FI115118B - Menetelmä ja laite hiukkasten keräämiseksi kaasuvirtauksesta - Google Patents

Description

115118

Menetelmä ja laite hiukkasten keräämiseksi kaasuvirtauksesta - Förfarande och anordning for uppsamling av partiklar frän en gasströmming

Keksintö liittyy yleisesti ottaen aineen olomuotojen erotteluun toisistaan ja erityisesti 5 aerosolin kaasumaisen faasin erottamiseen hiukkasmaisesta faasista, joka voi olla kiinteä ja/tai nestemäinen.

Hiukkasmaisen kiinteän tai nestemäisen aineen erottelu kaasumaisesta on vanha teollinen ongelma valmistustekniikan, puhdistuksen ja näytteenoton piiristä. Erottelu voi olla osa 10 prosessia tarkoitettuna ottaa talteen eräs osa virtauksen mukana liikkuvasta aineesta, tai estää tietyn osan pääsy erottelulaitteen ohi, ainakin osittain. Onglema on varsin tunnettu niin teollisuudesta kuin laboratoriostakin. Ongelmaan on monia ratkaisuja, jotka perustuvat erilaisiin tekniikoihin, joita sovelletaan hiukan eri näkökulmista, käyttö-olosuhteiden ja ainemäärien sekä myös lämpötilan ja kemiallisen ympäristön ehdoilla.

15

Staattisen sähkön vaikutus savuun tunnettiin jo kauan ennenkuin sähköstä sinänsä tiedettiin juuri mitään. Jo 1800-luvun puolella sähköä keksittiin käyttää myös hiukkasten erottelemiseksi. Sähköstaattinen suodatin teollisten kaasujen puhdistuksesta yleistyi 1900- luvulla, ja tunnetaan varhaisista lanka-putki-suodattimista ja uudemmista levy-levy sekä 20 lanka-levy tyyppisistä laitteista, joissa sähköä syötetään eräälle elektrodille sähkökentän aikaansaamiseksi mainitun ja erään toisen elektrodin välille, varattujen ja/tai varattavien hiukkasten keräämiseksi. Tällöin laite varsin usein mitoitetaan siten, että sähkökenttä myös varaa samalla kuin kerää. Kerääviä kenttiä voi modernissa laitteessa olla useita peräkkäin käsiteltävän kaasun virtaussuunnassa. Sähköstaattinen suodatin on kuvattu niin ·;;; 25 koronapurkauksen varaavan vaikutuksen kuin sähkökentän keräysvaikutuksen osalta • « » ’ erilaisissa käyttötarkoituksissa varsin perusteellisesti esimerkiksi teoksessa [1] Industrial ; ’ · Electrostatic Precipitator, Harry White 1963, joka oheistetaan referenssinä tunnetun ; tekniikan kuvaukseen viittaamiseksi. Sähköstaattisen suodattimen eräänä haittapuolena on • V; pienhiukkasten keräyksessä esiintyvät onglemat sekä niiden kumoamiseksi ratkaisuna . · * ·. 30 käytety sähköksuodattimen suuri koko. Näytteenottolaitteissa lisäksi varautumistodennä- köisyys usein on -varsin pieni ja siten hiukkasten saanto keräysalustalle voi olla vaatimaton. Esimerkiksi nano-mittakaavaan hiukkasten statistinen analyysi voi olla tällöin < · * varsin puutteellinen.

35 Tunnettiin tekniikkaan mukaiset sähködynaamiset laitteet, ovat johdannaisia Millikanin ' ’ kammiosta, modifioituna yksittäisen varatun hiukkasen paikallaan pitämiseksi analyyttisiin tarkoituksiin. Tällöin yksittäinen varattu hiukkanen leijuu sähkökenttien : varassa, koskettamatta alustaa tai muuta pintaa. Tällöin yksittäinen varattu hiukkanen • keskitetään torusmaisen elektrodin keskiakselille sähködynaamisen vaihtosähkökentän 40 avulla, jolloin hiukkanen leijuu pyörähdysgeometrisen sähkökentän avulla kammion keskipisteen läheisyydessä. Varsin usein voidaan käyttää myös tasajännitekenttää 2 115118 hiukkasen paikan säätämiseksi ja pitämiseksi torusmaisen elektrodin keskiakselilla, esimerkiksi tutkimusta varten lasersäteeseen keskitettynä. Vastaavanlaisia Pico Balance periaatetta noudattavia tekniikoita tunnetaan runsaasti näytteenpitimiksi tai vastaavaksi, kuten julkaisussa [2] A History of Single Aerosol Particle Levitation, James Davis 1997 5 lehdessä Aerosol Science and Technology laajasti esittelee. Lisäksi tunnetaan joukko erilaisia näytteenpitimiä tyhjiösovelluksista, joissa vastaavalla tavalla, ionisoitua ainetta pidetään tietyssä paikassa tutkimusta varten. Mainittu viitejulkaisu [2] oheistetaan referenssinä tunnetun tekniikan kuvaukseen viittaamiseksi.

10 Tunnetaan myös erään monimutkaisen rakenteen avulla toteutettu näytteenottolaite hiukkasnäyteen ottamiseksi, jota on kuvattu patenttijulkaisussa [3] US 5,439,513 (Perisiamy, 1994). Siinä on kuitenkin kuvattu sellainen varsin monimutkainen rakenne, jossa on runsaasti tarkkuustyönä valmistettavia elektrodeja sekä niiden välisiä sähkökenttiä hallittavaksi, jolloin käyttövarmuus voi osoittautua erääksi rajoittavaksi 15 tekijäksi hienomekaanisten osien lukumäärän ja valmistuskulujen lisäksi.

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada uusi yksinkertainen ja pienikokoinen laite ja menetelmä hiukkasten keräämiseksi viilaavasta kaasusta, jolloin hiukkaset voidaan erotella kaasuvirtauksesta ainakin osittain ilman edellä mainittuja tunnetun tekniikkan 20 haittapuolia. Tavoitteeseen päästään keksinnön mukaisella laitteella ja menetelmällä.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, se mitä on sanottu sitä koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

· 25 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, se mitä on sanottu sitä koskevan • · · 7 • t $ , ’ itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

I < t

Keksinnön mukaiselle laittejärjestelylle on tunnusomaista, se mitä on sanottu sitä • koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

:'; *; 30

Epäitsenäisissä vaatimuksissa on esitetty keksinnön muita edullisia suoritusmuotoja.

;;; Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa on tietyn pyörähdyssymmetria- ‘ ; *' akselin suhteen symmetrinen AC-elektrodi dynaamisen sähkökentän aikaansaamiseksi ja ; 35 eräs DC-elektrodipari jäljestettynä mainitun pyörähdyssymmetria-akselin suuntaisen oleellisesti staattisen sähkökentän aikaansaamiseksi laitteen erotuskammioon tiettyjen DC-elektrodien muodostaman parin välille. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa .: laitteessa on lisäksi tulovirtauskanava näyteaerosolin tuomiseksi laitteen erotuskammioon, ": poistokanava, josta käsitellyn aerosolin kaasua voidaan poistaa, sekä eräs keräyselektrodi 40 jäljestettynä keräysalustan pitämiseksi keäryselektrodin pinnalla, järjestettynä pitkäkestoista aerosolihiukkasten keräämistä varten. Edullisesti keräysalusta on mainitun 3 115118 DC-elektrodiparin elektrodin yhteydessä. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa AC-elektrodi on jäljestetty siten, että se ympäröi ainakin osittain erotuskammiota. Tulovirtauskanava on edullisesti jäljestetty suuntaamaan sisään tulevan aerosolin virtaus sen erotuskammioon saapuessa, kohti keräyskohtiota. Edullisimmin 5 sellaiseen suuntaan, joka on mainitun pyörähdyssymmetria-akselin suuntainen.

Erään edullisen keksinnön suoritusmuodon mukaan tulovirtauskanava johtaa ensimmäisen DC-elektrodin läpi. Erotuskammiossa voi olla myös sivuvirtauskanava, josta voidaan tuoda toinen aerosolivirtaus tai kaasuvirtaus erotuskammioon. AC-elektrodi on edullisimmin eräänlaisen toruksen muotoinen, tai sellaisesta muokattu pyröähdyskappale 10 pyörähdyssymmetria-akselin suhteen. AC-elektrodi on jäljestetty kytkettäväksi vaihtosähkökentän aikaansaamiseksi erotuskammioon sellaisen jännitteen avulla, jolla on tietty taajuus, amplitudi ja aaltomuoto, jotka kukin voivat olla säädettävissä toisistaan riippumattomasti. Vaihtosähkökentän avulla aikaansaadaan AC-elektrodin geometrian mukaisesti erotuskammioon tuleviin varattuihin aerosolihiukkasiin kohdistumaan niitä 15 keskittävä nettovoimakomponentti kohti pyörähdyssymmetria-akselia, AC-elektrodin keskiakselia. DC-kentän avulla varmistetaan, että ohjataan keräysalustalle keräytyvät aerosolihiukkaset keräysalustalle.

Keksinnön erään suoritiismuodon mukaisessa menetelmässä kohdistetaan torusmaisen 20 AC-elektrodin ja sen sähködynaamisen kentän avulla erotuskammioon saapuviin varattuihin aerosolihiukkasiin niitä pyörähdyssymmetria-akselia kohti keskittävä nettovoimakomponentti varattujen aerosolihiukkasten keräämiseksi. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä kerättäviin hiukkasiin kohdistetaan samalla myös sähköstattinen voima, keräyskammion pyörähdyssymmetria-akselin suunnassa, [···, 25 varattujen aerosolihiukkasten keräämiseksi keräyskohtioon, esimerkiksi keräysalustalle, .! joka on DC-elektrodin yhteydessä. Keräytyvät aerosolihiukkaset kerätään keräysalustalle, • ' keksinnön erään suoritusmuodon mukaan jatkuvatoimisesti.

’ (: Jäljelle jäävä osa aerosolista poistetaan poistokanavaan, esimerkiksi DC-elektrodiparin ; ‘ : 30 toisen elektrodin läheisyydestä ja/tai AC-elektrodiin tarkoitusta varten jäljestetyn onton osan ja siihen erotuskammiosta johtavien reikien kautta. Keksinnön erään edullisen :, suoritusmuodon mukaisessa laitteessa on ainakin yksi AC-elektrodi, joka joko on ontto tai ; muodostaa onton tilan esimerkiksi erotuskammion seinämän kanssa. Edullisesti AC- elektrodi on tällöin varustettu sellaisella uurteella, jonka pohjalla on reikiä 35 erotuskammion puolella, käsitellyn aerosolin kaasufaasin kaasun osan johtamiseksi pois erotus-kammiosta, kun taas mainittu AC-elektrodin nettovoima keskittää varattuja kerättäviä aerosolihiukkasia pyörähdyssymmetria-akselille päin.

> Ammattimiehelle on toki selvää, että keksinnönmukainen laite, EDP-laite, voi kerätä 40 sähkökenttiensä avulla pääasiassa varattuja hiukkasia, mutta myös muut keräytymismekanismit voivat aiheuttaa jonkin verran hiukkasten keräytymistä. Jos EDP- 4 115118 laitteella kerätään neutraaleja hiukkasia, ne tulee ensin varata ennen erotuskammiota varaajalla, joka voi olla tunnetun tekniikan mukainen erillinen varaaja tai tulovirtauskanavan yhteyteen integroitu varaaja. Varautuminen voi perustua radioaktiivisuuteen ja/tai koronapurkaukseen (esimerkiksi sähkösuodatin tai sellaisen 5 varaaja-aste). Tällöin varaajassa voi olla koronapurkausvälineet koropurkauksen aikaansaamiseksi. Keksinnön erään suoritusmodon mukaisessa laitteessa on kiinnitys-välineet keräysalustalle, jollaisena voidaan käyttää esimerkiksi TEM-hilaa (Transmission Electron Microscope) tai vastaavaa muuta keräysalustaa. Kiinnitysvälineet voivat olla mekaaniset, ja/tai sähkömagneettiset. Keräysalusta voi tällöin olla esimerkiksi TEM hila 10 mikroskooppianalysiä varten, mutta myös piialusta, jossa on riittävän tasainen pinta, joka kelpaa AFM-analyysiin.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti yksityiskohtaisemmin viittaamalla seuraaviin kuviin, joissa, 15 kuva 1 esittää erästä halkileikkausta keksinnnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesta elektrodynaamisesta EDP-laitteesta, kuva 2 esittää erästä halkileikkausta keksinnnön erään toisen edullisen 20 suoritusmuodon mukaisesta elektrodynaamisesta EDP-laitteesta, jossa on ontto AC-elektrodi.

kuva 2b esittää yksityiskohtaa kuvan 2 esimerkistä, ja · · 25 kuva 3 havainnollistaa kaaviolla keksinnnön erään edullisen suoritusmuodon » · * « * ,; mukaisen laitteen kytkentöjä kaskadin muodostamiseksi.

·...· Kuvissa käytetään samoja numeroita vastinosista. Keksinnön muita edullisia ; ’ : suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäisissä vaatikmuksissa, joissa esitettyjä piirteitä 30 voidaan yhdistellä soveltuvin osin vapaasti keksinnön muiden suoritusmuotojen kuvaamiseksi.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen laitteen halkileikkauskaavio on esitetty kuvassa 1. Siinä halkileikkaus on tehty sellaisella tasolla, joka on 35 yhdensuuntainen esimerkiksi AC-elektrodin 107 symmetria-akselin 118 kanssa sen kohdalta.

,' Kuvassa 1 on esitetty yksinkertainen EDP-laite 100, jossa on yksi EDP-aste. Rinnan ja/tai » : sarjaan kytkemistä muiden ja/tai EDP-laitteiden kanssa on kuvattu esimerkkinä kuvan 3 40 yhteydessä. Todetaan myös, että kuvan 1 suoritusmuodon mukainen laite edustaa esimerkkiä laboratoriomittakaavan laitteesta, sellaiselle soveltuvin jännitearvoin. Laitetta 5 115118 voidaan tällöin myös skaalata keksinnössä esitetyin perustein mekaanisilta mitoiltaan suurempaan, mutta myös pienempään mittakaavaan esitettyjen esimerkkiarvojen perusteella. Tällöin kammion vapaan tilan ja esitettyjen sähkösuureiden arvojen perusteella voidaan arvioida vastaavien sähkökenttien synnyttämiseksi tarvittavien 5 jännitteiden suuruuksia eräinä suunnitteluparametreinä. Suuremmassa mittakaavassa kysymykseen tulevat tällöin jopa usean metrin läpimittaiset teollisen mittakaavan laitteet, mutta myös pienemmässä mittakaavassa toisaalta lähes mikroskooppisen mittakaavan hienomekaaniset EDP-laitteet.

10 Keksinnnön erään edullisen suoritusmodon mukaisessa EDP-laitteessa on päätykappaleet 102 ja 103 sekä seinämä 101, torusmainen AC-elektrodi 107, jäljestettynä kytkettäväksi AC-jännitelähteeseen 113, jonka jännitteellä on tietty aaltomuoto, taajuus ja maksimiarvo suhteessa erääseen referenssipotentiaaliin 210, esimerkiksi maapotentiaaliin nähden. Torus voi olla myös modifioitunut, edullisimmin kuitenkin pyörähdyssymmetrisesti. AC- 15 elektrodin 107 kaarevuus on kuvassa 1 esitetty siten, että AC-elektrodin 107 pinta kaartuu sisäänpäin, kohti pyörähdyssymmetria-akselia. Tällöin kapeimman AC-elektrodin 107 kohdan määrämä isoympyrä määrittelee erään tason joka on oleeellisesti kohtisuorassa kammion kuvitteellista pyörähdyssymmetria-akselia 118 vastaan. Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti AC-elektrodin 107 kaarevuussuunta 20 erotuskammion puolelta on vastakkainen kuvassa 1 esitetylle. AC-elektrodin pintamuodolla erotuskammion puolella on merkityksensä vaihtosähkökentän muodon kannalta. Onton AC-elektrodin tapauksessa elektrodin muulla muodolla on oma merkityksensä sopivan tasaisen virtauksen aikaansaamiseksi sille kaasulle, joka poistuu • J. onton AC-elektrodin kautta.

25

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kuvan 1 laitteessa on myös DC-elektrodit : 104 ja 105, jotka on sijoitettu torusmaisen AC-elektrodin 107 kapeimman kohdan ‘ · ·. * molemmin puolin, symmetrisen pyörähdyskappalemaisesti pyörähdyssymmetria-akselille : 118 kuvan 1 poikkileikkauksen mukaisesti, elektrodien 104, 105 kaarevat pinnat ;30 vastakkain vastakkaisin kaarevuussuunnin. DC-elektrodien 104, 105 kaarevuussuunnat voivat myös olla keskenään samansuuntaiset keksinnön erään edullisen suoritusmuodon :, mukaan. Keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon mukaan molempien DC- ! elektrodien104, 105 kaarevuussuunat ovat vastakkaiset kuvassa 1 esitetyille ;·’ kaarevuuksille. Kuvassa 1 on tyydytty esittämään vain eräs esimerkki keksinnön ; 35 suoritusmuodon mukaisista kaarevuuksista. Todetaan, että AC-elektrodin 107 yhteydessä *; mainittuja elektrodimuotoja kaarevuksineen voidaan yhdistellä erilaisiin DC- elektrodimuotoihin kaarevuksineen keksinnön erilaisten suoritusmuotojen kuvaamiseksi. Elektrodi 105 on edullisesti eristetty eristeellä 106 muusta laitteesta.

40 Kuvassa 1 on esitetty, että elektrodissa 104 on reikä 111 tulovirtauskanavaa varten aerosolivirtauksen ohjaamiseksi erotuskammioon 112. DC-elektrodin 105 läpi kulkee 6 115118 eristeholkki 108, jonka sisällä on johtavaa materiaalia oleva näytteenpidin 109, keräysalustan 110 pitämiseksi elektrodin 105 keskellä, ja toisaalta tasajännitteen kytkemiseksi näytealustalle, kuvan mukaisesti. Edullisesti keräysalusta 110 voi olla järjestetty kytkettäväksi tiettyyn referenssipotentiaaliin, esimerkiksi maapotentiaaliin, 5 (kuten esimerkiksi kuvassa 2) tai kerättäville hiukkasille vastakkaisesmerkkisen jännite-eron turvin aikaansaatuun potentiaaliin (kuten esimerkiksi kuvassa 1) esimerkiksi maapotentiaalin suhteen. Tällöin esimerkiksi positiivisesti varautuneille hiukkasille voidaan käyttää maahan nähden negatiivista jännitettä keräysalustalle. Kanavasta 115, poistoaukon 116 ja ulostulon 117 kautta puhdistettua kaasua voidaan johtaa ulos EDP-10 laitteesta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan AC-elektrodi voi olla ontto kaasuvirtauksen kuljettamiseksi AC-elektrodin pinnan läpi pois erotuskammiosta onttoon tilaan johtavia kaasureikiä, aukkoja, pitkin. Aukot sijaitsevat edullisimmin AC-elektrodin 117b pinnalle työstettyjen urien pohjalla nettovoimakomponentin erotusvaikutuksen maksimoimiseksi. 15 Tällöin kaarevuus voi vaihdella AC-elektrodin pinnalla, mainittujen urien muotojen mukaisesti. Kuvassa 2 on havainnollistettu sellaista keksinnön suroitusmuodon mukaista EDP-laitetta 200 jossa on ontto AC-elektrodi 117b ja siinä aukko 202 osana joukkoa aukkoja, joiden läpi erotuskammiosta 112 voidaan johtaa kaasua onton AC-elektrodin onttoon sisätilaan 201, ja siitä edelleen ulos kanavasta 207. Kuvaan 2 on piirretty AC-20 elektrodin poikkileikkaukseen kohta, jolla on osoitettu aukko 202 kaasun sisäänjohtamiseksi onttoon tilaan 201 AC-elektrodin sisään, mutta keksinnön perusteella on toki selvää, että aukkoja voi olla useita sellaisia, joilla voi olla sama tai toisistaan poikkeva muoto, mitoitus ja/tai sijainti AC-elektrodissa 117b toisiin muihin aukkoihin :. nähden. Erotuskammion puolelta aukko 202 voi olla samanlainen kuin poikkileikkauksen _ · ; · _ 25 perusteella kuvassa 2 on esitetty, mutta sijaitsee edullisesti järjestettynä uraan tai syvennykseen. Tällöin syvennyksen reunalla vallitseva sähkökentän osa voi kohdistaa : " aerosolihiukkasiin nettovoimakomponentin kohti erotuskammion keskiosia poispäin itse ·...* aukosta 202, kun taas neutraali kaasu pääsee virtaamaan aukosta AC-elektrodin 117b j _* onttoon osaan 201, AC-elektrodin uran pohjalla.

30

Kuvan 2 laitteen yhteydessä on esitetty kaksi DC-jännitelähdettä, jotka on yhdistetty sarjaan ja yhdistyspiste 211 on yhdistetty referenssipotentiaaliin 210, johon on esitetyssä :! esimerkissä yhdistetty myös näytteenpidin 109 ja AC-jännitelähteen 113 toinen napa. AC- jännitelähteen 113 ensimmäinen napa on yhdistetty 212 AC-elektrodiinll7b. Edullisesti 35 elektrodi 105 on yhdistetty 214 jännitelähteen 114 siihen napaan, jolla on sama ". polariteetti kuin kerättäväksi tarkoitetuilla hiukkasilla, mutta elektrodi 105 voi olla myös 0-jännitteessä. Vastaavasti, elektrodi 104 voi olla yhdistetty 213 jännitteeseen, jolla on sama polariteetti kuin kerättävillä hiukkasilla, tai 0-jännitteessä. Tällöin sopivalla : polariteetin valinnalla voidaan rajoittaa varattujen hiukkasten keräytymistä muille 40 elektrodipinnoille kuin näytealustalle 110, kuvassa 2b. DC-jännite voi olla tasainen kuten paristojännite, tai myös sykkivä, kuten tasasuunnattu suodattamaton tasajännite.

7 115118

Kuvassa 2 pudistettua kaasua voidaan johtaa ulos kanavasta 207. Kanavasta 115 puhdistettua kaasua voidaan johtaa putkistoa pitkin 203 esimerkiksi seuraavalle asteelle, joka voi olla samanlainen kuin kuvan 1 tai 2 laite, tai jokin muu laite, esimekiksi 5 hiukkaslaskuri hiukkasten määrän laskemiseksi. Kanavasta 115 ja/tai kanavasta 207 voidaan johtaa sopivaa putkistoa pitkin kaasua 204, 205 takaisinkierrätykseen. Tällöin mainittua kaasua voidaan johtaa samalle EDP-laitteelle 200 esimerkiksi sivuvirtauskana-vasta 119 sisään, tai mainittua kaasua voidaan johtaa erästä putkistoa pitkin 204,205,206 soveltuvin osin laitetta 200 edeltävälle ja/tai sen jälkeen virtauksessa mahdollisesti 10 olevalle eräälle toiselle laitteelle.

Kuvassa 2b havainnollistetaan yksityiskohtana 222 näyttenpidintä kuvista 1 ja 2. Kuvassa 2b on näytteenpidinl09 ja sen erääällä pinnalla keräysalusta, näytealusta, 110. Kuvassa on lisäksi myös eristeholkki 108. Lisäksi kuvaan on piirretty aerosolihiukkanen P ja sen 15 hetkellistä kulkusuuntaa havainnollistettu nuolella. Näytteenpidin 109 voi olla esimerkiksi magneetinen, jolloin esimerkiksi nikkelistä TEM-hilaa (Transmission Electron Microscope) voidaan käyttää näytealustana 110. Näytealustassa 110 voi olla myös erityisen tasainen osa, esimekiksi piitä oleva alusta AFM-analyysiä varten (Atom Force Microscope).

20

Kuvassa 3 havainnollistetaan keksinnön erään suoritusmuodon mukaista laitekaskadia 300. Siinä on laite 1 310, laite 2 311, laite 3 312 ja laite 4 313. Laitteita yhdistävät virtausta havainnollostavat nuolet. Virtaus 301 on laitekaskadin sisäänmenovirtaus. Virtaus 302 on laitteen 2 311 sisäänmenovirtaus, mutta samalla laitteen 1 310 eräs J.'t 25 ulostulovirtaus. Laitteelle 1 310 on piirretty toinen sisäänmenovirtaus 309 ja laitteelle 2 ,; 311 on piirretty lisäksi sisäänmenovirtaus 308. Virtaukset 308 ja 309 on otettu laitteen 4 : ‘ ’ ulostulovirtauksesta 307. Laite 4 voi olla esimerkiksi EDP-laite 200 kuvan 2 mukaisesti, ’...: jonka kanavasta 207 on otettu virtaus 307. Kun virtauksessa 301 on varattuja hiukkasia, \ ' · niitä voidaan kerätä laitteen 1 310 paikalle sijoitettavalla EDP-laitteella. Kaskadissa voi : ''; 30 olla myös toinen EDP-laite, esimerkiksi laite 2 311, joka on Saijassa laitteen 1310 kanssa, keräystehokkuuden maksimoimiseksi laitteiden läpi kulkevalla virtauksella. Laitteet 3 312 ja 4 313 ovat rinnankytkettynä, jolloin niiden sisäänmenovirtaukset 303 ja 306 ovat kuvan ‘; mukaisessa esimerkissä 303 ja 306, mainitussa jäijestyksessä. Laitteet 3 ja 4 voivat olla EDP laitteita, esimerkiksi kuvan 2 EDP-laitteen 200 mukaan. Rinnankytkennällä saadaan ; ;': 35 aikaan suurempi virtaus käsitellyksi kuin yhdellä laitteella. Laitteen 3 312 ulosvirtaus 304 .·. ja laitteen 4 ulostulovirtaus 305 on merkitty kuvaan. Nämä virtaukset voidaan ottaa • ’ kunkin EDP-laitteen ulostulosta, esimerkiksi kuvan 2 laitteen tapauksessa kanavasta 207 .: ja/tai kavavasta 116.

40 Mainituista laiteista (taulukko 1 laitteet 1-4) 311, 312, 313, 314 eräs voi olla sähkösuodatin (ESP), sähköinen liikkuvuusanalysaattori (DMA) tai varaaja (VAR).

8 115118 Ääriesimerkkinä laitteesta luetaan sellaiseksi myös ohitusvirtauskanava (OVK). EDP-laitteen sähkökentillä kerätään varattuja hiukkasia. Tällöin ammattimies tietää keksinnön perusteella, että edullisimmin sähkösuodatin tai muu varaaja sijaitsee ylävirtaan EDP-laitteesta, tai ryhmästä sellaisia.

5

Taulukko 1. Esimerkkinä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta laitekaskadista on esitetty järjestelyt 1-4, joissa kussakin laitteet 2-4 voidaan valita siten, että maintun järjestelyn mukaisessa laitekaskadissa on ainakin yksi EDP laite._____ Järjestely 1 Järjestely 2 Järjestely 3 Järjestely 4

Laite 1 DMA VAR_ESP EDP_

Laite 2 DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP,

OVK, EDP OVK, EDP OVK, EDP VAR, OVK, EDP

Laite 3 DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP,

OVK, EDP OVK, EDP OVK, EDP VAR, OVK, EDP

Laite 4 DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, VAR, DMA, ESP, ___| OVK, EDP OVK, EDP OVK, EDP VAR, OVK, EDP

10 Esimerkiksi, kun laite 1 310 on varaaja, niin tällöin EDP-laite kannattaa sijoittaa esimerkiksi laiteen 2 311 paikalle, tai laitteena voisi olla jokin kuvien 1 ja/tai 2 mukainen EDP laite 100, 200 tai sellaisten yhdistelmä. Laitteen 311 kanssa voisi olla keräystehokkuuden optiomoimiseksi toinen EDP-laite 200, ja sen rinnalla kolmas, suuremman virtauksen aikaansaamiseksi rinnankytkettynä, jonka kanassa Saijassa. 15 Taulukon 1 ja keksinnössä esittetyn perusteella ammattimies osaa valita kaskadiin sopivia :: laitteita siten, että kaskadissa on ainakin yksi EDP-laite, jolla voidaan kerätä varattuja hiukkasia. Taulukko 1 ei sinänsä rajoita EDP-laitteiden kombinaatioden joukkoa ja kytkemismahdollisuuksia keskenään rinnan ja/tai Saijaan, eikä myöskään sinänsä EDP-laitten kytkemisvariaatioita sellaiseen laitekskadiin, jossa on eräs keksinnön .! 20 suoritusmuodon mukainen EDP laite. Jos kaskadijäqestelyssä on muita kuin keksinnön • ’ ’ mukaisia EDP-laitteita mukana, on myös selvää, että laitteilla voi olla erilaisia virtauksia sisään ja ulos, jolloin ammattimies osaa varustaa kunkin mainitun muun laitteen sille '* sopivin virtaus- ja/tai sähkönsyöttöjäijestelyin laitekaskadin käyttötarkoituksen : perusteella. Taulukon 1 kuvauksesta käy ilmi myös joukko muita laitekaskadeja, mutta 25 ollakseen keksinnnön suoritusmuodon mukainen, laitekaskadissa tulee olla ainkin yksi • EDP-laite. Lisäksi todetaan, että aivan kaikki taulukon 1 esittämät EDP-yhdistelmät eivät ole edullisia keksinnön suoritusmuotoja t ; Sellaisessa laitekaskadissa, jossa on vähintään kaksi EDP-laitetta ja/tai astetta ja siten 30 kaksi AC-elektrodia 107, niiden kaarevuudet voivat olla poikkileikkaukseltaan poikkeavia keskenään, myös erotuskammion 112 puolelta katsottuna.

9 115118

Kuvassa 3 on esitetty esimerkkinä kaavio sellaisesta keksinnön suoritusmuodon mukaisesta EDP laitteesta, joka on kytektty kaskadiksi useammasta, esimerkiksi kuvan 1 ja/tai kuvan 2 mukaisesta EDP-laitteesta. Tällöin laitteessa on eräs ensimmäinen aste ja 5 toinen aste yhdistettynä toisiinsa ensimmäisen ulostulosta toisen asteen sisäänmenoon. Toisen asteen sisäänmeno voi olla päävirtauskanavaan johtava tai sivuvirtauskanavaan johtava, esimerkiksi takaisinkierrätyksen aikaansaamiseksi. Ensimmäisen asteen ulostulosta voidaan virtaus johtaa myös toisen vastaavanlaisen EDP-laitteen muodostamalle rinnakkaiselle toiselle asteelle, vaikka kuvassa onkin vain yksi toinen aste 10 piirrettynä yksinkertaisuuden vuoksi. Toiminnan optimoimiseksi voidaan kukin kaskadin aste varustaa omilla AC- ja/tai DC-säädöillä tai asetuksilla jos kaskadissa toinen laite on EDP-laite. Vaikka kuvaan ei olekaan piirretty kuin yksi EDP-laite toiseksi laitteeksi, voi toinen laite olla myös esimerkiksi sinänsä tunnettu sähköinen liikkuvuusanalysaattori, sähkösuodatin tai varaaja sekä myös eräs taulukon 1 mukainen laitekaskadijärjestely. 15 Tällöin esimerkiksi sähköisellä luokittelijalla voidaan valita tietyn liikkuvuuden omaavia hiukkasia eräälle EDP-laitteelle kerättäväksi. Hiukkaset voidaan myös erikseen varata erillisellä varaajalla ennen erään EDP-laitetteen muodostamaa astetta, vaikka esimerkiksi ilmassa olevilla hiukkasilla onkin tietty varausjakauma luonnostaan. Tällöin saavutetaan etuna enemmän varattuja hiukkasia ja suurempi hiukkassaanto kuin varaamattomalla 20 aerosolilla.

Vastaavia asteita voi olla myös useita sellaisia, jotka on järjestetty joko sarjaan, toistuvan toiminnan vaikutuksen maksimoimiseksi tai rinnan toimintakapasiteetin kasvattamiseksi. On myös mahdollista jäljestää takaisinkytkentä kertaalleen käsitellyn 25 aerosolikomponentin johtamiseksi esimerkiksi kanavasta 115 tai sen jatkeelta esimerkiksi ‘ putkella ja/tai kanavalla uudelleenkäsiteltäväksi, joko eräällä EDP-asteella, selalisen ·’ '* toiminnallisella edeltäjällä virtauksen vastavirransuunnassa ja/tai seuraajalla • * · ·,,,·* myötävirtasuunnassa. Tällöin voidaan käyttää sellaisessa asteessa olevaa syöttökanavaa 119 ja/tai päävirtauskanavaa 111. Ammattimies tietää keksinnön perusteella, että ;30 jännitteet ja virtaukset eri asteissa voivat olla toisistaan poikkeavia kunkin asteen keräystehokkuuden optimoimiseksi.

; Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan keräysalustaksi on asetettavissa vaihtoehtoisesti aiemmin esitetyille, erään DC-elektrodin 104, 105 päälle sen muotoilun mukainen kalvo, ; 35 jolla on eräs paksuus ja joka edullisimmin on etukäteen muotoiltu DC-elektrodin muotoja noudattamaan kuitenkin siten, että mainittu kalvo ei estä elektrodin läheisyydessä tai läpi ' suunatutuvan virtauksen kulkua haitallisessa määrin tai tuki kanvaa. Kalvo voi olla : yhdeltä puolelta eristettä ja toiselta johtavaa materiaalia. Keksinnön erään toisen ; suoritusmuodon mukaan DC-elektrodin sisään tai mainitun kalvon alle, tai kalvon erään 40 johtavan puolen toimiessa DC-elektrodina, voidaan asettaa säteilynilmaisin sellaisen säteilyn tarkkailemiseksi, joka on peräisin mainitulle kalvolle keräytyvän aineen mukana 10 115118 olevasta radioaktiivisesta aineesta. Ilmaisin voi olla esimerkiksi natrium-iodidi ilmaisin, germanium-ilmaisin tai jokin muu radioaktiivisten aineiden tunnistuksessa käytettävä sinänsä tunnettu ilmaisin.

t » » »

Claims (11)

11 115118

1. Menetelmä hiukkasten keräämiseksi virtaavasta väliaineesta näytteenottoa ja/tai kaasun puhdistusta varten, jossa menetelmässä kerättävät hiukkaset varataan sähköisesti, 5 johdetaan kaasuvirtauksen mukana pyörähdyssymmmetriseen erotuskammioon elektrodin rajaaman tilan läpi, ohjattaviksi keräyskohtioon sähkökenttien avulla, tunnettu siitä, että virtauksesta keräyskohtioon suunnatut hiukkaset keskitetään virtaukseen nähden poikittaisen rengasmaisen AC-kentän säteen suuntaisen komponentin avulla ja keskitettyjä hiukkasia ohjataan keräyskohtioon mainittuun AC-kentän komponenttiin 10 nähden ristikkäisen DC-kentän avulla.

2. En apparat för att uppsamla partiklar ur en strömmande gas för provtagning och/eller rengöming av gasen, vilken apparat innefattar en separationskammare (112), en 5 inströmningskanal (111) för att leda gasströmmen till en separationskammare, en utströmningskanal (115, 116, 117) för att leda gasström ur separationskammaren (112), ett uppsamlingssubstrat (110) i separationskammaren (112) och elektroder (104,105,107, 109) för att bilda ett elektriskt fält i separationskammaren (112) med avsikt att styra partiklama som skall uppsamlas mot uppsamlingssubstratet (110), kännetecknad av att 10 uppsamlingssubstratet (110) är belägen mittemot inströmningskanalen (111), som öppnas till separationskammaren (112), vilken omges av en AC-elektrod (107) arrangerad för att bilda ett AC-fält, vilken AC-elektrod (107) är rotationssymetriskt ordnad i relation till separationskammaren (112), och av att separationskammaren (112) pä sinä motsäende sidor har rotationssymmetriska DC-elektroder för att i separationskammaren (112) bilda 15 ett DC-fält korsande det plan, som defmeras av AC-elektrodens trängaste ställe.

2. Laite hiukkasten keräämiseksi virtaavasta kaasusta näytteenottoa ja/tai kaasun puhdistusta varten, joka laite käsittää erotuskammion (112), tulovirtauskanavan (111) kaasuvirtauksen johtamiseksi erotuskammioon, poistovirtauskanavan (115, 116, 117) 15 kaasuvirtauksen johtamiseksi ulos erotuskammiosta (112), keräyskohtion (110) erotuskammiossa (112) ja elektrodeja (104, 105, 107, 109) sähkökentän synnyttämiseksi erotuskammioon (112) tarkoituksena kerättävien hiukkasten ohjaaminen keräyskohtioon (110), tunnettu siitä, että keräyskohtio (110) on vastapäätä tulovirtauskanavaa (111), joka avautuu erotuskammioksi (112), jota ympäröi AC-kentän synnyttämiseksi jäljestetty AC-20 elektrodi (107) pyörähdyssymmetrisesti erotuskammion suhteen, ja siitä että erotuskammion vastakkaisilla puolilla on pyörähdyssymmetriset DC-elektrodit AC-elektrodin (107, 117b) kapeimman kohdan määrittelemään erääseen tasoon nähden rstikkäisen DC-kentän synnyttämiseksi erotuskammioon (112).

3. En apparat enligt patentkrav 2, kännetecknad av att uppsamlingssubstratet (110) är ett löstagbart uppsamlingssubstrat eller elektroddel.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä että keräyskohtiona on irrotettava näytteenkeruualusta tai elektrodin osa.

4. En apparat enligt patentkrav 2, kännetecknad av att i uppsamlingssubstratet är arrangerat en yta för partikeldeposition sä, att nämda yta är en av följande: ytan av en vätskefilm, ytan av ett filmband eller den inre ytan av ett rör i ett utrymme, som ligger efter ett frän separationskammare ledande undertryckbelastat häl. ! 25

5. En apparat enligt patentkrav 2, kännetecknad av att AC-elektroden (117b) har en första perforerad (202) yta arrangerad för att leda gasström in i en kavitet (201) i AC-elektroden (117b).

: 6. En apparat enligt patentkrav 5, kännetecknad av att kaviteten i AC-elektroden ; 30 (117b) har ett avlopsrör (207) för avlägsnande av gasströmmen med ställbar och/eller reglerbar strömhastighet.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä että keräyskohtiossa on : järjestetty pinta hiukkasdepositiota varten, jolloin mainittu pinta on yksi seuraavista: : . 30 nestekalvopinta, nauhakalvon pinta tai putken sisäpinta alipaineistetun erotuskammiosta pois johtavan erään reiän jälkeisessä tilassa. 1 2 3 Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä että AC-elektrodissa (117b), on rei'itetty (202) ensimmäinen pinta kaasuvirtauksen johtamiseksi AC-elektrodin (117b) . 35 sisällä olevaan onteloon (201). » ‘ 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä että AC-elektrodin (117b) 2 ontelossa (201) on poistoputki (207) kaasuvirtauksen poistamiseksi asetettavalla ja/tai : säädettävissä olevalla virtausnopeudella. 40 3 Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on ,2 115118 kaasuvirtauksen ainakin osittainen takaisinkierrätyskytkentä.

7. En apparat enligt patentkrav 5 eller 6, kännetecknad av att den har en ätminstone ‘ partiell äterloppskäppling av gasströmmen. : : 35 »

8. En apparat enligt patentkrav 2, kännetecknad av att uppsamlingssubstratets uppsamlingsunderlägg är separeat frän DC-elektroden (104, 105) sä, att ett elektriskt fält : kan kopplas mellan nämnda uppsamlingssubstratet och DC-elektroden (104,105).

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että keräyskohtion keräysalusta on erotettu DC-elektrodista (104, 105) siten, että mainittujen keräyskohtion 5 ja DC-elektrodin (104,105) välille on kytkettävissä sähkökenttä.

9. En apparat enligt patentkrav 2, kännetecknad av att AC-elektroden (107) har ett ur en konisk sektion Mrledbart tvärsnitt och att den (107) har ordnats att forma ett elektrisk m 115118 j fait, som har en viss maximal styrka, frekvens och vagform.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että AC-elektrodilla (107) on eräs kartioleikkauksesta johdettavissa oleva poikkileikkaus ja että se (107) on jäljestetty muodostamaan sähkökenttä, jolla on tietty maksimivoimakkuus, taajuus ja aaltomuoto. 10

10. En apparat enligt vilket som heist av patentkraven 2-9 kännetecknad av att den har en DC-elektrod (104, 105), som har ordnats för att koppia en strälningsdetektor in i 5 nämda DC-elektrod.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 2-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on DC-elektrodi (104, 105), joka on jäljestetty säteilyilmaisimen kytkemiseksi mainitun DC-elektrodin sisään.

11. Laitejäijestely, jossa on eräs ensimmäinen laite jäljestettynä kaasuvirtauksen kannalta katsottuna rinnan ja/tai Saijaan kytkettäväksi erään toisen laitteen kanssa, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen laite on laite hiukkasten keräämiseksi virtaavasta kaasusta näytteenottoa ja/tai kaasun puhdistusta varten, joka laite käsittää erotuskammion (112), tulovirtauskanavan (111) kaasuvirtauksen johtamiseksi 20 erotuskammioon, poistovirtauskanavan (115,116,117) kaasuvirtauksen johtamiseksi ulos erotuskammiosta (112), keräyskohtion (110) erotuskammiossa (112) ja elektrodeja (104, 105, 107, 109) sähkökentän synnyttämiseksi erotuskammioon (112) tarkoituksena kerättävien hiukkasten ohjaaminen keräyskohtioon (110), jolloin keräyskohtio (110) on vastapäätä tulovirtauskanavaa (111), joka avautuu erotuskammioksi (112), jota ympäröi 25 AC-kentän synnyttämiseksi järjestetty AC-elektrodi (107) pyörähdyssymmetrisesti erotuskammion suhteen, ja siitä että erotuskammion vastakkaisilla puolilla on : *· pyörähdyssymmetriset DC-elektrodit AC-elektrodin (107, 117b) kapeimman kohdan määrittelemään erääseen tasoon nähden rstikkäisen DC-kentän synnyttämiseksi erotuskammioon (112), ja siitä että mainittu toinen laite on yksi seuraavista: sähköinen ;1' ‘. 30 liikkuvuusanalysaattori, sähkösuodatin, varaaja ja mainittu ensimmäinen laite. Patenkrav • 1. En metod för att uppsamla partiklar ur ett strömmande medium för provtagning . 35 och/eller rengöming av gas, i vilken metod partiklama, som skall uppsamlas, laddas elektriskt, ledes med en gasström tili en rotationssymetrisk separationskammare genom » ett utrymme som är begränsat av en elektrod sä, att partiklar blir styrda mot ett : uppsamlingssubstrat med hjälp av elektriska falt, kännetecknad av att partiklama, som är : riktande frän strömmen mot uppsamlingssubstratet, centreras med en radiel komponent 40 tili ett ringformigt AC-falt, som är riktat i strömmens tvärrikting, och centrerade partiklar styrs mot uppsamlingssubstratet med ett DC-fält som är i korsande vinkel med komponenten till nämnda AC-falt ,3 115118

11. En apparatanording, som innefattar en första apparat anordand fran gaströmmen sett parallellt och/eller i serie kopplad med en annan apparat, kännetecknad av att nämda första apparat är en apparat för att uppsamla partiklar ur en strömmande gas för 10 provtagning och/eller rengöming av gasen, vilken apparat innefattar en separationskammare (112), en inströmningskanal (111) för att leda gasströmmen tili en separationskammare, en utströmningskanal (115, 116, 117) för att leda gasström ur separationskammaren (112), ett uppsamlingssubstrat (110) i separationskammaren (112) och elektroder (104, 105, 107, 109) för att bilda ett elektriskt fält i separationskammaren 15 (112) med avsikt att styra partiklama som skall uppsamlas mot uppsamlingssubstratet (110), i vilken apparat uppsamlingssubstratet (110) är belägen mittemot inströmningskanalen (111), som öppnas tili separationskammaren (112), vilken omges av en AC-elektrod (107) arrangerad för att bilda ett AC-falt, vilken AC-elektrod (107) är rotationssymetriskt ordnad i relation till separationskammaren (112), och av att 20 separationskammaren (112) pä sinä motsäende sidor har rotationssymmetriska DC-elektroder för att i separationskammaren (112) bilda ett DC-falt korsande det pian, som defineras av AC-elektrodens trängaste ställe, och att nämda andra apparat är en av föjande: en elektrisk mobilitetsanalysator, ett elektrofilter, en laddare och en nämnd första apparat. » t