KR102357546B1 - Apparatus and method for separating materials - Google Patents
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Abstract
본 발명의 예시 양태에 따라서, 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 정화될 공기(3)를 유입시키기 위한 입구(2), 수집 챔버(4), 정화된 공기를 위한 출구(6), 액추에이터를 갖는 전압원, 및 이온 수율 팁(10)이 결합되는 체결 칼럼(9)을 포함하고, 장치(1)는 이온 수율 팁(10)으로부터 수집 표면(12)으로 이온 빔(11)을 제공하는 이온 수율 팁(10)에 높은 장력을 안내하도록 구성되며, 전기를 전도하는 수집 표면(12)은 전기 절연에 의해 수집 챔버(4)의 외부 벽(5)으로부터 전기적으로 절연되며, 장치(1)는 수집 표면(12)으로 안내되는 전압보다 이온 수율 팁(10)에 대해 반대 부호의 전압을 안내하도록 구성되고, 이온 수율 팁(10)은 길이(Lcoi)를 갖는 체결 칼럼(9)의 표면(13) 상에 직접 배열되며, 이온 수율 팁(10)은 체결 칼럼의 표면(13)으로부터 수집 챔버(4)의 공동(14)으로 돌출된다.According to an exemplary aspect of the invention, there is provided a device (1) for separating material in the form of particles and/or droplets from a gas stream, said device (1) comprising an inlet (2) for introducing air (3) to be purified , a collection chamber (4), an outlet (6) for purified air, a voltage source having an actuator, and a fastening column (9) to which an ion yield tip (10) is coupled, the device (1) comprising an ion yield tip ( configured to guide a high tension to an ion yield tip 10 providing an ion beam 11 from 10 to a collection surface 12, the collecting surface 12 conducting electricity being electrically isolated from the collection chamber 4 ) electrically insulated from the outer wall 5 of 10 is arranged directly on the surface 13 of the fastening column 9 having a length L coi , and the ion yield tip 10 is directed from the surface 13 of the fastening column to the cavity 14 of the collection chamber 4 . ) is projected as
Description
본 발명은 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for separating material in the form of particles and/or droplets from a gas stream. The invention also relates to a method for separating a material in the form of particles and/or droplets from a gas stream.
현재, 필터, 사이클론, 또는 전기 필터 또는 이온 블로우 방법과 같은 전기 방법이 가스 정화 시스템에서 그리고 가스 흐름으로부터 입자를 분리하기 위해 사용된다. 가스 흐름으로부터 입자 또는 액적을 분리하기 위한 방법 및 장치는 예를 들어, DE 1471620 A1 및 DE 19751984 A1에 공지되어 있다.Currently, filters, cyclones, or electric methods such as electric filters or ion blow methods are used in gas purification systems and to separate particles from the gas stream. Methods and devices for separating particles or droplets from a gas stream are known, for example, from DE 1471620 A1 and DE 19751984 A1.
현재 사용되고 있는 공기 청정기는 공기로부터 원하지 않는 입자를 기계적으로 추출하기 위해 필터를 사용하는 종래의 방법으로부터 멀어졌다. 이러한 종래의 여과 시스템은 공기 흐름을 느린 흐름 스트림으로 제한되어야 하고 필터가 세척을 위해 주기적으로 제거되어야 한다는 단점이 있다. 또한, 입자가 나노미터 내지 수십 나노미터 범위의 직경을 갖는 경우, 공지된 기술로는 양호한 세정 결과를 달성할 수 없다.Air purifiers currently in use have moved away from conventional methods of using filters to mechanically extract unwanted particles from the air. These conventional filtration systems have the disadvantage that the air flow must be limited to a slow flow stream and the filter must be periodically removed for cleaning. Also, when the particles have a diameter in the range of nanometers to several tens of nanometers, good cleaning results cannot be achieved with known techniques.
사이클론의 작동은 가스 흐름 속도의 감소에 기초하여 가스 흐름의 무거운 입자가 수집 기관으로 떨어지도록 한다. 사이클론은 따라서 무거운 입자를 분리하는데 적용가능하다.The operation of the cyclone causes heavy particles of the gas flow to fall into the collection organ based on a decrease in the gas flow velocity. Cyclone is therefore applicable to separating heavy particles.
전기 필터에서, 가스로부터 입자의 분리는 수집 플레이트 또는 파이프의 내부 표면에서 수행된다. 전기 필터에서 흐르는 가스의 속도는 일반적으로 1.0 m/초 미만이어야 하며 제조자의 권장 사항은 약 0.3-0.5 m/초이다. 가스 유속이 작은 이유는 유속이 빠를수록 입자가 플레이트 상에 쌓인 입자를 방출하여 감소 효율(reduction efficiency)이 상당히 감소하기 때문이다. 전기 필터의 작동은 입자의 정전기 전하에 기초한다. 그러나, 나노 메트릭 카테고리에서 입자를 전기적으로 충전하는 것은 어렵다. 또한 모든 재료가 전기적으로 대전되는 것은 아니다. 수집 플레이트의 세척 단계로 인해 가스 흐름 속도도 낮아야 한다. 플레이트를 세척할 때, 수집된 입자 재료를 방출하여 플레이트로 블로우가 유도된다. 정화 단계 동안 플레이트로부터 방출되는 가장 작은 양의 입자 재료만이 유동 기체로 되돌아갈 것이라는 것이 의도이다. 가스 흐름 속도가 낮으면 트로프를 통과하는 허용가능 입자가 구현된다.In electric filters, the separation of particles from the gas is carried out on the inner surface of the collecting plate or pipe. The velocity of the gas flowing through the electric filter should generally be less than 1.0 m/sec, and the manufacturer's recommendation is about 0.3-0.5 m/sec. The reason why the gas flow rate is small is that the faster the flow rate, the more the particles eject the particles accumulated on the plate, which significantly reduces the reduction efficiency. The operation of an electric filter is based on the electrostatic charge of the particles. However, it is difficult to electrically charge particles in the nanometric category. Also, not all materials are electrically charged. Due to the cleaning step of the collection plate, the gas flow rate must also be low. When the plate is washed, a blow is induced into the plate by releasing the collected particulate material. It is intended that only the smallest amount of particulate material released from the plate during the purge step will be returned to the flowing gas. Low gas flow rates result in acceptable particles passing through the trough.
또한, 전기 공기 청정기는 이온화된 가스에서 전하의 특성을 이용하고 유도된 기류로부터 대전된 입자를 추출하기 위해 정전기 수단을 사용한다. 이 추출 방법은 추출되는 입자의 전체 양뿐만 아니라 입자의 유형 측면에서도 효율을 향상시킨다. 공기 청정기는 전형적으로 전기장이 이들 하전 입자와 상호 작용하는 양 또는 음하전 입자의 특성을 이용한다. 하전된 입자는 전기장에 반응하여 수집 표면으로 이온 블로우를 향해 당겨진다.In addition, electric air purifiers exploit the properties of the electric charge in the ionized gas and use electrostatic means to extract the charged particles from the induced airflow. This extraction method improves the efficiency not only in terms of the total amount of particles being extracted, but also in terms of the types of particles. Air purifiers typically take advantage of the properties of positively or negatively charged particles with which an electric field interacts with these charged particles. The charged particles are pulled towards the ion blow to the collecting surface in response to the electric field.
예를 들어, 문헌 EP 1165241 B1은 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 방법 및 장치를 개시하며, 이 방법에서 가스 흐름은 외부 벽이 접지되는 수집 챔버를 통해 유도되고, 높은 장력이 수집 챔버 내에 배열된 이온 수율 팁을 향하여 유도되며, 이에 따라 수집 표면을 향하여 이온 수율 팁으로부터 이온 흐름을 제공하고 가스 흐름으로부터 요구된 재료를 분리한다. 본 발명의 특징은 전기를 전도하는 수집 표면이 외부 케이싱으로부터 전기적으로 절연되고, 이온 수율 팁으로 유도된 높은 장력이 수집 표면으로 향할 때 직류 전압의 반대 부호를 갖는 높은 장력이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 절연은 ABS로 이루어지고, 표면 전도성 전기는 절연 층 상에 배열 된 얇은 크롬 층을 포함한다. 이온 수율 팁은 링 형태로 배열되며, 이에 따라 이온 수율 팁과 수집 표면 사이의 거리가 더 짧아진다. 따라서, 느린 가스 흐름에 포함된 일부 입자는 이온 빔을 통과하지 않고 대신 고정 로드와 이온 수율 팁 사이를 통과한다.For example, document EP 1165241 B1 discloses a method and apparatus for separating a material in the form of particles and/or droplets from a gas stream, in which the gas stream is directed through a collection chamber to which the outer wall is grounded, A high tension is induced towards the ion yield tip arranged within the collection chamber, thereby providing an ion flow from the ion yield tip towards the collection surface and separating the desired material from the gas flow. A feature of the present invention is that the collecting surface, which conducts electricity, is electrically insulated from the outer casing, and the high tension induced by the ion-yielding tip has a high tension with the opposite sign of the DC voltage as it is directed towards the collection surface. According to one embodiment of the invention, the electrical insulation is made of ABS and the surface conductive electricity comprises a thin layer of chromium arranged on the insulating layer. The ion-yielding tips are arranged in a ring shape, which results in a shorter distance between the ion-yielding tips and the collection surface. Therefore, some particles contained in the slow gas flow do not pass through the ion beam, but instead pass between the stationary rod and the ion yield tip.
전술한 관점에서, 감소 효율을 추가로 개선하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다. 시스템은 산업 규모로 제조될 수 있어야 한다.In view of the foregoing, it would be advantageous to provide methods and systems that further improve reduction efficiency. The system must be capable of being manufactured on an industrial scale.
본 발명은 독립항의 특징에 의해 정의된다. 일부 특정 실시예는 종속항에 정의된다.The invention is defined by the features of the independent claims. Some specific embodiments are defined in the dependent claims.
본 발명의 일 양태에 따라서, 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 정화될 공기를 유입시키기 위한 입구, 수집 챔버, 정화된 공기를 위한 출구, 액추에이터를 갖는 전압원, 및 이온 수율 팁이 결합되는 체결 칼럼을 포함하고, 장치는 이온 수율 팁으로부터 수집 표면으로 이온 빔을 제공하는 이온 수율 팁에 높은 장력을 안내하도록 구성되며, 전기를 전도하는 수집 표면은 전기 절연에 의해 수집 챔버의 외부 벽으로부터 전기적으로 절연되며, 장치는 수집 표면으로 안내되는 전압보다 이온 수율 팁에 대해 반대 부호의 전압을 안내하도록 구성되고, 이온 수율 팁은 길이를 갖는 체결 칼럼의 표면 상에 직접 배열되며, 이온 수율 팁은 체결 칼럼의 표면으로부터 수집 챔버의 공동으로 돌출된다.According to one aspect of the invention, there is provided an apparatus for separating material in the form of particles and/or droplets from a gas stream, said apparatus comprising an inlet for introducing air to be purified, a collection chamber and an outlet for purified air a voltage source having an actuator, and a fastening column to which the ion yield tip is coupled, wherein the device is configured to guide a high tension to the ion yield tip providing an ion beam from the ion yield tip to the collection surface, the collecting device conducting electricity the surface is electrically insulated from the outer wall of the collection chamber by electrical insulation, the device configured to guide a voltage of an opposite sign to the ion yield tip than the voltage guided to the collection surface, the ion yield tip having a length Arranged directly on the surface of the ion-yielding tip, the ion-yielding tip protrudes from the surface of the fastening column into the cavity of the collection chamber.
제1 양태의 다양한 실시예는 다음의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다:Various embodiments of the first aspect may include one or more of the following features:
수집 챔버는 원통형, 타원형 또는 환형으로 형성된다.The collection chamber is formed in a cylindrical, oval or annular shape.
체결 칼럼은 원통형, 타원형 또는 환형으로 형성된다.The fastening column is formed in a cylindrical, oval or annular shape.
원통형 체결 칼럼의 직경은 40-150 mm, 바람직하게는 80-120 mm, 예를 들어, 100 mm이다.The diameter of the cylindrical fastening column is 40-150 mm, preferably 80-120 mm, for example 100 mm.
타원형 체결 칼럼의 주 축은 40-150 mm, 바람직하게는 80-120 mm, 예를 들어, 100 mm이고, 및/또는 타원형 체결 칼럼의 주 축은 20-120 mm, 바람직하게는 50-100 mm, 예를 들어, 80 mm이다.The main axis of the elliptical fastening column is 40-150 mm, preferably 80-120 mm, for example 100 mm, and/or the main axis of the elliptical fastening column is 20-120 mm, preferably 50-100 mm, e.g. For example, it is 80 mm.
수집 챔버의 최대 직경 또는 최대 주 축은 200-1600 mm의 범위이다.The maximum diameter or maximum major axis of the collection chamber is in the range of 200-1600 mm.
전압은 10-100 kV, 바람직하게는 10-60 kV이다.The voltage is 10-100 kV, preferably 10-60 kV.
전류는 50-5000 μA, 바람직하게는 400-2300 μA, 예를 들어 1500 μA이다.The current is 50-5000 μA, preferably 400-2300 μA, for example 1500 μA.
이온 수율 팁의 길이는 1-40 mm, 바람직하게는 5-20 mm이다.The length of the ion yield tip is 1-40 mm, preferably 5-20 mm.
이온 수율 팁은 체결 칼럼의 표면 주위에 나선형으로 감겨진다.The ion yield tip is spirally wound around the surface of the fastening column.
공기의 체적 유량은 20 - 800 m3/h, 예를 들어 200 m3/h이다.The volumetric flow rate of air is 20 - 800 m 3 /h, for example 200 m 3 /h.
공동을 통과하는 공기 흐름의 속도는 0.5 - 2.5 m/s, 예를 들어, 1.0 m/s 초과이다.The velocity of the air flow through the cavity is 0.5 - 2.5 m/s, for example greater than 1.0 m/s.
일련의 이온 수율 팁의 복수의 이온 수율 팁은 서로 등거리로 배열된다.A plurality of ion yield tips of a series of ion yield tips are arranged equidistant from each other.
이온 수율 팁의 적어도 일부는 다운스트림 방향으로 체결 칼럼의 표면에 대해 40°-50°, 바람직하게 45°의 각도로 배향되고, 업스트림 방향으로 체결 칼럼의 표면에 대해 40°-50°, 바람직하게 45°의 각도로 배향되며, 또는 체결 칼럼의 표면에 대해 80°-100°, 체결 칼럼의 표면에 수직으로 배향된다.At least a portion of the ion yield tip is oriented at an angle of 40°-50°, preferably 45° to the surface of the fastening column in the downstream direction, and 40°-50° to the surface of the fastening column in the upstream direction, preferably It is oriented at an angle of 45°, or 80°-100° relative to the surface of the fastening column, perpendicular to the surface of the fastening column.
체결 칼럼은 밀폐된 몸체를 형성하는 외부 표면을 포함한다. The fastening column includes an outer surface defining an enclosed body.
장치는 수집 표면과 체결 칼럼 사이의 공동을 통하여 공기 흐름을 유도하도록 구성된다.The device is configured to direct an air flow through the cavity between the collecting surface and the fastening column.
밴드의 적어도 일부 또는 수집 챔버의 외부 벽의 적어도 일부는 전기 전도성 재료로 제조되고, 수집 챔버의 외부 벽을 둘러싸는 밴드는 접지된다.At least a portion of the band or at least a portion of an outer wall of the collection chamber is made of an electrically conductive material, and the band surrounding the outer wall of the collection chamber is grounded.
본 발명의 제2 양태에 따라서, According to a second aspect of the invention,
가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 수집 챔버를 통하여 가스 흐름을 안내하는 단계, 수집 챔버의 외부 벽으로부터 절연되는 전기를 전도하는 수집 표면과 체결 칼럼 사이에 가스 흐름을 위한 공동을 제공하는 단계, 길이 및 직경을 갖는 체결 칼럼의 표면 상에 이온 수율 팁을 제공하는 단계 - 상기 이온 수율 팁은 수집 챔버의 공동 내로 체결 칼럼의 표면으로부터 돌출됨 - , 수집 표면과 이온 수율 팁 사이에 고장력을 생성하는 단계, 수집 표면으로 이온 수율 팁으로 지향된 고장력보다 반대 부호의 직류 전압을 갖는 고장력을 안내하는 단계, 가스 흐름으로부터 재료의 적어도 일부를 수집 챔버 내에서 분리하는 단계를 포함한다.A method is provided for separating material in the form of particles and/or droplets from a gas stream, the method comprising: directing the gas flow through a collection chamber, an electrically conductive collection surface insulated from an exterior wall of the collection chamber; providing a cavity for gas flow between the fastening columns, providing an ion yield tip on a surface of the fastening column having a length and a diameter, the ion yield tip protruding from the surface of the fastening column into the cavity of the collection chamber , creating a high tension between the collection surface and the ion yield tip, directing the high tension force with a direct voltage of opposite sign than the high tension directed to the ion yield tip to the collection surface, withdrawing at least a portion of the material from the gas flow into the collection chamber separating from within.
제2 양태의 다양한 실시예가 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함한다:Various embodiments of the second aspect include one or more of the following features:
가스 흐름은 수집 표면과 체결 칼럼의 표면 사이의 공동을 통해 안내된다.The gas flow is directed through a cavity between the collecting surface and the surface of the fastening column.
가스 흐름은 체결 칼럼의 표면을 따라 안내된다.The gas flow is guided along the surface of the fastening column.
가스 흐름은 수집 표면과 이온 수율 팁 사이의 공동 내의 전기장에 노출되며, 가스 내에 수용된 모든 재료를 공동을 통하여 흐른다.The gas stream is exposed to an electric field in the cavity between the collection surface and the ion yield tip, and flows through the cavity any material contained in the gas.
10 - 100 kV의 전압, 바람직하게는 10 - 60 kV의 전압이 이 방법에서 사용된다.A voltage of 10 - 100 kV, preferably a voltage of 10 - 60 kV, is used in this method.
40-150 mm 범위의 체결 칼럼의 직경이 이 방법에서 사용된다.The diameter of the fastening column in the range of 40-150 mm is used in this method.
50-5000 μA, 바람직하게 400-2300 μA, 예를 들어, 1500 μA의 전류가 사용된다.A current of 50-5000 μA, preferably 400-2300 μA, eg 1500 μA is used.
가스 흐름은 20-800 m3/h, 예를 들어 200 m3/h의 공기의 체적 유량으로 공동을 통하여 안내된다.The gas flow is guided through the cavity at a volume flow rate of air of 20-800 m 3 /h, for example 200 m 3 /h.
가스 흐름은 0.5-2.5 m/s, 예를 들어, 1.0 m/s 초과의 속도로 캐비티를 통하여 안내된다.The gas flow is guided through the cavity at a velocity greater than 0.5-2.5 m/s, for example 1.0 m/s.
상당한 이점이 본 발명의 특정 실시예에 의해 구현된다. 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하는 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 특정 실시예에 의해 가스 흐름으로부터 재료의 분리가 향상될 수 있다. 특히, 높은 감소 효율이 달성될 수 있다.Significant advantages are realized by certain embodiments of the present invention. Systems and methods are provided for separating materials in the form of particles and/or droplets from a gas stream. Separation of material from a gas stream may be improved by certain embodiments of the present invention. In particular, a high reduction efficiency can be achieved.
놀랍게도, 체결 컬럼의 직경을 증가시켜 공동의 국부 흐름 속도를 증가시키는 것은 공지된 시스템과 비교하여 감소 효율을 감소시키지 않는다. 놀랍게도, 체결 컬럼과 수집 표면 사이의 공동에서 증가된 전기장 및 전류의 효과는 가스 흐름의 고속의 효과보다 더 중요한 것으로 보인다. 예를 들어, 직경 100mm의 체결 컬럼을 사용하고, 60kV의 전압을 사용하고 1400μA의 전류를 사용하는 본 발명의 특정 실시예에 따른 장치는, 예를 들어 50-200 nm 초과의 크기를 갖는 입자에 대해 우수한 감소 효율을 제공하였다. 감소 효율은 본 발명의 특정 구체예에 의해 약 70 % 내지 약 80 %로 향상될 수 있다. 적절한 양의 이온 수율 팁이 체결 컬럼의 표면에 직접 배열될 수 있다. 가스 흐름은 이온 수율 팁과 수집 표면 사이의 공동의 전기장에 노출되며 가스에 포함된 모든 재료는 공동을 통해 흐른다. 전기장 외부의 링을 통한 가스 흐름은 없다. 특정 실시예에 따르면, 감소 효율은 또한 직경이 1 나노미터 내지 10 나노미터 또는 20 나노미터 또는 수십 나노미터로 변하는 입자 및/또는 액적에 대해 개선될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 또한 직경이 10 나노미터 미만인 입자 및/또는 액적의 감소 효율을 향상시킨다.Surprisingly, increasing the diameter of the fastening column to increase the local flow rate of the cavity does not reduce the reduction efficiency compared to known systems. Surprisingly, the effect of the increased electric field and current in the cavity between the fastening column and the collecting surface appears to be more important than the effect of the high velocity of the gas flow. For example, a device according to a particular embodiment of the present invention using a fastening column with a diameter of 100 mm, using a voltage of 60 kV and using a current of 1400 μA, is suitable for, for example, particles having a size greater than 50-200 nm. It provided excellent reduction efficiency. Reduction efficiencies may be improved from about 70% to about 80% by certain embodiments of the present invention. An appropriate amount of ion yielding tips may be arranged directly on the surface of the fastening column. The gas flow is exposed to an electric field in the cavity between the ion yield tip and the collection surface and any material contained in the gas flows through the cavity. There is no gas flow through the ring outside the electric field. According to certain embodiments, the reduction efficiency may also be improved for particles and/or droplets that vary in diameter from 1 nanometer to 10 nanometers or 20 nanometers or tens of nanometers. In particular, the system according to an embodiment of the present invention also improves the reduction efficiency of particles and/or droplets having a diameter of less than 10 nanometers.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 재료를 분리하기 위한 장치의 도식적인 도면.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 체결 칼럼의 도식적인 측면도.1 is a schematic diagram of an apparatus for separating material in accordance with some embodiments of the present invention;
2 is a schematic side view of a fastening column in accordance with some embodiments of the present invention.
본 발명은 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하기 위한 장치에 관한 것으로, 장치는 공기 흐름을 위한 입구 및 출구를 제공하는 하우징 내에 배열된 챔버를 포함한다. 하우징은 수집 표면으로 제공되는 표면을 제공한다. 실질적으로 중심에서의 하우징 내부에는 원통형 또는 타원형 몸체를 갖는 칼럼이 제공된다. 원통형 또는 타원형 몸체의 표면에는 이온 빔을 수집 표면으로 안내하는 일련의 이온 수율 팁(ion yield tip)이 배치된다. 칼럼은 이온 수율 팁이 이온 수율 팁으로부터 제공되는 이온 빔의 형태로 전기장을 생성할 수 있게 하는 파워 서플라이에 연결된다. 하우징과 칼럼은 서로 분리되어 있으며 별도의 파워 서플라이에 연결하여 전기장을 안내하기 위해 상이한 전하를 가질 수 있다. 칼럼은 전형적으로 단면의 직경 및 몸체의 길이에 의해 정의된 표면을 갖는 적어도 부분적으로 원통형 몸체이다. 칼럼의 치수는 칼럼과 수집 표면 사이의 공동의 단면적을 정의한다. 공동의 공기 흐름의 국부적 속도는 칼럼의 직경을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 또한, 표면적이 클수록 더 많은 이온 수율 팁이 몸체에 배치될 수 있으며, 이에 의해 몸체를 캡슐화하는 생성된 전기장 및 전류가 증가된다. 이는 공기 흐름에 함유된 입자가 충전된 후 제거를 위해 수집 표면으로 안내하게 하는 전기장의 더 큰 노출을 허용한다. 챔버 내부에서 생성된 전기장의 고밀도는 빠른 공기 흐름으로부터 더 많은 입자를 추출함으로써 입자 추출 효율을 향상시킨다. 또한, 기류에 포함된 모든 입자는 칼럼과 수집 표면 사이의 공동을 통과해야 한다.The present invention relates to an apparatus for separating material in the form of particles and/or droplets from a gas stream, the apparatus comprising a chamber arranged in a housing providing an inlet and an outlet for an air stream. The housing provides a surface that serves as a collection surface. A column having a cylindrical or elliptical body is provided within the housing substantially at the center. A series of ion yield tips are disposed on the surface of the cylindrical or elliptical body to guide the ion beam to the collection surface. The column is connected to a power supply that enables the ion yield tip to generate an electric field in the form of an ion beam provided from the ion yield tip. The housing and column are separate from each other and can be connected to separate power supplies and have different charges to guide the electric field. A column is typically an at least partially cylindrical body having a surface defined by the length of the body and the diameter of the cross section. The dimensions of the column define the cross-sectional area of the cavity between the column and the collecting surface. The local velocity of the airflow in the cavity can be increased by increasing the diameter of the column. Also, the larger the surface area, the more ion-yielding tips can be placed in the body, thereby increasing the generated electric field and current encapsulating the body. This allows for greater exposure of the electric field that causes the particles contained in the air stream to be charged and then guided to the collecting surface for removal. The high density of the electric field generated inside the chamber improves the particle extraction efficiency by extracting more particles from the fast air flow. In addition, any particles contained in the airflow must pass through the cavity between the column and the collecting surface.
도 1에는 본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 재료 분리 장치의 개략도가 도시되어 있다. 장치는 가스 흐름으로부터 입자 및/또는 액적의 형태로 재료를 분리하도록 설계되어 있다. 특히, 이 장치는 1 나노미터에서 수십 나노미터까지 변화하는 직경의 입자 및/또는 액적를 분리하도록 설계되었다. 장치는 정화될 공기(3)를 유입시키는 입구(2), 수집 챔버(4), 정화된 공기를 위한 출구(6), 액추에이터를 갖는 전압원, 및 이온 수율 팁(10)이 결합된 체결 칼럼(9)을 포함한다. 수집 챔버의 외벽을 둘러싸는 금속 밴드(미도시)가 제공된다. 체결 칼럼(9)은 밀폐 몸체를 형성하는 외부 표면을 포함한다. 장치(1)는 체결 칼럼(9)과 수집 표면(12) 사이의 공동(14)을 통한 공기 흐름을 안내하도록 구성된다. 장치(1)는 이온 수율 팁(10)으로부터 수집 표면(12)으로 이온 빔(11)을 제공하는 이온 수율 팁(10)에 높은 장력을 제공하도록 추가로 구성된다.1 is a schematic diagram of a material separation apparatus in accordance with at least some embodiments of the present invention. The device is designed to separate material in the form of particles and/or droplets from a gas stream. In particular, the device is designed to separate particles and/or droplets with diameters varying from one nanometer to several tens of nanometers. The device comprises an inlet (2) for introducing air to be purified (3), a collection chamber (4), an outlet (6) for purified air, a voltage source having an actuator, and a fastening column (10) coupled to an ion yield tip (10) 9) is included. A metal band (not shown) is provided surrounding the outer wall of the collection chamber. The
전기를 전도하는 수집 표면(12)은 전기 절연에 의해 수집 챔버(4)의 외부 벽(5)으로부터 전기적으로 절연된다. 전기 절연은 예를 들어 체결구(미도시)의 도움으로 수집 챔버(4)의 외부 벽(5)에 부착될 수 있다. 전기 절연은 예를 들어 유리, 플라스틱, 아크릴-니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 또는 일부 다른 유사한 물질의 절연 고장력일 수 있다.The collecting
또한, 장치(1)는 수집 표면(12)으로 안내되는 전압보다 이온 수율 팁(10)에 대해 반대 부호의 전압을 안내하도록 구성된다. 즉, 이온 수율 팁(10)(도면에서 음수)으로 안내된 높은 장력과 같이(도면에서 양의) 직류 전압의 반대 부호를 갖는 전압이 전기를 전도하는 표면(12)으로 안내된다. 따라서, 전압은 반대이며, 즉 이온 수율 팁(10)에 대해 양수이고 전기를 전도하는 표면(12)에 대해서는 음수이거나, 이온 생성 팁(10)에 대해서는 음수이며, 전기를 전도하는 표면(12)에는 양수이다. 전형적으로, 이온 수율 팁(10)의 전압은 수집 표면(12)의 전압과 실질적으로 동일하지만, 상이한 크기의 전압을 사용하는 것도 가능하다. 동일한 전압의 장점은 고 장력 중심의 단순한 구조에 있다. 더 나은 정화 결과는 동일한 전압으로 구현된다.In addition, the
이온 수율 팁(10)은 길이(Lcoi) 및 직경(Dcol)을 갖는 체결 칼럼(9)의 표면(13) 상에 직접 배열되며, 이온 수율 팁(10)은 체결 칼럼의 표면(13)으로부터 수집 챔버(4)의 공동(14)으로 돌출된다. 체결 칼럼(9)의 치수는 칼럼과 수집 표면 사이의 공동(14)의 단면적을 형성한다. 따라서, 연속 방정식의 공기 적용의 주어진 체적 유량에 대하여, 체결 칼럼의 직경이 증가함에 따라 공동(14)을 통한 공기 흐름의 국부 속도가 증가한다.The
도 2에는 본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 체결 칼럼(9)의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 체결 칼럼(9)의 직경(Dcoi)은 예를 들어 40 내지 150 mm의 범위일 수 있다. 특히, 체결 칼럼의 직경(Dcoi)은 예컨대 40mm, 100mm 또는 150mm일 수 있다. 직경(Dcoi)과 수집 챔버의 최대 직경 사이의 비율은 예를 들어 1:3일 수 있다. 체결 칼럼(9)은 예컨대 48개의 이온 수율 팁(10)을 포함할 수 있다. 이온 수율 팁(10)의 길이는 예를 들어 2 내지 15 mm의 범위일 수 있다. 특히, 이온 수율 팁(10)의 길이는 예컨대 5mm 또는 10mm일 수 있다. 도 2에서, 이온 수율 팁은 서로에 대해 균일한 거리에 배치된다. 특정 실시예에 따르면, 이온 수율 팁(10)은 체결 칼럼(9)의 표면(13) 주위에 나선형으로 감겨 배열된다.2 shows a schematic side view of a
공기는 도 1에 따른 장치(1)에서 도시된 체결 칼럼(9)을 사용하는 동안 수집 챔버(4)의 링형 공동(14)을 통해 유동한다. 공기의 체적 유량은 예컨대 약 200 m3/h일 수 있다. 공동(14)을 통한 기류의 속도는 0.5-2.5 m/s, 예를 들어 1.5 m/s일 수 있다.Air flows through the ring-shaped
공기 흐름에 포함된 모든 입자 및/또는 액적은 수집 표면(12)과 체결 칼럼(13)의 표면(13) 사이의 공동(14)을 통과한다. 결과적으로, 모든 입자 및/또는 액적은 이온 빔(11)을 통과하여 공기의 정화 과정을 개선시킨다.All particles and/or droplets contained in the air stream pass through the
개시된 본 발명의 실시예는 본 명세서에 개시된 특정 구조, 공정 단계 또는 재료로 제한되지 않고, 관련 기술 분야의 당업자에 의해 인식될 수 있는 것과 동등한 것으로 확장된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 목적으로만 사용되며 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.It is to be understood that the disclosed embodiments of the invention are not limited to the specific structures, process steps or materials disclosed herein, but extend to equivalents as would be appreciated by those skilled in the art. Also, it should be understood that the terminology used herein is used only for the purpose of describing particular embodiments and is not intended to be limiting.
본 명세서 전체에서 하나의 실시예에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 여러 곳에서 "일 실시예에서"또는 "실시예에서"라는 문구가 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 예를 들어, 대략 또는 실질적으로와 같은 용어를 사용하여 수치를 참조하는 경우, 정확한 수치도 개시된다.Reference throughout this specification to one embodiment means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification are not all referring to the same embodiment. For example, when reference to a numerical value using terms such as approximately or substantially is disclosed, the exact numerical value is also disclosed.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 복수의 아이템, 구조적 요소, 구성요소 및/또는 재료는 편의를 위해 공통 목록으로 제시될 수 있다. 그러나 이러한 목록은 목록의 각 구성요소기 개별적이고 고유한 구성요소로 개별적으로 식별되는 것처럼 해석되어야 한다. 따라서, 이러한 목록의 개별 구성요소는 반대의 표시없이 공통 그룹에서의 대표에 기초한 동일한 목록의 다른 구성요소와 사실상 동등한 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예 및 예시는 그 다양한 구성요소에 대한 대안과 함께 여기에서 참조될 수 있다. 이러한 실시예, 실시예 및 대안은 실질적으로 서로 동등한 것으로 해석되지 않고, 본 발명의 개별적이고 자율적인 표현으로 간주되는 것으로 이해된다.As used herein, a plurality of items, structural elements, components, and/or materials may be presented in a common list for convenience. However, such lists shall be construed as if each component of the list is individually identified as an individual and unique component. Accordingly, no individual component of this list should be construed as a de facto equivalent to any other component of the same list based on representation in a common group without indications to the contrary. In addition, various embodiments and examples of the invention may be referenced herein along with alternatives to the various elements thereof. It is to be understood that these embodiments, embodiments and alternatives are not to be construed as substantially equivalent to each other, but are to be regarded as separate and autonomous representations of the present invention.
또한, 설명된 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 이하의 설명에서, 본 발명의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 길이, 폭, 형상 등의 예와 같은 다수의 특정 세부 사항이 제공된다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 또는 다른 방법, 구성 요소, 재료 등으로 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 공지된 구조, 재료 또는 동작은 본 발명의 양태를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.Furthermore, the described features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. In the following description, numerous specific details are provided, such as examples of length, width, shape, etc., in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. However, one of ordinary skill in the relevant art will recognize that the present invention may be practiced without one or more of the specific details or with other methods, components, materials, etc. In other instances, well-known structures, materials, or operations have not been shown or described in detail in order to avoid obscuring aspects of the present invention.
상기 실시예는 하나 이상의 특정 응용에서 본 발명의 원리를 예시하지만, 당업자는 본 발명의 원리 및 개념으로부터 벗어남이 없이 실시 형태, 용도 및 구현의 세부 사항에 있어서 많은 수정이 수행될 수 있음이 명백할 것이다. 이하에 기재된 청구 범위에 의한 것을 제외하고는 본 발명이 제한되는 것으로 의도되지 않는다.While the above examples illustrate the principles of the invention in one or more specific applications, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications may be made in the details of embodiments, uses and implementations without departing from the principles and concepts of the invention. will be. It is not intended that the invention be limited except as by the claims set forth below.
"포함하는" 및 "갖는"이라는 동사는 또한 인용되지 않은 특징의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방 제한으로서 사용된다. 청구 범위에 인용된 특징들은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 상호간에 자유롭게 조합가능하다. 또한, 본 명세서 전체에서 "a"또는 "an", 즉 단수형의 사용은 복수를 배제하지 않음을 이해해야 한다.The verbs "comprising" and "having" are also used as open limitations that do not exclude or require the presence of unrecited features. Features recited in the claims are freely combinable with each other unless explicitly stated otherwise. Also, it should be understood that the use of "a" or "an", ie, the singular, throughout this specification does not exclude a plural.
본 발명의 적어도 일부 실시예는 공기 청정기 및/또는 공기 정화에서 산업상 응용을 찾는다. 병원, 수술실, 마이크로 칩을 제조하는 공장, 생물학적 무기를 배제되는 실내의 공기 흡입구 등의 격리실이 매우 적합하다. 물론, 본 발명은 또한 가정 및 사무실의 룸의 정화에 응용될 수 있다.At least some embodiments of the present invention find industrial application in air purifiers and/or air purification. Containment rooms such as hospitals, operating rooms, factories that manufacture microchips, and air intakes in rooms where biological weapons are excluded are well suited. Of course, the present invention can also be applied to the cleaning of rooms in homes and offices.
1 재료를 분리하기 위한 장치
2 입구
3 유입 공기
4 수집 챔버
5 외부 벽
6 출구
7 정화된 공기
9 체결 칼럼
10 이온 수율 팁
11 이온 빔
12 수집 표면
13 표면
14 공동
Lcol 길이
Dcol 직경
문헌 리스트
EP 1165241 Bl 1 Device for separating material
2 entrance
3 incoming air
4 collection chamber
5 exterior wall
6 exit
7 Purified air
9 Fastening column
10 Ion Yield Tips
11 ion beam
12 collection surface
13 surface
14 joint
L col length
D col diameter
literature list
EP 1165241 Bl
Claims (17)
정화될 공기(3)를 유입시키기 위한 입구(2),
수집 챔버(4),
정화된 공기를 위한 출구(6),
전압원, 및
이온 수율 팁(10)이 결합되는 체결 칼럼(9)을 포함하고, 이온 수율 팁(10)은 체결 칼럼(9)의 표면(13) 상에 직접 배열되며, 이온 수율 팁(10)은 체결 칼럼(9)의 표면(13)으로부터 수집 챔버(4)의 공동(14)으로 돌출되고,
장치(1)는 이온 수율 팁(10)으로부터 수집 표면(12)으로 이온 빔(11)을 제공하는 이온 수율 팁(10)에 높은 장력을 안내하도록 구성되며,
전기를 전도하는 수집 표면(12)은 전기 절연에 의해 수집 챔버(4)의 외부 벽(5)으로부터 전기적으로 절연되며,
장치(1)는 수집 표면(12)으로 안내되는 전압과는 반대 부호의 전압을 이온 수율 팁(10)으로 안내하도록 구성되고,
원통형 체결 칼럼(9)의 직경(Dcol)은 80-120 mm 범위이고, 체결 칼럼(9)의 직경과 수집 챔버(4)의 직경 사이의 비율은 1:3이고, 전압은 10-60 kV 범위이고, 전류는 400-2300 μA 범위인 장치(1).A device (1) for separating a material from a gas stream, said device (1) comprising:
an inlet (2) for introducing air (3) to be purified;
collection chamber (4);
outlet (6) for purified air,
a voltage source, and
The ion yield tip 10 comprises a fastening column 9 to which the ion yield tip 10 is coupled, the ion yield tip 10 is arranged directly on the surface 13 of the fastening column 9 , the ion yield tip 10 is a fastening column projecting from the surface (13) of (9) into the cavity (14) of the collection chamber (4),
Apparatus (1) is configured to guide a high tension to an ion yield tip (10) providing an ion beam (11) from the ion yield tip (10) to a collection surface (12);
The collecting surface 12, which conducts electricity, is electrically insulated from the outer wall 5 of the collecting chamber 4 by electrical insulation,
Apparatus 1 is configured to guide a voltage opposite to the voltage directed to collection surface 12 to ion yield tip 10;
The diameter D col of the cylindrical fastening column 9 is in the range of 80-120 mm, the ratio between the diameter of the fastening column 9 and the diameter of the collecting chamber 4 is 1:3, the voltage is 10-60 kV range, and the current is in the range of 400-2300 μA device (1).
- 수집 챔버(4)를 통하여 가스 흐름을 안내하는 단계,
- 수집 챔버(4)의 외부 벽(12)으로부터 절연되는 전기를 전도하는 수집 표면(12)과 체결 칼럼(9) 사이에 가스 흐름을 위한 공동(14)를 제공하는 단계,
- 체결 칼럼(9)의 표면(13) 상에 이온 수율 팁(10)을 제공하는 단계 - 상기 이온 수율 팁(10)은 수집 챔버(4)의 공동(14) 내로 체결 칼럼(9)의 표면(13)으로부터 돌출되고, 원통형 체결 칼럼(9)의 직경(Dcol)은 80-120 mm 범위이고, 체결 칼럼(9)의 직경과 수집 챔버(4)의 직경 사이의 비율은 1:3임 - ,
- 수집 표면(12)과 이온 수율 팁(3) 사이에 고 장력을 생성하는 단계,
- 이온 수율 팁(10)으로 안내되는 고 장력과는 반대 부호의 직류 전압을 갖는 고 장력을 수집 표면(12)으로 안내하는 단계 - 전압은 10-60 kV 범위이고, 전류는 400-2300 μA 범위임 - ,
- 가스 흐름으로부터 재료의 적어도 일부를 수집 챔버(4) 내에서 분리하는 단계를 포함하는 방법.A method for separating a material from a gas stream, the method comprising:
- directing the gas flow through the collection chamber (4);
- providing a cavity (14) for gas flow between the fastening column (9) and the electrically conducting collecting surface (12) insulated from the outer wall (12) of the collecting chamber (4);
- providing an ion yield tip (10) on the surface (13) of the fastening column (9) - said ion yield tip (10) into the cavity (14) of the collection chamber (4) on the surface of the fastening column (9) Projecting from 13 , the diameter D col of the cylindrical fastening column 9 is in the range of 80-120 mm, and the ratio between the diameter of the fastening column 9 and the diameter of the collecting chamber 4 is 1:3 - ,
- creating a high tension between the collection surface (12) and the ion yield tip (3);
- guiding a high tension to the collecting surface 12 with a direct voltage of opposite sign to the high tension guided to the ion yield tip 10 - the voltage in the range of 10-60 kV and the current in the range of 400-2300 μA Lim - ,
- separating in the collection chamber (4) at least a portion of the material from the gas flow.
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