PL181050B1 - Oddzielacz zdyspergowanych cząstek od powietrza przy wykorzystaniu zjawisk elektrostatycznych - Google Patents

Abstract

1. Oddzielacz zdyspergowanych czastek od powietrza przy wykorzystaniu zjawisk ele- ktrostatycznych, zwlaszcza do oddzielania czastek aerozoli posiadajacych ladunek elektry- czny, dla oczyszczania powietrza, zaopatrzony w przynajmniej dwie wzajemnie od siebie elektry- cznie odizolowane elektrody o róznych poten- cjalach, które to elektrody sa wzgledem siebie rozmieszczone w okreslonej odleglosci z utwo- rzeniem pomiedzy nimi szczeliny miedzyele- ktrodowej, znamienny tym, ze przynajmniej jedna elektroda jest utworzona z bazujacego na celulozie, wysoko rezystancyjnego materialu, przy czym obie elektrody sa odporne na wilgoc, a elektroda utworzona z materialu bazujacego na celulozie jest pokryta wodoodporna warstwa, przy czym ta cienka warstwa jest przenikalna dla ladunków elektrycznych, a jej grubosc miesci sie w zakresie 20-40 µm. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest oddzielacz zdyspergowanych cząstek od powietrza przy wykorzystaniu zjawisk elektrostatycznych, zwłaszcza do oczyszczania powietrza z aerozoli posiadających ładunek elektryczny.

W opisie patentowym nr SE-B-469 466 przedstawiono znany dwustopniowy elektrofiltr, który posiada sekcję jonizującąw dole przepływu, odnosząc się do przepływu powietrza, za którą umieszczony jest tak zwany oddzielacz elektrostatyczny. Elektrody oddzielacza elektrostatycznego, w przedstawionej konstrukcji stanowią płaskie płyty, a wykonane są z materiału, który jest uważany za wysoko rezystancyjny lub antystatyczny (tak zwany materiał stratny). Jednakże, w innych przykładach wykonania elektrody mogąprzybierać inne kształty. Wykorzystując materiały wymienione we wspomnianym opisie patentowym, możliwe jest osiągnięcie znaczącej poprawy zdolności oddzielających. Powodem tego jest fakt iż napięcie, które wytworzone jest pomiędzy elektrodami może osiągnąć większą wartość niż w uprzednio znanych filtrach, posiadających elektrody wykonane z materiałów metalicznych, a co za tym idzie materiałów o niskiej rezystancji.

181 050

W opisie patentowym nr SE-A-9303894-1 przedstawiona jest inna znana konstrukcja oddzielacza elektrostatycznego. W tym rozwiązaniu, elektryczne ekranowanie pewnych części elektrod oddzielacza elektrycznego powoduje zwiększenie możliwości dalszego podnoszenia napięcia między wspomnianymi elektrodami. Efektem tego jest zwiększenie zdolności oddzielających

Z publikacji WO 95/07759 znany jest system oddzielania cząstek do filtra elektrostatycznego z zespołem zbiorczym (kolektorem). Urządzenie do oddzielania cząstek zawiera zespół ładowania cząstek, zawierający przynajmniej jeden przewód ulotowy oraz zespół zbiorczy cząstek umieszczonych za zespołem ładującym i przynajmniej jedną płytę w osłonie, znajdujące się na tym samym potencjale elektrycznym względem przewodu ulotowego. Materiał z którego utworzona jest płyta i obudowa, jest materiałem niehydroskopowym i o wysokiej rezystywności.

Z publikacji WO 95/19225 znane jest urządzenie z układem oddzielaczy elektrostatycznych. Urządzenie do czyszczenia powietrza obejmuje oddzielacz elektrostatyczny zaopatrzony w grupy par elektrod zasilanych energiądo dwóch różnych potencjałów przez źródło wysokiego napięcia. Pary elektrod są ułożone w postaci kanałów przepływu dla oczyszczonego powietrza. Urządzenie zawiera również zespół jonizujący z elektrodą wyładowania koronowego umieszczoną tak, że generowane jony mogą dyfundować od elektrody w niehamowany sposób.

Z opisu patentowego nr US 4 234 324 znany jest filtr powietrza. Filtr elektrostatyczny zawiera parę planarnych elektrod tworzących anodę i katodę. Elektrody są rozstawione względem siebie przez zastosowanie falistego kartonu, lub papieru, lub tkaniny i nawinięte spiralnie wokół trzpienia z kartonu lub tworzywa sztucznego. Elektrody zawierają cienkie arkusze żywicy z metalowąpowłoką. Korzystnie stosowanyjest metalizowany mylar. Przewody anodowe i katodowe są przekładane pomiędzy rozpórką i sąsiednimi elektrodami, dla zapewnienia połączenia elektrycznego.

Ponadto, z opisu patentowego nr JP 53069980 znany jest elektryczny kolektor kurzu. Płyty biegunowe elektrycznego kolektora kurzu mająpowłokę odpychającą wodę, na przykład z PTFE lub mieszaniny PTFE i żywicy epoksydowej. Ilość PTFE stanowi 1-5% wagowych żywicy epoksydowej. Zamiast żywicy epoksydowej można zastosować polichlorek winylu i polietylen.

Oddzielacz zdyspergowanych cząstek od powietrza przy wykorzystaniu zjawisk elektrostatycznych, zwłaszcza do oddzielania cząstek aerozoli posiadających ładunek elektryczny, dla oczyszczania powietrza, zaopatrzony w przynajmniej dwie wzajemnie od siebie elektrycznie odizolowane elektrody o różnych potencjałach, które to elektrody są względem siebie rozmieszczone w określonej odległości z utworzeniem pomiędzy nimi szczeliny między elektrodowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej jedna elektroda jest utworzona z bazującego na celulozie, wysoko rezystancyjnego materiału, przy czym obie elektrody są odporne na wilgoć, a elektroda utworzona z materiału bazującego na celulozie jest pokryta wodoodporną warstwą, przy czym ta cienka warstwajestprzemkalnadla ładunków elektrycznych, ajej grubość mieści się w zakresie 20-40 pm.

Korzystnym jest, że obie elektrody wykonane są z materiału bazującego na celulozie.

Korzystnym jest, że rama elektrody utworzona z materiału bazującego na celulozie jest pokryta cienką powłoką z tworzywa sztucznego.

Korzystnym jest, że odległość pomiędzy elektrodami odpychającą i przyciągającą jest równa wysokości elementów rozporowych, które rozmieszczone są między tymi elektrodami wzdłuż urządzenia, zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza, przy czym pomiędzy elektrodami odpychającymi i przyciągającymi są utworzone powietrzne kanały przepływowe.

Korzystnym jest, że elementy rozporowe są utworzone przez środki odlewane lub klej.

Korzystnym jest, że oddzielacz jest zaopatrzony w zespół wlotowy mający żebra lub otwory tworzące kanały powietrzne, które są umieszczone bezpośrednio w sąsiedztwie strony wlotowej oddzielacza elektrostatycznego.

Korzystnym jest, że oddzielacz elektrostatyczny jest tak usytuowany w kanale powietrznym urządzenia oczyszczającego powietrze, iż całe powietrze przechodzące przez kanał jest zmuszone do przechodzenia przez oddzielacz elektrostatyczny.

181 050

Prezentowany wynalazek jest korzystnie stosowany w połączeniu z dwustopniowym elektrofiltrem. Wynalazek może być także wykorzystany z dotychczas znanymi dwustopniowymi elektrofiltrami lub urządzeniami bazującymi na przepływie jonów, lub innych urządzeń służących do oddzielania zdyspergowanych cząstek posiadających ładunek elektryczny.

Wydajność urządzenia do oczyszczania powietrza w znacznym stopniu zależy między innymi od jakości papieru, a także od czynników zewnętrznych, takich jak wilgotność powietrza i zanieczyszczenia kasety filtru. Przez zwiększenie wilgotności, rezystywność materiału celulozy zmniejsza się gwałtownie, a poprawnie działający i zwymiarowany oddzielacz elektrostatyczny traci lub zmniejsza swoją zdolność do oddzielania cząstek. Ponadto, w wyniku zmniejszenia rezystywności materiału elektrod oraz wysokiego napięcia pomiędzy wspomnianymi elektrodami, oddzielacz elektrostatyczny może wyemitować duże ilości ozonu, jako produkt wyładowania koronowego zachodzącego pomiędzy krawędziami elektrod odpychających i przyciągających.

Jeśli tylko jedna elektroda jest wykonana z materiału bazującego na celulozie, druga elektroda, korzystnie elektroda przyciągająca może być wykonana z materiału metalicznego, zwłaszcza z cienkiej płyty aluminiowej.

Korzystne rozwiązanie oddzielacza elektrostatycznego według wynalazku zawiera dwie grupy elektrodowych elementów odpychających i przyciągających, rozmieszczonych w taki sposób, iż elektrody odpychające umieszczone są naprzemiennie w stosunku do elektrod przyciągających, w określonej odległości od siebie i są dołączone do różnych końcówek źródła wysokiego napięcia (HVU). Obie te grupy elektrod wykonane są z wysoko rezystancyjnego i korzystnie stratnego materiału bazującego na celulozie.

Aby cząstka posiadająca ładunek elektryczny mogła zostać pochwycona przez elektrodę przyciągającą, elektroda ta powinna mieć zdolność do emisji swojego ładunku elektrycznego do elektrody osadzającej, łącznie z osadzaniem się cząstek na tej elektrodzie. Jak stwierdzono na drodze eksperymentalnej, cienka powłoka tworzywa sztucznego tworząca warstwę wodoodporną, na przykład wykonaną z polietylenu lub podobnego materiału, na elektrodzie oddzielającej nie zabezpiecza aerozoli posiadających ładunek elektryczny przed emisją ładunku do „przewodzącej prąd” ramy elektrody przyciągającej.

Wyrażenie „ przewodzącej prąd” w tym kontekście oznacza, iż opisywany materiał posiada pewnąprzewodność, co oznacza, że sformułowaniem tym objętyjest także materiał stratny.

Tak więc istnieje różnica pomiędzy wyrażeniem elektrycznie izolowane powłoki, które na przykład mogąbyć wykorzystane w oddzielaczu elektrostatycznym na odpychającej elektrodzie, w celu wyeliminowania iskrzenia pomiędzy sąsiadującymi elektrodami odpychającą i przyciągającą, pomiędzy którymi występuje różnica potencjału rzędu kilku KV, lub w celu wyeliminowana efektu wyładowania koronowego pomiędzy krawędziami elektrod, a jednocześnie obróbką uodparniającą na działanie wody, która jest charakterystyczna dla tego wynalazku, na przykład nałożeniem cienkiej warstwy tworzywa sztucznego. Materiał może być taki sam w obydwu przypadkach, to znaczy może być zakwalifikowany jako elektrycznie izolacyjny.

W celu wyeliminowania wyładowań koronowych lub przeskoków iskrowych pomiędzy elektrodami wymagany jest izolator elektryczny, który jest w stanie pracować przy napięciach rzędu kilku KV. Powłoka wodoodporna materiału izolacyjnego, na przykład warstewki tworzywa sztucznego o grubości około 20-40 mikrometrów, wprowadzona jest tylko i wyłącznie, aby zapobiegać absorpcji wilgoci, a jej grubość jest kilka rzędów wielkości mniejsza od wymaganej dla wyeliminowania przeskoków iskrowych pomiędzy odpowiednimi elektrodami.

Elektrody odpychające sązbudowane tak samo jak elektrody przyciągające, ale mogą także być pokryte wysokogatunkową powłoką izolacyjną, korzystnie cieńszą niż powłoka potrzebna do ochrony elektrody przed wilgocią. Tak więc ryzyko przeskoku ładunków pomiędzy elektrodami, związane z odkładaniem się zanieczyszczeń pomiędzy tymi elementami, zwłaszcza przy wysokiej wilgotności powietrza jest zmniejszone. W pewnych szczególnie wymagających zastosowaniach niezbędne jest wprowadzenie elektrycznie izolowanej struktury wokół krawędzi elektrod. Struktura taka powinna mieć wymiary uniemożliwiające występowanie wyładowań koronowych na krawędziach elektrod. W przeciwnym przypadku istnienie ryzyko iż wyładowa181 050 nie takie zneutralizuje elektrycznie pewną część cząstek aerozolu, w wyniku czego zamiast przylgnąć do powierzchni osadzających elektrod, bez przeszkód przejdą przez oddzielacz elektrostatyczny. Oddzielacz elektrostatyczny według wynalazku zapewnia oddzielanie cząstek aerozoli, o wysokiej skuteczności, spełniając w wyniku wysokie wymagania filtracji powietrza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia oddzielacz elektrostatyczny w widoku perspektywicznym, a fig. 2 przedstawia schematycznie widok oddzielacza elektrostatycznego umieszczonego w sąsiedztwie oczyszczacza powietrza.

Na figurze 1 przedstawiono oddzielacz elektrostatyczny zbudowany z wodoodpornego materiału. Elektrody oddzielacza są równoległymi płaskimi płytami umieszczonymi w odległości a od siebie, określającej szczelinę międzyelektrodową. Odległość a jest równa grubości elementów rozporowych D, które mają kształt cienkich taśm rozmieszczonych zgodnie kierunkiem przepływu powietrza przez oddzielacz elektrostatyczny. W przedstawionym przykładzie wykonania są one wprowadzone bezpośrednio poniżej powierzchni elektrod. Grubość taśm w wykończonej kasecie filtru jest równa pożądanej wielkości szczeliny odpowiadającej odległości a pomiędzy sąsiednimi elektrodami odpychającą R i przyciągającą A.

Pomiędzy każdą parą elektrod odpychającą R i przyciągającą A oraz wspomnianymi elementami rozporowymi D, utworzonych zostaje kilka kanałów przepływowych L. Elementy rozporowe D wykonane są z materiału izolacyjnego, na przykład polietylenu, ale także mogą być zastosowane inne materiały, nawet wysokoizolacyjne.

Struktura elementów rozporowych D może być wykonana w inny sposób, co dotyczy zarówno odległości pomiędzy odpowiednimi elektrodami jak i utworzonych powietrznych kanałów przepływowych L. Można to osiągnąć na przykład przy pomocy specjalnych elementów odlewanych, kleju lub im podobnych.

Nie jest wymagane, aby powietrzne kanały przepływowe L, utworzone pomiędzy sąsiadującymi elektrodami przyciągającą A, odpychającąR i izolacyjnymi elementami rozporowymi D, ciągnęły się przez całą długość oddzielacza.

Elektrody oddzielacza sąkorzystnie tak ułożone, że przynajmniej z jednej strony, od strony wlotu, bądź od strony wylotu, elektrody obydwu zestawów mają krawędzie czołowe usytuowane w tej samej płaszczyźnie.

Oddzielacz elektrostatyczny, o konstrukcji przedstawionej na fig. 1, jest w większości przypadków efektywnie oczyszczany przy pomocy odkurzacza.

Podczas przemieszczania dyszy odkurzacza, wzdłuż strony wlotowej lub wylotowej oddzielacza elektrostatycznego, dysza odkurzacza pokrywa jeden bądź ograniczoną liczbę powietrznych kanałów przepływowych L, a prędkość przepływu powietrza sięga 15 do 30 m/s, przy czym prędkość taka jest wystarczająca do efektywnego usuwania zebranych zanieczyszczeń.

Aby zmniejszyć tendencję do występowania wyładowań koronowych, w częściach skrajnych elektrod, korzystnym jest, aby połączenia elektryczne odpowiednich grup elektrod znajdowały się tak daleko od siebie jak to tylko możliwe. Tak więc, jak to pokazano na fig. 1, połączenie jest korzystnie wprowadzone na krótszej stronie kasety filtra, to znaczy elektrody jednego zestawu są elektrycznie połączone z elementami łączącymi jednej krótkiej strony kasety filtra, a elektrody drugiego zestawu z drugimi elementami łączącymi. Połączenie może być zrealizowane w sposób przedstawiony na fig. 1 przez przesunięcie elektrod o tej samej polaryzacji w bok względem elektrod o polaryzacji przeciwnej, dzięki czemu krawędzie, które mają być połączone są łatwo dostępne.

Na figurze 2 schematycznie przedstawiono oddzielacz elektrostatyczny K, który jest umieszczony bardzo blisko, a korzystnie jest ściśle połączony z zespołem wlotowym I urządzenia oczyszczającego powietrze, które jonizuje zdyspergowane cząstki w najbliższym sąsiedztwie urządzenia, to znaczy w komorze lub przestrzeni, gdzie umieszczone jest urządzenie. Zespół wlotowy I stanowi korzystnie ruszt, siatka, lub powierzchnia perforowana, z korzystnie otwartymi powierzchniami tego zespołu, ograniczającymi powietrzne kanały przepływowe. Zespół wlotowy I utworzona w taki sposób sprawia, iż efektywne oczyszczanie oddzielacza jest

181 050 realizowane przy wykorzystaniu urządzenia, którym dla oddzielacza elektrostatycznego według prezentowanego wynalazku jest odkurzacz.

W celu dalszego zwiększenia zakresu zastosowania urządzenia, jest ono wyposażone w odpowiedni filtr zgrubny lub filtr drobnoziarnisty, który korzystnie jest przystosowany do mocowania wewnątrz rusztu wlotowego w celu uniknięcia zaburzeń pracy odkurzacza komory filtru. Możliwe jest także oczyszczenie tak zaprojektowanego filtru wstępnego, za pomocą odkurzacza.

Urządzenie jest korzystnie tak zwymiarowane, że osiąga się bardzo wysoki stopień oddzielenia, który nawet nawiązuje do wymagań dla tak zwanych filtrów HEPA. Dla tak zaprojektowanych urządzeń, niezbędne jest wymuszenie przepływu całego powietrza przez oddzielacz. Tak więc niezbędne jest wprowadzenie odpowiednich uszczelnień wokół kasety filtra oraz wokół kanału powietrznego, tak aby uniemożliwić przecieki powietrza, które powodują omijanie oddzielacza elektrostatycznego K. Ponadto korzystnym jest, gdy krawędzie obu elektrod są izolowane elektrycznie, w celu wyeliminowania efektu wyładowań koronowych. W przeciwnym razie powstaje ryzyko iż część aerozolu o pewnym ładunku elektrycznym zostaje ponownie zjonizowana lub utraci swój ładunek elektryczny, zanim znajdzie się w szczelinie pomiędzy elektrodami oddzielacza elektrostatycznego K.

Oddzielacz elektrostatyczny K według prezentowanego wynalazku jest korzystnie używany w kanałach wentylacyjnych. Przekazywanie ładunków elektrycznych zdyspergowanym cząstkom odbywa się w dotychczas znany sposób w górze przepływu strumienia powietrza względem oddzielacza elektrostatycznego K, patrząc w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu powietrza.

Korzystnym jest, gdy oddzielacz elektrostatyczny K umieszczony jest w górze przepływu powietrza, lub w dole przepływu powietrza i blisko zespołu wlotowego I, który stanowi ruszt, lub siarka, lub temu podobne, co umożliwia przepływ powietrza. Przynajmniej część rusztu, lub siatki, która jest najbliżej oddzielacza elektrostatycznego K wykonana jest z materiału izolacyjnego. Korzystnie możliwe jest oczyszczenie kasety filtra przy pomocy odkurzacza. Taka struktura zespołu wlotowego może także stanowić uchwyt dla kasety filtra, ale także zapewnić połączenie elektryczne pomiędzy kasetą filtra, a źródłem wysokiego napięcia.

W kanale wentylacyjnym lub w innym urządzeniu oczyszczającym powietrze, w sposób kaskadowy zainstalowanych jest kilka oddzielaczy elektrostatycznych, zwłaszcza gdy są one w kształcie płaskich paneli, to znaczy, że bok elektrod oddzielacza, prostopadły do przepływu powietrza jest znacznie większy niż jego długość, patrząc w kierunku przepływu powietrza.

Zaletą oddzielacza elektrostatycznego według wynalazku jest fakt, iż w wielu praktycznych aplikacjach można w nim zastosować proste, a co za tym idzie tanie źródła wysokiego napięcia, w związku z faktem iż przy zasilaniu oddzielacza elektrostatycznego wysokim napięciem po stronie wysokiego napięcia nie występuje lub prawie nie występuje przepływ prądu elektrycznego. Według praktycznych konstrukcji, a zwłaszcza jeśli także przekazywanie ładunków zdyspergowanym cząstkom zachodzi bez zauważalnego przepływu prądu elektrycznego, to jest w przypadku gdy jonizacja zachodzi w przestrzeni gdzie umieszczone jest urządzenie, można zastosować bardzo proste i tanie techniki przy konstrukcji źródeł wysokiego napięcia. Technika projektowania takich źródeł wysokiego napięcia jest znana, lecz dotychczas nie była szeroko stosowana w połączeniu z filtrami elektrostatycznymi.

Dla takiego źródła napięcia, jego prąd roboczy ma wartość pojedynczych mikroamperów lub mniej, a jego prąd zwarcia jest mniejszy niż kilka mikroamperów.

181 050

181 050

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Oddzielacz zdyspergowanych cząstek od powietrza przy wykorzystaniu zjawisk elektrostatycznych, zwłaszcza do oddzielania cząstek aerozoli posiadających ładunek elektryczny, dla oczyszczania powietrza, zaopatrzony w przynajmniej dwie wzajemnie od siebie elektrycznie odizolowane elektrody o różnych potencjałach, które to elektrody są względem siebie rozmieszczone w określonej odległości z utworzeniem pomiędzy nimi szczeliny międzyelektrodowej, znamienny tym, że przynajmniej jedna elektroda jest utworzona z bazującego na celulozie, wysoko rezystancyjnego materiału, przy czym obie elektrody są odporne na wilgoć, a elektroda utworzona z materiału bazującego na celulozie jest pokryta wodoodporną warstwą, przy czym ta cienka warstwa jest przenikalna dla ładunków elektrycznych, a jej grubość mieści się w zakresie 20-40 pm.
2. 2. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że obie elektrody wykonane są z materiału bazującego na celulozie.
3. 3. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że rama elektrody utworzona z materiału bazującego na celulozie jest pokryta cienką powloką z tworzywa sztucznego.
4. 4. Oddzielacz według zastrz. 3, znamienny tym, że odległość (a) pomiędzy elektrodami odpychającą (R) i przyciągającą (A) jest równa wysokości elementów rozporowych (D), które rozmieszczone są między tymi elektrodami (R i A) wzdłuż urządzenia, zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza, przy czym pomiędzy elektrodami odpychającymi i przyciągającymi (R i A) są utworzone powietrzne kanały przepływowe (L).
5. 5. Oddzielacz według zastrz. 4, znamienny tym, że elementy rozporowe (D) są utworzone przez środki odlewane lub klej.
6. 6. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że jest zaopatrzony w zespół wlotowy (I) mający żebra lub otwory tworzące kanały powietrzne, które są umieszczone bezpośrednio w sąsiedztwie strony wlotowej oddzielacza elektrostatycznego.
7. 7. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielacz elektrostatyczny jest tak usytuowany w kanale powietrznym urządzenia oczyszczającego powietrze, iż całe powietrze przechodzące przez kanał jest zmuszone do przechodzenia przez oddzielacz elektrostatyczny.