NO328514B1 - Fremgangsmate og anordning for separering av materialer i form av partikler og/eller draper fra en gasstrom - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for separering av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, spesielt partikler og/eller dråper med en diameter fra en nanometer til noen få dusin nanometre, ved hvilken fremgangsmåte gasstrømmen blir ledet gjennom et oppsamlingskammer hvis yttervegger er jordet, og ved hvilken fremgangsmåte høyspenning blir ledet til ionetilførselsspisser anordnet i oppsamlingskamrene, separere de ønskede materialene fra gasstrømmen som oppnås mot veggene som virker som oppsamlingsflater. Oppfinnelsen vedrører også en anordning for separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm.

Fremgangsmåter og anordninger for separasjon av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm er kjent fra DE 1471620 A1 og DE19751984 A1.

Nå for tiden anvendes det filtre, sykloner eller elektriske metoder, så som elektriske filtre eller en ioneblåsemetode, i gassrensesystemer og for å separere partikler fra en gasstrøm.

Når det anvendes filtre, må hastigheten til den strømmende gassen holdes lav i tekstil eller metallfiltre, fordi en økning av hastigheten til danne en sterk luftmotstand. Også oppløsningen av filtrene avtar sammen med økningen av hastigheten. Foreksempel med mikrofiltre, er gasstrømshastigheten i hovedsak mindre enn 0,5 m/sek. I tillegg er det ikke mulig å oppnå gode renseresultater med de kjente teknikkene, når det gjelder partikler i nanometer-kategorien (det vil si partikler med diameter som er fra en nanometer til noen få dusin nanometre).

Driften av sykloner er basert på reduksjon av gasstrømshastigheten slik at tyngre partikler i gasstrømmen faller ned i oppsamlingsorganet. Sykloner er derfor anvendelige for separasjon av tyngre partikler, siden disse har en høy fallhastighet.

I elektriske filtre, skjer separasjonen av partikler fra gassen på oppsamlingsplater eller indre røroverflater. Hastigheten til den strømmende gassen i elektriske filtre må generelt være lavere enn 1.0 m/sek., produsentenes anbefalinger er ca. 0,3 - 0,5 m/sekund. Årsaken til en liten gasstrømshastighet er at en høyere strømningshastighet vil frigjøre partikler som er oppsamlet på platene, og medføre at oppløsningen reduseres betraktelig. Det er imidlertid ikke mulig å elektrisk lade partikler i nanometer kategorien. I tillegg blir ikke alle materialer elektrisk ledende, f.eks. rustfritt stål.

I elektriske filtre må det benyttes lave gasstrømshastigheter også på grunn av rensetrinnet til oppsamlingsplatene. Ved rensing av platene, rettes det en blåsing mot platene, som frigjør det oppsamlede partikkelformige materialet. Meningen er at kun minst mulig mengde partikkelformig materiale frigjort fra platene under rensetrinnet vil gå tilbake til den strømmende gassen. Med en lav gasstrømshastighet er det mulig å oppnå tolererbar gjennomgang av partikler.

Teknikkens stand vil bli beskrevet i det etterfølgende med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser utstyret som brukes ved ioneblåsemetoden i henhold til teknikkens stand, og Fig. 2 viser en fremgangsmåte i henhold til teknikkens stand for rensing av gassen med ioneblåsemetoden.

I figur 1 er det vist et utstyr for rensing av gass i henhold til kjent teknikk. Det viste utstyret innbefatter et innløp 1 for den innkommende gassen som skal renses, et utløp 2 for den rensede gassen, en strømkabel 3, en isolator 4, et jordet oppsamlingskammer 5, en strømførende festestang 6, innbefattende flere ionetilførselsspisser 7, et vibratorarrangement 8, en gjenvinningskanal 9 for oppsamlede partikler og en spenningskilde 10.

I figur 1 blir for eksempel luft som kommer inn i en bygning eller luft som skal resirkuleres ført til oppsamlingskammeret 5 for rensing. Luften som skal renses kommer inn i oppsamlingskammeret 5 gjennom innløpet 1, stiger oppover og, etter rensing, strømmer ut gjennom utløpet 2. Rensingen skjer ved ionisering av gassen med ionetilførselsspissene 7 festet på den strømførende festestangen 6 og forbundet med spenningskilden 10 via strømkabelen 3, hvilken spenningskilde 10 er i stand til å føre positiv eller negativ (som i figuren) høyspenning til festestangen 6.

Med andre ord, blir en positiv eller negativ ionestrøm rettet mot gassen, og ionene og ladede partikler så vel som uladede partikler blir ført mot oppsamlingsflaten 5 sammen med ionestrømmen. De ioneproduserende spissene 7 er rettet mot det jordede oppsamlingskammeret 5 som virker som oppsamlingsf late for partiklene. Oppsamlingskammeret 5 er isolert fra de strømførende delene 6, 7 av isolatoren 4. En spenning på ca. 70-150 kV blir matet til ionetilførselsspissene 7, og deres avstand fra oppsamlingskammeret 5 er anordnet slik at det dannes en konisk ionestrømseffekt slik at de ladede og uladede partiklene blir ført mot veggen til oppsamlingskammeret 5 og fester seg til denne på grunn av ladningsforskjellen mellom 0 ladningen til veggen i oppsamlingskammeret 5 og ladningen til ionestrømmen. Avstanden mellom ionetilførselsspissene og oppsamlingsveggen 5 er typisk 200 - 800 mm.

Figur 1 viser videre vibratorarrangementet 8 for rensing av oppsamlingskammeret 5 ved vibrasjon. Vibratorarrangementet er utformet slik at kammeret vibreres, de oppsamlede partiklene faller ned og føres ut gjennom gjenvinningskanalen 9. Den oppsamlede substansen kan også fjernes ved rengjøring med vann.

Ioneblåsemetoden er kjennetegnet av en koronaeffekt som oppnås ved høyspenning slik at spenningsintensiteten øker så mye at ioneblåseeffekten dannes fra ionetilførselsspissene til den ønskede jordede strukturen. Et antall ionetilførselsspisser som kan beregnes separat er nødvendig for hver gasseparasjonsapplikasjon. lonestrålemetoden har blitt beskrevet mer detaljert for eksempel i patentpublikasjon EP-424 335.

En løsning for rensing av gass i et oppsamlingskammer ved hjelp av en ioneblåsemetode i henhold til kjent teknikk, er vist i fig. 2. Figuren viser et utløp 2 for renset gass, et jordet oppsamlingskammer 5 og en strømførende festestang 6, innbefattende flere ionetilførselsspisser 7. I tillegg viser figuren ionestrømmen 11, partikkeltilvekster 12, 13 og 14 i oppsamlingskammeret 5, og gasstrømmen 15. Løsningene i fig. 1 og 2 er kjennetegnet ved posisjonen til ionetilførselsspissene i ringene 22, ved hjelp av hvilke avstanden mellom ionetilførselsspissene og oppsamlingsf laten gjøres kortere.

Spesielt innen industrien, hvor flere kilogram substans må separeres fra store gasstrømmer på et sekund, er det nødvendige ionestråleutstyret relativt stort, spesielt på grunn av den høye spenningen som benyttes.

I flere industrielle linjer, er det vanskelig å finne tilstrekkelig plass for utstyret til ioneblåsemetoden.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning, med hvilke materialer i form av partikler og/eller dråper kan separeres fra gasstrømmen, og kraftbehovet kan reduseres radikalt, samt at metoden for fjerning av partikkelformig materiale akkumulert på oppsamlingsplatene kan forbedres.

Foreliggende oppfinnelse vedrører derfor en fremgangsmåte ved separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, spesielt partikler og/eller dråper med en diameter fra en nanometer til noen få dusin nanometre, ved hvilken fremgangsmåte gasstrømmen blir ledet gjennom et oppsamlingskammer hvis yttervegger er jordet, og ved hvilken fremgangsmåte høyspenning blir ledet til ionetilførselsspisser anordnet i oppsamlingskamrene, separere de ønskede materialene fra gasstrømmen som oppnås mot veggene som virker som oppsamlingsflater, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at oppsamlingsflatene som leder elektrisitet er elektrisk isolert fra de ytre kappene i det vesentligste over hele området til oppsamlingsflatene , at høyspenning med motsatt fortegn med likestrøm som høyspenningen ført til ionetilførselsspissene, blir ført til oppsamlingsflatene, og at overflatene som leder elektrisitet er et lag, så som trådnetting, som leder elektrisitet og er anordnet helt eller delvis på den indre overflaten til isolasjonslaget eller inn i isolasjonslaget.

Fortrinnsvis anvendes det en spenning på 10 - 60 kV, fortrinnsvis 30 - 40 kV ved fremgangsmåten og at en strøm på 0,05 - 5,0 mA, fortrinnsvis 0,1 - 3,0 mA ved fremgangsmåten.

Den elektriske ladningen på overflaten som leder elektrisitet, endres fortrinnsvis slik at substansen akkumulert på veggene løsner fra veggoverflatene.

Fortrinnsvis fjernes substansen akkumulert på veggene ved rensing av oppsamlingsflatene med væske.

Sammenlignet med den kjente ioneblåsemetoden beskrevet over, er forskjellen at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har et elektrisk felt mellom ionetilførselsspissene og veggene til oppsamlingskammeret som ytterligere energi. Ved å føre høyspenning til oppsamlingsflatene, dannes det et elektrisk felt foran oppsamlingsf laten, som trekker på ioner med motsatt polaritet og partikler ladet til den motsatte elektriske ladningen til oppsamlingsf laten. Ved denne skyv-trekk metoden, oppnås det en bedre separasjon slik at ionetilførselsspissene ikke behøver å være anordnet til ringer, men de kan da være festet direkte til festestangen.

Ved bruk av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, avtar driftsspenningen til 1/3 - % i forhold til den kjente fremgangsmåte vist i fig. 2. Samtidig vil kostnadene for å oppnå samme luftmengde og samme renhetsnivå avta betydelig, til og med til 1/3.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning for separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, spesielt partikler og/eller dråper hvis diameter varierer fra en nanometer til noen få dusin nanometre, hvilken anordning innbefatter: et innløp for innstrømmende luft som skal renses;

et oppsamlingskammer hvis ytre vegger er jordet;

et utløp for renset gass;

en spenningskilde med aktuatorer;

et strømførende festeelement til hvilket ionetilførselsspisser er anordnet og i hvilken anordning høyspenning tilføres til ionetilførselsspissene som danner en ionestråle fra ionetilførselsspissene mot oppsamlingsf laten , hvilken anordning er kjennetegnet ved at oppsamlingsflatene som leder elektrisitet er elektrisk isolert fra de ytre kappene og at høyspenning med motsatt fortegn av likestrøm som høyspenningen ført til ionetilførselsspissene blir ført fra spenningskilden til oppsamlingsflatene, og at overflatene som leder elektrisitet er et lag, så som trådnetting, som leder elektrisitet og anordnet helt eller delvis på den indre overflaten til isolasjonslaget eller inn i isolasjonslaget.

Ytterligere fordelaktige utførelsesformer av anordningen er angitt i de uselvstendige anordningskravene 6 til 11.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 viser et utstyr i henhold til teknikkens stand som brukes ved ioneblåsemetoden; Fig. 2 viser en fremgangsmåte i henhold til kjent teknikk for rensing av gass ved hjelp av ioneblåsemetoden; og Fig. 3 viser konstruksjonen og prinsippet ved drift av en separasjonsanordning i henhold til oppfinnelsen. Figurene 1 og 2 har blitt beskrevet over. Løsningen i henhold til oppfinnelsen i det etterfølgende vil bli beskrevet med henvisning til fig. 3 som viser en utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 3 viser en separasjonsanordning i henhold til oppfinnelsen, dens konstruksjon og driftsprinsipp. Figuren viser et utløp 2 for renset gass, en jordet ytre kappe 5 og en strømførende festestang 6 innbefattende flere ionetilførselsspisser.

I tillegg viser figuren ionestråler 11 og en gasstrøm 15. Videre viser figuren et luftrom 16 anordnet mellom den ytre kappen 5 til oppsamlingskammeret og det elektrisk isolerende laget 17, og en overflate 18 som leder elektrisitet på den indre overflaten til det elektrisk isolerende laget 17. Det elektrisk isolerende laget 17 er festet til den ytre kappen 5 ved hjelp av fester 21. Spenning med motsatt polaritet av likespenning, positiv i figuren, mens høyspenningen tilføres til ionetilførselsspissene 7 (negativ i figuren), er ført til overflaten 18 som leder strøm. Spenningene er motsatte, det vil si positiv for ionetilførselsspissene 7 og negativ for overflaten 18 som leder elektrisitet, eller negativ for de ioneproduserende spissene og positiv for overflaten 18 som leder elektrisitet. Spenningen til ionetilførselsspissene 7 er i det vesentligste lik den til oppsamlingsf laten, det vil si overflaten 18 som ledere elektrisitet, men det er også mulig å anvende spenninger med forskjellig størrelsesorden. Fordelen med like spenninger er en enklere konstruksjon til høyspenningssentrene. Det har også blitt oppnådd bedre renseresultater med like spenninger.

Figur 3 viser videre et tomrom 19 ladet med et positivt elektrisk felt foran overflaten 18 som leder elektrisitet; tomrommet 19 er positivt ladet fordi positiv høyspenning er rettet mot overflaten 18. Når ladningen til overflaten 19 som leder elektrisitet blir reversert, det vil i dette tilfellet si negativ, løsner den akkumulerte substansen og faller ned i gjenvinningskanalen (henvisningstall 9 i figur 1) i bunnen av oppsamlingskammeret, siden det elektriske feltet deretter frigjør akkumulerte partikler. Det er derfor ikke nødvendig med noe vibrasjonsarrangement i anordningen i henhold til oppfinnelsen. Slike kan imidlertid benyttes etter ønske. Den mest vanlige rensingen av oppsamlingsflatene utføres automatisk ved rengjøring med væske og det er mulig å programmere det ønskede renseintervallet og rensetiden. Ved væskerensing, blir rensevæsken til ført fra injeksjonsrøret 20 og når den strømmer langs oppsamlingsf laten 18, vil væske fjerne akkumulerte partikler fra overflaten 18. Dersom det er ønskelig, er det også mulig å bruke f.eks. desinfeksjonsmidler i rensemiddelet.

Som vist over, ved endring av ladningen til de konduktive oppsamlingsflatene 18, vil den akkumulerte substansen enten bli værende på overflatene eller løsne fra disse. Ladningene som benyttes er ca. 10 - 60 kV, fortrinnsvis ca. 30 - 40 kV, og en strømstyrke på ca. 0,05 - 5.0 mA, fortrinnsvis ca. 01 - 3.0 mA.

Det elektriske isolasjonslaget 17 anordnet på den strømførende oppsamlingsf laten 18 og vist i fig. 3, kan være av glass, plast eller en annen tilsvarende substans som isolerer høyspenning, fortrinnsvis er isolasjonen 17 akryl-nitril-butadien-styren (ABS).

Videre er det plane laget som leder elektrisitet vist i fig. 3 og anordnet på den elektriske isolasjonslaget 17 fremstilt av metall, så som en tynn metallplate eller film på det isolerende laget, eller en trådnetting anordnet delvis eller helt på isolasjonslaget eller inne i dette. Det er spesielt foretrukket dersom organet som leder elektrisitet innbefatter et hardt krom lag anordnet på isolasjonslaget og tilveiebragt ved metallisering ved vakuumfordamping. Andre metalliseringsmetoder kan også benyttes, likeens adhesjon av metallfilm og andre festemetoder.

Med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, kan selv meget små faste partikler i form av partikler og væskedråper effektivt separeres fra gasstrømmen. Behandlingen av gassen skjer i kammere, tunneler eller rørformede konstruksjoner, hvor gassen er rettet mot ionestrålen. lonestrålen genererer en impulsiv kraft for materialet oppsamlet mot oppsamlingsf laten og lader samtidig partiklene med kapasitans. Det elektriske feltet med motsatt fortegn tilveiebragt på oppsamlingsf laten gir partiklene eller materialene i form av dråper en traksjonskraft på oppsamlingsf laten. Den impulsive kraften til ionestrålen og traksjonskraften til det elektriske feltet er derved tilgjengelig for å fjerne partikler fra gasstrømmen.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen vil ioneproduksjonen være av en type som frembringer negative eller positive ioner.

lonestråleutstyret i henhold til oppfinnelsen kan for eksempel være installert på genetiske forskningslaboratorier, hvor partikler med en diameter på minst 1 nm kan frigjøres fra DNA strenger. I disse laboratoriene, vil ikke tradisjonelle elektriske filtre arbeide på en tilfredsstillende måte, siden partikler av nanometrisk kategori ikke kan lades elektrisk.

Gassrensingen i henhold til foreliggende oppfinnelse utføres vanligvis som luftrensing, og meget hensiktsmessige anvendelser er også for eksempel isolasjonsrom på sykehus, operasjonsrom, fabrikker som fremstiller mikrochips, og luftinntak i slike rom hvor biologiske våpen må avvises.

Anvendelsene av oppfinnelsen kan derved innbefatte alle rom, og rensingen av innløpsluft og avgassluft. Luftrensing ved partikkel og dråpestørrelser på 1 nm - 100,000 nm er mulig med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, så vel som kontinuerlig rensing av luft også under rengjøring av oppsamlingsflatene når spenningen på oppsamlingsf laten er slått av, dersom rensemetoden krever tilstrekkelig med væske.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan videre anvendes i forskjellig renseutstyr for gass og brenngass, for eksempel i renseutstyr basert på nåværende filtre, sykloner, elektriske filtre, materialutskillere eller ioneblåsemetoden. Standardmodellene av fremgangsmåten er passende for luftrensing av rom i hjem og kontorer.

Med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det utføres separasjon av partikler med en diameter fra en nanometer til partikler med størrelse på hundrede mikrometer. Hverken den spesifikke tettheten n eller den elektriske kapasitansen til partiklene er en hindring for separasjon. Gass kan renses for den delen av forskjellige partikkeldiametre opp til rene gasser.

Det er innlysende for en fagmann innen området at fremgangsmåten og anordningen for separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, ikke er begrenset til eksempelet beskrevet over, men beskyttelsesomfanget er definert av de etterfølgende krav.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, spesielt partikler og/eller dråper med en diameter fra en nanometer til noen få dusin nanometre, ved hvilken fremgangsmåte gasstrømmen (15) blir ledet gjennom et oppsamlingskammer hvis yttervegger (5) er jordet, og ved hvilken fremgangsmåte høyspenning blir ledet til ionetilførselsspisser (7) anordnet i oppsamlingskamrene, separere de ønskede materialene fra gasstrømmen som oppnås mot veggene som virker som oppsamlingsf later, karakterisert ved at oppsamlingsflatene (18) som leder elektrisitet er elektrisk isolert fra de ytre kappene (5) i det vesentligste over hele området til oppsamlingsflatene (18), at høyspenning med motsatt fortegn med likestrøm som høyspenningen ført til ionetilførselsspissene, blir ført til oppsamlingsflatene (18), og at overflatene (18) som leder elektrisitet er et lag, så som trådnetting, som leder elektrisitet og er anordnet helt eller delvis på den indre overflaten til isolasjonslaget (17) eller inn i isolasjonslaget (17).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å anvende en spenning på 10-60 kV, fortrinnsvis 30 - 40 kV ved fremgangsmåten og at en strøm på 0,05 - 5,0 mA, fortrinnsvis 0,1 - 3,0 mA brukes ved fremgangsmåten.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at den elektriske ladningen på overflaten (18) som leder elektrisitet, endres slik at substansen akkumulert på veggene løsner fra veggoverflåtene.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at substansen akkumulert på veggene fjernes ved rensing av oppsamlingsflatene (18) med væske.

5. Anordning for separasjon av materialer i form av partikler og/eller dråper fra en gasstrøm, spesielt partikler og/eller dråper hvis diameter varierer fra en nanometer til noen få dusin nanometre, hvilken anordning innbefatter: et innløp (1) for innstrømmende luft som skal renses; et oppsamlingskammer hvis ytre vegger (5) er jordet; et utløp (2) for renset gass; en spenningskilde (10) med aktuatorer; et strømførende festeelement (16) til hvilket ionetilførselsspisser (7) er anordnet og i hvilken anordning høyspenning tilføres til ionetilførselsspissene (7) som danner en ionestråle (11) fra ionetilførselsspissene (7) mot oppsamlingsf laten (18),karakterisert ved at oppsamlingsflatene (18) som leder elektrisitet er elektrisk isolert fra de ytre kappene (5); og at høyspenning med motsatt fortegn av likestrøm som høyspenningen ført til ionetilførselsspissene (7) blir ført fra spenningskilden (10) til oppsamlingsflatene (18), og at overflatene (18) som leder elektrisitet er et lag, så som trådnetting, som leder elektrisitet og anordnet helt eller delvis på den indre overflaten til isolasjonslaget (17) eller inn i isolasjonslaget (17).

6. Anordning i henhold til krav 5, karakterisert ved at det er et tomrom (16) tilveiebragt mellom det elektriske isolasjonslaget (17) og den ytre kappen (5).

7. Anordning i henhold til krav 5 eller 6, karakterisert ved at den elektriske isolasjonslaget (17) til oppsamlingsflatene er glass, plast eller tilsvarende materiale som isolerer høyspenning.

8. Anordning i henhold til et av kravene 5-7, karakterisert ved at isolasjonslaget (17) er akryl-nitril-butadien-styren (ABS).

9. Anordning i henhold til et av kravene 5-8, karakterisert ved at den plane overflaten (18) som leder elektrisitet er fremstilt av metall.

10. Anordning i henhold til et av kravene 5-9, karakterisert ved at overflaten (18) som leder elektrisitet er et tynt metallag, fortrinnsvis et tynt kromlag.

11. Anordning i henhold til krav 10, karakterisert ved at det tynne metallaget er tilveiebragt på isolasjonslaget (17) ved bruk av vakuumfordampningsmetallisering.