CZ301801B6

CZ301801B6 - Zpusob oddelování látek v podobe cástic a/nebo kapek z proudu plynu a zarízení k provádení zpusobu

Info

Publication number: CZ301801B6
Application number: CZ20013122A
Authority: CZ
Inventors: Ilmasti@Veikko
Original assignee: Genano Oy
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2010-06-30
Also published as: AU3168000A; KR100710697B1; CY1110286T1; FI990484A0; ZA200107068B; JP4897142B2; CA2362721A1; DK1165241T3; PT1165241E; CN1346296A; ES2337979T3; UA72499C2; BR0008762B1; FI990484L; NO20014196D0; EP1165241B1; RU2235601C2; CZ20013122A3; CN1172753C; CA2362721C

Abstract

Pri zpusobu oddelování cástic a/nebo kapek z proudu plynu je proud (15) plynu veden skrz sbernou komoru, jejíž vnejší steny (5) jsou uzemnené, a vysoké napetí je vedeno do hrotu (7) vytvárejících ionty, proudících smerem ke sberným plochám (18). Elektricky vodivé sberné plochy (18) jsou elektricky izolovány od vnejších sten (5), a je k nim privádeno vysoké napetí s opacným znaménkem než k hrotum (7) produkujícím ionty.

Description

Způsob oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu a zařízení k provádění způsobu

Oblast techniky

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 plynu, 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 plynů, protože vzrůstající rychlost má za následek silný odpor vzduchu. Účinnost filtrů také se vzrůstající rychlostí klesá. Například u mikrofiltrů je rychlost proudění vzduchu v zásadě nižší než 0,5 m/s. Kromě toho, současné technologie neumožňují dosažení dobrých Čisticích 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 až 0,5 m/s. Důvod nízké rychlosti proudění plynu spočívá v tom, že vyšší rychlost proudění uvolňuje zpět částice jíž 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 plynuje u elektrických filtrů dána také kvůli Čisticí fázi sběrných desek. V době čištění desek, působí tok proti deskám tak, že se uvolňují již nasbírané částice látky. Úče40 lem je, aby se co nejmenší možné množství částic látky shromážděných v průběhu čištění sběrných desek, dostalo zpět do toku plynu. Nízkou lychlostí proudícího plynuje možno dosáhnout přípustné míry částic látky, které filtr nezachytí.

Dosavadní technologie je dále popsána s odkazy na obr. 1 a obr. 2, kde obr. 1 představuje zaříze45 ní 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, nabíjený upevňovací prvek 6 sestávající z několika hrotů 7 produkujících ionty, vibrující zařízení 8, svodný kanálek 9 pro nashromážděné Částice a zdroj napětí JLQ.

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 i, stoupá vzhůru a po vyčištění odchází skrz vývod 2. Čištění je prováděno ionizací plynu pomocí hrotů 7 nainstalovaných na nabíjeném upevňovacím prvku 6, který je napojen na zdroj 10 napětí via přívod 3 napětí. Zdroj J_0 napětí je schopen nabíjenému upevňovacímu prvku 6 jak kladné, tak i záporné vysoké napětí - viz obr.

-1CZ 301801 B6

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 komoru 5. Hroty 7 produkující ionty jsou nastaveny proti uzemněné sběrné komoře 5, která funguje jako sběrný povrch částic. Sběrná komora 5 je izolována od nabitých částí, tj. nabíjenému upevňovacímu prvku 6 a hrotům 7 izolátorem 4. Napětí v rozmezí 70 až 150 kV je přiváděno k hrotům 7 a jejich vzdálenost od sběrné 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 íontovéio ho toku. Vzdálenost mezi hroty 7 a sběrnou stěnou sběrné komory 5 je v rozmezí 200 až 800 mm.

Obr. 1 dále ukazuje vibrační zařízení 8 k čištění sběrné komory 5 pomocí vibrací. Vibrační zařízení je vyvinuto tak, že při vibraci sběrné komory 5 nashromážděné částice spadnou dolů a opouštějí ji svodným kanálkem 9. Nashromážděná látka může být odstraněna také vypláchnu15 tím vodou.

Charakteristický pro metodu iontového proudu je „korána“ 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 jednot20 livé čištění plynu. Metoda iontového paprsku je detailněji popsána např, v patentové spise 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 sběrnou komoru

5, nabíjený upevňovací prvek 6 sestávající z několika hrotů 7 produkujících ionty. Navíc obr. 2 ukazuje iontový paprsek 11, přírůstek 12, 13 a 14 částic ve sběrné komoře 5 a proud 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.

Podstata vynálezu

Nedostatky stavu techniky a účelu vynálezu je dosaženo způsobem 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 podle vynálezu, kde se proud plynu vede skrz uzemněnou sběrnou komoru, vysoké napětí se přivádí do hrotů produkujících ionty, které jsou uspořádány ve sběrné komoře, přičemž oddělování určených částic z proudu plynu iontovým paprskem vycházející z hrotů produkujících ionty se dosahuje ve směru sběrné plochy, která je elektricky vodivá a je elektricky izolována od sběrné komory v podstatě po celé její ploše a do sběrné plochy se přivádí vysoké napětí s opačným znaménkem než vysoké napětí, které se přivádí do hrotů pro50 dukující ionty, jehož podstatou je to, že sběrnou plochou je taková vrstva, jako je drátěné síto vodící el. proud, které je uspořádané úplně nebo částečně na vnitřním povrchu vrstvy elektrické izolace, nebo uvnitř této vrstvy, jakož i to, že se používá napětí v rozmezí 10 až 60 kV, s výhodou 30 až 40 kV, a proud v rozmezí 0,05 až 5,0 mA, s výhodou 0,1 až 3,0 mA, nebo že se elektrický náboj sběrné plochy mění, a tím se látky nashromážděné na stěnách z těchto stěn uvolňují, nebo že se látky nashromážděné na stěnách se odstraňují oplachováním sběrné plochy tekutinou.

-2CZ 301801 B6

Nedostatky stavu techniky jsou rovněž odstraněny zařízením 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 pro provádění výše uvedeného způsobu sestávající z přívod plynu určeného k vyčištění, sběrné komory s uzemněnými vnějšími stěnami, vývodu vyčištěného plynu, zdroje napětí s poháněcím zařízením, nabíjený upevňovací prvek, na němž jsou uspořádané hroty produkující ionty a do kterých je přivedeno vysoké napětí pro vznik iontového paprsku ve směru ke sběrným plochám, které jsou elektricky vodivé a do sběrných ploch se přivádí vysoké napětí s opačným znaménkem než vysoké napětí, které se přivádí do hrotů produkující ionty, iq jehož podstatou je to, že sběrnou plochou je taková vrstva, jako je drátěné síto vodící el. proud, které je uspořádané úplně nebo částečně na vnitrním povrchu vrstvy elektrické izolace, nebo uvnitř této vrstvy, jakož i to, že mezi vnějším obalem sběrné komory a vrstvou elektrické izolace je vytvořena vzduchová mezera, nebo že vrstvou elektrické izolace sběrných ploch je sklo, umělá hmota nebo podobný materiál izolující vysoké napětí, nebo je vrstvou elektrické izolace akryl15 nitril-butandien-styren tj. ABS, nebo že je sběrnou plochou kovová rovinná plocha vodící elektrický proud nebo že na vrstvě elektrické izolace je proveden tenký kovový povlak prostřednictvím vakuového pokovování.

Způsobem tohoto vynálezu jsou nečistoty oddělovány z plynového proudu způsobem „push20 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 dříve, 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 „push-pull“ způsobuje 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 vyná35 lezu. 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 na výkresech

Příkladné provedení vynálezu je znázorněno na přiložených výkresech, kde představuje obr. 1 zařízení dosavadní známé technologie užívané při metodě iontového toku, obr. 2 způsob dosa45 vadní známé technologie pro čištění plynu za pomoci metody iontového toku a obr. 3 sestavu a zásady procesu oddělovacího zařízení dle vynálezu.

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

-3CZ 301801 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 3 zobrazuje oddělovací zařízení vynálezu, jeho stavbu a podstatu funkce. Obrázek ukazuje vývod 2 pro vyčištěný plyn, uzemněnou sběrnou komoru 5 a nabíjený upevňovací prvek 6 nesoucí několik hrotů 7 vyrábějících ionty.

Navíc obr. 3 ukazuje iontové paprsky 11 a proud 15 plynu. Dále obrázek zobrazuje vzduchovou mezeru 16 mezi vnějším obalem 5' sběrné komory 5 a vrstvou Γ7 elektrické izolace, a sběrnou io plochou 18 vedoucí elektrický proud na vnitřní plochu vrstvy 17 elektrické izolace. Vrstva 17 elektrické izolace 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 sběrné plochy J_8. Takto jsou tato napětí opačná, to znamená kladné na hrotech 7 a záporné na vodivém povrchu sběrné plochy 18 nebo záporné na hrotech 7 a kladné na vodivém povrchu sběrné plochy 18, Napětí na hrotech 7 je v podstatě rovné tomu na sběrných plochách 18 - vodivý povrch. Je však také možné použít napětí různé velikosti. Výhodou stejných napětí je jednoduší struktura center vysokého napětí. Se stejným napětím se také dosahuje lepších Čisticích výsledků.

Obr. 3 dále ukazuje prázdný prostor kladně nabitý kladným elektrickým polem před vodivým povrchem sběrné plochy 18, tj. kladně nabitý prostor 19, protože kladné vysoké napětí je namířeno směrem k povrchu sběrné plochy 18. Jakmile převrátíme náboj na vodícím povrchu sběrné plochy 18, v tomto případě je tedy negativní, nashromážděná látka na povrchu je uvolněna a padá do svodného kanálku 9-viz. 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, čisticí tekutina je přiváděna vstřikovací trubicí 20, a jak proudí po povrchu sběrné plochy 18, zároveň z něj uvolňuje nashro30 mážděné částice. Dle potřeby je možno v čisticím procesu použít například i dezinfekční prostředek.

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 až 60 kV, lépe však 30 až 40 kV, a proud mezi 0,1 až 5,0 mA, lépe však 0,1 až3,0mA.

Vrstva elektrická izolace Γ7 upevněná na nabité sběrné ploše 18 znázorněná na obr. 3 může být skleněná, umělohmotná nebo nějaká podobná látka izolující vysoké napětí, přednostně jako elek40 trička izolace 17 je používán akryl-nitril-butandien-styren, tzv. 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 vrstvě elektrické izolace 17 nebo z drátové sítě připevněné částečně na nebo zcela ve vrstvě elektrické izolace 17. Obzvláště vhodné je pokud součástí zařízení vedoucího elektřinu je chromový povlak, který je na vrstvě elektrické izolace Π 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 proudu J_5 plynu oddělovat i velmi malé tuhé částky v podobě částic a kapalných kapek. Proces Čištění plynu se odehrává v komorách, tunelovitých či trubkovitých soustavách, ve kterých je plyn vystaven působení iontového paprsku JT. Tento, na nashromážděné částice působí hnací silou proti sběrným plochám 18 a zároveň na ně působí kapacitním odporem. Elektrické pole s opačným znaménkem vznikající na sběrných plochách 18, tak působí na částice či látky ve formě kapek tažnou silou směrem ke sběrným plo-4LZ JU18UI BO chám 18. Takto tedy hnací síla iontového prasku li a tažná síla sběrného povrchu 18, 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 11, podle způsobu tohoto vynálezu, může být nainstaloio váno 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 mikročipy 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 až

100 000 nm. Tak jako je možné dosáhnout pokračujícího čištění vzduchu i v průběhu oplachování sběrných ploch 18, 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 vede25 ného potrubím, např. v čisticích 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.

Podle způsobu tohoto vynálezu, oddělování může fungovat i u částic o průměru od jednoho nano30 metru 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob oddělování látek v podobě částic a/nebo kapek z proudu plynu, zvláště částic a/nebo

45 kapek s průměrem od jednoho nanometru po několik desítek nanometrů, kde se proud (15) plynu vede skrz uzemněnou sběrnou komoru (5), vysoké napětí se přivádí do hrotů (7) produkujících ionty, které jsou uspořádány ve sběrné komoře (5), přičemž oddělování určených částic z proudu (15) plynu iontovým paprskem (11) vycházející z hrotů (7) produkujících ionty se dosahuje ve směru sběrné plochy (18), která je elektricky vodivá a je elektricky izolována od sběrné komory

50 (5) v podstatě po celé její ploše a do sběrné plochy (18) se přivádí vysoké napětí s opačným znaménkem než vysoké napětí, které se přivádí do hrotů (7) produkující ionty, vyznačující se tím, že sběrnou plochou (18) je taková vrstva, jako je drátěné síto vodící elektrický proud, které je uspořádané úplně nebo částečně na vnitřním povrchu vrstvy (17) elektrické izolace, nebo uvnitř této vrstvy (17).

-5CZ 301801 B6
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se používá napětí v rozmezí 10 až 60 kV, s výhodou 30 až 40 kV, a proud v rozmezí 0,05 až 5,0 mA, s výhodou 0,1 až 3,0 mA.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že elektrický náboj sběrné

5 plochy (18) se mění, a tím se látky nashromážděné na stěnách z těchto stěn uvolňují.
4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že látky nashromážděné na stěnách se odstraňují oplachováním sběrné plochy (18) tekutinou.

ío
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 pro provádění způsobu podle nároků l až 4, sestávající z přívodu (1) plynu určeného k vyčištění ze sběrné komory (5) s uzemněnými vnějšími stěnami, z vývodu (2) vyčištěného plynu, ze zdroje (10) napětí s poháněcím zařízením, a z nabíjeného upevňovacího prvku (6), na němž jsou uspořádané

15 hroty (7) produkující ionty a do kterých je přivedeno vysoké napětí pro vznik iontového paprsku (11) ve směru ke sběrným plochám (18), které jsou elektricky vodivé a do kterýchžto sběrných ploch (18) se přivádí vysoké napětí s opačným znaménkem než vysoké napětí, které se přivádí do hrotů (7) produkujících ionty, vyznačující se tím, že sběrnou plochou (18) je taková vrstva, jako je drátěné síto vodící elektrický proud, které je uspořádané úplně nebo částečně na

20 vnitřním povrchu vrstvy (17) elektrické izolace, nebo uvnitř této vrstvy (17).
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že mezí vnějším obalem (5') sběrné komory (5) a vrstvou (17) elektrické izolace je vytvořena vzduchová mezera (16),

25
7. Zařízení podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že vrstvou (17) elektrické izolace sběrných ploch (18) je sklo, umělá hmota nebo podobný materiál izolující vysoké napětí.
8. Zařízení podle některého z nároků 5až7, vyznačující se tím, že vrstvou (17) elektrické izolace je akryl-nitril-butandien-styren tj. ABS.
9. Zařízení podle některého z nároků 5až8, vyznačující se tím, že sběrnou plochou (18) je kovová rovinná plocha vodící elektrický proud.
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že na vrstvě (17) elektrické izolace

35 je proveden tenký kovový povlak prostřednictvím vakuového pokovování.