddělení z plynu. Plyn může být očištěn od částic různých velikostí až po čistý plyn.

Odborníkovi je zřejmé, že využití způsobu pro oddělování látek v podobě a/nebo kapek z proudu plynu, je mnohem širší než jen v příkladech shora uvedených, ale je založeno na následujících patentových nárocích.

Claims (12)

1. Patentové nároky

   1. Způsob oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu, zvláště částic a/nebo kapek s průměrem od jednoho nanometru po několik desítek nanometrů, dle kteréžto metody je proud plynu (15) veden skrz sběrnou komoru, jejíž vnější stěny jsou uzemněné, a kteroužto metodou je vysoké napětí vedeno do hrotů vytvářejících ionty (7), které jsou namontovány ve sběrné komoře, tak že iontový paprsek (11), vycházející z hrotů vytvářejících ionty (7), odděluje určené částice z proudu plynu. Tohoto efektu je dosaženo působením hrotů (7) vůči stěnám fungujícím jako sběrné plochy, vyznačující se tím, že elektricky vodivé sběrné plochy, jsou elektricky izolovány od vnějších obalů (5), v podstatě po celé jejich (18) ploše, a že je k nim (18) přiváděno vysoké napětí s opačným znaménkem přímého napětí než vysoké napětí přiváděné k hrotům produkujícím ionty (7).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se v ní používá napětí v rozmezí 1060 kV, lépe však 30-40 kV, a proud mezi 0.05-5.0mA, lépe však 0.1-3.0mA.
3. 3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že elektrický náboj na povrchu sběrných ploch (18) je změněn, a tím se mohou látky nashromážděné na stěnách, z těchto stěn uvolnit.
4. 4. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že látky nashromážděné na stěnách se odstraňují oplachováním stěn (18) tekutinou.
5. 5. Zařízení pro oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu, zvláště částic a/nebo kapek s průměrem od jednoho nanometru po několik desítek nanometrů, sestává z:

   - přívod (1) vzduchu určeného k vyčištění

   - sběrná komora (5) jejíž vnější stěny jsou uzemněné

   - vývod (2) vyčištěného plynu

   - zdroj napětí (10) s poháněcím zařízením;

   nabitý upevňovací prvek (6) k němuž jsou upevněny hroty produkující ionty (7), _a do kterých je přivedeno vysoké napětí, čímž na hrotech produkujících ionty (7) v působení vůči sběrným plochám (18) vzniká iontový paprsek (11), vyznačující se tím, že elektricky vodivé sběrné plochy (18), jsou elektricky izolovány od vnějších obalů (5); a že je k nim (18)ze zdroje napětí (10) přiváděno vysoké napětí s opačným znaménkem přímého napětí než vysoké napětí přiváděné k hrotům produkujícím ionty (7).
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že jeho součástí je prázdný prostor (16) vyskytující se mezi elektrickou izolací (17) a vnějším obalem (5).
7. 7. Zařízení podle nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že elektrickou izolací (17) sběrných ploch, je sklo, umělá hmota nebo podobný materiál izolující vysoké napětí.
8. 8. Zařízení podle některého z nároků 5-7, vyznačující se tím, že zmíněnou izolací (17) je akryl-nitril-butandien-styren (ABS).
9. 9. Zařízení podle některého z nároků 5-8, vyznačující se tím, že zmíněný rovinný vodivý povrch (18) je vyroben z kovu.
10. 10. Zařízení podle nároků 5-9, vyznačující se tím, že vodivý povrch 18 je v rovině, jako např. drátová elektricky vodivá síť připevněná částečně na vnitřní straně izolační vrstvy (17) nebo zcela v ní (17).
11. 11. Zařízení podle nároků 5-10, vyznačující se tím, že elektricky vodivý povrch (18) je úzký kovový povlak, nejlépe úzký chromový povlak.
12. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že tento zmíněný úzký kovový povlak na izolaci (18) přichycen použitím vakuového pokovování.